Método general para determinar requisitos de calefactor
La mayoría de los problemas de calentamiento eléctrico se pueden resolver rápidamente determinando el calor requerido para realizar el trabajo. Para ello, el requisito de calor debe convertirse a energía eléctrica y se puede seleccionar el calentador más práctico para el trabajo. Tanto si el problema es calentar sólidos, líquidos o gases, el método o planteamiento para determinar el requisito de potencia es el mismo.
Todos los problemas de calentamiento implican los siguientes pasos para su solución:
Paso 1: Definir el problema de calentamiento
- Recopilar información de aplicación
- Realizar un boceto del problema para tener una referencia visual
Paso 2: Calcular los requisitos de alimentación
- Requisito de potencia para el arranque del sistema
- Requisitos de potencia para mantenimiento del sistema
- Pérdidas de calor operativas
Paso 3: Revise los factores de aplicación del sistema
- Temperatura de funcionamiento
- Eficiencia operativa
- Densidades de potencia seguras/permisibles
- Consideraciones mecánicas
- Factores de entorno operativo
- Requisitos de vida útil del calefactor
- Consideraciones de cables eléctricos
Paso 4: Seleccionar calentador
- Tipo
- Tamaño
- Cantidad
Paso 5: Seleccionar sistema de control
- Tipo de sensor de temperatura y ubicación
- Tipo de controlador de temperatura
- Tipo de control de potencia
Definición del problema
El problema de calentamiento debe indicarse claramente, prestando especial atención a definir los parámetros de funcionamiento. Tenga en cuenta estos:
- Temperatura mínima de inicio y final esperadas
- Caudal máximo d materiales que se van a calentar
- Tiempo requerido para calentamiento de arranque y tiempos de ciclo de proceso
- Pesos y dimensiones de los materiales calentados y los recipientes contenedores
- Efectos del aislamiento y sus propiedades térmicas
- — Tensión de requisitos eléctricos
- Métodos de detección de temperatura y ubicación
- Tipo de controlador de temperatura
- Tipo de controlador de potencia
- Limitaciones eléctricas
- Y dado que el sistema térmico que está creando puede que no tenga en cuenta todos los requisitos de calentamiento posibles o imprevistos, no olvide un factor de seguridad. Un factor de seguridad aumenta la capacidad del calefactor más allá de los requisitos calculados.
Cálculos para la energía calorífica requerida
A la hora de realizar sus propios cálculos, consulte las ecuaciones para saber los valores de los materiales cubiertos por estas ecuaciones.
La energía calorífica total (kWh o Btu) requerida para satisfacer las necesidades del sistema serán cualquiera de los dos valores que se muestran a continuación en función de cuál de los resultados calculados es mayor.
- Calor necesario para arranque
- Calor requerido para mantener la temperatura deseada
La potencia requerida (kW) será el valor de energía calorífica (kWh) dividido por el tiempo de ciclo de trabajo o arranque necesario.
La calificación de kW del calefactor será la mayor de estos valores más un factor de seguridad.
El cálculo de los requisitos de arranque y funcionamiento consta de distintas piezas distintas que se tratan mejor por separado. Sin embargo, también se puede utilizar un método breve para un cálculo rápido de la energía calorífica necesaria.
Cálculo de factor de seguridad
Siempre debería incluir un factor de seguridad de distinto tamaño para permitir condiciones desconocidas o imprevistas. El tamaño del factor de seguridad depende de la precisión del cálculo de potencia. Los calefactores siempre deben estar calibrados para un valor superior al de la cifra calculada. Un factor del 10% es adecuado para sistemas pequeños que se calculan con previsión; una potencia un 20% adicional es más habitual. Los factores de seguridad del 20% y 35% no son inhabituales, y deberían considerarse para sistemas grandes, como los que contienen puertas que se abren o aplicaciones de calor radiante grandes. También desea predecir cómo el sistema funcionará sin fallos, por lo que se debe examinar la vida útil del calefactor que se necesita. Y debido a que la electricidad cuesta dinero, tener en cuenta factores de eficiencia de forma que el funcionamiento del sistema cueste lo menos posible.
Teniendo en mente estas consideraciones, revíselas atentamente para asegurarse de que cuenta con la información definitiva para decidir sobre una solución concreta para su problema de calentamiento. Puede que parte de esta información de apoyo no esté disponible o sea obvia para usted. Encontrará necesario consultar la tablas y cuadros de referencia en esta sección de datos de referencia, o consultar un libro que trate con el parámetro concreto que necesita definir. Como mínimo, se necesitarán las propiedades térmicas de los materiales que se están procesando/calentando y de los recipientes que los contienen.
El cálculo de un factor de seguridad requiere parte de intuición por su parte. La lista de posibles influencias puede ser enorme. Desde cambios en las temperaturas ambiente de funcionamiento, producidas por cambios de temporada, a cambios en el material o temperatura de material que se está procesando, debe examinar cuidadosamente todas las influencias.
En general, cuanto más pequeño sea el sistema con menos variables e influencias externas, menor será el factor de seguridad. Por el contrario, cuanto mayor sea el sistema y mayores sean las variables y — las influencias externas, mayor será el factor de seguridad.
Aquí tiene algunas directrices generales:
- Factor de seguridad del 10% para sistemas pequeños con requisitos de potencia calculados de forma precisa
- El factor de seguridad del 20% es la media 20% a 35% para sistemas grandes
El factor de seguridad debe ser mayor para los sistemas que tienen operaciones de producción que contienen ciclos de equipos que los someten a disipaciones de calor excesivas, por ejemplo: abrir puertas en hornos, introducir nuevos lotes de material que pueden ser de temperaturas variables, grandes aplicaciones radiantes y similares.