Расчет мощности ТЭНов

Одним из способов убедиться в исправности ТЭНа является проверка его сопротивления. Такие нагревательные элементы используются повсеместно: они устанавливаются в стиральных машинах, бойлерах, утюгах, электрических чайниках и т.д. Однако любой нагревательный элемент имеет ограниченный срок эксплуатации: со временем на поверхности скапливается накипь, которая приводит к нарушениям теплообмена и перегреву устройства. Проверка сопротивления – это возможность оценить работоспособность прибора и убедиться в отсутствии неисправностей в его работе.

Принцип проверки сопротивления

Основой любого ТЭНа является нихромовая спираль – этот материал обладает высоким удельным сопротивлением. При прохождении через нее электрического тока она разогревается и передает тепловую энергию на металлический корпус. В «мокрых» конструкциях ТЭНа он непосредственно контактирует с водой или другой средой и передает тепло напрямую. В «сухих» моделях используется дополнительная оболочка, которая изолирует нагреватель от воды и предотвращает появление накипи.

Сопротивление ТЭНа рассчитывается в соответствии с его паспортной мощностью – она указывается в документах, также отметка присутствует на корпусе. С учетом известной мощности и напряжения рассчитывается сила тока в цепи. Она определяется по известной формуле: I=P/U с результатом в Амперах.

В соответствии с законом Ома, сопротивление рассчитывается по следующей формуле: R=U/I с результатом в Омах. К примеру, если для расчета используется ТЭН мощностью 2 кВт, который работает в бытовой сети с напряжением 220В, то если подставить эти значения в формулы, получится, что его сопротивление должно быть 24,2 Ом.

После расчетов для оценки работоспособности необходимо проверить ТЭН мультиметром. Тестер присутствует практически у каждого домашнего мастера и профессионального электрика – он позволяет определить соответствие показателей требуемым нормативам. Прибор отключается от электросети, после чего из него извлекается нагревательный элемент. Мультиметр нужно перевести в режим измерения сопротивления, после чего его щупы присоединяются к клеммам нагревательного элемента.

Проверка позволяет получить следующие результаты:

  1. Если нагревательный элемент исправен, то сопротивление ТЭНа должно быть в итоге максимально приближено к расчетному.
  2. Если прибор не реагирует на прикосновение щупов к клеммам, то это говорит о произошедшем замыкании, поэтому нагревательный элемент придется менять.
  3. Если прибор показывает только одну единицу, то это говорит об обрыве нагревательной спирали. Значит, ТЭН поврежден и требует замены.

Единицы мощности

Перевод ватты в амперы и наоборот — понятие относительное, потому как это разные единицы измерения. Амперы — это физическая величина силы электрического тока, то есть скорость прохождения электричества через кабель. Ватт — величина электрической мощности, или скорость потребления электроэнергии. Но такой перевод необходим для того, чтобы рассчитать, соответствует ли значение силы тока значению его мощности.

Проверка наличия пробоя на корпус

Сопротивление – важный, но не единственный показатель работоспособности, который можно проверить с помощью тестера. Если ТЭН не работает, необходимо проверить пробой на корпус. Для этого тестер переводится в режим зуммера и один его щуп подключается к корпусу, а второй – к выходу. Можно получить следующие результаты:

  1. Зуммер не издает сигналов. Это говорит об отсутствии пробоя на корпус, ТЭН исправен.
  2. Если зуммер начинает издавать писк, то присутствует пробой, поэтому ТЭН требует замены.

Проверить ТЭН мультиметром достаточно просто. Прибор покажет параметры работы электрической цепи и поможет определить имеющиеся отклонения от нормы. С его помощью можно определить ток утечки на корпус. Если изоляция устройства сильно изношена или повреждена, ток может достигать такой величины, что это вызовет срабатывание защитного автомата, а это приведет к отключению света во всем доме. Проверку можно провести с помощью мегаомметра. Прибор покажет уровень сопротивления изоляции и поможет убедиться в ее исправности.

Проверка сопротивления ТЭНа в стиральной машине

Поломка ТЭНа – одна из самых распространенных причин выхода из строя стиральных машин. На поверхности нагревателя скапливается накипь, особенно быстро она образуется при использовании для стирки жесткой воды. В результате нагревательный элемент постепенно начинает перегреваться, и со временем это приводит к его полному выходу из строя.

Самый простой способ проверки работоспособности – прозвонить ТЭН с использованием мультиметра. В среднем, величина сопротивления нагревателей стиральных машин составляет 24-40 Ом. Более точное значение можно определить, выполнив расчет по вышеуказанной формуле. Сопротивление будет зависеть от мощности прибора, указанного в паспорте машинки.

Для проверки нужно выполнить следующие действия:

  1. Отсоединить стиральную машину от электросети. Лучше еще раз убедиться, что она действительно отключена.
  2. Включить на мультиметре режим проверки сопротивления в диапазоне 200 Ом.
  3. Подсоединить щупы тестера к клеммам ТЭНа.

Если сопротивление ТЭНа для стиральной машины приближено к требуемым показателям, значит, он исправен, и причины поломки следует искать в других узлах. Если прибор показывает ноль или единицу, то это говорит о нарушениях работы нагревательного элемента, и он нуждается в замене на оригинальную или аналогичную деталь.

Есть альтернативный вариант проверки работоспособности ТЭНа, если стиральная машинка включается, но не нагревает воду до нужной температуры. После включения режима стирки обратите внимание на счетчик потребления электрической энергии. Если потребление не выросло, то это говорит о том, что ТЭН не работает и нуждается в замене. Если же потребление тока увеличилось, значит, нужно искать другую причину поломки.

Сопротивление ТЭНа для стиральной машины должен проверять специалист. Самостоятельные попытки ремонта могут привести к нарушениям в работе электроники, поэтому лучше не рисковать.

Определение сопротивления ТЭНа водонагревателя

В домашних и промышленных бойлерах трубчатые электронагреватели также часто выходят из строя. Если корпус прибора непосредственно контактирует с водой, то это неизбежно приводит к скоплению накипи на поверхности. Теплообмен постепенно ухудшается и создаются условия для перегрева, в результате чего со временем прибор перестает работать.

ТЭН перестает нагревать воду, а все датчики на корпусе прибора при этом демонстрируют исправность. Если произошел обрыв спирали, то водонагреватель может ударить человека током, поэтому выявить и устранить проблему нужно как можно скорее. Один из самых быстрых вариантов диагностики – определить сопротивление ТЭНа водонагревателя с помощью мультиметра.

При проверке сопротивления нужно следовать нескольким обязательным правилам:

  1. Прибор должен быть отключен от сети. Чтобы не допустить поражений электротоком, лучше сразу отключить устройство от напряжения при малейших подозрениях на неисправность.
  2. От нагревательного элемента отсоединяются все провода, а клеммы должны быть тщательно зачищены от ржавчины и загрязнений.
  3. Нужно провести проверку исправности предохранительного клапана.

Сопротивление ТЭНа водонагревателя проверяется мультиметром вышеуказанным способом. Значение мощности можно посмотреть в паспорте прибора, по формуле высчитывается и основной рабочий уровень сопротивления. Если прибор показывает аналогичное или близкое к нему значение, то нагреватель можно считать исправным и искать другие причины поломки. Если мультиметр показывает 0 или 1, то ТЭН неисправен и требует замены на оригинальную или аналогичную деталь.

При проверке важно убедиться, что мультиметр исправен: провода и щупы должны быть целыми, не должно быть никаких нарушений в отображении показателей.

Какой мультиметр можно использовать

Чтобы прозвонить ТЭН для проверки его исправности, можно использовать как современную цифровую, так и старую стрелочную модель мультиметра – важно лишь, чтобы прибор давал точные показания. Профессиональные электрики используют в работе мультиметры, оснащенные звуковым сигналом: они позволяют узнать результат, не отвлекаясь от работы с несправным прибором.

Цифровой мультиметр дает более точные результаты, однако это необходимо только профессионалам. Домашний мастер может пользоваться даже стрелочной моделью – она позволит определить, готов ли нагревательный элемент к использованию.

Проверка сопротивления остается самым простым и удобным способом определить, есть ли в работе ТЭНа отклонения. При выявлении нарушений нагревательный элемент меняется на аналогичную деталь, и работоспособность водонагревателя или другого прибора восстанавливается. Чтобы предотвратить повторные неполадки, рекомендуется использовать смягчители для воды, предотвращающие образование накипи.

Полезная информация

Ниже приведены формулы для расчёта мощности ТЭН для различных тепловых процессов

1. Количество теплоты необходимой для нагрева

Qн = m*C*(T1-T0), (1)

где m — масса нагреваемого тела, ;
C — удельная теплоёмкость,
T1,T0 — конечная и начальная температуры нагрева,

2. Количество теплоты необходимой для плавления твёрдого тела

Qпл = λ*m, (2)

где λ — удельная теплота плавления, ;
m — масса тела,

3. Количество теплоты необходимой для превращения жидкости в пар

Qкип = r*m, (3)

где r — удельная теплота парообразования, ;
m — масса тела,

Любой технологический тепловой процесс сопровождается потерями, мощность которых можно учесть по формуле:

Pпот = Pуд*S, (4)

где Pуд — удельные потери с единицы площади, ;
S — площадь поверхности потерь,

Таким образом необходимую суммарную мощность нагревателей можно рассчитать по формуле:

P = k*(Q/t + Pпот), (5)

Примеры расчёта

Пример 1. Необходимая мощность для нагрева пресс-формы

Стальная пресс-форма с размерами 254*203* 100 мм используется для изготовления полиэтиленовых деталей. Каждый час, 2.5 кг полиэтилена помещается в пресс-форму. Пресс-форма расположена между двумя плитами из нержавеющей стали размерами 380*305*38 мм., которые изолированы от прессового механизма теплоизоляцией толщиной 12.5 мм. Рабочая температура пресс-формы 205 °С. Необходимо обеспечить достижение этой температуры за 1 час при температуре окружающей среды 21 °С.

1. Находимое количество тепла
1.1 Количество тепла для нагрева пресс-формы
1.2 Количество тепла для нагрева плит
1.3 Количество тепла для нагрева полиэтилена

Q3= m3*C3*(T1-T0)=2.5*2.3*(205-21)=1060кДж, где масса полиэтилена m3=2.5кг, удельная теплоёмкость полиэтилена C3=2.3Дж/кг/К

1.4 Мощность необходимая для нагрева

Pн =k*(Q1+Q2+Q3)/t =1.2*(6800+5940+1060)/3600=4.6кВт=4600Вт, где k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности
t=3600c — время нагрева.

2. Потери тепла при рабочей температуре
2.1 Потери на пресс-форме с вертикальных поверхностей
2.2 Потери на плитах с вертикальных поверхностей
2.3 Потери на плитах с неизолированных горизонтальных поверхностей
2.4 Потери на плитах с изолированных горизонтальных поверхностей
2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

Pпот=k*(P1в +P2в +P2г + P2ги)=1.2*(690+395+350+255)=2030Вт
k=1.2 — коэффициент учитывающий запас мощности

3. Необходимая суммарная мощность

P=Pн+Pпот=4600+2030=6630Вт.

При выборе нагревателей необходимо учитывать, что суммарная мощность всех нагревателей должна быть не менее рассчитанной. При этом, удельная поверхностная мощность нагревателя не должна превосходить предельно допустимую.

Пример 2. Плавление парафина

Неизолированная стальная ёмкость без крышки имеет размеры 455*610*455 мм и весит 63.5 кг. В этой ёмкости находится 76 кг парафина, который необходимо нагреть до 65 °С за 2.5 часа. Температура окружающей среды 22 °С.

1. Находимое количество тепла
1.1 Количество тепла для нагрева ёмкости
1.2 Количество тепла для нагрева парафина до температуры плавления
1.3 Количество тепла для нагрева расплавленного парафина до конечной температуры

Q3= m2*C3*(T1 -T0)=76*2.93*(65-54)=2450кДж,
где масса парафина m2=76кг,
удельная теплоёмкость жидкого парафина C2=2.93кДж/кг/К

1.4 Количество тепла для плавления парафина

Q4= m2*λ=76*147 =11205 кДж,
где масса парафина m2=76 кг,
удельная теплота плавления парафина λ=147 Дж/кг

1.5 Мощность необходимая для нагрева
2. Потери тепла при рабочей температуре
2.1 Потери с поверхности парафина
2.2 Потери с поверхности стальной ёмкости
2.5 Суммарные потери при рабочей температуре

Закладка Постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *