Sistemas de calefacción de aire. Atmósfera de calefacción La calefacción del aire depende
Calefacción aerodinámica calentamiento de cuerpos que se mueven a alta velocidad en aire u otro gas. Un. - el resultado del hecho de que las moléculas de aire que atacan al cuerpo se inhiben cerca del cuerpo. Si el vuelo se realiza a la velocidad supersónica de los cultivos, el frenado se produce principalmente en la onda de choque (ver Onda de choque) ,
apareciendo delante del cuerpo. Una mayor desaceleración de las moléculas de aire ocurre directamente en la misma superficie del cuerpo, en
capa límite (consulte Capa límite). Cuando las moléculas de aire se desaceleran, su energía térmica aumenta, es decir, la temperatura del gas cerca de la superficie de un cuerpo en movimiento aumenta la temperatura máxima a la que el gas puede calentarse en las proximidades del cuerpo en movimiento está cerca de la llamada. temperatura de frenado: T 0 = T n + v 2 / 2c p,
dónde T n - temperatura del aire entrante, v - velocidad de vuelo del cuerpo, c p - calor específico del gas a presión constante. Entonces, por ejemplo, cuando un avión supersónico vuela con tres veces la velocidad del sonido (aproximadamente 1 km / seg) la temperatura de desaceleración es de unos 400 ° C, y cuando la nave espacial entra en la atmósfera de la Tierra con la primera velocidad espacial (8.1 km / seg) la temperatura de estancamiento alcanza los 8000 ° C. Si en el primer caso, durante un vuelo suficientemente largo, la temperatura de la piel de la aeronave alcanza valores cercanos a la temperatura de estancamiento, entonces en el segundo caso, la superficie de la nave espacial inevitablemente comenzará a colapsar debido a la incapacidad de los materiales para soportar temperaturas tan altas. El calor se transfiere de áreas de gas con temperaturas elevadas a un cuerpo en movimiento y A. n. Hay dos formas de A. n. - convectiva y radiactiva. El calentamiento por convección es una consecuencia de la transferencia de calor desde la parte exterior "caliente" de la capa límite a la superficie del cuerpo. El flujo de calor convectivo se determina cuantitativamente a partir de la relación q k \u003d a(T e -T w), dónde T e - temperatura de equilibrio (la temperatura límite a la que se podría calentar la superficie del cuerpo si no se eliminara energía), T w - temperatura superficial real, una - coeficiente de transferencia de calor por convección, que depende de la velocidad y altitud de vuelo, la forma y el tamaño del cuerpo, así como de otros factores. La temperatura de equilibrio está cerca de la temperatura de estancamiento. Tipo de dependencia del coeficiente y de los parámetros enumerados está determinado por el régimen de flujo en la capa límite (laminar o turbulento). En el caso de un flujo turbulento, el calentamiento por convección se vuelve más intenso. Esto se debe al hecho de que, además de la conductividad térmica molecular, las pulsaciones de velocidad turbulenta en la capa límite comienzan a jugar un papel importante en la transferencia de energía. Con un aumento en la velocidad de vuelo, la temperatura del aire detrás de la onda de choque y en la capa límite aumenta, lo que resulta en disociación e ionización.
moléculas. Los átomos, iones y electrones resultantes se difunden en una región más fría: la superficie del cuerpo. Hay una reacción inversa (recombinación) ,
yendo con la liberación de calor. Esto hace una contribución adicional a convectiva A. n. Al alcanzar una velocidad de vuelo de aproximadamente 5000 m / seg la temperatura detrás de la onda de choque alcanza valores a los que el gas comienza a irradiar. Debido a la transferencia radiante de energía desde áreas con temperaturas elevadas a la superficie del cuerpo, se produce un calentamiento por radiación. En este caso, el papel más importante lo juega la radiación en las regiones visible y ultravioleta del espectro. Al volar en la atmósfera de la Tierra con velocidades por debajo de la primera velocidad cósmica (8.1 km / seg) el calentamiento por radiación es pequeño en comparación con el calentamiento por convección. A la segunda velocidad cósmica (11,2 km / seg)
sus valores se acercan, y a velocidades de vuelo de 13-15 km / seg y superior, correspondiente al regreso a la Tierra después de vuelos a otros planetas, la principal contribución la realiza el calentamiento por radiación.
El papel especialmente importante de A. n. se reproduce cuando las naves espaciales regresan a la atmósfera de la Tierra (por ejemplo, Vostok, Voskhod, Soyuz). Para combatir A. n. Las naves espaciales están equipadas con sistemas especiales de protección térmica (Ver. Protección térmica). Iluminado .: Los fundamentos de la transferencia de calor en la aviación y la tecnología de cohetes, M., 1960; Dorrens W.H., Flujos de gas viscoso hipersónico, trad. del inglés, M., 1966; Zel'dovich Ya.B., Raizer Yu.P., Física de ondas de choque y fenómenos hidrodinámicos de alta temperatura, 2a ed., Moscú, 1966. N. A. Anfimov.
Gran enciclopedia soviética. - M.: Enciclopedia soviética. 1969-1978 .
Vea qué es "Calefacción aerodinámica" en otros diccionarios:
Calentamiento de cuerpos que se mueven a alta velocidad en aire u otro gas. Un. el resultado del hecho de que las moléculas de aire que atacan al cuerpo se inhiben cerca del cuerpo. Si el vuelo se realiza con sonido supersónico. velocidad, el frenado se produce principalmente en un choque ... ... Enciclopedia física
Calentamiento de un cuerpo que se mueve a gran velocidad en el aire (gas). Se observa un notable calentamiento aerodinámico cuando un cuerpo se mueve a una velocidad supersónica (por ejemplo, cuando las ojivas de intercontinental misiles balísticos) EdwART. …… Diccionario marino
calefacción aerodinámica - Calentamiento de la superficie de un cuerpo en una corriente de gas, moviéndose en un medio gaseoso a alta velocidad en presencia de convección, ya velocidades hipersónicas e intercambio de calor por radiación con el medio gaseoso en la capa límite o de choque. [GOST 26883 ... ... Guía del traductor técnico
Aumento de la temperatura de un cuerpo que se mueve a gran velocidad en el aire u otro gas. El calentamiento aerodinámico es el resultado de la desaceleración de las moléculas de gas cerca de la superficie del cuerpo. Entonces, cuando una nave espacial ingresa a la atmósfera de la Tierra a una velocidad de 7,9 km / s ... ... diccionario enciclopédico
calefacción aerodinámica - aerodinaminis įšilimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Kūnų, judančių dujose (ore) dideliu greičiu, paviršiaus įšilimas. atitikmenys: angl. calefacción aerodinámica vok. aerodynamische Aufheizung, f rus. calentamiento aerodinámico, m pranc. …… Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas - aumento de la temperatura de un cuerpo que se mueve a gran velocidad en el aire u otro gas. A. y. el resultado de la desaceleración de las moléculas de gas cerca de la superficie del cuerpo. Entonces, a la entrada de lo cósmico. nave espacial en la atmósfera de la Tierra a una velocidad de 7,9 km / s, tasa de aire pa en la superficie ... Ciencias Naturales. diccionario enciclopédico
Calentamiento aerodinámico de la estructura del cohete. - Calentamiento de la superficie del cohete durante su movimiento en densas capas de la atmósfera a alta velocidad. UN. - el resultado de las moléculas de aire que chocan contra el cohete se desacelera cerca de su cuerpo. En este caso, se produce la transición de la energía cinética ... ... Enciclopedia de fuerzas estratégicas de misiles
Concorde Concorde en el aeropuerto ... Wikipedia
Recuerda
- ¿Qué dispositivo se utiliza para medir la temperatura del aire? ¿Qué tipos de rotación de la Tierra conoces? ¿Por qué hay un cambio de día y de noche en la Tierra?
Cómo se calienta la superficie y la atmósfera de la tierra. El sol emite una enorme cantidad de energía. Sin embargo, la atmósfera permite que solo la mitad de los rayos del sol lleguen a la superficie terrestre. Algunos de ellos se reflejan, otros son absorbidos por nubes, gases y partículas de polvo (Fig. 83).
Figura: 83. Consumo de energía solar que ingresa a la Tierra
Al pasar a través de los rayos del sol, la atmósfera de ellos apenas se calienta. La superficie de la tierra se calienta y se convierte en una fuente de calor. Es de ella que se calienta aire atmosférico... Por tanto, en la superficie terrestre, el aire de la troposfera es más cálido que en la altura. Al ascender por cada kilómetro, la temperatura del aire desciende 6 "C. En lo alto de las montañas, debido a las bajas temperaturas, la nieve acumulada no se derrite ni siquiera en verano. La temperatura en la troposfera cambia no solo con la altitud, sino también durante ciertos períodos de tiempo: días, años.
Diferencias en el calentamiento del aire durante el día y el año. Por la tarde, los rayos del sol iluminan superficie terrestre y calentarlo, y el aire se calienta. Por la noche, el flujo de energía solar se detiene y la superficie se enfría gradualmente con el aire.
El sol se eleva por encima del horizonte al mediodía. En este momento, entra la mayor cantidad de energía solar. Sin embargo, la temperatura más alta se observa 2-3 horas después del mediodía, ya que se necesita tiempo para transferir calor desde la superficie de la Tierra a la troposfera. La temperatura más fría es antes del amanecer.
La temperatura del aire también cambia según las estaciones. Ya sabes que la Tierra se mueve alrededor del Sol en su órbita y el eje de la Tierra está constantemente inclinado hacia el plano orbital. Por eso, durante el año en la misma zona, los rayos del sol caen sobre la superficie de diferentes formas.
Cuando el ángulo de incidencia de los rayos es más vertical, la superficie recibe más energía solar, la temperatura del aire aumenta y comienza el verano (Fig. 84).
Figura: 84. La caída de los rayos del sol sobre la superficie terrestre al mediodía del 22 de junio y 22 de diciembre
Cuando los rayos del sol se inclinan más, la superficie se calienta ligeramente. La temperatura del aire en este momento desciende y llega el invierno. El mes más cálido en el hemisferio norte es julio, mientras que el mes más frío es enero. En el hemisferio sur ocurre lo contrario: el mes más frío del año es julio y el más cálido enero.
A partir de la figura, determine cómo difiere el ángulo de incidencia de los rayos solares el 22 de junio y el 22 de diciembre en los paralelos 23,5 ° N. sh. y y. w.; en los paralelos 66,5 ° N sh. y y. sh.
Considere por qué los meses más cálidos y fríos no son junio y diciembre, cuando los rayos del sol tienen los ángulos de incidencia más grandes y más pequeños sobre la superficie de la tierra.
Figura: 85. Temperaturas medias anuales del aire de la Tierra
Indicadores de cambios de temperatura. Para identificar los patrones generales de cambio de temperatura, use el indicador de temperaturas promedio: promedio diario, promedio mensual, promedio anual (Fig. 85). Por ejemplo, para calcular la temperatura media diaria durante el día, la temperatura se mide varias veces, estos indicadores se suman y la suma resultante se divide por el número de mediciones.
Definir:
- temperatura diaria promedio en términos de cuatro mediciones por día: -8 ° С, -4 ° С, + 3 ° С, + 1 ° С;
- la temperatura media anual de Moscú, utilizando los datos de la tabla.
Cuadro 4
Al determinar el cambio de temperatura, generalmente se anotan sus valores más altos y más bajos.
La diferencia entre los valores más altos y más bajos se llama rango de temperatura.
La amplitud se puede determinar para un día (amplitud diaria), mes, año. Por ejemplo, si la temperatura más alta por día es de + 20 ° C y la más baja es de + 8 ° C, entonces la amplitud diaria será de 12 ° C (Fig. 86).
Figura: 86. Rango de temperatura diaria
Determine cuántos grados la amplitud anual en Krasnoyarsk es mayor que en San Petersburgo, si temperatura media Julio en Krasnoyarsk + 19 ° С, y en enero -17 ° С; en San Petersburgo + 18 ° С y -8 ° С, respectivamente.
En los mapas, la distribución de las temperaturas medias se refleja mediante isotermas.
Las isotermas son líneas que conectan puntos con la misma temperatura promedio del aire durante un cierto período de tiempo.
Suele mostrar isotermas de los meses más cálidos y fríos del año, es decir, julio y enero.
Preguntas y tareas
- ¿Cómo se calienta el aire de la atmósfera?
- ¿Cómo cambia la temperatura del aire durante el día?
- ¿Qué determina la diferencia en el calentamiento de la superficie terrestre durante el año?
- dispositivos utilizados para calentar aire en sistemas de ventilación de suministro, sistemas de aire acondicionado, calentamiento de aire, así como en plantas de secado.
Según el tipo de refrigerante, los calentadores de aire pueden ser de fuego, agua, vapor y eléctricos. .
Los más extendidos en la actualidad son los calentadores de agua y vapor, que se subdividen en tubos lisos y acanalados; estos últimos, a su vez, se subdividen en laminar y enrollados en espiral.
Hay calentadores unidireccionales y multidireccionales. En un sentido, el refrigerante se mueve a través de los tubos en un sentido, y en varios sentidos cambia la dirección del movimiento varias veces debido a la presencia de particiones en las tapas de los colectores (Fig. XII.1).
Los calentadores son de dos modelos: mediano (C) y grande (B).
El consumo de calor para calentar aire está determinado por las fórmulas:
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dónde Q "- consumo de calor para calentar aire, kJ / h (kcal / h); Q- lo mismo, W; 0,278 - factor de conversión de kJ / ha W; GRAMO- cantidad másica de aire caliente, kg / h, igual a Lp [aquí L- cantidad volumétrica de aire caliente, m 3 / h; p - densidad del aire (a una temperatura t K),kg / m 3]; de- capacidad calorífica específica del aire, igual a 1 kJ / (kg-K); t a - temperatura del aire después del calentador, ° С; t n- temperatura del aire antes del calentador, ° С.
Para los calentadores de la primera etapa de calefacción, la temperatura tn es igual a la temperatura del aire exterior.
La temperatura del aire exterior se toma igual a la ventilación calculada (parámetros climáticos de categoría A) cuando se diseña una ventilación general diseñada para combatir el exceso de humedad, calor y gases, cuyo MPC es superior a 100 mg / m3. Cuando se diseña una ventilación general destinada a combatir los gases, cuya concentración máxima permisible es inferior a 100 mg / m3, así como cuando se diseña una ventilación de suministro para compensar el aire extraído a través de succión local, campanas de proceso o sistemas de transporte neumático, la temperatura del aire exterior se toma como igual a la temperatura exterior calculada. temperatura tn para el diseño de calefacción (parámetros climáticos de categoría B).
Suministro de aire con una temperatura de temperatura igual t de aire interior para la habitación dada. Si hay un exceso de calor, el aire de suministro se suministra con una temperatura reducida (en 5-8 ° C). No se recomienda suministrar aire de suministro con una temperatura inferior a 10 ° C en la habitación, incluso en presencia de una generación de calor significativa debido a la posibilidad de resfriados. Se hace una excepción cuando se utilizan anemostatos especiales.
El área requerida de la superficie de calentamiento de los calentadores de aire Fк m2 está determinada por la fórmula:
dónde Q- consumo de calor para calentar aire, W (kcal / h); A- coeficiente de transferencia de calor del calentador, W / (m 2 -K) [kcal / (h-m 2 - ° C)]; me refiero a T. - temperatura media del refrigerante, 0 С; t av. - la temperatura media del aire calentado que pasa a través del calentador, ° С, igual a (t n + t k) / 2.
Si el vapor sirve como portador de calor, entonces la temperatura media del portador de calor tav.T. igual a la temperatura de saturación a la presión de vapor correspondiente.
Para agua, temperatura tav.T. definida como la media aritmética de las temperaturas del agua caliente y de retorno:
El factor de seguridad 1.1-1.2 tiene en cuenta la pérdida de calor para enfriar el aire en los conductos de aire.
El coeficiente de transferencia de calor de los calentadores K depende del tipo de portador de calor, la velocidad de masa del movimiento del aire vp a través del calentador, las dimensiones geométricas y caracteristicas de diseño calentadores, la velocidad del movimiento del agua a través de los tubos del calentador.
Se entiende por velocidad de masa la masa de aire, kg, que atraviesa 1 m2 del área libre del calentador de aire en 1 s. La velocidad de la masa vp, kg / (cm2), está determinada por la fórmula
El modelo, la marca y el número de calentadores se seleccionan en función del área de la sección transversal libre fL y la superficie de calentamiento FK. Después de elegir los calentadores de aire, la velocidad de masa del aire se especifica de acuerdo con el área real de la sección transversal libre del calentador de aire fD de este modelo:
donde A, A 1, n, n 1 y t- coeficientes y exponentes, según el diseño del calentador
La velocidad del movimiento del agua en los tubos del calentador ω, m / s, está determinada por la fórmula:
donde Q "es el consumo de calor para calentar el aire, kJ / h (kcal / h); pw es la densidad del agua igual a 1000 kg / m3, sv es la capacidad calorífica específica del agua igual a 4,19 kJ / (kg-K); fTP es área abierta para el paso del refrigerante, m2, tg es la temperatura del agua caliente en la línea de suministro, ° С; t 0 es la temperatura del agua de retorno, 0С.
La transferencia de calor de los calentadores se ve afectada por el esquema de tuberías. Con un circuito paralelo para conectar tuberías, solo una parte del refrigerante pasa a través de un calentador separado, y con un circuito secuencial, todo el flujo del refrigerante pasa a través de cada calentador.
La resistencia de los calentadores de aire al paso del aire p, Pa, se expresa mediante la siguiente fórmula:
donde B yz son coeficientes y exponentes, que dependen del diseño del calentador.
La resistencia de los calentadores ubicados secuencialmente es igual a:
donde m es el número de calentadores ubicados secuencialmente. El cálculo finaliza con la verificación de la salida de calor (transferencia de calor) de los calentadores de acuerdo con la fórmula
donde QK - transferencia de calor de calentadores, W (kcal / h); QK - el mismo, kJ / h, 3.6 - factor de conversión de W a kJ / h FK - área de superficie de calentamiento de los calentadores, m2, tomada como resultado del cálculo de calentadores de este tipo; K es el coeficiente de transferencia de calor de los calentadores, W / (m2-K) [kcal / (h-m2- ° C)]; tср.в - temperatura media del aire calentado que pasa a través del calentador, ° С; tcr. Т es la temperatura media del refrigerante, ° С.
Al seleccionar calentadores de aire, el margen para el área calculada de la superficie de calentamiento se toma en el rango de 15 a 20%, para la resistencia al paso de aire - 10% y para la resistencia al movimiento del agua - 20%.
La humanidad conoce pocos tipos de energía: energía mecánica (cinética y potencial), energía interna (térmica), energía de campo (gravitacional, electromagnética y nuclear), química. Por separado, cabe destacar la energía de la explosión, ...
La energía del vacío y todavía existe solo en teoría: energía oscura. En este artículo, el primero en el título "Ingeniería térmica", lo intentaré en un lenguaje sencillo y accesible, utilizando ejemplo practico, hablar sobre la forma de energía más importante en la vida de las personas: sobre energía térmica y de parirla a tiempo capacidad calorífica.
Algunas palabras para entender el lugar de la ingeniería térmica como una rama de la ciencia de la obtención, transferencia y uso de energía térmica. La ingeniería térmica moderna ha surgido de la termodinámica general, que a su vez es una de las ramas de la física. La termodinámica es literalmente "cálida" más "potencia". Por tanto, la termodinámica es la ciencia de "cambiar la temperatura" de un sistema.
El impacto en el sistema desde el exterior, en el que cambia su energía interna, puede ser el resultado de la transferencia de calor. Energía térmica, que es adquirido o perdido por el sistema como resultado de dicha interacción con el medio ambiente, se denomina la cantidad de calor y se mide en unidades SI en julios.
Si no es un ingeniero de calefacción y no se ocupa de los problemas de ingeniería térmica todos los días, cuando se enfrente a ellos, a veces sin experiencia, es muy difícil comprenderlos rápidamente. Sin experiencia es difícil imaginar incluso la dimensionalidad de los valores buscados de la cantidad de calor y potencia térmica. ¿Cuántos julios de energía se necesitan para calentar 1000 metros cúbicos de aire desde una temperatura de -37˚C a + 18 .. C? .. ¿Cuál es el poder de una fuente de calor para hacer esto en 1 hora? .. Estas no son las preguntas más difíciles que hoy se pueden responder “de inmediato "No todos los ingenieros. A veces, los especialistas incluso recuerdan las fórmulas, ¡pero solo unos pocos pueden aplicarlas en la práctica!
Después de leer este artículo hasta el final, puede resolver fácilmente problemas industriales y domésticos reales asociados con la calefacción y refrigeración de diversos materiales. La comprensión de la esencia física de los procesos de transferencia de calor y el conocimiento de fórmulas básicas simples son los componentes principales en la base del conocimiento en ingeniería térmica.
La cantidad de calor en varios procesos físicos.
Más sustancias conocidas puede estar en estado sólido, líquido, gaseoso o plasma a diferentes temperaturas y presiones. Transición de un estado de agregación a otro ocurre a temperatura constante (siempre que la presión y otros parámetros no cambien ambiente) y se acompaña de absorción o liberación de energía térmica. A pesar de que el 99% de la materia del Universo se encuentra en estado de plasma, no consideraremos este estado agregado en este artículo.
Considere el gráfico que se muestra en la figura. Muestra la dependencia de la temperatura de la sustancia. T en la cantidad de calor Q , llevado a cierto sistema cerrado que contiene una cierta masa de una sustancia particular.
1. Cuerpo sólido con temperatura T1 , calentar a temperatura Tm , gastando en este proceso una cantidad de calor igual a Q1 .
2. A continuación, comienza el proceso de fusión, que se produce a temperatura constante. TPL (punto de fusion). Para derretir toda la masa de un sólido, es necesario gastar energía térmica en una cantidad Q2 - Q1 .
3. A continuación, el líquido resultante de la fusión de un sólido se calienta hasta el punto de ebullición (formación de gas). Tkp , gastando en esta cantidad de calor igual a Tercer trimestre-Q2 .
4. Ahora en un punto de ebullición constante Tkp el líquido hierve y se evapora, convirtiéndose en gas. Para convertir toda la masa de líquido en gas, es necesario gastar energía térmica en cantidad Cuarto trimestre-Tercer trimestre.
5. En la última etapa, el gas se calienta a partir de la temperatura. Tkp a una cierta temperatura T2 ... En este caso, el costo de la cantidad de calor será Q5-Cuarto trimestre ... (Si calentamos el gas a la temperatura de ionización, entonces el gas se convierte en plasma).
Por lo tanto, calentar el sólido original a partir de la temperatura T1 a la temperatura T2 hemos gastado energía térmica en la cantidad Q5 , transfiriendo la sustancia a través de tres estados de agregación.
Moviéndonos en la dirección opuesta, eliminaremos la misma cantidad de calor de la sustancia. Q5, pasando por las etapas de condensación, cristalización y enfriamiento desde la temperatura T2 a la temperatura T1 ... Por supuesto, estamos considerando un sistema cerrado sin pérdida de energía al ambiente externo.
Tenga en cuenta que es posible una transición de un estado sólido a un estado gaseoso, sin pasar por la fase líquida. Este proceso se llama sublimación y el proceso inverso se llama desublimación.
Entonces, se dieron cuenta de que los procesos de transición entre los estados de agregación de la materia se caracterizan por el consumo de energía a temperatura constante. Cuando una sustancia se calienta en un estado constante de agregación, la temperatura aumenta y también se consume energía térmica.
Las principales fórmulas para la transferencia de calor.
Las fórmulas son muy sencillas.
Cantidad de calor Q en J se calcula mediante las fórmulas:
1. Desde el lado del consumo de calor, es decir, desde el lado de la carga:
1.1. Al calentar (enfriar):
Q = metro * c * (T2-T1)
metro – masa de sustancia en kg
de -capacidad calorífica específica de una sustancia en J / (kg * K)
1.2. Al derretir (congelar):
Q = metro * λ
λ – calor específico de fusión y cristalización de una sustancia en J / kg
1.3. Ebullición, evaporación (condensación):
Q = metro * r
r – calor específico de formación de gas y condensación de una sustancia en J / kg
2. Desde el lado de la producción de calor, es decir, desde el lado de la fuente:
2.1. Durante la quema de combustible:
Q = metro * q
q – calor específico de combustión del combustible en J / kg
2.2. Al convertir la electricidad en energía térmica (ley de Joule-Lenz):
Q \u003d t * I * U \u003d t * R * I ^ 2 \u003d (t / R)* U ^ 2
t – tiempo en s
yo – corriente efectiva en A
U – valor de voltaje efectivo en V
R – resistencia de carga en ohmios
Concluimos que la cantidad de calor es directamente proporcional a la masa de la sustancia durante todas las transformaciones de fase y, cuando se calienta, es además directamente proporcional a la diferencia de temperatura. Los coeficientes de proporcionalidad ( c , λ , r , q ) para cada sustancia tienen sus propios valores y se determinan empíricamente (tomados de libros de referencia).
Energía térmica norte en W es la cantidad de calor transferida al sistema durante un tiempo determinado:
N \u003d Q / t
Cuanto más rápido queremos calentar el cuerpo a una determinada temperatura, más potencia debe ser la fuente de energía térmica; todo es lógico.
Cálculo en Excel de un problema aplicado.
En la vida, a menudo es necesario hacer un cálculo estimado rápido para comprender si tiene sentido continuar estudiando el tema, haciendo un proyecto y cálculos detallados y precisos que requieren mucha mano de obra. Habiendo realizado un cálculo en pocos minutos, incluso con una precisión de ± 30%, puede tomar una importante decisión de gestión que será 100 veces más económica y 1000 veces más operativa y, como resultado, 100.000 veces más eficaz que realizar un cálculo preciso en una semana, de lo contrario y un mes, por un grupo de costosos especialistas ...
Condiciones del problema:
En las instalaciones del taller para la preparación de laminados de metal con dimensiones de 24m x 15m x 7m, importamos productos metálicos por un monto de 3 toneladas desde un almacén en la calle. El metal laminado tiene hielo con un peso total de 20 kg. En la calle -37˚С. ¿Qué cantidad de calor se necesita para calentar el metal a + 18˚С; calentar el hielo, derretirlo y calentar el agua a + 18˚С; calentar todo el volumen de aire de la habitación, suponiendo que la calefacción estaba completamente apagada antes? ¿Qué capacidad debe tener el sistema de calefacción si todo lo anterior debe realizarse en 1 hora? (Condiciones muy duras y casi irreales, ¡especialmente cuando se trata de aire!)
Realizaremos el cálculo en el programaMS Excel o en el programaOOo Calc.
Para el formato de color de celdas y fuentes, consulte la página "".
Datos iniciales:
1. Escribimos los nombres de las sustancias:
a la celda D3: Acero
a la celda E3: Hielo
en la celda F3: Agua congelada
a la celda G3: Agua
a la celda G3: Aire
2. Ingresamos los nombres de los procesos:
en las celdas D4, E4, G4, G4: calor
en la celda F4: derritiendo
3. Calor específico de sustancias c en J / (kg * K) escribimos para acero, hielo, agua y aire, respectivamente
a la celda D5: 460
a la celda E5: 2110
a la celda G5: 4190
a la celda H5: 1005
4. Calor específico de fusión del hielo λ en J / kg ingresamos
en la celda F6: 330000
5. Masa de sustancias metro en kg ingresamos, respectivamente, para acero y hielo
a la celda D7: 3000
a la celda E7: 20
Dado que la masa no cambia cuando el hielo se convierte en agua, entonces
en las celdas F7 y G7: \u003d E7 =20
Encontramos la masa de aire por el producto del volumen de la habitación por la gravedad específica
en la celda H7: \u003d 24 * 15 * 7 * 1.23 =3100
6. Tiempo de procesamiento t en min escribimos solo una vez para acero
a la celda D8: 60
Los tiempos para calentar el hielo, derretirlo y calentar el agua resultante se calculan sobre la base de que estos tres procesos deben completarse en la misma cantidad de tiempo, que se asigna para calentar el metal. Leemos en consecuencia
en la celda E8: \u003d E12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,7
en la celda F8: \u003d F12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =41,0
en la celda G8: \u003d G12 / (($ E $ 12 + $ F $ 12 + $ G $ 12) / D8) =9,4
El aire también debe calentarse durante el mismo tiempo asignado, lea
en la celda H8: \u003d D8 =60,0
7. La temperatura inicial de todas las sustancias. T1 en ˚C entramos
a la celda D9: -37
a la celda E9: -37
a la celda F9: 0
a la celda G9: 0
a la celda H9: -37
8. La temperatura final de todas las sustancias. T2 en ˚C entramos
a la celda D10: 18
a la celda E10: 0
a la celda F10: 0
a la celda G10: 18
a la celda H10: 18
Creo que no debería haber preguntas sobre las cláusulas 7 y 8.
Resultados del cálculo:
9. Cantidad de calor Q en KJ requeridos para cada uno de los procesos que calculamos
para calentar acero en la celda D12: \u003d D7 * D5 * (D10-D9) / 1000 =75900
para calentar hielo en el compartimento E12: \u003d E7 * E5 * (E10-E9) / 1000 = 1561
para derretir hielo en la celda F12: \u003d F7 * F6 / 1000 = 6600
para calentar agua en la celda G12: \u003d G7 * G5 * (G10-G9) / 1000 = 1508
para calentar aire en la celda H12: \u003d H7 * H5 * (H10-H9) / 1000 = 171330
Se lee la cantidad total de energía térmica requerida para todos los procesos
en la celda combinada D13E13F13G13H13: \u003d SUM (D12: H12) = 256900
En las celdas D14, E14, F14, G14, H14 y en la celda combinada D15E15F15G15H15, la cantidad de calor se indica en la unidad de medida del arco, en Gcal (en giga calorías).
10. Energía térmica norte en kW, requerido para cada uno de los procesos se calcula
para calentar acero en la celda D16: \u003d D12 / (D8 * 60) =21,083
para calentar hielo en la celda E16: \u003d E12 / (E8 * 60) = 2,686
para derretir hielo en la celda F16: \u003d F12 / (F8 * 60) = 2,686
para calentar agua en la celda G16: \u003d G12 / (G8 * 60) = 2,686
para calentar aire en la celda H16: \u003d H12 / (H8 * 60) = 47,592
La potencia térmica total necesaria para completar todos los procesos a tiempo t calculado
en la celda combinada D17E17F17G17H17: \u003d D13 / (D8 * 60) = 71,361
En las celdas D18, E18, F18, G18, H18 y en la celda combinada D19E19F19G19H19, la potencia térmica se da en la unidad de medida del arco, en Gcal / hora.
Esto completa el cálculo en Excel.
Conclusiones:
Tenga en cuenta que calentar el aire requiere más del doble de energía que calentar la misma masa de acero.
Al calentar agua, el consumo de energía es el doble que al calentar hielo. El proceso de fusión consume muchas veces más energía que el proceso de calentamiento (con una pequeña diferencia de temperatura).
Calentar agua consume diez veces más energía térmica que calentar acero y cuatro veces más que calentar aire.
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Recordamos los conceptos de "cantidad de calor" y "potencia térmica", consideramos las fórmulas fundamentales de la transferencia de calor y analizamos un ejemplo práctico. Espero que mi lenguaje sea sencillo, claro e interesante.
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