Requisitos de potencia y viabilidad para una breve ráfaga de alta potencia (aplicación de calefacción muy rápida)

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Me gustaría obtener ayuda para evaluar la viabilidad eléctrica de un sistema para calentar 35 gramos de material termoplástico (para el control activo de la rigidez) en 50 ms, alrededor de 100 grados centígrados.

El material será, por ejemplo, un polímero termoplástico como el policarbonato o un compuesto. La idea es tener algún tipo de cables resistivos integrados en el material para el proceso de calentamiento, similar a como se hace en [1]. Pero por favor no te preocupes mucho por la parte material.

De un cálculo aproximado obtengo que la energía requerida es:

1200 [J / kg ° C] * 0.035 [kg] * 100 [° C] = 4000 [J]

para calentarlo en 50 ms, la potencia requerida sería aproximadamente:

4000 [J] /0.050 [s] = 80 000 W o 80kW.

En este punto, me gustaría saber si esto es más o menos factible desde el punto de vista de la energía y la corriente con un conjunto de baterías o supresores de un coche eléctrico "típico". ¿Qué tipo de consumo de energía para picos cortos son factibles con los condensadores y las baterías que normalmente están disponibles en los autos eléctricos? ¿Cuál es el rango aproximado? ¿Debo bajar un factor de 10 o puedo subir un factor de 10?

[1] Tridech, Charnwit, et al. "Composites de alto rendimiento con control activo de la rigidez". ACS materiales aplicados y amp; interfaces 5.18 (2013): 9111-9119.

    
pregunta Hjan

2 respuestas

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3.5 kJ es algo que un banco de condensadores puede expulsar en poco tiempo. Por ejemplo, eso podría ser de 48 V en aproximadamente 3 F. Debería asegurarse de que los condensadores puedan manejar la corriente alta. Múltiples capacitores en paralelo, que es lo que se necesita para llegar a 3 F de todos modos, ayuda con esto.

Sin embargo, , habrá una gran cantidad de pérdidas en la entrega de esa energía a una carga, especialmente porque no es "conductora". No está claro si quiere decir que no es eléctricamente o no conductor térmico, pero de cualquier manera, hace que este problema sea difícil. Si lo hace eléctricamente, deberá almacenar varias veces la energía que finalmente se entrega al objeto.

Calentar el objeto químicamente podría ser más fácil. Por ejemplo, una capa de polvo negro cuidadosamente calibrada debería poder entregar la energía en el corto tiempo que especifique. Probablemente hay reactivos químicos mucho mejores que el polvo negro. Solo uso eso como ejemplo.

    
respondido por el Olin Lathrop
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Bueno, los autos Tesla reclaman una potencia máxima de 581kW (!) lo que sugiere que podría ser factible. En general, las baterías de alta potencia tienen una calificación de "C" que le indica qué tan rápido pueden descargarse con seguridad. Multiplica por la capacidad de la batería para obtener una cifra actual. Entonces, si una batería es " 10C, 1000mAh " entonces puede descargar 10A. Sugeriría mirar las celdas redondas "18650".

Apile suficientes de ellos juntos y luego tendrá, digamos, un paquete de 800V 100A. Es probable que necesite un poco más para superar las pérdidas en el cableado, que va a ser pesado, Google sugiere el AWG 6. También necesitará algún medio para encender y apagar esta cosa, un medio para recargarla y una Una gran cantidad de consideraciones de seguridad, ya que es bastante capaz de iniciar un incendio y matar al usuario, no necesariamente en ese orden.

Los tiempos de subida y bajada también son una consideración: no puede encender y apagar 80kW, tiene que aumentar y disminuir.

Las consideraciones sobre la transferencia de calor pueden ser un problema: necesitará tener muchos alambres finos en su material, de hecho, puede ser en su mayor parte alambre, y deberá calcular si se derriten antes de transferir calor a la objetivo.

    
respondido por el pjc50

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