La pregunta se refiere a elementos de calentamiento de banda o cilindro, que están diseñados para sujetar alrededor de un cilindro hueco y calentar lo que fluye a través de él.
Estoy buscando información sobre cómo calcular la potencia necesaria para calentar el aire a temperatura ambiente (digamos 75F) a 475F si el aire fluye a 100CFM a través de un tubo de 4 "de diámetro que tiene 10" de largo. El voltaje es de 120, pero 240 es una posibilidad como un plan B.
Comience por calcular la potencia necesaria solo para calentar el aire. El poder es energía por tiempo. Una unidad de potencia útil es Watts, que es un Joule por segundo. Por lo tanto, calculemos cuántos Julios se necesitan para calentar el aire en un segundo.
Para hacer estos cálculos más fácilmente, convertimos a unidades más sensibles. 75 ° F a 475 ° F es un aumento de 400 ° F, que es un aumento de 222 ° C.
A continuación, necesitamos encontrar la masa de aire que se está calentando. Usted dice que el caudal es de 100 CFM, pero no especificó si esto es antes o después del calentamiento. Lo recogeré antes de la calefacción. 100 pies cúbicos = 2832 litros. 2832 l / minuto = 47.2 l / s.
Necesitamos convertir eso a un caudal másico. 75 ° F es 297 ° K. Un mol de gas ideal tiene un volumen de 22,4 l a 273 ° K, por lo que 24,4 l a su temperatura de admisión. El aire es básicamente N 2 con un peso molecular de 28, y O 2 con un peso molecular de 32. Dado que N 2 domina, digamos promedios de aire hasta un peso molecular de 29. Eso significa que un mol de "aire" tiene una masa de 29 gramos. Los 47.2 l que estamos tratando de elevar la temperatura tienen una masa de 56 g.
Así que ahora hemos reducido el problema para encontrar la energía necesaria para calentar 56 g de aire a 222 ° C. La capacidad de calor del "aire" es un valor blando ya que el aire no es una constante. Al excavar en la red, parece que 1.03 J / (g ° C) es el adecuado para este caso. (222 ° C) (56 g) (1.03 J) / (g ° C) = 12.8 kJ. Esa es la energía requerida cada segundo, por lo que la potencia es de 12.8 kW. Con las diversas aproximaciones y factores de inclinación, tres dígitos implica demasiada precisión, por lo que 13 kW .
Lo anterior es solo la potencia que entra para calentar el aire y no tiene en cuenta las pérdidas. Si aísla bien el exterior de la tubería y el calentador, supongamos que necesita 15 kW. A 120 V, eso requeriría 125 A. Eso es bastante difícil de manejar, así que me gustaría ir al plan B y usar 240 V, que requiere 63 A. Eso es mucho. A 15 kW, al menos debería considerar el uso directo de energía trifásica.
El vataje es fácil. Primero convierta a unidades SI para simplificar la vida, luego es simplemente la capacidad de calor (J / k / kg) * aumento de temperatura (K) * caudal másico (kg / s), lo que da J / s, a saber, vatios.
La transferencia de calor, sin embargo, no es tan simple. Tiene un área de contacto muy pequeña (la pared de un cilindro de 10 ") y un mal contacto entre el gas y la pared; algunos textos usarían el diámetro del tubo, 4", como la longitud característica. Sospecho que tendrá que repensar masivamente el intercambiador de calor para aumentar el área de contacto y reducir la longitud característica (distancia que el gas está lejos de la pared). Por ejemplo, muchos tubos de diámetro pequeño (carcasa y tubo HX) o dado que es eléctrico, calientan directamente la matriz de alambre dentro del tubo.
Que es un tema mucho más grande, y no EE.