Cálculo de potencia para elementos calefactores de fibra de carbono

Método sencillo de cálculo de la potencia calorífica del secadero

En cuanto a la potencia calorífica que necesita un secadero, me gustaría compartir un sencillo método de cálculo que he resumido. Dado que es sencillo, puede no ser del todo preciso, por lo que los investigadores no deben confiar en este método. Este artículo va dirigido a quienes tengan previsto utilizar elementos calefactores de fibra de carbono a hornos de secado o de cocción de bricolaje.

Tomemos como ejemplo uno de nuestros clientes. Al principio utilizaban un horno de combustión (que quemaba pellets o restos de madera). Por razones medioambientales, querían cambiar a elementos calefactores eléctricos. Las paredes del secadero estaban aisladas con algodón y el material que se secaba era madera de pino semiseca. La temperatura de secado requerida debía alcanzar los 80°C en 2 horas.

Conocimientos básicos de física (todos los parámetros pueden encontrarse a través de motores de búsqueda):

• Peso = Densidad x Volumen
• Calor = Potencia x Tiempo
• Calor necesario para elevar la temperatura de un objeto = Capacidad calorífica específica x Diferencia de temperatura
• Capacidad calorífica específica de la madera: 1,72 x 10^3 J/(kg.K)
• Capacidad calorífica específica del aire: 1,003 x 10^3 J/(kg.K)
• Densidad de la madera de pino: 0,5~0,7 x 10^3 kg/m³, utilice 0,6 x 10^3
• Densidad del aire: 1,29 kg/m³
• Volumen: Supongamos que la madera llena 70% (esto asegura que el cálculo de la potencia no será demasiado bajo), el aire se calcula en 15 metros cúbicos
• Diferencia de temperatura90°C - 0°C (suponiendo temperaturas mínimas invernales de 0°C)

Paso 1: Calcular la potencia necesaria para calentar la madera

1. Calcular el peso de la madera de pino
   Peso de la madera de pino = 0,6 x 10^3 x 15 x 70% = 6300 kg
2. Calcular el calor necesario para elevar la temperatura
   Calor necesario = 6300 kg x (90°C - 0°C) x 1,72 x 10^3 J/(kg.°C) = 9,75 x 10^8 J
3. Calcular la potencia
   Potencia = 9,75 x 10^8 J / (2 x 3600 s) = 135450 W ≈ 136 kW

Paso 2: Calcular la potencia necesaria para calentar el aire

1. Calcular el peso del aire
   Peso del aire = 1,29 x 15 = 19,35 kg
2. Calcular el calor necesario para elevar la temperatura
   Calor necesario = 19,35 kg x (90°C - 0°C) x 1,003 x 10^3 J/(kg.°C) = 1,75 x 10^6 J
3. Calcular la potencia
   Potencia = 1,75 x 10^6 J / (2 x 3600 s) = 243 W ≈ 500 W (puede ignorarse la potencia necesaria para calentar el aire).

Paso 3: Calcular las pérdidas de calor en el secadero

La pérdida de calor a través del aislamiento, los componentes metálicos y otros factores se descuenta uniformemente por 15%.

Cálculo final de la potencia total

Potencia total = 136 kW x (1 + 15%) = 156,4 kW
Un método de cálculo rápido es que un secadero de madera requiere aproximadamente 10 kW por metro cúbico de espacio.
Si utiliza elementos calefactores de fibra de carbono de 1200 W, necesitaría 130 unidades.

Conocimientos adicionales:

• Conversión del calor: 1 kilocaloría (kcal) = 4,1858518 kilojulios (kJ) (Cálculo rápido: kJ/4 = kcal)

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