Cálculo de potência para elementos de aquecimento de fibra de carbono

Método de cálculo simples para a potência térmica da sala de secagem

Relativamente à potência de aquecimento necessária para uma sala de secagem, gostaria de partilhar um método de cálculo simples que resumi. Uma vez que é simples, pode não ser totalmente exato, pelo que os investigadores não devem confiar nesta abordagem. Este artigo destina-se a todos aqueles que planeiam utilizar elementos de aquecimento em fibra de carbono para fornos de secagem ou fornos de cozedura DIY.

Tomemos como exemplo um dos nossos clientes. Inicialmente, utilizavam um forno de combustão (que queimava pellets ou restos de madeira). Por razões ambientais, quiseram mudar para elementos de aquecimento eléctricos. As paredes da sala de secagem eram isoladas com algodão e o material a secar era madeira de pinho semi-seca. A temperatura de secagem exigida era de 80°C em 2 horas.

Conhecimentos básicos de física (todos os parâmetros podem ser encontrados nos motores de busca):

• Peso = Densidade x Volume
• Calor = Potência x Tempo
• Calor necessário para aumentar a temperatura de um objeto = Capacidade térmica específica x diferença de temperatura
• Capacidade térmica específica da madeira: 1,72 x 10^3 J/(kg.K)
• Capacidade térmica específica do ar: 1,003 x 10^3 J/(kg.K)
• Densidade da madeira de pinho: 0,5~0,7 x 10^3 kg/m³, utilizar 0,6 x 10^3
• Densidade do ar: 1,29 kg/m³
• Volume: Assumir que a madeira preenche 70% (isto assegura que o cálculo da potência não será demasiado baixo), o ar é calculado em 15 metros cúbicos
• Diferença de temperatura: 90°C - 0°C (assumindo temperaturas baixas de inverno de 0°C)

Passo 1: Calcular a potência necessária para aquecer a madeira

1. Calcular o peso da madeira de pinho
   Peso da madeira de pinho = 0,6 x 10^3 x 15 x 70% = 6300 kg
2. Calcular o calor necessário para aumentar a temperatura
   Calor necessário = 6300 kg x (90°C - 0°C) x 1,72 x 10^3 J/(kg.°C) = 9,75 x 10^8 J
3. Calcular a potência
   Potência = 9,75 x 10^8 J / (2 x 3600 s) = 135450 W ≈ 136 kW

Passo 2: Calcular a potência necessária para aquecer o ar

1. Calcular o peso do ar
   Peso do ar = 1,29 x 15 = 19,35 kg
2. Calcular o calor necessário para aumentar a temperatura
   Calor necessário = 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 a potência
   Potência = 1,75 x 10^6 J / (2 x 3600 s) = 243 W ≈ 500 W (a potência necessária para aquecer o ar pode ser ignorada)

Passo 3: Calcular a perda de calor na sala de secagem

A perda de calor através do isolamento, componentes metálicos e outros factores é uniformemente descontada pelo 15%.

Cálculo da potência total final

Potência total = 136 kW x (1 + 15%) = 156,4 kW
Um método de cálculo rápido é que uma sala de secagem de madeira requer aproximadamente 10 kW por metro cúbico de espaço.
Se utilizar elementos de aquecimento em fibra de carbono de 1200 W, necessitará de 130 unidades.

Conhecimentos adicionais:

• Conversão de calor: 1 quilocaloria (kcal) = 4,1858518 quilojoules (kJ) (Cálculo rápido: kJ/4 = kcal)

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