Розрахунок потужності ТЕНів - Нагрівальних елементів
Оптимальним джерелом енергії для нагрівання випарної ємності є квартирна електрична мережа, напругою 220 В. Можна просто використовувати для цих цілей побутову електроплиту. Але, при нагріванні на електроплиті, багато енергії витрачається на марне нагрівання самої плити, а також випромінюється у зовнішнє середовище, від нагрівального елемента, не роблячи при цьому, корисної роботи. Ця енергія, що марно витрачається, може досягати пристойних значень - до 30-50%, від загальної витраченої потужності на нагрівання куба. Тому використання звичайних електроплит є нераціональним з точки зору економії. Адже за кожен зайвий кіловат енергії доводиться платити. Найбільш ефективно використовувати врізані випарну ємність ел. Тени. При такому виконанні вся енергія витрачається тільки на нагрівання куба + випромінювання від стінок зовні. Стінки куба для зменшення теплових втрат необхідно теплоізолювати. Адже витрати на випромінювання тепла, від стін самого куба можуть так само, становити до 20 і більше відсотків, від всієї потужності, що витрачається, в залежності від його розмірів. Для використання як нагрівальних елементів врізаних в ємність, цілком підходять ТЕНи, від побутових ел.чайників, або інші відповідні за розмірами. Потужність таких ТЕНів буває різна. Найбільш часто застосовуються ТЕНи з вибитою на корпусі потужністю 1.0 кВт та 1.25 кВт. Але є інші.
Тому потужність 1-го Тена може не відповідати за параметрами, для нагрівання куба і бути більше або менше. У таких випадках для отримання необхідної потужності нагрівання можна використовувати кілька ТЕНів, з'єднаних послідовно або послідовно-паралельно. Комутуючи різні комбінації з'єднання ТЕНів, перемикачем від побутової ел. плити, можна отримувати різнупотужність. Наприклад, маючи вісім врізаних ТЕНів, по 1.25 кВт кожен, залежно від комбінації включення, можна отримати таку потужність.
Такого діапазону цілком вистачить для регулювання та підтримки потрібної температури при перегонці та ректифікації. Але можна отримати й іншу потужність, додавши кількість режимів перемикання та використовуючи різні комбінації включення.
Послідовне з'єднання 2-х ТЕНів по 1.25 кВт і підключення до мережі 220В, у сумі дає 625 Вт. Паралельне з'єднання в сумі дає 2.5 кВт.
Розрахувати можна за такою формулою.
Ми знаємо напругу, що діє у мережі, це 220В. Далі ми також знаємо потужність ТЕН, вибиту на його поверхні допустимо це 1,25 кВт, значить, нам потрібно дізнатися силу струму, що протікає в цьому ланцюгу. Силу струму, знаючи напругу та потужність, дізнаємося з наступної формули.
Сила струму = потужність, поділена на напругу у мережі.
Записується вона так: I = P/U.
Де I – сила струму в амперах.
P - потужність у ватах.
U – напруга у вольтах.
При підрахунку потрібно потужність, вказану на корпусі ТЕН кВт, перевести у вати.
1,25 кВт = 1250Вт. Підставляємо відомі значення цієї формули і отримуємо силу струму.
I = 1250Вт/220 = 5,681 А
Далі знаючи силу струму підраховуємо опір Тена, за такою формулою.
R - опір в Омах
U - напруга у вольтах
I - сила струму в амперах
Підставляємо відомі значення формулу і дізнаємося опір 1 ТЭНа.
R = 220/5.681 = 38,725 Ом.
Далі підраховуємо загальний опір всіх послідовно з'єднаних ТЕНів. Загальний опір дорівнює сумі всіх опорів, з'єднаних послідовно ТЕНів
Rзаг = R1 + R2 + R3 і т.д.
Такимчином, два послідовно з'єднаних ТЕНу, мають опір рівний 77,45 Ом. Тепер неважко підрахувати потужність, що виділяється цими двома ТЕНами.
P - потужність у ВАТ
U2 - напруга у квадраті, у вольтах
R - загальне опір всіх посл. з'єдн. ТЕНів
P = 624,919 Вт, заокруглюємо до значення 625 Вт.
Далі за потреби можна підрахувати потужність будь-якої кількості послідовно з'єднаних ТЕНів, або орієнтуватися на таблицю.
У таблиці 1.1 наведено значення для послідовного з'єднання ТЕНів.
| Кількість ТЕН | Потужність (Вт) | Опір (Ом) | Напруга, В) | Сила струму (А) |
| 1 | 1250,000 | 38,725 | 220 | 5,68 |
| Послідовне з'єднання | ||||
| 2 | 625 | 2 ТЕН = 77,45 | 220 | 2,84 |
| 3 | 416 | 3 ТЕН = 1 16,175 | 220 | 1,89 |
| 4 | 312 | 4 ТЕН = 154,9 | 220 | 1,42 |
| 5 | 250 | 5 ТЕН = 193,625 | 220 | 1,13 |
| 6 | 208 | 6 ТЕН = 232,35 | 220 | 0,94 |
| 7 | 178 | 7 ТЕН = 271,075 | 220 | 0,81 |
| 8 | 156 | 8 ТЕН = 309,8 | 220 | 0,71 |
У таблиці 1.2 наведено значення для паралельного з'єднання ТЕНів.
| Кількість ТЕН | Потужність (Вт) | Опір (Ом) | Напруга, В) | Сила струму (А) |
| Паралельне з'єднання | ||||
| 2 | 2500 | 2 ТЕН = 19,3625 | 220 | 11,36 |
| 3 | 3750 | 3 ТЕН = 12,9083 | 220 | 17,04 |
| 4 | 5000 | 4ТЕН = 9,68125 | 220 | 22,72 |
| 5 | 6250 | 5 ТЕН = 7,7450 | 220 | 28,40 |
| 6 | 7500 | 6 ТЕН = 6,45415 | 220 | 34,08 |
| 7 | 8750 | 7 ТЕН = 5,5321 | 220 | 39,76 |
| 8 | 10000 | 8 ТЕН = 4,840 | 220 | 45,45 |
Ще один важливий плюс, який дає послідовне з'єднання ТЕНів, це зменшений в кілька разів струм, що протікає через них, і відповідно малий нагрівання корпусу нагрівального елемента, тим самим не допускається пригорання браги під час перегонки і не привносить неприємного додаткового смаку і запаху в кінцевий продукт. Так само ресурс роботи ТЕНів, за такого включення, буде практично вічним.
Розрахунки виконані для ТЕНів потужністю 1.25 кВт. Для ТЕНів іншої потужності, загальну потужність потрібно перерахувати згідно із законом Ома, користуючись вище наведеними формулами.