SEGREVANJE VODNIKOV V USTALJENEM STANJU dr. Vitodrag Kumperščak mag. Žiga Voršič dr. Jože Pihler dr. Vitodrag Kumperščak Komunalna energetika Maribor, maj 2015

Vsebina 1. Izbira prereza vodnikov glede na segrevanje 2. Ustaljeno obratovanje 2.1 Moč sevanja 2.2 Konvekcija 2.3 Električno segrevanje 3. Segrevanje vodnika po plasteh 4. Sklep Komunalna energetika 2015

1. Izbira prereza vodnikov glede na segrevanje povečanje energije = pretok energije skozi površino ± notranji izvori energije = ± Komunalna energetika 2015

1. Izbira prereza vodnikov glede na segrevanje Pretok toplote v elementarnem volumnu Komunalna energetika 2015 V. T. Morgan Thermal Behavior of Electrical Conductors

2. Ustaljeno obratovanje joulsko segrevanje joulsko segrevanje joulsko segrevanje ionizacija sončno obsevanje izparevanje žarčenje konvekcija Komunalna energetika 2015 V. T. Morgan Thermal Behavior of Electrical Conductors

2.1 Moč sevanja Jožef Štefan: σ = 5,67·10-8 W/(m2 K4)   σ splošna (univerzalna) konstanta, znana kot Stefan - Boltzmanova konstanta T Temperatura [K] Komunalna energetika 2015

2.1 Moč sevanja vodnik Al/Fe 490/65 mm2 površina vodnika Sv = 2·π·r··1 m = 2·π·0,0153 m·1 m = 0,096 m2 temperatura okolice T0 = 20 C = 293 K sevanje vodnika pri temperaturi okolice Komunalna energetika 2015

2.1 Moč sevanja na sončne žarke pravokotna projekcija vodnika Ap = 2·r··1 m = 2·0,0153 m·1 m = 0,0306 m2 moč sončnih žarkov, ki zadenejo vodnik φsonca sončna konstanta (1000 W/m2) – povprečni energijski tok sončnega sevanja, ki doseže površino Zemlje Komunalna energetika 2015

2.1 Moč sevanja sevanje sonca + sevanje okolice = sevanje vodnika φsonca gostota energijskega toka Sonca ob površini [W/m2], Ap vzdolžni prerez vodnika [m2], б Štefan-Boltzmannova konstanta 5,67·10-8 W/(m2 K4) To temperatura površine [K], Tp temperatura obdajajočega sredstva [K], Sv površina vodnika [m2] ravnovesje energijskih tokov (moči) se vzpostavi pri 65°C Komunalna energetika 2015

2.2 Konvekcija a) vertikalna površina b) horizontalna površina c) cev Komunalna energetika 2015

2.2 Konvekcija horizontalna površina vertikalna površina vodoravna cev (d je premer v metrih) Komunalna energetika 2015

2.2 Konvekcija Gostota toplotnega toka ob upoštevanju Nusseltovega koeficienta za cevi Sevanje sonca + sevanje okolice = sevanje vodnika + hlajenje zraka φsonca gostota energijskega toka Sonca ob površini [W/m2], Ap vzdolžni prerez vodnika [m2], б Štefan-Boltzmannova konstanta 5,67·10-8 W/(m2 K4) To temperatura površine [K], Tp temperatura obdajajočega sredstva [K], Sv površina vodnika [m2], d premer cevi (vodnika) [m] Komunalna energetika 2015

2.2 Konvekcija Komunalna energetika 2015

2.3 Električno segrevanje Komunalna energetika 2015 Joule‘s first law 1841

2.3 Električno segrevanje sevanje sonca + sevanje okolice + električne izgube = sevanje vodnika + hlajenje zraka φsonca gostota energijskega toka Sonca ob površini [W/m2], Ap vzdolžni prerez vodnika [m2], б Štefan-Boltzmannova konstanta 5,67·10-8 W/(m2 K4) To temperatura površine [K], Sv površina vodnika [m2], Pel v 1 s sproščena toplota zaradi el. segrevanja [W] Tp temperatura obdajajočega sredstva [K], d premer cevi (vodnika) [m]. Komunalna energetika 2015

2.3 Električno segrevanje Brez hlajenja zraka bi se vodnik segrel na 135°C. Komunalna energetika 2015

3. Segrevanje vodnika po plasteh dr dT Komunalna energetika 2015

3. Segrevanje vodnika po plasteh dT Tp dr r rAl rFe λAl Komunalna energetika 2015

3. Segrevanje vodnika po plasteh dT TFe dr r rFe λFe To Komunalna energetika 2015

3. Segrevanje vodnika po plasteh r [m] ϑ [°C]   0,0153 80,50000 0,0000 80,52338 0,0119 80,50932 0,0017 80,52287 0,0085 80,51570 0,0051 80,51877 Komunalna energetika 2015

ϑ [°C] polmer [m]

HVALA ZA POZORNOST Komunalna energetika 2015