Calculando a constante de tempo para o aquecedor de água do tanque de armazenamento

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Eu estava curioso para saber qual é a constante de tempo R-C, para um aquecedor elétrico de água convencional tipo tanque de armazenamento; Eu encontrei uma resposta que parece muito contra-intuitiva.

("RC constante de tempo" é o produto de uma resistência e capacitância, com as dimensões do tempo. Nesse tempo, uma dada capacitância C é carregada ou descarregada, através de uma dada resistência R, em torno de 63%. Para sistemas térmicos , R pode ter as dimensões: graus-F por btu por hora e C as dimensões: btu por grau-F).

Para meu aquecedor de água de cozinha de 10 gal, a área de superfície do tanque é de aproximadamente 8 pés2 e o isolamento é de aproximadamente 8 pés2 * grau-F por btu / h (também conhecido como R-8). Assim, a resistência térmica geral do envelope do tanque é de cerca de 1 grau-F por btu / h.

A "capacitância" térmica é de cerca de 80 btu por grau-F (10 galões de água a 8 lbs por galão, com um btu definido como a energia para elevar um quilo de água em um grau-F).

Assim, a constante de tempo R-C térmica é (1 grau-F por btu / hr) * (80 btu por grau-F) ou 80 horas. Isso significa que em 3 dias ou mais, depois de perder energia, o tanque ainda reteria 37% de seu calor (ou esfriaria apenas 63% do caminho de sua temperatura definida para a temperatura ambiente). Talvez esteja certo, mas parece bastante contra-intuitivo. Estou calculando errado de alguma forma?

    
por RustyShackleford 13.11.2017 / 05:37

1 resposta

Melhor eu posso dizer, sua matemática está certa. Eu nunca fiz cálculos de R-C antes, mas o que eu tenho concorda com seus números. Aqui está um plotagem da temperatura ao longo de 10 dias se tiver iniciado a 140 ° F e a temperatura ambiente for 70 ° F:

Basicamente, o que isto está dizendo é que há muita energia na água. Demora cerca de 8 BTU para aquecer um litro de água apenas um grau F. Leva apenas cerca de 0,2 BTU para aquecer o mesmo volume de ar um grau F. Demora cerca de 400 vezes mais energia para aquecer a água do que o ar por unidade de volume. Como o calor é tão concentrado no volume da água, é mais fácil isolar e manter o calor, porque há menos área de superfície.

Aqui está a coisa, este modelo assume uma esfera de líquido completamente separada pelo isolamento do ambiente. Na realidade, você vai ter tubos, outros componentes e a própria água que também dissipará o calor no ambiente afetando a temperatura final.

Aqui está uma discussão relacionada sobre um Thermos garrafa

    
13.11.2017 / 17:50