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Titolo: Dimensionamento sistema di riscaldamento ( non domestico )

Buonasera a tutti,
 
volevo un suggerimento, come fare i calcoli per dimensionare un sistema 
che deve scaldare una certa massa , per fare un esempio, quanti watt 
elettrici servono per portare diciamo un kg di ferro o alluminio che da 
una temperatura di -10°C deve essere portato alla temperatura di 30°C in 
100 secondi.
 
Non ho idea di come affrontare questi calcoli , ne quali parametri si 
devono tenere in considerazione , se poi si aggiunge anche il fatto che 
ci puo essere molto vento la cosa si complica in quanto il calore 
fornito viene anche portato via dal vento...
 
Qualsiasi suggerimento di letteratura o di esperienza diretta è ben 
accetto, anche qualche sito da consultare andrebbe benissimo.
 
Ringrazio in anticipo quelli che dedicheranno del tempo a rispondermi.
 
-- 
Saluti
 
 
 
 
Quando i ricchi si fanno la guerra, sono i poveri che muoiono.
 
Jan-Paul Sartre


 
http://www.poliorientami.polimi.it/come-si-accede/ammissione-ai-corsi-di-laurea-in-ingegneria/date-del-tol-e-iscrizione/#menuMobileComeSiAccede/4
 
 
Link accorciato:
 
http://tinyurl.com/h9trhz2
 
 
;-)


 
I calcoli sono parecchio complicati, dipendendo da moltissime variabili.
Alcune:
- dimensioni del pezzo;
- forma del pezzo;
- ambiente circostante;
- sistema scaldante;
- tempo richiesto per aumentare di DT
 
Non hai detto molto, ma se vuoi avere almeno un ordine di grandezza dei 
risultati devi definire meglio e porre parecchi limiti alle condizioni.
 
 
Gianluca
 

Gianluca ha scritto:

Ti ringrazio delle risposta, sto anch'io cercando di capire meglio cosa 
serve, chi mi ha chesto aiuto non ha le idee ancora chiare.
 
Il particolare da tenere termostatato pesa meno di 100 grammi, e sarà 
possibile isolarlo termicamente molto bene in modo che disperda poca 
energia.
 
il worst case chiede, con Tamb da -40°C a salire, di tenerlo ad almeno 
+20°C , se di piu non è un problema, fino a 60°C puo lavorare.
 
Mi serve avere un'idea della potenza necessaria in modo da dimensionare 
le resistenze riscaldanti , poi il resto lo risolvo senza grossi problemi.
 
Per Cordy, purtroppo non ho tempo per fare il poli, per questa richiesta 
  ci sono anche 2 ing. meccanici che ci stanno pensando.
 
A me serve una soluzione veloce, poi si puo sempre fare qualche prova e 
ritoccare i valori.



 
 
concordo con quanto ha scritto GianLuca, relativo alla 
quantità di variabili per una modellazione teorica anche 
solo dello stato di equilibrio (per non parlare dei regimi 
transitori).
 
Circa il sistema riscaldante poi bisogna capire se ritieni 
accettabile un dispositivo scaldante "intelligente", ossia 
termostatato (sonda termica e capacità di rispondere in modo 
interattivo).
Se la risposta è si, il problema empirico diverge 
notevolmente dalla trattazione teorica, nel senso che il 
problema si semplifica a chiedersi :
1) trovare un sistema di sonda+elettronica, a bassa inerzia, 
che attacchi / stacchi quando la T impostata scende sotto 
T-tolleranza_1 / sale sopra T+tolleranza_2.
2) Se è anche importante in che tempi reagisce (in salita o 
in discesa), naturalmente l'erogatore deve avere potenza più 
alta, e magari deve essere contemporaneamente presente 
qualche sistema di raffrescamento forzato (es. ventilatori, 
scambiatori liquido).
 
Cmq, magari prova a descrivere meglio i vincoli che hai ...
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 
 
---
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Ciao,
Pier.
 
www.piergm.com
 
 


 
 
-- 


Soviet_Mario ha scritto:

Ringrazio tutti per le tempestive ed esaurienti risposte, in particolare 
Pier GSi che mi ha dato una traccia valida da seguire per un 
dimensionamento di massima della potenza, grazie ancora .



 
Per curiosità, fai sapere di quanto ho sbagliato :))
 
Ciao,
Pier.
 
www.piergm.com
 
 

Pier GSi ha scritto:

Per dei dati precisi ci vorra del tempo...
 
L'ordine di grandezza della potenza stimata a spanne per 100 grammi di 
alluminio era da 20 a 40 watt, in linea con i tuoi calcoli e con la 
corrente disponibile.
 
Di nuovo Grazie.


 accetto, anche qualche sito da consultare andrebbe benissimo.
 
Il minimo sindacale dell'energia richiesta per il riscaldamento, al 
netto di infinite variabili, lo puoi stimare cosi' (immaginando per 
massima semplicita' tutti i parametri costanti al variare della 
temperatura, cosa che ovviamente *non* e'):
 
=> calore specifico del materiale * massa del materiale * la delta_T 
(temperatura finale - iniziale, quindi nel tuo caso delta_T= 30-(-10) = 40)
 
Trovata l'energia richiesta, trovi la potenza minima dividendo l'energia 
trovata per il tempo delta_t necessario (nel tuo caso 100 secondi), e 
chiamiamo questa P_m (potenza minima).
 
Il problema e' che per passare in un certo lasso di tempo da 
(temperature) T1 a T2, lo puoi fare in *infiniti* modi, senza contare il 
problema di efficienza nello scambio del calore tra esterno e corpo, i 
gradienti interni e l'ambiente esterno, e tantissime altre cose, non banali.
 
Siccome il modello e' difficile da fare dettagliato, ma appunto la stima 
di P_m in situazione ideale piu' o meno ce l'hai, per iniziare su un 
sistema reale io sovradimensionerei P_m (la potenza minima richiesta 
stimata sopra per il materiale e un certo salto termico) di un 10-20% 
per compensare le inevitabili inefficienze di scambio termico e farei le 
prima prove di transitorio con un controllore con una sonda di 
temperatura in retroazione che stacchi e attacchi il carico al 
raggiungimento di una certa temperatura on tot secondi (dividi, per 
iniziare, linearmente il delta_t). Si puo implementare tutto con un con 
un microcontrollore economico (Arduino et similia + sensori) o anche con 
un RaspberryPi + breadbord + sensori.
 
-- 
BArrYZ
 

 asimmetrico e poco gestibile (imho ovviamente).
 
Quello che suggerisci e' una cosa piu' complicata: ovvero se serve 
avere una qualche isteresi entro cui il controllore comanda di togliere 
e aggiunge calore ogni tot tempo (ti parlo proprio di implementazione).
 
Ma quello dipende se uno ha delle specifiche o dei vincoli nel *modo* in 
cui la temperatura deve salire (per esempio "realizzalo cercando di 
minimizzare il consumo di energia", oppure "minimizza le oscillazioni di 
tempertura intorno al valore di interpolazione lineare tra valore 
iniziale e finale", cose cosi').
 
Se invece si chiede di avere una certa t dopo x minuti, un sistema a 
retroazione semplice con un solo parametro (additivo), per me puo' 
andare (avra' un duty cycle a dente di sega). L'ambiente esterno, se e' 
sopra o sotto la t, instante per istante, o aggiunge o toglie calore, e 
la retroazione lo controlla cmq.
 
-- 
BArrYZ
 

 abbastanza accurata.
 
Anche qui completamente d'accordo. Polo semplice, quindi controllore 
integrale, e in burst accende e spegne, con una scala lineare.
 
-- 
BArrYZ
 

BArrYZ ha scritto:

In effetti la cosa è molto più banale, un sensore con campo di lavoro da 
0 a 60°C deve lavorare in un ambiente che puo arrivare anche a -40°C e 
bisogna riportarlo velocemente nella temperatura di lavoro.
 
Quindi se la temperatura è inferiore a +20°C bisogna riscaldarlo e 
tenerlo almeno sopra lo 0 , se supera i 20°C si puo smettere di scaldare .
 
Un termostato con un LM35 e un operazionale dovrebbe essere sufficiente 
per comandare un BJT che alimenta delle resistenze di potenza, entrambi 
saranno montati sul contenitore del sensore e contribuiranno entrambi a 
dare calore, senza troppi fronzoli, tanto non serve precisione, basta 
che rimanga sempre oltre lo 0°C.
 
Di nuovo grazie a tutti.


  ci sono anche 2 ing. meccanici che ci stanno pensando.
 
Vedrai che ti dicono loro la potenza che serve. Poi è solo un fatto di 
realizzazione di un circuito di controllo sufficientemente reattivo.
 

 Saluti
 
 
 
Non per rompere le uova nel paniere , ma la potenza per 100 grammi di 
alluminio non c'èntra assolutamente niente .
 
La massa è ininfluente .
 
Per mantenere la temperatura devi fornre la stessa energia ( magari piu) di 
quella che viene dispersa nell'ambiente.
 
i parametri da verificare sono l'isolamento , la forma , e il "mezzo" 
dissipante .
 
 
Concettualmente è come voler calcolare la quantità di acqua necessaria per 
riempire un secchio da 10L bucato .
 
 
Se devi mantenere qualcosa in temperatura in ambiente "ostile" esistono 
specialisti che forniscono cassette isolanti per strumenti
 
 anche per servizio "polare"
 
Se devi far qualcosa " per lavoro" e non per Hobby cerca instruments 
winterization enclosure
 
a seconda della tua "cassetta" i 20/40w stimati sono da pochi a troppi  ( da 
non scaldare a bruciare il pezzo )
 
 
 
Saluti