Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Termowentylator - budowa z drutu oporowego

mdove84 06 Jun 2009 17:15 7286 15
  • #1
    mdove84
    Level 12  
    Witam,

    Chciałbym zrobić termowentylator z drutu oporowego o długości 1m nawiniętego na wałeczki ceramiczne o średnicy 8mm i odcinki długości około 10cm. Wałeczki znajdowały by się w pewnych odstępach równolegle zamocowanych w materiale nieprzewodzącym (konstrukcja podobna jak w wyrzutni sztucznych ogni). Ich ilość jest zależna od ilości zwojów drutu na wałku. Pomiędzy wałeczkami za pomocą 4 wentylatorów (1 panel z 4 wentylatorów) przedostawałoby się powietrze. Całość zasilana z sieci. Poniżej parametry drutu i wentylatorów:



    Wentylator:
    Maks. przepływ powietrza
    30.87 CFM
    Maks. ciśnienie powietrza
    0.345 inch-H2O
    Napięcie stałe
    12V
    Napięcie pracy
    10~13V
    Prąd
    0.12A

    Drut oporowy-KANTHAL A
    Grubość: 0,25 mm. Opór właściwy: 28,5 Ohm/m.Temperatura max:1300 st.C.

    Moje pytanie brzmi. Czy ta konstrukcja ma sens? Z moich obliczeń wynika, że moc oddawana przez drut to około 1,8kW. Zaznaczam, że chcę połączyć wentylatory w szereg (elektryczny) i dołączyć diodę prostowniczą oraz rezystor, aby całość działała na 230V. Jaki wówczas podpiąć rezystor i jaką diodę? Czy obliczenia są takie same jak dla diod LED? Może coś jeszcze trzeba podpiąć? Wentylatory pod względem konstrukcyjnym chcę połączyć równolegle w celu zwiększenia wydajności (około 200m3/godz). Z góry dziękuję za pomoc.
  • #2
    Rzuuf
    Level 43  
    Witam!
    Używasz trochę "egzotycznych" jednostek: CFM to "cubic feet per minute" czyli stopa sześcienna na minutę, wiec cały przepływ 30,87CFM to 0,81m3 na minutę, czyli 40,85m3 na godzinę, a 0.345 inch H2O to 0,345 cala słupa wody, czyli 9mm (to dość mało! Pewnie wentylatory z komputera? Będą ZA SŁABE dla odprowadzenia mocy 1,8kW!).
    Dla zasilania Twoich 4 wentylatorów wystarczy wziąść odczep z 1/4 długości drutu oporowego i podłączyć połaczone szeregowo silniki przez mostek z 4 diod 1N4002.
  • Helpful post
    #3
    _jta_
    Electronics specialist
    O ile pamiętam (można sprawdzić w Wikipedii), to ciepło właściwe powietrza jest 0.2°C/g, 1l powietrza to 1.3g;
    0.81m3/minutę to 13.5l/s; wychodzi, że 15W powinno je podgrzać o 1°C, więc 1.8kW o 120°C, gdyby był jeden
    taki wentylator, przy czterech tylko 30°C - ale pod warunkiem, że nic nie będzie hamować przepływu powietrza.
  • #4
    Rzuuf
    Level 43  
    Oczywiście te 30°C o których pisze _jta_ to jest PRZYROST temperatury powietrza przepływającego przez termowentylator, więc jeśli powietrze w pomieszczeniu ma np. 15°C, to wypływające z termowentylatora będzie miało 45°C.
    Jest jasne, że wentylatory umieścisz na DOPŁYWIE powietrza, po stronie zimnej.
  • #5
    _jta_
    Electronics specialist
    Zgadza się. Co do zasilania wentylatorów - dioda z opornikiem dałaby napięcie pulsujące, które może nie być
    odpowiednie do zasilania wentylatora; i pewnie ze względów bezpieczeństwa najlepiej użyć transformatora,
    plus mostka, kondensatora i stabilizatora napięcia - wtedy zasilanie wiatraczków nie będzie pod napięciem
    sieciowym. A jak koniecznie chcesz oszczędzić kilka zł, to odczep z grzejnika, dalej mostek...

    Jeszcze kwestia: do jakiej temperatury nagrzeje się drut oporowy, jeśli przestaną działać wiatraczki?
    Jakoś mam wrażenie, że 230V podłączone do metra drutu z kanthalu spali ten drut dość szybko.
  • #6
    prezeswal
    VIP Meritorious for electroda.pl
    Może warto podpatrzeć rozwiązania stosowane przez producentów takich urządzeń ("farelki" :D ) - np. bimetaliczny wyłącznik termiczny ?
    Pozdrawiam.
  • #8
    mdove84
    Level 12  
    Dziękuję wszystkim za odpowiedzi.

    Rzuuf wrote:
    Witam!
    Używasz trochę "egzotycznych" jednostek: CFM to "cubic feet per minute" czyli stopa sześcienna na minutę, wiec cały przepływ 30,87CFM to 0,81m3 na minutę, czyli 40,85m3 na godzinę, a 0.345 inch H2O to 0,345 cala słupa wody, czyli 9mm (to dość mało! Pewnie wentylatory z komputera? Będą ZA SŁABE dla odprowadzenia mocy 1,8kW!).

    Takie "egzotyczne" parametry podał mi sprzedawca. Tak, są to wentylatory przeznaczone do komputera. Wybrałem takie ze względu na niski koszt, niski pobór energii i ciszę (26dB), ponieważ te kupne termowentylatory tego ostatniego nie gwarantują, a jeśli tak to za wysoką cenę samego urządzenia. Poza tym nie potrzebuję dużego przyrostu ciśnienia, bo nie jest to sieć wentylacyjna, wymagam tylko dużego wydatku powietrza, a taki każdy z tych wentylatorów posiada. Jak kolega Rzuuf policzył to będzie 40,85m3 na godzinę co przy 4 wentylatorach da łącznie 163,4 m3 na godz. - oczywiście czysto teoretycznie, ale rzeczywisty wynik nie będzie się dużo różnić. To pozwoli na całkowitą wymianę powietrza w pomieszczeniu po około 20 minutach. Połączone ze sobą równolegle (nie elektrycznie tylko konstrukcyjnie!) powodują przyrost przepływu powietrza, zgodnie z zasadą połączeń równoległych wentylatorów. Gdyby z jakichś powodów była potrzeba zwiększenia ciśnienia, wówczas łączę kolejne 4 wentylatory równolegle i tworzę drugi taki "panel" łącząc go w szereg z pierwszym "panelem". Wówczas ich przyrosty ciśnienia się sumują.

    Rzuuf wrote:

    Dla zasilania Twoich 4 wentylatorów wystarczy wziąść odczep z 1/4 długości drutu oporowego i podłączyć połaczone szeregowo silniki przez mostek z 4 diod 1N4002.

    Jeśli dobrze zrozumiałem zamiast stosować opornika trzeba wykorzystać drut oporowy o długości 0,25m i połączyć go w szereg z mostkiem i do tego wszystkie wentylatory. Rozumiem też, że zasady podłączania są takie: faza-drut-mostek prostowniczy-"plus" wentylator "minus"-masa? Może nie ma to znaczenia? Według moich wyliczeń zamiast drutu mogę dobrać rezystor 145Ohm, czyli z katalogu najbliższy 150Ohm, tylko jakiej mocy? Dobierając opornik zamiast drutu mogę zmniejszyć wielkość urządzenia i gdybym chciał dodać/zmienić na inne wentylatory łatwiej jest wymienić rezystor niż kombinować z długością drutu.

    _jta_ wrote:

    O ile pamiętam (można sprawdzić w Wikipedii), to ciepło właściwe powietrza jest 0.2°C/g, 1l powietrza to 1.3g;
    0.81m3/minutę to 13.5l/s; wychodzi, że 15W powinno je podgrzać o 1°C, więc 1.8kW o 120°C, gdyby był jeden
    taki wentylator, przy czterech tylko 30°C - ale pod warunkiem, że nic nie będzie hamować przepływu powietrza.

    Nawet jeśli sprawność układu będzie wynosić tylko 10% (przez straty ciepła przez okna, wentylację, drzwi, itp.) warto pokusić się o przyrost temperatury o 3*C w ciągu 20 minut w pomieszczeniu, chyba, że się mylę. Jeśli wentylatory będą pobierać mało mocy (około 6W) to sprawność całego urządzenia jest bardzo wysoka, no i nic nie szumi.
    Kolejna rzecz to dobór wentylatorów ze względu na to, że wytrzymają wyższą temperaturę pracy (bo chłodzą w końcu wnętrza komputerów w których często panuje temperatura powyżej 50*C), więc instalując je na dopływie powietrza będą chłodzone przez napływający czynnik, a promieniowanie cieplne od drutu wytrzymają.

    _jta_ wrote:

    pewnie ze względów bezpieczeństwa najlepiej użyć transformatora,
    plus mostka, kondensatora i stabilizatora napięcia - wtedy zasilanie wiatraczków nie będzie pod napięciem
    sieciowym

    W pierwszej fazie projektu myślałem nawet o podłączeniu pod jakiś słaby zasilacz komputerowy (wystarczyłby nawet 150W), ale wówczas mam straty mocy na zasilaczu i całe urządzenie "rośnie".

    _jta_ wrote:

    Jeszcze kwestia: do jakiej temperatury nagrzeje się drut oporowy, jeśli przestaną działać wiatraczki?
    Jakoś mam wrażenie, że 230V podłączone do metra drutu z kanthalu spali ten drut dość szybko.

    Drut według producenta wytrzyma 1300*C, wałeczki ceramiczne pewnie też coś koło tego (temp. wypalania ceramiki to powyżej 1300*C), więc chyba nie będzie się palić, a nie muszę chyba mówić, że ktoś będzie w pomieszczeniu i zauważy jak coś będzie nie tak. Każdy kto miał do czynienia z szlifierką kątową wie jak pachnie rozgrzany metal :) Sądzę, że termistor PTC rozwiąże sprawę bezpieczeństwa, tylko nie bardzo wiem, jak go dobrać i jak wówczas policzyć opór całego układu, żeby dobrać go do napięcia sieciowego, aby wiatraczki pracowały na te 12V.

    _jta_ wrote:

    A może zamiast metra drutu z kanthalu wziąć spiralę grzejną 1800W/230V? Powinna wytrzymać...

    Właśnie spirala grzejna trochę kosztuje, a poza tym układ drutu mogę rozplanować tak, aby każdy jego fragment był w przybliżeniu tak samo owiewany. No i jeszcze satysfakcja z DIY :)
  • #9
    _jta_
    Electronics specialist
    Przez 150 omów popłynie około 1.5A - zdecydowanie więcej, niż można przepuścić przez wentylatory.
    Może, jak nawet opornika nie wyliczyłeś dobrze, to lepiej skorzystaj z gotowych podzespołów?

    Poza tym to będzie zasilanie typu wymuszania prądu, a wentylatory zostały zrobione do pracy przy
    określonym napięciu - niewykluczone, że od takiego zasilania od razu się spalą. Można by pomyśleć
    o ograniczaniu napięcia zenerkami, ale to musiałaby być zenerka ze 3W (są i 5W) na każdy z nich.
    Mogą również potrzebować napięcia stałego, a nie pulsującego - bez kondensatora się nie obejdzie.

    Zasilacz wystarczy 12V 0.8A (powinien mieć zapas prądu, żeby się nie przegrzewał). A opornik
    szeregowy (1.6k, 30W), który chciałeś zastosować, pewnie miałby porównywalne rozmiary i cenę.

    Jeśli to ma ogrzewać pomieszczenie, to i tak moc wydzielająca się we wszystkich elementach będzie
    to robić, nie tylko moc wydzielająca się w samym grzejniku - tak czy siak sprawność będzie 100%.

    Spirala grzejna kosztuje kilka zł - taniej od transformatora, pewnie tyle, co jeden wiatraczek w hurcie.
    Drut, jeśli będzie za krótki, może się spalić w ciągu paru sekund - zanim wiatraczki zaczną dmuchać
    - przydałoby się ze 4m, wtedy będzie w stanie wytrzymać kilka minut bez działania wiatraczków.
  • #10
    mdove84
    Level 12  
    To znaczy tak. Kolega Rzuuf polecił mi podłączenie w szeregu drutu o długości 0,25m w celu uzyskania napięcia 48V na 4 wentylatorach łącznie. Podany przeze mnie opornik służył jedynie zastąpieniu tego drutu odpowiadającym mu oporem. Faktycznie mój błąd i aż wstyd się przyznać - nie przewidziałem prostej rzeczy a mianowicie z prawa Ohma jaki prąd popłynie przez opornik, czyli jakieś 1,5A (szlag trafi wiatraczki) no i opór nie 150Ohm tylko 1,6kOhm - ech te rzędy wielkości. Tak jak kolega _jta_ napisał to daje opornik 1,6kOhm 30W.

    Jednak lepszym rozwiązaniem będzie zasilacz. Znalazłem na aukcji taki za 6zł. Może być taki czy za tani?
    Zasilacz uniwersalny
    NAPIĘCIE WYJŚCIOWE - 3,00 / 4,50 / 6,00 / 7,50 / 9,00 / 12,00 Volt
    1000 mA

    Rozumiem, że wówczas wentylatory łączę (elektrycznie) równolegle.

    Quote:
    Jeśli to ma ogrzewać pomieszczenie, to i tak moc wydzielająca się we wszystkich elementach będzie
    to robić, nie tylko moc wydzielająca się w samym grzejniku - tak czy siak sprawność będzie 100%.

    Źle się wyraziłem. Urządzenie będzie miało sprawność 100%, ale mi bardziej chodziło o ciepło oddane do otoczenia i jego ubytki przez okna, itp, czyli sprawność całego układu=pomieszczenie+urządzenie. Bo przecież uruchomienie termowentylatora na 20 minut chwilowo podniesie temp. w pomieszczeniu o kilka stopni, ale ściany mając niższą temperaturą szybko odbiorą ciepło z powietrza. Aby nagrzać pokój "na stałe" trzeba by mieć włączone urządzenie przez kilka godzin, tylko w tym czasie powietrze będzie bardzo gorące, dlatego termowentylatory nie nadają się do ogrzewania ciągłego pomieszczeń, raczej do chwilowego dogrzewania.

    Quote:
    Spirala grzejna kosztuje kilka zł - taniej od transformatora, pewnie tyle, co jeden wiatraczek w hurcie.
    Drut, jeśli będzie za krótki, może się spalić w ciągu paru sekund - zanim wiatraczki zaczną dmuchać
    - przydałoby się ze 4m, wtedy będzie w stanie wytrzymać kilka minut bez działania wiatraczków.

    Gdzie mogę kupić taką spiralę grzejną? Wydawało mi się jeśli drut będzie krótszy to wówczas jego opór jest mniejszy i nie powinien się spalić, tym bardziej, że wytrzymuje 1300*C. Nic już z tego nie rozumiem...:|
  • Helpful post
    #11
    Rzuuf
    Level 43  
    Ja nie doradzałem OSOBNEGO opornika, z którego by było pobierane zasilanie dla wentylatorów, tylko ODCZEP z grzejnika. Ponieważ przez grzejnik płynie kilka amper, a wentylatorki potrzebuja (w połaczeniu szeregowym) tylko 0,12A, więc grzejnik "nie zauważy" tak nikłego "podbierania" prądu. Można również z "niższego" odczepu zasilić mostek+ stabilizator LM7812 (cana razem poniżej 1 butelki Żywca).

    A teraz na temat długości drutu:
    - im krótszy drut, tym niższa oporność, a wiec tym wyższy prąd i wyższa moc, a jednocześnie MNIEJSZA POWIERCHNIA BOCZNA DRUTU, która oddaje ciepło, czyli większe obciążenie w W/cm2 - co jest możliwe tylko przez podniesienie temperatury tego drutu.
  • #12
    mdove84
    Level 12  
    RzuuF proszę o wyjaśnienie pomysłu z drutem. Bo z tego co na początku zrozumiałem to drut na grzałkę swoją drogą, a zasilanie wentylatorów swoją drogą. I tak, dla grzałki długość 1m, dla zasilania went. 0,25m połączone w szereg z wentylatorami i całą resztą. Podpinając wentylatory w szereg z grzałką spalimy went. (około 8A). O co, więc chodzi?

    Rozumiem już kwestię palenia drutu :)
  • #13
    _jta_
    Electronics specialist
    Zasilacz się nadaje - tylko kwestia, czy jak tani, to nie jest to badziewie, które szybko wysiądzie,
    bo w takiej cenie to bywa chyba tylko chiński sprzęt, który potrafi się spalić po półgodzinnej pracy...
    No i może trzeba będzie dodać jakiś większy kondensator, i ustawić napięcie "rzeczywiste 12V",
    które może odpowiadać np. 9V, albo nawet 7.5V na przełączniku - tak robią te zasilacze...

    Spirale grzejne bywają w sklepach elektrycznych (tam, gdzie mają gniazdka, wtyczki, żarówki...).

    Przy zasilaniu z odczepu - wentylatory nie w szereg, a równolegle do odcinka drutu. Tylko jeśli
    akurat ten odcinek drutu się przerwie, to na wentylatory pójdzie 230V, i żaden LM7812 nie pomoże.
  • #14
    Rzuuf
    Level 43  
    Nieporozumienie z podpinaniem wentylatorów: nie szeregowo, tylko RÓWNOLEGLE do odcinka drutu.
    Ten "równoległy" odcinek drutu jest mniej obciążony, więc szansa jego przepalenia jest nikła.
    Jeśli na 1m drutu jest 230V, to 12V jest na odcinku 5cm - tam więc należy zamocowac odczep.
    Grzejnik 1,8kW pobiera prąd 7,8A. Jeśli z odczepu będziemy pobierać 0,48A (4 wentylatorki równolegle), to przez ten odcinek popłynie 7,22A, a więc też sporo ...

    A teraz sprawa z drutem: geometrycznie rzecz biorąc, drut jest walcem, o wysokości równej długości drutu, i polu podstawy S równym Pi*d^2*1/4. Drut przewodzi prąd swoją powierzchnią przekroju poprzecznego (S), a oddaje ciepło powierzchnią boczną, która dla drutu o długości L i średnicy D jest równa Pi*D*L. Jeżeli skrócimy drut (L), lub zmniejszymy jego średnicę (D), to za każdym razem maleje powierzchnia, przez którą drut oddaje ciepło do otoczenia. Jeśli tą samą moc wydzielimy na cieńszym, lub krótszym drucie, to moc P rozkłada się na mniejszą powierzchnię, co powoduje większe "obciążenie termiczne", objawiające się podwyższeniem temperatury powierzchni drutu.
  • #15
    _jta_
    Electronics specialist
    Ja mam taką informację: drut z konstantanu (wytrzymuje o około 200*C mniej, niż kanthal) o grubości
    0.10mm ma oporność 64 omy/m (kanthal 2.9X więcej) i przepala się szybko, jeśli prąd przekroczy 1A.

    Jeśli grubość warstwy powietrza odbierającej ciepło jest mała w porównaniu do grubości drutu, to
    szybkość oddawania ciepła jest proporcjonalna do powierzchni; jeśli duża - do logarytmu ilorazu
    grubości drutu i grubości warstwy powietrza - czyli niewiele zależy od grubości drutu.

    Na skuteczność podgrzewania powietrza przez drut (i chłodzenia drutu przez powietrze) ma wpływ
    przewodzenie ciepła przez powietrze; to samo zjawisko, które powoduje przewodzenie ciepła, jest
    przyczyną hamowania przepływu powietrza - nie da się podgrzewać powietrza nie hamując przepływu.

    Aha, i szanse przepalenia zależą od chłodzenia - odcinek, przez który popłynie mniejszy prąd, może
    przepalić się szybciej, jeśli będzie gorzej chłodzony (7.5A i 8.0A - przy kilkunastu % różnicy chłodzenia).
  • #16
    mdove84
    Level 12  
    Witam ponownie,
    Wiem, że odgrzewam, ale ku przestrodze innych jako autor tematu robię to z premedytacją, aby zamknąć go na dobre. Urządzenia wprawdzie nie zbudowałem, bo wpadłem na lepszy pomysł, ale ostateczna forma projektu była taka:
    Drut oporowy o długości 1 m nawinięty na wałki ceramiczne. Szeregowo z drutem wpiętym do sieci był połączony przekaźnik, który służył za wyłącznik bezpieczeństwa. Cewkę przekaźnika sterowano za pomocą termistora PTC, który służył jako czujnik temperatury. Oddzielnie zasilanie wentylatorów ze starego zasilacza komputerowego.
    Pomysł jaki zrealizowałem mnie samego zadziwił prostotą :) Otóż zbudowałem konstrukcję z listew drewnianych, przymocowałem do niej wentylatory, a całość do grzejnika c.o. Zasiliłem wentylatory z zasilacza komputerowego. Dzięki dużej wydajności wentylatorów (osiem sztuk połączone szeregowo dało ponad 300m3/h) niskim zużyciu energii (niecałe 12W) dało bardzo ekonomiczne źródło ciepła :) Po uruchomieniu wentylatorów i ich pracy ciągłej temperatury podniosła się na stałe o 3 stopnie co znacznie podniosło komfort przebywania w pomieszczeniu. Uprzedzam pytania o hałas, bo takiego nie było. Wentylatorki pracowały bezgłośnie, gdyż takie wybrałem podczas zakupu (26dB). Wiadomo, że grzejnik się szybciej ochładzał->większe zużycie węgla, ale i tak w ogólnym rozrachunku wychodzi taniej niż dogrzewać prądem. Polecam wszystkim to rozwiązanie.
    Temat zamykam.