Задача №1. Для опалення сільськогосподарського приміщення вибрати економічно вигідний енергоносій, порівнюючи його з використанням для опалення електроенергії.

Вихідні дані:

тип енергоносія – кам’яне вугілля;

маса (кількість) спаленого носія за добу – m_доб = 15 кг;

опалювальний період – 4,5 місяці;

передбачається опалення з 17⁰⁰ до 5⁰⁰ годин.

Варі-анти	Тип енергоносія	Кількість спаленого енергоносія за добу, кг	Опалювальний період, місяців
1	антрацит	10	3,5
2	буре вугілля	30	4,0
3	кам’яне вугілля	12	5,0
4	дрова (сухі)	34	4,5
5	торф	25	6,0
6	бензин	8	5,5
7	гас	10	3,0
8	дизпаливо	12	6,5
9	мазут	18	5,0
10	природний газ	25 м3	4,0

Розв’язок

1. Розраховуємо добову потребу в теплоті Q_доб Дж·кг за формулою:

,

де К – кількість теплоти, що виділяється при згоранні палива, для кам’яного вугілля К = 25·10⁶Дж (додаток А)

Дж·кг

2. Розраховуємо загальну потребу в теплоті Q_заг Дж·кг за формулою:

,

де n – період використання енергоносія, діб

Дж·кг

3. Розраховуємо витрати енергоносія m, кг, кВт·год, для отримання необхідної кількості тепла

кам’яного вугілля

кг

електроенергії

кВт·год

4. Визначаємо затрати на використання енергоносія, З, грн.

кам’яного вугілля

грн.

електроенергії

грн.

Оскільки при опаленні приміщень можливе використання лічильників з обліком електроенергії за двома тарифами, денним і нічним, тоді перераховуємо затрати на електроенергію

1700 – 2300 6 Годин по 0,54 грн

1700 – 500 6 Годин по 0,14 грн

грн..

Висновок: з розрахунків видно, що при використання обліку електроенергії за двома тарифами її вартість знижується, але економічно вигідно для даного варіанта використовувати у вигляді енергоносія кам’яне вугілля.

Задача № 2: Розрахувати електродний водонагрівач безперервної дії.

Вихідні дані:

Продуктивність водонагрівника – G =300 кг/год

Початкова температура води – θ₁ = 9ºС;

Кінцева температура води – θ₂ = 85ºС;

Питомий опір води при 20ºС – ρ₂₀ = 29 Ом·м;

Напруга живлення – U = 380В;

Тип електродної системи - трифазна з пластинчастими електродами

Варі- ант	Продук-тивність, кг/год	Початкова темпера-тура, ºС	Кінцева темпера-тура, ºС	Питомий опір води, ρ20, Ом·м	Напруга живлення, В	Тип елек-тродної системи
1	2	3	4	5	6	7
1	450	5	90	30	380	Трифазна з пластинчастими електродами
2	350	7	95	27	380
3	300	10	80	28	380
4	400	6	85	27	380
5	500	7	70	22	380
6	600	7	70	24	380
7	700	9	60	30	380
8	800	10	65	28	380
9	900	5	70	29	380

Розв’язок

1. Визначаємо розрахункову потужність Р, кВт, водонагрівника безперервної дії:

,

де k₃ – коефіцієнт запасу, k₃= 1,1 – 1,3;

c – теплоємність води, с = 4,19 кДж/(кг·ºС);

η – ККД водонагрівника, η = 0,95 – 0,98

кВт

2. Визначаємо відстань між електродами l, см

,

де Е_доп – допустима напруженість електричного поля між електродами, Е_доп = 125 – 250 В/см (мінімальне значення напруженості відповідає питомому опору води ρ₂₀ ≤ 20 Ом·м, а максимальне - ρ₂₀ ≥ 100 Ом·м), приймаємо Е_доп = 150 В/см.

см

Примітка. Не рекомендується брати l < 1,5 см.

3. Визначаємо геометричний коефіцієнт К_г:

,

де n - кількість електродів, n = 4 (для симетрії навантаження);

b – ширина електрода, рекомендується брати b = 10-20 см, приймаємо

b = 10 см.

4. Визначаємо середню температуру нагрівання води θ_сер , ºС

ºС

5. Визначаємо висоту електродів, h,м

м

6. Визначаємо потужність однієї фази наприкінці нагрівання Р_ф, кВт:

кВт

7. Визначаємо площу поверхні електрода S, см²:

см²

8. Визначаємо максимальну густину струму на електродах j_max, А/см²:

,

де К_н – коефіцієнт, що враховує нерівномірність густини струму на поверхні електродів, К_н =1,1 – 1,4

А/см²

9. Виконуємо перевірку по максимальній густині струму за умовою:

,

де j_доп – допустима густина струму на електродах наприкінці періоду нагрівання (не повинна перевищувати: для циліндричних електродів – 2 А/см²; для плоских – 0,5 А/см²).

Умова виконується, отже розрахунок виконано правильно.

Примітка. Якщо максимальна густина струму більша за допустиму, то слід взяти менше значення максимальної напруженості поля між електродами.

Висновок. Для електродного водонагрівника розрахунковою потужністю 35,5 кВт необхідно прийняти електроди шириною b = 10 см, висотою h = 12 см, відстань між електродами l = 2,53 см.

Задача №3: Розрахувати індуктор та вибрати високочастотну установку для поверхневого загартування циліндричних установок з вуглецевої сталі.

Вихідні дані:

діаметр установки – d_а = 30 мм;

висота установки – h_в = 90 мм;

глибина шару загартування – х_к = 1 мм;

напруга на індукторі – U_і = 100 В

Варіант	Діаметр установки, мм	Висота установки, мм	Глибина шару загартування, мм	Напруга на індукторі, В
1	15	93	1	96
2	20	96	1,2	98
3	25	99	1,4	100
4	30	102	1,6	94
5	35	105	1,8	92
6	40	108	2,0	90
7	45	111	1,2	94
8	50	114	1,4	92
9	55	93	1,6	90
10	60	96	1,8	96