Grejac i potrosnja struje u zavisnosti od temp. tecnosti

Pozdrav ljudi,

Razmisljao sam nesto o principu rada grejaca i par sitnica mi nije jasno, pa ako bi mi objasnili bio bih vam zahvalan.

Prvi "problem" koji mi se moda po glavi je sledeci:
Pocetni uslovi (koji su isti za oba slucaja):
-imam grejac snage 1KW (primer) spojen na mrezu (240V) preko prekidaca BEZ termostata
-imam neku posudu (mislim da nije bitna zapremina) u kojoj imam neku tecnost, recimo vodu, koju zelim da zagrejem

E sad, sa ovim pocetnim uslovima imam dva slucaja koriscenja:
1. tecnost (voda) je temperature 10 stepeni C
2. tecnost (voda) je temperatuje 90 stepeni C

U oba slucaja grejac spajam bez termostata da radi tacno 10 minuta.

Koliko KWh ce potrositi grejac u 1. a koliko u 2. slucaju?

Po nekoj mojoj logici bi trebalo u oba slucaja da potrosi oko 0.166666 KWh (10KWmin) ali nisam bas siguran.

--------------------------------------------

I drugo pitanjce:
Sta ce se desiti ako grejac spojim direktno bez termostata da greje neku tecnost beskonacno dugo?

Ja nemam uslova da ovo sam prakticno testiram, zato vas i pitam.

Dobra ti je logika.
Ako grijac pustis dovoljno dugo da radi ... Imas dva slucaja, otvorenu i zatvorenu posudu.
Ako je posuda otvorena poslije nekog vremena ce tecnost prokljucati i pocece naglo da isparava. kad ispari sva tecnost grijac ce s e istopiti.
Ako je posuda zatvorena tecnost ce takodje prokljucati ( doduse na nesto vecoj temperaturi) i pritisak ce se povecavati sve dok sud ne eksplodira.
Onda se prelazi na slucaj 1.

OK, to za beskonacno grejanje vode sam i sam posle shvatio posle postavljanja pitanja.
Ali, recimo da imam neki grejac koji greje... vazduh recimo... i da je spojen bez termostata. Sta se u tom slucaju desava? Pretpostavljam da ce se zagrejati na odredjenu temp i tu mirovati.

Ali ono prvo pitanje mi je zanimljivije.
Ne znam da li sam te @veselonovic-u dobro razumeo, da li si ti za moje prvo pitanje odgovorio "Dobra ti je logika"?

Potrosnja grejaca opada sa porastom temperature jer mu raste otpornost, ali mozes aproksimirati da je otpornos konstantna onda ti je i potrosnja konstantna bez obzira na to sta se greje i koja je kolicina tecnosti/vazduha, ono za 10 i 90 C te nisam razumeo verovatno se radi o razlicitoj kolicini tecnosti.
Sto se tice grejanja vazduha u zatvorenoj posudi on ce se zagrevati i pritisak ce rasti, ako je postuda dovoljno cvrsta da izdrzi to doci ce do topljenja grejaca( cak i ako posuda pukne docice do topljenja jer gasovi slabo provode toplotu)

Ksrele,

Dobio si neke dobre odgovore ali mislim da je potrebno još toga.

Pitanje je šire nego što izgleda na prvi pogled pa zahteva i širi odgovor.

Postoji mnogo vrsta i načina zagrevanja nekog medijuma. Shodno tome i mnogo vrsta "grejača" ma u kojoj formi bili izvedeni.

Možemo ih grubo razdeliti u možda dve grane:

-grejni elementi čija snaga zavisi od temperature,

-grejni elementi čija snaga ne zavisi od temperature.

Prvoj grupi, ovih koji zavise od temperature, pripadaju:

-Poluprovodnički NTC ili PTC grejači i njihova snaga zavisi od temperature, zavisno od potreba.
Češće je PTC (pozitivan temperaturni koeficijent) u upotrebi. Možeš takav sresti u na primer onom pištoljčiću sa plastičnim, silikonskim, topljivim patronima. Opšta osobina tih PTC je da imaju neku vrstu samograničenja i da im nije nužan termostat. Njima snaga opada sa porastom temperature i kada se ujednači ravnoteža između snage i gubitaka, temperatura teži nekoj prilično konstantnoj. Takvi ujedno imaju i neku vrstu samoregulacije, jer ako ih pothladiš snaga im poraste.

-Otpornički grejači zavisni od temperature.
Svi metali inicijalno imaju pozitivan temperaturni keficijent i kada se želi naglasiti ta zavisnost, koriste se metali ili legure kod kojih je to izraženo.
Tipični predstavnici su: tungsten, nekadašnja legura "cekas" i slične legure...
Suština je ista kao kod ovih prethodnih: samograničenje.
Takav grejač se kada beskonačno dugo radi neće istopiti jer mu opadne snaga sa porastom temperature, naravno ako je dimenzionisan tako.
Takve legure su u halogenim grejačima, drugim sijalicama, i nekad bile u onim starim rešoima gde je bio otvoren grejač.
Dakle, da rezimiramo oko ovih temperaturno zavisnih: takvi se lako mogu napraviti i dimenzionisati da ne pregore bez kontrole. Odnosno da im konačna temperatura bude još uvek u dozvoljenim granicama. Ujedno mogu imati i neku vrstu samoregulacije gde ne moraju nužno imati termostasku kontrolu.
To je inače veoma interesantna grupacija grejača jer ima neke fine dodatne mogunosti. Na primer, nekada je fabrika "Ersa" u svojm lemilicama serije MS 6000 imala PTC grejač koji je trajao nenormalno dugo, a kontrolu temperature su vršili merenjem otpora tog istog grejača...

----------------------

Druga grupa, temperaturno nezavisnih grejača je uglavnom od nekoliko legura kod kojih je temperaturni koeficijent veoma mali.
Tipični predstavnici su: manganin sa ubedljivo najmanjim termokoeficijentom koji je izražen tek tamo negde u šestoj decimali iza zapete (da ne tražim sad tačan broj) i od njega se prave čak i etalonski otpornici, potom konstantan, takođe tamo negde u možda petoj iza zapete, kantali raznih vrsta koji takođe imaju zavidno mali koeficijent, reda četvrte ili pete decimale iza zapete...

Ti temperaturno nezavisni grejači nemaju nikakav vid samograničenja osim odnosa konačne snage i gubitaka, gde će prestati porast temperature ukoliko ne dođe do topljenja grejača.
Njihova snaga je uglavnom konstantna na raznim temperaturama.

E sad, da li će takav grejač bez kontrole biti razoren ili ne, zavisi od mnogih stvari.
Ako je proračunat da radi u vazduhu kao medijumu, i ako je dimenzionisan tako da ne može doći do granice otapanja same žice grejača i ostalih pomoćnih metala okolo, može raditi beskonačno dugo.
Tu se često koriste grejači od nekih vrsta kantal legure, kojima je kritična temperatura oko 1150*C.
Viđao sam po ciglanama kantal grejače ogromnih snaga, otvorenih, koji rade na 1100*C, odnosno skoro na granici topljenja, u stanju koje nalikuje tvrdoći nalik gumi, toliko već omekšani da ih ljulja strujanje vazduha od ventilatora.

U tvom slučaju je pomenuti bojlerski grejač namenjen isključivo za rad u tečnom medijumu i ukoliko ostane suv pregoreće zbog prevelike temperature.

Bojlerski grejači su tipično od nekog tipa kantal legure i ne menja im se snaga po temperaturi.
U tvom slučaju, rad od 10sec pri 25 i pri 90*C će konzumirati potpuno jednaku količinu energije, ali porast temperature neće biti baš isti jer gubici rastu naglo i po složenoj zavisnosti sa porastom temperature,
U prevodu, malo manji porast će se dogoditi na 90*C jer su gubici ka okolini veći.
--------------------------

Van stroge teme još nešto korisno.
Svim metalima, sa porastom temperature raste korozivnost. Odnosno, sve su skloniji ka vezivanju kiseonika iz vazduha koji formira okside. A ti oksidi otpadaju sa grejača i njemu se degradira vek zato što je same žice sve manje vremenom. (Fizički je potpuno objašnjivo izvesno smanjenje snage grejača kod dugog radnog veka zbog smanjenja preseka žice ili trake)
Što je viša temperatura, vek grejača koji je izložen normalnoj atmosferi je sve kraći, i to sve važi i za okolne pomoćne metalne delove koji su izloženi visokim temperaturama.
Korozivnost ne raste linearno sa povećanjem temperature, već mnogo naglije. Stoga je kod visokih temperatura radni vek je drastično kraći za sve metale. To se odražava naročito na vek sondi za merenje temperature i takođe im skraćuje radni vek.
Osim mogućeg razaranja topljenjem grejača, ovo je drugi faktor zbog kojeg vremenom "umiru".

Mnogo je toga učinjeno na hemijskom sastavu legura za grejače da bi se postigla veća inertnost prema korozijipri pri visokim temperaturama. Legure koje se danas upotrebljavaju, poput nekih vrsta kantal, vrlo su otporne na koroziju, ali ipak ne potpuno. Vek je mnogo duži nego kod starijih legura ali ipak konačan.

Dalje, pored navedenih problema, vek grejaču smanjuje i mehanički stres koji potiče iz nekoliko mogućih izvora:
-termička dilatacija prilikom promena temperature,
-stres od promenljivih magnetskih polja kod naizmeničnih struja, posebno istaknut kod kontrole faznim zasekom gde se javlja efekat "rebara", odnosno različitih temperatura duž grejača nalik tamnijim i svetlijim prstenovima i ti efekti su posledica sadržaja viših harmonika koji nastaju zbog velikog dI/dt,
-stres od spoljnih mehaničkih vibracija,
-kondenzacija vlage i njeno korozivno dejstvo.

Eto malo šire priče o grejačima i nadam se da nisam bio dosadan, kao što se i nadam da će ovo još nekom biti korisno...

Pozdrav

_{[Ovu poruku je menjao macolakg dana 27.05.2015. u 00:44 GMT+1]}

Opa, svaka vam cast na odgovorima.

Neke stvari sam i sam pretpostavljao ali sam ipak hteo da proverim sa strucnim ljudima.

Nemam sta drugo da kazem osim hvala. :)

I da dodam jos par detalja, sam proces grejanja nekog ima neke svoje osobine, prenosa toplote i provodjenja toplote.

Kod fluida je dosta uslova vezano za napon pare, kod gasova su bitni pritisci i velicine molekula, a kod cvrstih tela kontaktne povrsine i provodnost.

Toplotni kapacitet, prenos i provodnost toplote su glavni makro elementi koji se uzimaju u obzir pri razmatranju procesa grejanja.

Ono sto bi deo konkretnog odgovora bio je da je 90c za vodu relativno nebitno za toplotni kapacitet same vode(prakticno je nepromenjen), ali bitni postaju ostali uslovi, prenosa toplote i promene faze, isparavanje vode. Kada napon pare premasi okolni pritisak, krece kljucanje, i veca kolicina toplote se trosi na promenu faze nego na samo povecanje temperature fluida

Savršeno tačno!

Imam još nešto da dodam.

Zatiče se često komentar oko stepena iskorišćenja nekih bojlera i sličnih bla bla, kog znaju da naglase neki proizvođači istih...

Grejači imaju skoro 100% stepen iskorišćenja jer sva uneta energija se uglavnom pretvori u toplotu, jer to je najosnovniji vid energije.

Nešto stvarno beznačajno se pretvori u: magnetsko polje, radio talas i mehaničku energiju zbog dilatacije, ali to su tako smešno male veličine da su realno teško i merljive, reda ko zna koliko decimala iza zapete.

Kada neki proizvođači tvde da električni bojler ima iskorišćenje skoro 100%, ništa nije slagao, samo što je ta izjava ravna izjavi da će Sunce sutra izaći.

Odnosno suvišna, besmislena i markentiški trik.
Takav stepen iskorišćenja se podrazueva kod elektrootpornih grejača.

Sasvim druga priča se odnosi na kvalitet izolacija u bojleru, koji određuje njegov stvarni upotrebni kvalitet, ali zasigurno je da je skoro 100% unete električne energije pretvoreno upravo u toplotu.

Sad samo ostaje potpitanje kako se gubicima te toplote raspolaže u bojleru :-)

Pozdrav