Calefaccion de agua

[cesjimp]

Alguno de ustedes me puede ayudar con una formula para calcular la potencia necesaria de una resistencia para que una cantidad de agua me llegue a una temperatura y no siga subiendo sin desconectar la resistencia.

por ejemplo:

si tengo 150 litros de agua cuanta potencia necesito para que me llegua a 26ºC y se estabilise si seguir subiendo, el tiempo que se demore no me importa pero si estar seguro de que llega a esa temperatura y no siga subiendo.
Gracias

 

[Marcelo]

Te voy a colocar unas fórmulas empíricas que te permiten "estimar" la potencia necesaria para tus cálculos:

El calor absorvido de una fuente de calor por el agua (al agua vamos a llamarla $ para identificarla las fórmulas) puede calcularse como:

H = C$ *M$ * DT + CF

Estos parámetro son:

H=Calor absorvido por el agua en caloría
C$ = calor específico del líquido (agua = 1 cal / g / ºC)
M$ = masa del agua en gramo
DT = Delta T es el tiempo en segundos durante el cual la fuente suministra calor
CF = Calor absorvido por la fuente.

Como la resistencia está "sumergida" en el líquido, éste actúa como un gran disipador por lo que el valor de CF es despreciable con respecto al calor absorvido por el agua. Si no es el caso, deberá tomarse en cuenta este parámetro. Para este cálculo asumimos que casi todo el calor lo absorve el líquido por lo que la ecuación queda:

H = C$ *M$ * DT

Por otro lado, para la resistencia sabemos que la potencia disipada por efecto Joule es:

P = i^2 * R = V^2 / R = V * I

i en ampere
V en voltio
P en watt

y el trabajo que realiza la resistencia en un determinado tiempo es:

W = P * DT

W en joule
DT = Delta T es el tiempo en segundos durante el cual la resistencia suministra calor


Entonces las dos ecuaciones que tenemos son:

W = (V^2 / R ) * DT (en Joule)

H = C$ *M$ * DT (en caloría) como 1 caloría = 4,18 Joule, esta fórmula la podemos poner así:

H = 4,18 (C$ *M$ * DT) (en joule)

Según la primera ley de la termodinámica (conservación de la energía) "La energía no se crea ni se destruye, sino que se transformadorrma" y si asumimos que las pérdidas son 0 (lo que no es verdad, pero nos dará una idea del valor que estamos buscando), TODO EL TRABAJO QUE HACE LA RESISTENCIA SERÁ ABSORVIDO EN FORMA DE CALOR POR EL AGUA (OJO: esta es una aproximación ideal):

(V^2 / R ) * DT = 4,18 (C$ *M$ * DT)

y si DT es 1 segundo entonces:

V^2 / R = 4,18 (C$ *M$)

R = [ V^2 / 4,18 (C$ *M$)] y como se trata de agua C$ =1 cal / g / ºC

Para conocer la resistencia:

R = [ V^2 / (4,18* M$)] Si conoces la tensión de alimentación

R = [ (4,18* M$) / I^2] Si conoces o fijas la corriente de alimentación

Para conocer la potencia:

P = 4,18 *M$ (que es el trabajo por segundo)

Todos estos valores son por segundo / por grado centígrado. Recuerda que la masa va en gramo y que 1 Lt de agua pesa 1 Kg.

Espero que te ayude (y que no me haya equivocado en los cálculos).

Para la segunda parte de tu pregunta referente al termostato, si encuentro algo lo publico (busca en google o yahoo porque hay mucho material de ese tema en internet).

Saludos,
Marcelo.

 

[chuko]

Hago una leve corrección. DT no es el intervalo de tiempo durante el cual la masa de agua es sometida a la fuente de calor, en cambio, DT es el salto térmico (diferencia de temperatura en °C) que experimenta la masa de agua al ser sometida a la fuente de calor.

 

[electroaficionado]

Esto no se peude calcular sin mas datos, porque lo realmente importante es el calor que puede disipar el conjunto, se tendra que igualar a la temperatura deseada la disipasion del conjunto con la potencia entregada por la resistencia, por supuesto que si la temperatura del aire en el ambiente varia medio grado, la temperatura del agua bajara y si sube dos, tambien subira.
Por lo tanto hayque poner un termostato si te interesa que le agua quede en la temperatura qeu tu dices.

Saludos.

 

[Dano]

Alguno de ustedes me puede ayudar con una formula para calcular la potencia necesaria de una resistencia para que una cantidad de agua me llegue a una temperatura y no siga subiendo sin desconectar la resistencia.

por ejemplo:

si tengo 150 litros de agua cuanta potencia necesito para que me llegua a 26ºC y se estabilise si seguir subiendo, el tiempo que se demore no me importa pero si estar seguro de que llega a esa temperatura y no siga subiendo.
Gracias

Es sumamente que esté encendida todo el tiempo, no se podrá usar un termostato.

Saludos

 

[pepechip]

hola.
lo que propones no se puede realizar.
incluso en el caso de que lo realices practicamente con un numero infinito de valores de resistencia nunca conseguiras un valor que te mantenga la temperaura.
tienes que utilizar un termostato sin mas remedio

 

[ciri]

Se, que cuando se quiere mantener, una temperatura, en un líquido, se hace con una especie de rizado.. como si fuera al rectificar una señal alterna, quiero decir, que en un momento se pasa la temperatura dada, ahí se desconecta, cuando baja, se vuelve a conectar, y así sucesivamente, logrando, un promedio aproximado a la temperatura..

 

[Fogonazo]

Se, que cuando se quiere mantener, una temperatura, en un líquido, se hace con una especie de rizado.. como si fuera al rectificar una señal alterna, quiero decir, que en un momento se pasa la temperatura dada, ahí se desconecta, cuando baja, se vuelve a conectar, y así sucesivamente, logrando, un promedio aproximado a la temperatura..

A eso se llama histeresis.

 

[electroaficionado]

hola.
lo que propones no se puede realizar.
incluso en el caso de que lo realices practicamente con un numero infinito de valores de resistencia nunca conseguiras un valor que te mantenga la temperaura.
tienes que utilizar un termostato sin mas remedio

En realidad va ahaber un valor de potencia para el cual si se pueda, pero este va a ser para una unica cantidad de agua, en un unico recipiente, en un unico ambiente, a una unica temperatura, a una unica... etc.

Pensemos en una casa con un calefactor. Por mas que lo tengamos todo el dia en maximo no nos derretimos, pero la temperatura no queda en un valor constante.

Para lograr precision se debe usar un termostato. No se porque se deseaba evitar en este caso.

Saludos.

 

[rbarriae]

Veo medio dificil el realizar lo que se pide, al menos en las condiciones que cesjimp explica.
No voy a mostrar ninguna formula matematica ( para la felicidad de muchos , solo razonemos.

Primero supongamos que el agua a calentar esta en un recipiente del cual no escapa ni se agrega agua ( si estuviera circulando la cosa seria aun mas dificil de lo que ya es).
Entonces, para mantener la temperatura estable del liquido es impresindible que el calor que ingresamos al recipiente se iguale con el calor disipado desde el recipiente, solo asi es posible el mantener constante la temperatura. Por supuesto para que esta idea funcione es necesario saber exactamente cuanto calor disipa el contenedor del agua, e igualar el calor ingresado al contenedor.
Tal vez lo mas eficiente sea usar un recipiente termico, como el que se usa para mantener el agua caliente en las casas, asi la idea es mas eficiente y se necesita menos energia para mantener el calor.
Los termos no son perfectos asi que eventualmente comenzaran a perder algo de calor, la gracia estara en encontrar cuanto calor pierden para igualar el calor que debe aportar el calefactor.
Pero aqui creo que hay un problema. Si igualamos la cantidad de calor que ingresa al recipiente con la que pierde el recipiente nunca elevará su temperatura, porque el calor que ingresa por un lado, sale por el otro.
Si queremos que la temperatura se eleve debemos ingresar calor mas rapido de lo que se pierde, solo así se logra elevar la temperatura. Una vez que nos estemos acercando a la temperatura deseada, disminuimos el calor aportado al contenedor hasta igualar las perdidas.

Pero como ya varios lo han dicho, es necesario tener un sensor de temperatura que nos indique el momento en que debemos comenzar a igualar los aportes de calor con las perdidas.

Marcelo ya nos explico las formulas que deberiamos usar o tener en cuenta para elevar la temperatura del liquido asi que es una muy buena guia para comenzar.

Tambien creo que seria muy bueno experimentar con un recipiente con agua, calentarlo a una temperatura seleccionada (midiendola con un termometro) y despues ver cuanto demora en enfriarse hasta cierta temperatura mas baja. Eso nos dara una idea de las perdidas de calor del recipiente. Solo recien se podria empezar con la idea de calentar el agua a una temperatura fija, pero siempre sera necesario tener un sitema que mida la temperatura y disminuya el calor ingresado cuando estemos en el punto deseado.

Mi humilde opinion.

Saludos.

PD: Por su puesto que si alguien tiene una idea o metodo para poder lograrlo, Bienvenido sea.

 

[electroaficionado]

Primero supongamos que el agua a calentar esta en un recipiente del cual no escapa ni se agrega agua ( si estuviera circulando la cosa seria aun mas dificil de lo que ya es).

De hecho si el agua circula a caudal constante y la entrada de agua tiene una temperatura aproximadamente constante se hace un poco mas sencillo porque es mas facil despreciar las perdidas de calor ante el cambio de energia hacia el flujo de agua.

Saludos.

 

[rbarriae]

Electroaficionado ¿podrias explicarlo de mejor manera?.

¿a que te refieres con agua circulando a caudal constante?,
¿es una circulacion dentro del mismo recipiente, como la conveccion natural dentro de una olla de agua hirviendo, o una circulacion de un recipiente a otro?.

Si es una circulacion de un recipiente a otro es obvio que el agua que ingrese por un lado debe salir por otro lado para poder recircular y asi ir ganado calor a cada vuelta, pero eso requiere una mayor aislacion termica de todo el circuito hidraulico (ahora tendriamos perdidas de calor en ambos recipientes y en las mangeras o cañerias de conexión, la bomda de impulso del agua, los sellos respectivos, etc.)

¿es asi como lo planteas o tu idea va por otro lado?

Recuerda que la pregunta original es como llegar a una temperatura deseada y mantenerla alli sin desconectar nunca el calefactor, ese es el problema principal.

Espero tu respuesta (de seguro sera muy interesante)

Saludos.

 

[electroaficionado]

No, me referia a un sistema abierto, como un calefon o algo asi (entra agua fria, se calienta y sale por el otro lado)
Para hacer lo que tu quieres, es decir mantener el agua en un recipiente a temperatura constante DEBES utilizar un termostato. Es el unico medio que realmente te permitira una temperatura fija y estable.

Si dices para que es el agua, de que tamaño y de que material es el recipiente y otros datos mas quizas se puede pensar en otra cosa, pero en primera instancia yo te diria que es la unica opcion realmente confiable. Tambien seria interesante saber cual es tu tolerancia en cuanto a la temperatura y porque es tan importante no apagar la resistencia.

Saludos.

 

[rbarriae]

Totalmente de acuerdo contigo Electroaficionado, no se puede dar una mejor solucion sin saber mas datos.

Seria bueno que quien puso este tema nos explique mas de las condiciones impuestas.


Saludos.