Розрахунок контуру: тепло, бак, радіатор, насос
Замкнутий контур рахується від одного числа — потужності ТЕНа. Все, що ви подали в куб, треба зняти водою: 3 кВт нагріву — це 3 кВт у дефлегматор і холодильник, мінус 5–10 % втрат через стінки. Далі від цього числа йдуть об'єм бака, витрата насоса й розмір радіатора. Якщо якусь із ланок узяти «на око», контур працює перші дві години, а потім вода тепла, флегма падає, і в приймальну ємність летять хвости.
Скільки годин витримає бак#
Вода приймає 4187 Дж на кілограм на градус. Бак від 15 до 40 °C (далі вже не охолодження, див. нижче) — це 25 °C запасу:
| Бак | Запас тепла | 3 кВт | 6 кВт | 9 кВт |
|---|---|---|---|---|
| 200 л (бочка) | 5.8 кВт·год | 1.9 год | 1.0 год | 0.6 год |
| 500 л | 14.5 кВт·год | 4.8 год | 2.4 год | 1.6 год |
| 1000 л (IBC) | 29 кВт·год | 9.7 год | 4.8 год | 3.2 год |
| 2 × 1000 л | 58 кВт·год | 19 год | 9.7 год | 6.5 год |
Читається так: бочки на 200 л не існує як варіанта для 3 кВт — вона гріється за час розгону колони. IBC на 1000 л тримає одну перегонку на 3 кВт, і лише одну: за ніч у гаражі 1000 л втрачають 2–3 °C, і наступного дня ви стартуєте з 37 °C. Без радіатора чи чилера бак — це схема «одна перегонка на день, і та влітку коротша».
Чому теплий бак з'їдає насос#
Витрата води залежить не від потужності, а від того, на скільки градусів вода встигає нагрітись у дефлегматорі: витрата = P / (4187 × ΔT). Зворотка обмежена зверху — воду гарячішу за 45–50 °C дефлегматор уже погано конденсує, а прошивка тримає її на заданому cc_target_temp. Тож із нагрівом бака ΔT стискається, і витрата летить угору:
| Вода в баці | ΔT до зворотки 45 °C | Витрата на 3 кВт |
|---|---|---|
| 15 °C | 30 °C | 86 л/год |
| 25 °C | 20 °C | 129 л/год |
| 35 °C | 10 °C | 258 л/год |
| 40 °C | 5 °C | 516 л/год |
Це і є відповідь, чому у 40 °C бак «закінчується»: насос на 300 л/год уже на 100 %, а зворотка все одно пливе вгору. Звідси стеля бака — 35 °C, і саме на неї треба розраховувати радіатор чи чилер.
Холодильник продукту чутливіший за дефлегматор: спирт на виході буде на 5–10 °C теплішим за воду на вході. Вода 35 °C — продукт 40–45 °C, з нього летить і аромат, і градус. Тому по воді холодильник продукту йде першим, дефлегматор — за ним, і найхолодніша вода дістається продукту.
Радіатор: як читати паспорт#
Автомобільний радіатор скидає тепло пропорційно різниці температур «вода – повітря». Паспортні 25–40 кВт вказані для двигуна: вода 90 °C, повітря 20 °C, різниця 70 °C. У контурі різниця 10–15 °C, і потужність ділиться відповідно:
| Різниця вода – повітря | Частка від паспорта | Радіатор «30 кВт» дає |
|---|---|---|
| 70 °C (паспорт) | 100 % | 30 кВт |
| 30 °C | 43 % | 13 кВт |
| 15 °C (вода 35, повітря 20) | 21 % | 6.4 кВт |
| 10 °C (вода 35, повітря 25 — літо) | 14 % | 4.3 кВт |
Тобто один легковий радіатор тримає 3 кВт улітку і 6 кВт у прохолодному приміщенні — за умови штатного вентилятора. Повітря теж треба прогнати: 3 кВт при нагріві повітря на 10 °C — це 3000 / (1005 × 10) = 0.3 кг/с, близько 900 м³/год. Комп'ютерний вентилятор 120 мм дає 100–150 м³/год; штатний автомобільний — 1500–2500. Радіатор із «тихим кулером» скидає 0.5 кВт і ставить бак на межу за ту саму годину.
Вентилятор — на реле за температурою бака: увімкнути на 32 °C, вимкнути на 28. Взимку радіатор на вулиці — лише з пропіленгліколем 30 % (замерзання −13 °C; теплоємність на 10 % нижча, тож витрату насоса треба на стільки ж більшу). Етиленгліколь — ні: контур поруч із продуктом, а він отруйний.
Чилер#
Холодильна машина потрібна, коли треба тримати воду на 10–15 °C незалежно від погоди: колона з великою флегмою, спиртова ректифікація, або цех без вентиляції, де радіатор гріє те саме повітря, яким дме. Холодопродуктивність чилера — не менше потужності ТЕНа; з розетки він бере втричі менше (COP 2.5–3.5), тобто на 3 кВт холоду близько 1 кВт. Бак при чилері лишається як буфер (200–300 л досить), бо чилер не любить частих пусків.
Насос#
Замкнутий контур — це не підйом води, а прокачування по колу: повернення заходить нижче рівня в баці, і висота до дефлегматора компенсується сифоном. Насосу лишаються втрати в теплообмінниках і трубках: сорочка дефлегматора — 0.5–1 м, змійовик холодильника — 2–3 м, шланги й фітинги — ще 1 м. Разом 3–5 м напору при 100–500 л/год. Це безщітковий насос 12/24 В на 15–25 Вт, струм 1–2 А — MOSFET-модуль з каталогу веде його ШІМом без радіатора.
Чого не робити:
- насос із магнітною муфтою серії MP на 220 В — його 5–45 л/хв (300–2700 л/год) для контуру забагато, а ШІМом його не пригальмувати: він мережевий;
- мембранний 12 В з реле тиску — при малій витраті реле його вимикає, і подача йде ривками; потрібне виконання без реле тиску;
- фільтр після насоса — сітка ставиться до нього, бо в бак летять комахи, листя й іржа з бочки.
Що куди підключити в oCBot#
| Сигнал | Роль у прошивці | Де ставити |
|---|---|---|
| Температура зворотки | cooler-out_water-temp |
Одразу на виході з дефлегматора, не в баці |
| Насос | cooler-in_water-valve, ШІМ 20–100 % |
Через MOSFET-модуль |
| Витратомір | cooler-in_water-flow, необов'язкова |
На подачі перед дефлегматором |
| Температура бака | звичайний датчик | Для реле вентилятора / чилера |
Параметр cc_target_temp — це температура, яку насос буде тримати на зворотці. Для контуру з баком 30–35 °C ставте 42–45 °C; для чилера — 25–30 °C. Гістерезис ±3 °C і крок 1 %/с зашиті в прошивку (bbk_script.cpp), тобто від 20 до 100 % насос доходить за 80 секунд — це нормально для інерційного теплового процесу.
Суміжні статті#
- Замкнуте охолодження: коли воно потрібне — три схеми контуру й обов'язкові вузли.
- Розрахунок дефлегматора — той самий розрахунок з боку теплообмінника.
- Датчики потоку — 660 імпульсів на літр і як їх перевірити.
- Датчики температури — DS18B20 у гільзі на зворотці.