Calentar el aire con alambre de nicrom

108 hileras de vides, cada hilera de 650 pies de largo. Suspenda un alambre esmaltado con nicromo a lo largo de cada fila para elevar la temperatura del aire dentro de las 18 pulgadas del alambre 6 grados Fahrenheit. ¿Qué tipo de transformadores y controladores? 220 V CA es todo lo que está disponible. Sin trifásico.

¿Espera que la temperatura del aire se eleve un mínimo de 6 grados dentro de un cilindro de aire de 18 pulgadas de diámetro, o la temperatura se eleva exactamente 6 grados uniformemente dentro de ese cilindro? ¿Cuál es la temperatura ambiente? ¿Hay viento?
Justo en la parte superior de mi cabeza, parece que la energía requerida sería muy costosa en comparación con el beneficio. En la mayoría de las regiones vitivinícolas utilizan grandes ventiladores para hacer circular el aire cerca de las vides, lo que evita que se forme escarcha en las hojas. En zonas demasiado frías para eso plantan uvas híbridas que son más tolerantes al frío. No conozco a nadie que use calefacción eléctrica para cultivar uvas.
Volumen de aire x capacidad térmica del aire x aumento de temperatura x cambios de aire/hora = potencia requerida. Los cálculos aproximados sugieren que será ~= enorme. Piense en la salida de, por ejemplo, un calentador de ventilador de 1 kW. ¿Cuánta longitud de vid esperaría que pudiera mantener en un aumento de 6F? ¿Hay un sudario o es al aire libre? Esto parece que tomaría muchos 10 a probablemente 100 de kW para lograrlo, con una respuesta MUY dependiente de cómo está encerrado, si es que lo hace.
Parece que se acerca la escarcha primaveral y te encuentras en un profundo estado de alerta. Si hay heladas nocturnas, en cielo despejado, use un rociador con agua tibia. Si hay viento frío, use carpas de polietileno para bloquear el viento y cubrirse si es posible. El rociador de agua tibia puede agregar calor para evitar la congelación con solo una neblina en un % de HR alto, pero si la HR es baja puede crear una sensación térmica, por lo que no hay viento con la carpa. Compruebe la temperatura del punto de rocío con sensores remotos.
El pasado lunes por la mañana la temperatura fue de 26 grados F durante seis horas, matando todo nuevo crecimiento y arruinando la posibilidad de cosecha este año. Tengo electricidad bastante barata a 7 centavos por KWH disponible. Este sistema tendría bajos costos iniciales de capitalización en comparación con los rociadores o ventiladores. Informan que los ventiladores solo funcionarán durante unos tres grados; estamos hablando de 6 grados en el borde del cilindro de aire. Este sistema solo sería necesario si no hubiera viento, por lo que el aire estaría quieto en el cilindro imaginario.
Obviamente habría un gradiente de temperatura desde el cable hasta el aumento de seis grados en el borde del cilindro imaginario. Hay once acres y el costo inicial de los ventiladores es de $3000 por acre. Cualquier cubierta sería prohibitivamente costosa y difícil de instalar en diecisiete mil vides Eventualmente puede optar por el rociador, pero tendrá que comprar un tanque de $25,000 para almacenar el agua.

Respuestas (4)

Supongamos que puede rodear su campo de 4 hectáreas con aislamiento R-1 (unidades SI: 1 Km 2 /W) (p. ej., aproximadamente 1 pulgada de aislamiento de placa de espuma), en la parte superior, inferior y laterales. Eso es un total de 81600 m 2 de área de transferencia de calor. Desea aumentar la temperatura en 6 °F, que es 3,33 K, por lo que el flujo de calor es superior a 270 kW.

Necesitará casi 1200 A a 230 V, o alrededor de 11 A por fila. Eso sería una resistencia de 230/11 = aproximadamente 21 Ω por fila. Puede obtener esto como un solo hilo de Nichrome de 3,6 mm (aproximadamente AWG 7) o como, digamos, 8 hilos de cobre de 1,27 mm (AWG 16).

Esa es una buena manera de ver el problema, pero sería una buena idea poner su aislamiento R-1 en perspectiva para mostrar cuán poco realista es o cuán difícil sería lograrlo. Las personas probablemente estén más familiarizadas con los valores "R" en BTU / pie cuadrado / grados F / hora, como se usa cuando compra aislamiento en Home Despot y similares.
Pensando en el problema del aislamiento, si las burbujas de espuma de fiesta pudieran estabilizarse de alguna manera con algo como celulosa, podrían rociarse en el viñedo antes del evento de congelación. Solo necesitaría estar estable por un día y luego degradarse.

Lo que está pidiendo no tiene sentido solo desde el punto de vista del poder. Haz las matematicas.

Solo para elegir algo, comencemos con un viento muy conservador de 1 milla/hora = 450 mm/s. Si se supone que el cable debe calentar un volumen de aire dentro de las 18 pulgadas (460 mm), entonces cada segundo por cada metro de cable, debe llevar un volumen de 450 mm x 460 mm x 2 x 1 m = 0,41 m 3 hasta la temperatura ( el factor de dos se debe a que el rango de 18 pulgadas se extiende a ambos lados del cable).

La densidad del aire a 0°C es de aproximadamente 29 g/mol = 29 g / 22,4 l = 1,30 g/l = 1,3 kg/m 3 . Eso multiplicado por los 0,41 m 3 de arriba significa que se necesita calentar 531 gramos de aire por segundo.

La capacidad calorífica del aire a 0°C es de 1 kJ/kg°C. (1 kJ/kg°C) x (0,531 kg) x 3,3°C = 1,75 kJ. Esa es la cantidad de energía que necesita producir 1 metro de cable cada segundo, o 3,19 kW, solo para mantenerse al día con un viento de 1 milla/hora. Tiene más de 21,4 km de cable que tiene que generar tanta energía, por lo que se necesitarían alrededor de 37,5 MW.

37,5 MW es claramente absurdo, y eso es solo para tratar con un movimiento de aire de 1 milla/hora.

Tenga en cuenta que esto no tiene nada que ver con la forma exacta en que se calienta el aire, ya sea a través de un cable o de otra cosa. Esa es la potencia que tiene que producir el calefactor independientemente del mecanismo.

Como señaló Dave Tweed en un comentario, este cálculo supone que el viento arrastra el aire caliente hacia donde ya no sirve. Parte del aire caliente será empujado a las vides vecinas, por lo que la energía no se pierde por completo. Sin embargo, debido al hecho de que el aire caliente es menos denso, este aire caliente generalmente se elevará. Esto causará turbulencias y corrientes de aire hacia arriba y hacia abajo en lugares impredecibles a medida que el aire caliente sube y el aire frío de arriba cae para reemplazarlo.

El comportamiento exacto es imposible de predecir, pero eso apenas importa aquí. Recuerde que este cálculo se basó en un viento muy leve. Incluso si de alguna manera 3/4 del aire calentado permanece dentro de la altura de la uva por segundo, eso aún requiere una potencia de calentamiento de 9,4 MW, que nuevamente, fue solo para un viento de 1 milla/hora.

Confundió C y F. Además, tiene su "viento" que sopla directamente hacia arriba o hacia abajo a través del viñedo, no a través de él. Vea mi respuesta, que se basa en el flujo de calor a través de una superficie que rodea el viñedo.
@Dave: se corrigió el error C versus F. Agregué un comentario sobre la reutilización del aire caliente, pero todavía no veo que esto tenga sentido.

Elijamos un alambre de nicromo y trabajemos con esto. El problema será que la mayoría de los cables tienen datos relacionados con el calor a partir de alrededor de 400°C. Por lo tanto, los datos en las regiones de temperatura más baja son difíciles de predecir.

Nicromo 26 AWG

2.67 Ω / F t

400 °C a 1,58 A

650 pies x 2,67 Ω / F t = 1735.5 Ω 1

La corriente máxima es 220V / 1735.5 Ω = 0,127 A.

108 filas son 13,7 A de potencia. No completamente fuera del ámbito de la posibilidad. Podría calentarse. Haría que tu medidor de potencia girara, pero tal vez.

Odiaría tener que comprar 650 pies x 108 filas = 13.3 MILLAS de alambre de nicromo. Probablemente no sea lo más barato de comprar.

Ahora las cuestiones prácticas. Si colocara una carpa sobre todas las uvas, existe la posibilidad de que el calor permanezca a 18" del cable. De lo contrario, el aire se calentará y se elevará hacia el cielo a medida que lo reemplaza el aire frío. Esto es convección general.

Supongo que acampar con algún otro tipo de solución de soplado de aire caliente tiene mucho más sentido que simplemente tender un cable. Puede ser posible, pero simplemente no parece una buena solución.

1 Excluí la resistencia del cable de retorno. Tendría más sentido usar nicromo para regresar y realmente usar una carrera de 1300 pies, por lo que la resistencia en el cable de retorno es al menos útil.

La única alternativa disponible sería 13 millas de aspersores pulsantes y un tanque de veinte mil galones. Mucho gasto para usar seis horas cada cuatro años. ¿Qué hay de llenar el viñedo con espuma de fiesta estabilizada con celulosa de 45 pulgadas de profundidad para el aislamiento?

Las soluciones de dosel para más de 12 millas de vides no son triviales sino efectivas con sopladores de aire caliente a gas.

Los calentadores eléctricos requieren una potencia significativa, pero pueden ser beneficiosos para calentar las líneas de conductos de agua con controles.

La poda a máquina reduce el riesgo de daños por heladas si todavía no hay brotes.

Pulverizador Micromist Las soluciones de rociadores ofrecen las mejores soluciones económicas, pero deben garantizar que la absorción de calor por el agua congelada supere la pérdida de calor por evaporación. Los sopladores de viento pueden incluir helicópteros.

Un punto de rocío bajo puede exacerbar aún más este problema. Para evitar daños en estas condiciones, los rociadores deben encenderse a 1,1 °C (34 °F) si el punto de rocío es de -4,4 °C (24 °F) o superior; 1,7 °C (35 °F) si el punto de rocío es de -6,7 a -5,0 °C (20-23 °F); y 2,2 °C (36 °F) si el punto de rocío es de -9,4 a -7,2 °C (15-19 °F). Esta recomendación sólo debe seguirse cuando se prevea helada. Los rociadores se pueden apagar cuando la temperatura del aire ha subido a 1,1 °C (34 °F).

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