Bouwen van een electrische keramiek oven

[raf]

Beste mensen,
 
Ik ben een hobbykeramieker en ik zou graag een electrische deuroven bouwen van ongeveer 150 liter met een maximum temperatuur van1340°C
Ik beschik over 3 x 230 V drijfkracht, 32 A zekeringen (totaal 40 A)
Ik beschik over isolatiestenen tot 1450°C
Keramische deken geschikt tot 1400°C
Ik kan lassen om het gestel te maken
De binnenmaten zijn 50 x 50 x 60 cm H
De buitenmaten zijn 90 x 90 x 100 cm H
De oven staat op een voet van 80 cm hoogte.
Via Elicra .nl zou ik aan kanthal a1 weerstandsdraad kunnen bekomen
Maar nu is de vraag:
Hoe berekent men de hoeveelheid kanthaldraad die men nodig heeft: gewicht, dikte, lengte van de spiralen,
hoeveel spiralen (waarschijnlijk 3, 1 voor elke fase of 2 voor elke fase)
Welke relais (waarschijnlijk 2 relais) te gebruiken?
 
Hopelijk kunnen jullie me verder helpen
 
Met vriendelijke groeten
 
Raf
 
 
 

[Michel Uphoff]

Hoe berekent men de hoeveelheid kanthaldraad die men nodig heeft: gewicht, dikte, lengte van de spiralen.

 
Ik betwijfel of dat wel echt te berekenen valt. Natuurlijk is de weerstand van die legering bekend, en kan op basis daarvan berekend worden hoeveel draad er voor een bepaald verwarmingsvermogen nodig is, maar dan ben je er nog niet. Je zal toch eerst moeten weten hoeveel vermogen er nodig is om de gewenste temperatuur te bereiken, en dat is afhankelijk van een aantal factoren, waaronder de isolatie. Ik neem aan dat ovenbouwers vooral op basis van praktijkervaring werken, en vrij goed in kunnen schatten hoeveel vermogen een bepaalde oven voor een bepaalde maximumtemperatuur vereist.
 
Als je 1340 graden Celsius wilt bereiken zit je maar 160 graden onder het smeltpunt van die legering, en je wil natuurlijk niet dat een stuk draad ergens de warmte onvoldoende af kan voeren en smelt.
 
Je zou eens kunnen kijken of je ergens een met jouw te bouwen oven vergelijkbare op internet kunt vinden en uitzoeken hoeveel vermogen die consumeert, hoe de verwarmingsdraden daar zijn ingebouwd en hoe er geïsoleerd is. Dan heb je een indicatie.

Op internet zag ik 150 liter 1300 graden ovens met een vermogen van 9-11 kW. Zou dat ook bij jouw van toepassing zijn, dan zou je 3 230V groepen van ongeveer 3 tot 3,5 kW moeten hebben. Bij 1 mm² draad met een weerstand van 1,45 Ω.mm²/m, zou je dan een draadlengte van ongeveer 12 tot 15 meter per spiraal moeten hebben. Draad met grotere doorsnede wordt dan natuurlijk langer om eenzelfde weerstand te bieden.

[raf]

Dag Michel,
 
Ik heb momenteel een TOMA oven staan van 80 liter,
Die is 3 fazen aangesloten met 9,9,kw tot een temperatuur van max 1300° C
Die temperatuur wordt zo wie zo nooit gebruikt
Je mag rekenen dat je max 1250°C in gebruik neemt.µ
In de oven zitten spiralen van 1,6 mm
Mag ik nu aannemen dat ik voor het dubbele aantal liters van de oven
het aantal meters van de weerstanden met 2 vermeningvuldig om tot de juiste oven temperatuur te komen?
Ik merk wel dat bij colega's keramisten er ovens staan van 150 liter waar er spiralen inzitten met een diameter van 2 mm
Bij proefovens van 27 liter zitten er dunnere spiralen in van 1 mm
De dikte van de spiraal staat dat in verhouding tot de gewenste temperatuur van de oven en ook het volume van de oven?
Of is dit te simpel voorgesteld?
Bedankt voor het antwoord al
Met vriendelijke groeten
 
Raf

[Pinokkio]

Ik heb momenteel een TOMA oven staan van 80 liter,
Die is 3 fazen aangesloten met 9,9,kw tot een temperatuur van max 1300° C
....
In de oven zitten spiralen van 1,6 mm

Wat is het typenummer van die oven?

[raf]

Dag Pinokkio
 
De toma oven is een TSD 80 liter staalplaat
Na 1991 worden die ovens niet meer gemaakt
Nu is TSD 90
 
Mvg
 
Raf

[Michel Uphoff]

Mag ik nu aannemen dat ik voor het dubbele aantal liters van de oven. het aantal meters van de weerstanden met 2 vermenigvuldig om tot de juiste oven temperatuur te komen?

 
Nee, ze worden dan juist korter of moeten dikker gemaakt worden. Wat je zou kunnen schatten is dat bij dubbele inhoud maar gelijke vorm de afmetingen met ³√2 = 1,26 toenemen, en dus het oppervlak van de wanden met 1,26² is ongeveer 60 procent toeneemt. Bij gelijke isolatie zou je dan ongeveer 60% meer energie nodig hebben. In jouw voorbeeld (9,9 kW voor 80 liter) wordt dat dan ruwweg 15,8 kW. Dat vind ik overigens wel erg hoog. Mogelijk is die 80 liter oven niet zo best geïsoleerd. Ik zie op internet 150 liter ovens 1320 graden met 9-11 kW, 130 liter ovens met 9 kW, maar ook 130 liter ovens met 7,5 kW. De Toma tsd 150 verbruikt 9,9 kW (klik)
 
Naarmate het vermogen hoger wordt, moet de stroomsterkte omhoog en dus weerstand van de verwarmingsdraad lager, en wordt de draad juist korter (of moet dikker worden). In dit voorbeeld met 60% meer vermogen moet de stroomsterkte toenemen tot bijna 23 ampère per draad (3*23A*230V=15,87 kW). De weerstand van de draad moet dan ongeveer 230V/23A= 10 Ohm worden. Bij genoemde 1mm² draad van 1,45 Ohm per meter wordt de lengte dus 10Ω/1,45Ω/m= 6,9 meter. Overigens is jouw aansluiting (40A max) dan te gering, er is dan 69A nodig.
 

In de oven zitten spiralen van 1,6 mm

 
Diameter of doorsnedeoppervlak?
 
Als ik uitga van 1,6 mm diameter, dan is het oppervlak van die draad 2 mm². Gaan we uit van 10 kW over drie spiralen bij 230V, dan krijgen we ongeveer het volgende:
3,33 kW per spiraal
230 V spanning
14,5 A stroomsterkte per draad (3.333W / 230V)
15,9 Ω weerstand per draad (230V / 14,5A)
Weerstand draad 0,725 Ω per meter (2mm²)
Lengte per spiraal 21,93 meter (15,9Ω / 0,725Ω per meter)

Maar, nogmaals, het is sterk afhankelijk van de mate van isolering. Als je een bestaand model nabouwt (zelfde type, materialen, afmetingen), dan zou je denk ik wel uit kunnen gaan van de gegevens bij die oven.

[raf]

Dag Michel
 
De oven van 80 liter is inderdaad slecht geisoleerd en al 26 jaar oud.
De isolatievoorschriften waren nog niet zoals nu.
Ik denk dat ik moet uitgaan van een weerstandsdraad met een diameter van 2 mm (oppervlakte van 3,14 mm² )
Waar kan ik de weerstand per dikte in mm per meter terug vinden?
Ik heb ook nog een ongebruikte oven staan, die volgens de vorige gebruikers tot max 1100°C bakt.
Deze oven heeft op 3 zijden spiralen
Ik zou graag op de achterzijde een spiraal bij plaatsen (zoals in mijn de toma oven) om een hogere temperatuur van 1250°C te kunnen bakken.
De isolatie van die oven zal wel niet ideaal zijn.
 
Weerstand draad 0,725 Ω per meter (2mm²)/ Waar kan je deze waarden terugvinden? Of wordt dit door de fabrikant gemeld?
 
Staat de dikte van de weerstand in verhouding tot het amperage van de oven?
 
De andere formules kan ik afleiden uit het voorbeeld.
Bedankt al voor de antwoorden  (ik ben geen electrieker )
Met vriendelijke groeten
 
Raf

[Michel Uphoff]

Waar kan ik de weerstand per dikte in mm per meter terug vinden?

 
De weerstand van Kanthal a1 weerstandsdraad is volgens de fabrikant 1,45 ohm per vierkante millimeter per meter lengte.
Een meter draad met 2 vierkante millimeter doorsnede oppervlak heeft dan de helft van die weerstand, en jouw 3,14 mm² draad heeft dan een weerstand van 1,45 / 3,14 = 0,462 ohm per meter. M.a.w. je deelt de door de fabrikant opgegeven weerstand bij 1 mm² oppervlak door het werkelijke oppervlak in mm² en je hebt de weerstand per meter lengte.
 
Bij 10 kW krijgen we dan:
3,33 kW per spiraal

230 V spanning

14,5 A stroomsterkte per draad (3.333W / 230V)

15,9 Ω weerstand per draad (230V / 14,5A)

Weerstand draad 0,462 Ω per meter (3,14 mm²)

Lengte per spiraal 34,43 meter (15,9Ω / 0,462 Ω per meter)

[raf]

Dag Michel,
 
Dus hoe dikker de weerstandsdraad hoe meer je nodig heb om dezelfde inhoud op te warmen
Dus met een weerstandsdraad van 1 mm² zou je maar ongeveer 11 meter per spiraal nodig hebben.
Lijkt  mij heel onlogisch.
Zou het kunnen als de draaddikte kleiner wordt dat die draad sneller breekt?
Met vriendelijke groeten
Raf

[Pinokkio]

Dus met een weerstandsdraad van 1 mm² zou je maar ongeveer 11 meter per spiraal nodig hebben.
Lijkt  mij heel onlogisch.

Dat is niet onlogisch. Er is een bepaalde weerstand nodig voor een vermogen van 3333 W, namelijk die 15,9 Ω berekend door Michel..
Hoe dunner de draad des te groter de weerstand per meter lengte, logisch toch?
Dus met een dunnere draad gebruik je minder lengte voor 3333 W en 15,9 Ω, logisch toch?

Zou het kunnen als de draaddikte kleiner wordt dat die draad sneller breekt?

Een dunne, en daardoor korte, draad met een bepaalde weerstand zal veel heter worden dan een dikke, en daardoor langere, draad met dezelfde weerstand. De dunne draad zal dus een kortere levensduur hebben, en in het uiterste geval zelfs meteen doorbranden.
Elke draad moet 3333 W aan warmte kwijt als straling via zijn buitenoppervlak en hoe kleiner zijn buitenoppervlak des te heter hij dus moet worden om daarin te slagen.
Een dunne korte draad van 15,9 Ω heeft veel minder buitenoppervlak dan een dikke lange draad van 15,9 Ω, reken zelf maar eens uit.

[raf]

Dag Pinokkio en Michel,
 
Ik heb een beetje te snel gereageerd zonder goed na te denken mijn excus
Inderdaad de oppervlakte van een dikkere lange draad is veel groter dan de oppervlakte van een dunnere korte draad.
In de oven van 125 liter ligt zijn er 18 gleuven met elk 85 wikkelingen van buitendiameter van 18,5 mm.
Als we 18,5 mm  - 2 mm = 16,5 mm.
Als we 17,5 mm X 3,14 X 85 x 18 = 84,074 m lengte van de spiralen
Kunnen we nu bepalen hoeveel Kw deze oven verbruikt?
Aan de achterkant en de deur van de oven kunnen spiralen bij geplaatst worden
De totale wanddikte van de oven bedraagt 20 cm isolatie
Ik zou beginnen met nog 28 m spiralen bij te leggen in de achterwand dan kunnen we zien of de oven een hogere temperatuur kan bereiken
Met vriendelijke groeten
 
Raf

[Michel Uphoff]

Kunnen we nu bepalen hoeveel Kw deze oven verbruikt?

 
Dan moet je de draaddikte weten, en het exacte weerstandsmateriaal. Aannemend dat het Kanthal a1 draad is krijgen we bij:
 
Bij een draaddikte van 2 mm:
Het doorsnedeoppervlak is dan 3,14 mm² en de weerstand per meter 1,45/3,14 = 0,46 ohm.
Aannemend dat de totale lengte verdeeld is over 3 groepen, dan is de lengte per groep dus 28 meter, en de weerstand per groep 12,92 ohm.
De stroomsterkte is dan 230v / 12,92Ω = 17,79 A, en het vermogen per groep 230v x 17,79 A = 4093 W
Totaal dus 12,28 kW.
 
Is de draad echter 1,6 mm dik, dan wordt het natuurlijk anders:
Doorsnede oppervlak is 2 mm², weerstand dus 0,725 ohm per meter.
Per groep 28 x 0,725 = 20,3 ohm
Stroomsterkte 230 / 20,3 = 11,33 A
Vermogen per groep 11,33 * 230 = 2.606 W
Totaal dus 7,82 kW.

Dus eerst met een schuifmaat de draaddikte opmeten om zeker te zijn.

[raf]

Dag Michel;
 
Ik heb de dikte van de draad met een schuifmaat gemeten en ze is 2 mm dik
Zou dit willen zeggen dat ik zonder aanpassingen ( bijkomende weerstanden )
toch aan de gewenste temperatuur (1250°C ) zou kunnen geraken?
Kan je aan de hand van de bestaande weerstanden het wattage van de oven meten?
Hoe kan je dat doen?
De draad van 1,6 mm zit alleen in de oude Toma oven van 80 liter.
Nogmaals nbedankt voor de antwoorden
Met vriendelijke groeten
 
Raf

[Michel Uphoff]

Zou dit willen zeggen dat ik zonder aanpassingen ( bijkomende weerstanden ) toch aan de gewenste temperatuur (1250°C ) zou kunnen geraken?
Kan je aan de hand van de bestaande weerstanden het wattage van de oven meten?

 
Als de door jou geschatte draadlengte klopt, én het weerstandsdraad is Kanthal a1, dán is bij 2 mm draaddikte het verbruikte vermogen 12,28 kW zoals ik je voorrekende. 12,28 kW bij een 125 liter oven zou (vermits de isolatie afdoende is) in principe voldoende moeten zijn voor 1300 graden. Zoals ik je liet zien, zijn er 130 liter ovens die 1300 graden halen bij 9 kW, dan is bij 125 liter 12,28 kW ruim voldoende.
 
Is die oven wel voldoende goed geïsoleerd, en kiert hij nergens? Zo nee, dan zou ik daar wat aan proberen te doen.

[raf]

Dag Michel,
 
Ik heb van de 18 gleuven met de weerstand in er 8 wikkelingen van de weerstanden geteld.
Ik kwam aan een totaal tussen 82 en 87 wikkelingen per gleuf.
Ik heb een gemiddeld genomen van 85 per gleuf.
De dikte van de isolatie van de oven bedraagt 20 cm, ik denk dat dit voldoende moet zijn.
Ik zal het maar proefondervindelijk kunnen bepalen of dit voldoende is.
Ik laat ten gepaste tijd weten wanneer ik in deze oven gebakken heb.
Tussen de oven en de deur zit keramische wol van 1 cm dik en een breedte van 10 cm
De deur wordt aangespannen met een slot.
 
Met vriendelijke groeten
 
Raf