Springen naar inhoud

Koelsnelheid/duur water in vriezer


  • Log in om te kunnen reageren

#1

davidov09

    davidov09


  • 0 - 25 berichten
  • 2 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juli 2009 - 17:34

Hallo iedereen,

Ik vroeg mijzelf af op welke wijze de afkoelsnelheid (tot vůůr smeltpunt) van een product, bijv. water in een koelcel berekend kan worden.

In een (praktisch) voorbeeld neem ik een PET-fles met 1,5L water (20C), en stop deze in de vriezer (gemiddeld -20C).

Ik begon bij het berekenen van de warmtegeleiding door de fles, met:

LaTeX

λ = 0,2 Š 0,3 W/mK (benaderde coŽfficiŽnt van polyetheen)
A = 0,075 m2 (benaderd via cilinder van h=30cm en r=4cm)
ΔT = 40C
d = 0,001 m (1mm)

Uitkomst met deze gegevens voor ΔQ/Δt zou zijn 900W (J/s).

1,5L water van 20C afkoelen tot 1C kost 4,18 * 1500 * 19 = 119 kJ
(NB. bevriezen tot uiteindelijk 0C kost natuurlijk nog behoorlijk veel extra energie, stollings/smeltwarmte, maar daar hoeft in dit voorbeeld dus geen rekening mee gehouden te worden)

Het was mij snel duidelijk dat een simpele berekening 119 kJ / 0,9kJ/s niet tot de juiste afkoeltijd zou lijden (namelijk, ruim 2 minuten is wel heel krap). In de berekening wordt immers nergens rekening gehouden met de warmteoverdracht van (droge) lucht op water (geleiding/convectie en straling, toch?). Immers, stel dat de 'vriezer' gevuld zou zijn met alcohol van -20C ipv lucht, dan zou het water in de PET-fles een stuk sneller afkoelen. Hoe verwerk ik deze variabelen in de berekening? Ik mis vast nog een formule...

Alvast bedankt ! ;)

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

thermo1945

    thermo1945


  • >1k berichten
  • 3112 berichten
  • Verbannen

Geplaatst op 26 juli 2009 - 06:59

De koelkast en vriezer zijn warmtepompen.
De warmte wordt van binnen de kast naar buiten getransporteerd.
Het tempo waarin dit gebeurt, een vermogen, vaak instelbaar, speelt ook een belangrijke rol.

#3

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 26 juli 2009 - 11:57

In de berekening wordt immers nergens rekening gehouden met de warmteoverdracht van (droge) lucht op water (geleiding/convectie en straling, toch?). Immers, stel dat de 'vriezer' gevuld zou zijn met alcohol van -20C ipv lucht, dan zou het water in de PET-fles een stuk sneller afkoelen. Hoe verwerk ik deze variabelen in de berekening? Ik mis vast nog een formule...

Aan de buitenkant van de fles heb je warmteoverdracht door natuurlijke convectie aan de lucht. Zou de vriezer gevuld zijn met alcohol van -20C dan zou de warmteoverdracht ook door natuurlijke convectie plaatsvinden maar inderdaad sneller omdat natuurlijke convectie in een vloeistof nou eenmaal beter is dan in een gas. Ook aan de binnenzijde van de fles is er warmteoverdracht door natuurlijke convectie van het water naar de wand waar je rekening mee moet houden. De weerstand van de wand zelf (PET fles) doet nauwelijks terzake.

Overdracht door natuurlijke convectie is afhankelijk van jhet temperatuursverschil tussen medium en wand en van de fysische eigenschappen van het medium. Deze veranderen allemaal met de tijd omdat de temperatuur van het water en dus ook de wand verandert met de tijd. Ook maakt het uit of de fles vertikaal of horizontaal geplaatst is en wat zijn hoogte of diameter is.

Je kunt er een hoop rekenwerk aan doen maar wat is het nut hiervan? Is dit een opdracht of alleen nieuwsgierigheid?
In het laatste geval zou ik zeggen: steek er een thermometer in en kijk af en toe wat de temperatuur inmiddels is. Dat is heel wat simpeler en bovendien nauwkeuriger.

Veranderd door Fred F., 26 juli 2009 - 11:58

Hydrogen economy is a Hype.

#4

davidov09

    davidov09


  • 0 - 25 berichten
  • 2 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 juli 2009 - 11:56

Ja ik had al zoīn vermoeden dat īt vrij ingewikkeld zou zijn, en een expiriment sneller zou zijn ;) Wou eigenlijk controleren of het berekende in de buurt kwam van het ondervondene. Hoe dan ook, zal binnekort eens een (t,T)-grafiekje maken van een afkoelende PET-fles met thermometer.

Trouwens, was inderdaad uit nieuwsgierigheid; het vraagstuk past nou niet echt in mijn studierichting (geneeskunde), zeker niet in de zomervakantie =D>

Bedankt voor de antwoorden!





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures