Springen naar inhoud

Lengte buis ww berekenen


  • Log in om te kunnen reageren

#1

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 december 2009 - 23:45

Hallo,

Ik ben bezig met een combinatie van meerdere warmte bronnen toe te passen voor CV.
Daarvoor ben ik Warmte Wisselaars nodig. (zelf in elkaar te lassen)
1 x dmv 2 RVS buizen in elkaar (tegenstroom)
2 x dmv RVS buizen in een tank / openwater.

het medium is in alle gevallen water.

Door de diameter van de buis aan te passen kan de lengte varieren. (oppervl.)

Hoeveel m2 ben ik nodig om b.v. een teperatuurverhoging te maken van 20 Gr.C

In de buizen plaats ik een stukje spiraal zodat het water in de buis ook circuleerd / werveld.

Is de berekening ook in exel te plaatsen zodat ik met de temp. en opp. waarde kan varieren.

Een eenvoudige oplossing is voldoende daar ik toch voor zekerheid ga.

Bij voorbaat dank.
Jan

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

#2

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 31 december 2009 - 16:19

Hoeveel m2 ben ik nodig om b.v. een temperatuurverhoging te maken van 20 Gr.C

Dat valt alleen te bepalen als je het stromingsdebiet aan beide zijden van de ww weet en bovendien de beide inlaattemperaturen en beide gewenste uitlaattemperaturen.

Wat is je kennis van warmteoverdracht? Heb je wel eens van Reynolds, Nusselt en Prandtl gehoord of is dat latijn voor je?

Veranderd door Fred F., 31 december 2009 - 16:20

Hydrogen economy is a Hype.

#3

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 januari 2010 - 02:25

Wisselaar A
Open water omgeving 0 tot +20 (niet stilstaand / minimaal stromend)
doorstroming 0.35 l/s
bij deze wisselaar moet het water ongeveer 5 tot 8C stijgen.
in het slechste geval van 0 naar 5C
in het gunstigste van 12 naar 20C

Wisselaar B
Watertank/buffer moet opgewarmd worden naar 50C (stilstaand)
aanvoer max 58C
doorstroming 0,13 l/s

Wisselaar C
tegenstroom wisselaar.
doorstroming 0,13 l/s
aanvoer water 45C
te verwarmen water van 30 naar 40C
doorstroming 0,13 l/s

Reynolds, Nusselt en Prandtl ken ik niet evenals latijn.
Daarom leg ik hier mijn vraag neer.

Ik hoop dat je nu genoeg gegevens hebt.
anders hoor ik het wel

Gr. jan

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 02 januari 2010 - 19:45

Wisselaar A
Is die 0,35 L/s het debiet van het koude water dat 5 tot 8 graden opgewarmd moet worden?
En wat is dan het debiet en de aanvoertemperatuur van het warme water?

Wisselaar B
Ik neem aan dat die 0,13 L/s het debiet van het hete water is wat op 58 graden aangevoerd wordt.
Hoeveel koud water moet opgewarmd worden van welke temperatuur naar welke temperatuur en in hoeveel uur?

Wisselaar C
Ik doe hiervoor even een nattevingerberekening om het niet meteen te moeilijk te maken:
Hier wordt 0,13 L/s (= kg/s) water opgewarmd van 30 naar 40 oC.
Dat vergt een vermogen van 0,13 kg/s * 4,19 kJ/kg.K * (40 - 30) K = 5,45 kW = 5450 Watt
Het warme water van 0,13 L/s wordt daarbij in tegenstroom afgekoeld van 45 naar 35 oC. Dit betekend dat het gemiddelde temperatuursverschil tussen warme en koude water 5 oC is.
De warmteoverdrachtscoefficient is voor een water/water-warmtewisselaar in de orde van 1000 W/m2.oC als de watersnelheid in de orde van 1 m/s is.
Dan zou je ruwweg een oppervlak van: 5450 W / (5 oC * 1000 W/m2.oC) = 1,1 m2
Voor een 25 mm (1 inch) binnenpijp betekent dat een lengte van 14 meter.
Ofschoon dit nog maar een erg ruwe schatting is zul je begrijpen dat een simpele dubbele pijp ww hier niet praktisch is en je iets met meerdere pijpen in een grote mantel zult moeten maken. Of n spiraalpijp in een mantel, maar dan is koper wellicht handiger dan RVS omdat koper veel gemakkelijker in kleine bochten te buigen is.

Veranderd door Fred F., 02 januari 2010 - 19:48

Hydrogen economy is a Hype.

#5

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 januari 2010 - 02:24

Wisselaar A
Is die 0,35 L/s het debiet van het koude water dat 5 tot 8 graden opgewarmd moet worden?
Inderdaat.
En wat is dan het debiet en de aanvoertemperatuur van het warme water?
Open water omgeving 0 tot +20 (niet stilstaand / minimaal stromend) 2 tot 5 meter/min.

Wisselaar B
Ik neem aan dat die 0,13 L/s het debiet van het hete water is wat op 58 graden aangevoerd wordt.
Juist
Hoeveel koud water moet opgewarmd worden van welke temperatuur naar welke temperatuur en in hoeveel uur?
2000 liter Watertank/buffer moet 10C opgewarmd worden naar 50C (stilstaand)

Wisselaar C
Ik doe hiervoor even een nattevingerberekening om het niet meteen te moeilijk te maken:
Hier wordt 0,13 L/s (= kg/s) water opgewarmd van 30 naar 40 oC.
Dat vergt een vermogen van 0,13 kg/s * 4,19 kJ/kg.K * (40 - 30) K = 5,45 kW = 5450 Watt
Het warme water van 0,13 L/s wordt daarbij in tegenstroom afgekoeld van 45 naar 35 oC. Dit betekend dat het gemiddelde temperatuursverschil tussen warme en koude water 5 oC is.
De warmteoverdrachtscoefficient is voor een water/water-warmtewisselaar in de orde van 1000 W/m2.oC als de watersnelheid in de orde van 1 m/s is.
Dan zou je ruwweg een oppervlak van: 5450 W / (5 oC * 1000 W/m2.oC) = 1,1 m2
Voor een 25 mm (1 inch) binnenpijp betekent dat een lengte van 14 meter.
Ofschoon dit nog maar een erg ruwe schatting is zul je begrijpen dat een simpele dubbele pijp ww hier niet praktisch is en je iets met meerdere pijpen in een grote mantel zult moeten maken. Of n spiraalpijp in een mantel, maar dan is koper wellicht handiger dan RVS omdat koper veel gemakkelijker in kleine bochten te buigen is.

Een snel rekensommetje leerd dat 6 meter van 60 mm overeenkomt. (dit is een mogelijkheid)
Maar ik denk dat een spiraal in een tankje beter uitkomt.
Zijn er nog regels betreft de minimale buis-tussenruimte??

Gr. Jan

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 03 januari 2010 - 11:08

Een snel rekensommetje leerd dat 6 meter van 60 mm overeenkomt. (dit is een mogelijkheid)

Nee, dit is geen mogelijkheid.
In een pijp van 60 mm is bij Wisselaar C de watersnelheid bij 0,13 L/s slechts 0,05 m/s, ver beneden de 1 m/s waarvoor die typische 1000 W/m2.oC geldt (in feite is in een 25 mm pijp die 1000 W/m2.oC al te optimistisch en die 14 meter dus ook).

Zijn er nog regels betreft de minimale buis-tussenruimte??

Je bedoelt de ruimte tussen binnen- en buitenbuis? Nee, maar je moet er wel voor zorgen dat de binnenbuis bij doorbuigen niet onderop de buitenbuis gaat liggen.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 januari 2010 - 17:35

Nee, dit is geen mogelijkheid.
In een pijp van 60 mm is bij Wisselaar C de watersnelheid bij 0,13 L/s slechts 0,05 m/s, ver beneden de 1 m/s waarvoor die typische 1000 W/m2.oC geldt (in feite is in een 25 mm pijp die 1000 W/m2.oC al te optimistisch en die 14 meter dus ook).
Je bedoelt de ruimte tussen binnen- en buitenbuis? Nee, maar je moet er wel voor zorgen dat de binnenbuis bij doorbuigen niet onderop de buitenbuis gaat liggen.

Nee ik bedoelde de ruimte tussen de wikkelingen van een spiraal.

P.s. Bij A en B had ik ook gegevens tussen gezet. (is ook "blauw" gebleven, sorry)

Is die 1M/s de beste overdrachts-snelheid of is er bij een andere snelheid nog een hogere overdracht te halen???

Veranderd door JanDalton, 03 januari 2010 - 17:42


#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 03 januari 2010 - 19:08

Nee ik bedoelde de ruimte tussen de wikkelingen van een spiraal.

In industrile warmtewisselaars met pijpenbundles gebruikt men 5 - 6 mm afstand tussen pijpen met een uitwendige diameter van 16 - 25 mm. Voor een spiraal lijkt me die 5 - 6 mm dus ook wel een goede afstand.

Is die 1M/s de beste overdrachts-snelheid of is er bij een andere snelheid nog een hogere overdracht te halen???

1 m/s is ruwweg wat men in de industrie gewoonlijk gebruikt voor watersnelheden. Een hogere snelheid geeft een betere warmteoverdrachtscoefficient maar betekent dat men kleinere en/of minder parallele pijpen moet gebruiken en dus meer lengte waardoor de drukval over de ww snel enorm oploopt.

Ik heb wat exacter gerekend aan Wisselaar C als dat een dubbelpijp ww zou worden. Het komt erop neer dat het gebruik van een grotere diameter binnenpijp ertoe leidt dat de warmteoverdrachtscoefficient sterker afneemt dan het oppervlak per meter lengte toeneemt.

M.a.w.: je hebt juist meer lengte nodig ondanks de grotere diameter:

diameter binnenpijp, mm . . . . . . . . . . . . . . 10 . . . 15 . . . 20 . . . 30 . . . 40 . . . 50 . . . 60

warmteoverdrachtscoefficient, W/m2.oC . . . 1430 . 1080 . . 830 . . 400 . . 210 . . 130 . . 110

benodigde pijplengte, meter . . . . . . . . . . . . 17 . . . 17 . . . 17 . . . 25 . . . 38 . . . 50 . . . 50

In de buizen plaats ik een stukje spiraal zodat het water in de buis ook circuleerd / werveld.

Bovenstaande berekeningen zijn zonder gebruik van spiralen in de binnenbuis omdat ik daar geen formules voor heb.

Het heeft dus geen zin om een grotere diameter dan 20 mm te gebruiken, tenzij drukval een probleem voor je is. Je zou dan 3 stukken van 6 meter kunnen gebruiken naast of boven elkaar in een zigzag. En alles isoleren natuurlijk.

P.s. Bij A en B had ik ook gegevens tussen gezet. (is ook "blauw" gebleven, sorry)

Daarom was het me nog niet opgevallen. Ik heb voorlopig geen tijd om hier verder naar te kijken maar je zult inmiddels wel begrijpen dat bij A en B de warmteoverdrachtscoefficient erg slecht zal zijn omdat bij beiden n zijde van het water (nagenoeg) stil staat.
Hydrogen economy is a Hype.

#9

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 januari 2010 - 20:52

In industrile warmtewisselaars met pijpenbundles gebruikt men 5 - 6 mm afstand tussen pijpen met een uitwendige diameter van 16 - 25 mm. Voor een spiraal lijkt me die 5 - 6 mm dus ook wel een goede afstand.
1 m/s is ruwweg wat men in de industrie gewoonlijk gebruikt voor watersnelheden. Een hogere snelheid geeft een betere warmteoverdrachtscoefficient maar betekent dat men kleinere en/of minder parallele pijpen moet gebruiken en dus meer lengte waardoor de drukval over de ww snel enorm oploopt.

Ik heb wat exacter gerekend aan Wisselaar C als dat een dubbelpijp ww zou worden. Het komt erop neer dat het gebruik van een grotere diameter binnenpijp ertoe leidt dat de warmteoverdrachtscoefficient sterker afneemt dan het oppervlak per meter lengte toeneemt.

M.a.w.: je hebt juist meer lengte nodig ondanks de grotere diameter:

diameter binnenpijp, mm . . . . . . . . . . . . . . 10 . . . 15 . . . 20 . . . 30 . . . 40 . . . 50 . . . 60

warmteoverdrachtscoefficient, W/m2.oC . . . 1430 . 1080 . . 830 . . 400 . . 210 . . 130 . . 110

benodigde pijplengte, meter . . . . . . . . . . . . 17 . . . 17 . . . 17 . . . 25 . . . 38 . . . 50 . . . 50

Bovenstaande berekeningen zijn zonder gebruik van spiralen in de binnenbuis omdat ik daar geen formules voor heb.

Het heeft dus geen zin om een grotere diameter dan 20 mm te gebruiken, tenzij drukval een probleem voor je is. Je zou dan 3 stukken van 6 meter kunnen gebruiken naast of boven elkaar in een zigzag. En alles isoleren natuurlijk.
Daarom was het me nog niet opgevallen. Ik heb voorlopig geen tijd om hier verder naar te kijken maar je zult inmiddels wel begrijpen dat bij A en B de warmteoverdrachtscoefficient erg slecht zal zijn omdat bij beiden n zijde van het water (nagenoeg) stil staat.


Tot nu toe hartelijk dank.
Ik heb nu wat meer inzicht in de materie.
Daarnaast kan ik zelf, met deze gegevens en voorbeelden van berekenen, ook het een en ander uitdokteren.
En mocht ik ergens niet uitkomen zie je wel weer een berichtje/vraag.

groeten Jan.

#10

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 juni 2012 - 19:14

Tot nu toe hartelijk dank.
Ik heb nu wat meer inzicht in de materie.
Daarnaast kan ik zelf, met deze gegevens en voorbeelden van berekenen, ook het een en ander uitdokteren.
En mocht ik ergens niet uitkomen zie je wel weer een berichtje/vraag.

groeten Jan.

Beste Fred....
Het is al een tijdje geleden dat ik hier was.
Inmiddels is de situatie veranderd.
Voor wisselaar C heb ik gewoon een CV boiler gepakt van 200 liter. WERKT PERFECT.

Inmiddels heb ik een warmtepomp gekocht. (16 Kw)
Nu ben ik daar een wisselaar voor nodig in de bron. ( voorheen A)
De doorstroming is 4050 Kg. / uur. (water)
Mijn idee is om met een RVS Buis van 60x2 mm. een wisselaar te maken.
Maar misschien is het beter een dikkere buis te nemen.
In deze buis plaats ik een spiraalstrip voor de werveling.
De complete wisselaar hangt in open water.
Dit water staat bijna nooit stil. zeg maar 1 meter / minuut. verplaatsing.
Kunt u berekenen hoe lang de buis voor de wisselaar moet zijn.
En of deze misschien dikker moet worden uitgevoerd.

Gr. Jan

#11

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 22 juni 2012 - 20:29

Voor wisselaar C heb ik gewoon een CV boiler gepakt van 200 liter. WERKT PERFECT.

Dat zal best.
Zo'n 200 L boiler zal ontworpen zijn voor een vermogen van 25 kW of meer, terwijl je voor wisselaar C een vermogen nodig had van 5,45 kW.

De doorstroming is 4050 Kg. / uur. (water)

Wat is inlaat- en uitlaattemperatuur van die doorstroming?

De complete wisselaar hangt in open water.

Wat is de temperatuur van dat open water?

Hoe zit die warmtewisselaar verbonden met die warmtepomp? Via nog een warmtewisselaar (verdamper)?
Hydrogen economy is a Hype.

#12

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 juni 2012 - 11:33

Bij stroming van het open water dwars op de 60 mm buis schat ik een U van ongeveer 200 W/m2.oC.

Als ik voorlopig uit ga van de oude getallen van wisselaar A uit het verleden en dus aanneem dat 4050 kg/u opwarmt van 5 naar 8 graden dan vertegenwoordigt dat een vermogen van 14 kW.

Als het open water in dat geval 10 graden is dan is er een (logaritmisch) gemiddeld temperatuursverschil tussen open water en doorstroomwater van ongeveer 3 graden (drijvende kracht voor warmteoverdracht).
Het benodigde oppervlak is dan 14000 W / (200 W/m2.oC * 3 oC) = 23 m2. Dat is 120 meter lengte voor 60 mm.
Bij 100 mm diameter is de U wat minder en zou je nog steeds 80 meter nodig hebben.
Let wel: dat is dwars op de stroming van het open water. Als je een buis in de lengterichting zou leggen heb je een veelvoud van die lengte nodig.

Bovenstaande berekening is gebaseerd op aangenomen temperaturen, maar het is duidelijk dat een buis in nagenoeg stilstaand open water geen goed idee is.
Je zult een pomp moeten installeren om dat open water met een flinke snelheid door een wisselaar te sturen zodat je een betere U in de orde van 1000 W/m2.oC krijgt. Maar dan nog zul je een wisselaaroppervlak van zo'n 5 m2 nodig hebben.
Hydrogen economy is a Hype.

#13

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 09 juli 2012 - 19:41

Beste Fred....

Ik moest de gegevens opvragen bij de fabrikant.
Het verschil in temperatuur is idd 3°C tussen in en uitlaat.

In je berekening kom je op 120 meter buis uit.
Mijn gevoel zegt dat dat veel te veel is.

Ik wacht nog op een antwoord van de fabriek wat de laagst mogelijke uitgangstemperatuur is.
4°C was de opgave. (beveiligd tegen bevriezen)
Ik ga een vorstvrij koelmiddel toepassen.
Dus kan dit misschien wel lager worden.

Als ik van 4 naar 7°C reken zou 17.5 m2 voldoen.

Bij stroming van het open water dwars op de 60 mm buis schat je een U van ongeveer 200 W/m2.oC.

Is dit laag ingeschat?

Is een wisselaar van v.b. koper een betere oplossing of maakt dit niet uit.

Gr. Jan

#14

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 09 juli 2012 - 20:58

Bij stroming van het open water dwars op de 60 mm buis schat je een U van ongeveer 200 W/m2.oC.

Is dit laag ingeschat?

Nee, ik schatte een U = 180 W/m2.oC voor D = 60 mm en U = 210 voor D = 100 mm, en dat was zonder veiligheidstoeslag en zonder rekening te houden met vervuiling die in de loop der tijd op de buis zal afzetten. Ik geef overigens geen garantie op die U's.
Wees verstandig en pomp het open water door een wisselaar.

Is een wisselaar van v.b. koper een betere oplossing of maakt dit niet uit.

De U wordt vooral bepaald door de warmteoverdracht van langzaamstromend open water naar de buiswand. Materiaal of wanddikte van de buis maken nauwelijks wat uit.

Afgezien van de U wordt het benodigde oppervlak A vooral bepaald door het temperatuursverschil (LMTD) tussen het open water en het koelmiddel. Ik bedoel: het temperatuursverschil (LMTD) waar jij voor wil ontwerpen. En dat is eigenlijk een economische optimalisatie. Hoe kleiner die LMTD, en dus hoe groter A, des te meer energie kun je over het jaar genomen aan het open water onttrekken. Voor de temperatuur van het koelmiddel geldt ook een economisch optimum: hoe kouder het koelmiddel des te meer energie je voor een gegeven A uit het open water kunt halen maar des te lager de COP van je warmtepomp. Eigenlijk moet je een grafiek (of tabel) hebben van het verloop van de open water temperatuur gedurende het jaar om te kunnen optimaliseren.
Hydrogen economy is a Hype.

#15

JanDalton

    JanDalton


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 09 juli 2012 - 22:29

"Wees verstandig en pomp het open water door een wisselaar"

Als ik een pomp toepas in het open water is er kans op bevriezing in de winter.
En er draaid weer continu een pomp. (stroomverbruik)
Maar mischien weegt dit wel op tegen een betere warmte opbrengst.
Als ik een tegenstroom wisselaar zou toepassen hoeveel m2 ben ik dan nodig.

Bevoorbeeld:
14000 W / (1000 W/m2.oC * 4 oC) = 3.5 m2

Buis van 88.9 x 2
Buis van 114.3 x 2
Buis van 139.7 x 2
6 meter van elk

Alle 3 in elkaar gelast.
tussen de buitenste 2 en IN de binnenste open water.
tussen de binnenste 2 tegenstroom aan de warmtepomp.

Dan heb ik een tegenstroomwisselaar van 3.8 m2
Natuurlijk uitgevoerd met een spiraal-strip er in zodat de vloeistof een langere weg aflegd.
(Zoals in de nefit ketels bewezen toegepast.)

Hoe lijkt dit??





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures