Springen naar inhoud

Nieuw probleem thermodynamica


  • Log in om te kunnen reageren

#1

pmat89

    pmat89


  • 0 - 25 berichten
  • 16 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 maart 2010 - 08:03

Beste




Ik ben bezig met een nieuw systeem te berekenen.
De pomp vertrekt op een collector die is aangesloten op gasverwarming. De ideale vertrektemperatuur is 90°, de retourtemperatuur 70°. Dit is vroeger bepaald om zo de gasverwarming niet heel de tijd de laten schipperen tussen aan en uit. Wanneer dit verschil bijvoorbeeld maar 5° is zal de verwarming meer frequent aan/uit schakelen. We gaan nu die 90° gebruiken om door een serpentin in een boiler te vloeien. In de boiler bevind zich water dat moet opgewarmd worden tot 55°, dit om chocoladetanks te verwarmen.


Ik heb ervoor gekozen om een stabiel systeem te ontwikkelen, zodanig dat de pomp steeds op zijn zelfde werkingspunt blijft werken. Ik wil immers de snelheden in het circuit constant houden. Op deze manier kan ik de temperatuur van 90° steeds met ongeveer 20° laten zakken door de warmteafgifte van het serpentin aan het water in de boiler.
In de bijlage vindt u een principe schema van het circuit.

Ik zorg ervoor met de afsluiter in de secunaire kring dat de drukval over het serpentin (wanneer de temperatuurgestuurde klep open staat) gelijk is aan de drukval over de leiding (wanneer de temperatuurgestuurde klep dicht staat). De afsluiter net voor de retour van de 'primaire kring' gebruik ik om de pomp op zijn instelpunt te regelen.



Nu ben ik op zoek gegaan naar informatie wat betreft warmte-en stromingsleer.
Zo weet ik dat Q=m.c.delta T
het vermogen nodig om water van 20° naar 55° te krijgen bedraagt : 1kg/sec x 4186J/Kg.K x 35 = 146,51kW


Ik heb dus 146,51kW vermogen nodig om het water naar deze temperatuur te krijgen.
Nu kan ik dit ook doen voor het circuit op de serpentin (het water gaat hier van 90° naar 70°)
Q = m.c.delta T
146510 W = m x 4186J/Kg.K x 20
m = 1,75 kg/s = ongeveer gelijk aan 1,75m/s

Klopt het bovenstaande al ? Want ik moet toch nog de warmteoverdrachtscoëfficiënt in rekening brengen, deze zal toch afhankelijk zijn van enerzijds het soort metaal (inox) en anderzijds de oppervlakte van het serpentin ?


Kan u mij verder helpen met het bovenstaande of kan u mij aan cursus materiaal hierover helpen ?

Alvast bedankt
met vriendelijke groeten


Mathieu

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

#2

pmat89

    pmat89


  • 0 - 25 berichten
  • 16 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 22 maart 2010 - 11:09

Beste

Ik heb nog een beetje verder gezocht afgelopen weekend en heb nu het volgende ;
ik weet dat oW = U.A.delta Tln

De warmtestroom heb ik berekend, hiervoor kwam ik 146kW uit.
Het warmteuitwisselend oppervlak = 2.pi.r.h = 0,588860127 m²
delta Tln = 46,382°

en U = 1/(1/xa + d/lambda + 1/xb)

Het is een water-water warmtewisselaar.
Nu weet ik dat Xa = Nu * lambda/d(ew)

Nu = 0,023 * Re^4/5 * Pr^0,4
Met Pr voor water = 6,21
Met Re = neem een vloeistofsnelheid van (1m/s * 0,0197m)/(3,19521 * 10^-7) = 61654,79
Als ik dan Xa bereken bekom ik 10156,799 wat extreem hoog is.


Wat heb ik hier verkeerd gedaan ?



Merk op dat ik de vloeistofsnelheid momenteel geschat heb en later nog zal aanpassen naargelang de berekeningen.
Voor Xb zal ik eerst moeten bepalen wat het debiet is van deze pomp die er nu op geïnstalleerd staat.

Kan er mij iemand helpen ??

#3

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 22 maart 2010 - 20:00

Ik heb dus 146,51kW vermogen nodig om het water naar deze temperatuur te krijgen.
Nu kan ik dit ook doen voor het circuit op de serpentin (het water gaat hier van 90° naar 70°)
Q = m.c.delta T
146510 W = m x 4186J/Kg.K x 20
m = 1,75 kg/s = ongeveer gelijk aan 1,75m/s

1,75 m/s ? Je bedoelt waarschijnlijk 1,75 L/s.
Als je 1,75 L/s door één serpentin met een inwendige diameter van 19,7 mm wilt persen krijg je een zeer hoge snelheid (bijna 6 m/s) en dus een hoge drukval.

Met Re = neem een vloeistofsnelheid van (1m/s * 0,0197m)/(3,19521 * 10^-7) = 61654,79

Is de inwendige diameter 19,7 mm? Waarom reken je dan met 1 m/s? Reken de snelheid eerst eens juist uit met debiet en diameter.

Het warmteuitwisselend oppervlak = 2.pi.r.h = 0,588860127 m²
delta Tln = 46,382°

Met welke r en h heb je gerekend?
Volgens mij is delta Tln = 42 °C

U = 1/(1/xa + d/lambda + 1/xb)

Juister is: U = 1/(Do/(xa.Di) + Do.ln(Do/Di)/(2.Lambda) + 1/xb) want U wordt bij een buis altijd berekend voor één oppervlak: gewoonlijk het buitenoppervlak.
Do = buitendiameter, Di = binnendiameter van de serpentin.
Ook is het gebruikelijk om vervuilingsfactoren (fouling factors) mee te nemen in de berekening van U.

Nu = 0,023 * Re^4/5 * Pr^0,4

Gebruik liever formule 7.40 uit dat boek wat ik in je andere topic gepost had.

Met Pr voor water = 6,21

Pr altijd zelf berekenen uit Pr = mu.Cp/Lambda, niet zomaar een getal (voor koud water) uit een tabellenboekje gebruiken.
Gebruik voor alle fysische eigenschappen in Pr en Re die bij het gemiddelde van in/uit temperaturen, niet van inlaat.

Als ik dan Xa bereken bekom ik 10156,799 wat extreem hoog is.

Wat heb ik hier verkeerd gedaan ?

Zie bovenstaande slordigheidjes. Maar Xa kan best in die orde van grootte zijn.

Echter: in dit geval wordt de totale warmteoverdrachtscoefficient (U) voornamelijk bepaald door Xb want de snelheid aan de buitenzijde van de serpentin in de "boiler" zal erg laag zijn. Hoe ziet die "boiler" eruit?
Zou het niet beter zijn om een warmtewisselaar te gebruiken i.p.v. een "boiler"?

Voor Xb zal ik eerst moeten bepalen wat het debiet is van deze pomp die er nu op geïnstalleerd staat.

Pardon? Je hebt toch al gerekend met 1 kg/s voor het koude water om die 146 kW te berekenen?!
Hydrogen economy is a Hype.

#4

pmat89

    pmat89


  • 0 - 25 berichten
  • 16 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 23 maart 2010 - 08:21

Fred,

Ik heb voor de tempertatuur een wijziging doorgevoerd : 10° naar 55°.
Dan bekom ik een gem T van 46,382°.

Ik heb mijn berekeningen in een mooi word document geplaatst met opmerkingen bij.
Als je mij even een Pm stuurt met je email in stuur ik dit naar je emailadres door.

Wat de formule voor Pr betreft, wat zijn daar juist de verschillende parameters in de formule ?

Alvast bedankt voor je klare uitleg !

#5

pmat89

    pmat89


  • 0 - 25 berichten
  • 16 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 23 maart 2010 - 08:47

Ik heb ondertussen gevonden wat de verschillende parameters zijn.
Heb gezocht naar de lambda van water bij hun temperatuur, maar kan deze nergens vinden. Ik vind enkel de vaste waarden.

Heb jij soms een tabel hiervoor ?

Nu zou ik aan de hand van mijn berekeningen willen bepalen wat ik juist kies qua snelheid e.d. om zo mijn pomp te kiezen.

Ik wil een zo goed mogelijk rendement met een zo laag mogelijk verbruik.
Is de warmtestroom een maat voor het verbruik, of is dit enkel de warmte-uitwisseling tussen beiden ?

Mathieu

#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44879 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 23 maart 2010 - 19:36

Ik heb mijn berekeningen in een mooi word document geplaatst met opmerkingen bij.
Als je mij even een Pm stuurt met je email in stuur ik dit naar je emailadres door.

Word-documenten kunnen ook als bijlage bij een bericht worden toegevoegd.
ALS WIJ JE GEHOLPEN HEBBEN....
help ons dan eiwitten vouwen, en help mee ziekten als kanker en zo te bestrijden in de vrije tijd van je chip...
http://www.wetenscha...showtopic=59270

#7

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 23 maart 2010 - 20:56

Ik heb voor de tempertatuur een wijziging doorgevoerd : 10° naar 55°.
Dan bekom ik een gem T van 46,382°.

Okay, jij gebruikte 10 i.p.v. 20 graden. Maar dan is die 146 kW dus ook niet meer juist.

Heb gezocht naar de lambda van water bij hun temperatuur, maar kan deze nergens vinden. Ik vind enkel de vaste waarden.

Heb jij soms een tabel hiervoor ?

Probeer deze online calculator. Let wel goed op de eenheden die gebruikt worden.
Bijvoorbeeld: bij 80 oC en 1 bar is:
soortelijk volume = 0.001029 m3/kg dus dichtheid = 972 kg/m3
soortelijke warmte Cp = 4.198 kJ/kg.K = 4198 J/kg.K
thermische geleidbaarheid lambda = 666 mW/m.K = 0.666 W/m.K
dynamische viscositeit mu = 3.541 * 10-3 Poise = 0.0003541 Pa.s

Wat de formule voor Pr betreft, wat zijn daar juist de verschillende parameters in de formule ?

Prandtl = mu.Cp/Lambda = 0.0003541 * 4198 / 0.666 = 2.23
en dat is heel wat anders dan jouw 6.21

Nu zou ik aan de hand van mijn berekeningen willen bepalen wat ik juist kies qua snelheid e.d. om zo mijn pomp te kiezen.

Ik wil een zo goed mogelijk rendement met een zo laag mogelijk verbruik.
Is de warmtestroom een maat voor het verbruik, of is dit enkel de warmte-uitwisseling tussen beiden ?

Ik denk niet dat je dit juist aanpakt.
Allereerst moet je bepalen wat het doel van het hele systeem is. Dat is toch het opwarmen van de chokolade?
Dus:
Hoeveel warmte, in kW, is er nodig voor die chokolade?
En hoe warm moet die chokolade worden?
En is die 55 graden dan eigenlijk wel warm genoeg?
En hoe warm komt dat water dan terug bij de boiler? 10 graden? lijkt me stug. 20 graden? lijkt me ook nogal laag.
Of wordt dat afgekoelde water niet teruggevoerd naar de boiler en gebruikt de boiler alleen koud kraanwater?
En waarom gebruik je niet gewoon meteen dat 90 graden water om die chokolade op te warmen?
En waar gaat dat boilerwater nog meer naar toe? Dus hoeveel warmte (kW) moet die boiler werkelijk leveren?
En waarom gebruik je niet een warmtewisselaar (met eventueel een tankje erna) i.p.v. een boiler?
En zo kan ik nog wel even doorgaan.

Maak eerst eens een plaatje (handschets) van het hele systeem voordat je eraan gaat rekenen.
Bovendien snappen wij dan ook waar dit werkelijk over gaat.
Hydrogen economy is a Hype.

#8

pmat89

    pmat89


  • 0 - 25 berichten
  • 16 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 24 maart 2010 - 08:01

Fred,
Ik zal straks het document op het forum plaatsen, alsook het P&ID schema van het geheel.

Het water dat terug vloeit naar de boiler zal inderdaad hoger zijn dan 10°.
Maar ik reken met 10° aangezien het gesloten circuit wordt gevoed (in geval van verdamping,drukval in het circuit). Dus in se moet de boiler een capaciteit hebben die het water van 10° opwarmd naar 55°.
Wanneer ik dit in acht neem zal de boiler een ruime marge hebben, niet ?
De temperatuur 55° gebruikt men over het hele bedrijf, bij deze temperatuur zal de chocolade smelten, geen kristallen vormen, niet verbranden,... Hieraan kan/mag ik niets wijzigen.



De vraag waarom ik geen warmtewisselaar gebruik is te zoeken in de kostprijs denk ik. Ik heb dit zelf al voorgesteld, maar kreeg hier weinig respons op.
Ik heb de getallen van Pr berekend met de volgende waarden die ik terug vond op het ineternet :


Pr = ( Ɲ.c_p)/γ = (31,5.〖10〗^(-5). 4205)/0,675=1,962333 (water 90°)
Pr = ( Ɲ.c_p)/γ = (50,4 . 〖10〗^(-5).4183)/0,647=3,2585 (water 55°)

Deze waarden verschillen met ongeveer 0,001 met de calculator.
Mathieu

#9

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 maart 2010 - 11:04

Deze waarden verschillen met ongeveer 0,001 met de calculator.

Dat is dus heel nauwkeurig.

Het water dat terug vloeit naar de boiler zal inderdaad hoger zijn dan 10°.
Maar ik reken met 10° aangezien het gesloten circuit wordt gevoed (in geval van verdamping,drukval in het circuit). Dus in se moet de boiler een capaciteit hebben die het water van 10° opwarmd naar 55°.
Wanneer ik dit in acht neem zal de boiler een ruime marge hebben, niet ?

Dat valt niet zo simpel te zeggen. Je vergroot immers ook de delta Tln. Het hangt er van af in combinatie met welk boilervermogen je die 10 graden zou gebruiken.

De temperatuur 55° gebruikt men over het hele bedrijf, bij deze temperatuur zal de chocolade smelten, geen kristallen vormen, niet verbranden,...

Als die chokolade bijvoorbeeld 40 oC is dan zal het retourwater minstens 45 of misschien zelfs wel 50 oC moeten zijn om voldoende temperatuursverschil te hebben met de chokolade. Hoe hoger de retourtemperatuur naar de boiler des te groter zal de watercirculatie moeten zijn voor hetzelfde overgedragen vermogen.

Het begint met het benodigde vermogen (kW) voor die chokolade en wat nog meer. En met de werkelijke retourtemperatuur van het circulerende water, wat terugkomt van die chokoladeketel en de rest van het bedrijf.
Zonder deze twee getallen heeft verder rekenen geen enkele zin.
Hydrogen economy is a Hype.

#10

pmat89

    pmat89


  • 0 - 25 berichten
  • 16 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 24 maart 2010 - 14:03

Fred,

Kan ik dit vermogen berekenen, of is dit een gegeven ?
De retourtemperatuur zal ik binnenkort weten zeggen, nadat de flow meter en temp meter terug beschikbaar zijn.


Van waar ben jij juist in Nederland ?
Zou jij ergens een moment vrij hebben om me eventueel wat verdere uitleg te geven over dit onderwerp ?

Alvast bedankt
Mathieu

#11

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 24 maart 2010 - 19:44

Kan ik dit vermogen berekenen, of is dit een gegeven ?
De retourtemperatuur zal ik binnenkort weten zeggen, nadat de flow meter en temp meter terug beschikbaar zijn.

Het benodigde vermogen wordt door de verbruiker, die smeltende chocolade, bepaald. Als je weet wat momenteel het debiet (flow) en het temperatuursverschil tussen wateraanvoer en -retour van de chocoladeketel is kun je het daaruit berekenen.

Of je bepaalt het uit de benodigde warmte om de chocolade op te warmen en te smelten.
Als je weet hoeveel kg chocolade per uur opgewarmd en gesmolten moet worden dan kun je daaruit ook het vermogen berekenen met behulp van de soortelijke warmte en smeltwarmte van de chocolade.
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures