Springen naar inhoud

Expansie van lucht, temperatuursdaling


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Svenniemannie

    Svenniemannie


  • 0 - 25 berichten
  • 15 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 mei 2010 - 13:48

Voor een project moeten wij een koelmachine bouwen die twee liter water afkoelt, aangedreven door spierkracht.

Een van onze ideeŽn was om met een fietspomp lucht tot een hoge druk (8 bar) te brengen, dit vervolgens af te laten koelen, en dan mbv een overdrukventiel onder water de lucht weer te laten expanderen naar 1 bar.

Nu is mijn vraag, hoeveel koelt de lucht af? Onze berekening klopt namelijk totaal niet met iets wat in het boek staat.

Onze berekening:
Stel, je begint met 1 liter lucht, 1 bar, op 294 K. Nu verhoog je de druk tot 8 bar.
LaTeX
LaTeX
LaTeX
Met LaTeX voor lucht volgt hieruit dat
LaTeX

LaTeX en LaTeX ,
dus LaTeX .

De temperatuur van dit hoge-drukmengsel is nu dus LaTeX
Vul je alle waardes in, dan volgt LaTeX

Nu laat ik dit bij constant volume afkoelen tot, zeg 330 K.
Dan volgt:
LaTeX

T = 330 K, P = 4.97 bar, V = 0.226 liter.

Dit laat ik dan expanderen naar 1 bar.

LaTeX

LaTeX

De bijbehorende temperatuur hier is


LaTeX

Oftewel, zo'n 64 graden onder nul.

In mijn thermodynamica-boek staat echter een voorbeeld, en ik citeer:

If you start with nitrogen at, say, 300 K and 100 atm and throttle it down to 1 atm it does cool, but only to about 280 K

Oftewel, hier wordt een ruim 50x zo hoge druk gebruikt (100 atm tegen 4.97 bar, waarbij LaTeX maar de temperatuursdaling is hier veel kleiner! (Ik weet ook dat lucht niet gelijk staat aan stikstof, maar toch wel grotendeels.)

Thermodynamica was alweer ruim een halfjaar geleden en ik geef toe dat ik het niet allemaal even goed heb onthouden. Wie kan me helpen, wat gaat er fout? Want als je inderdaad zo'n 100 bar nodig hebt voor slechts 20 graden verschil moeten we een andere methode bedenken ](*,)

Bedankt!

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 30 mei 2010 - 14:34

If you start with nitrogen at, say, 300 K and 100 atm and throttle it down to 1 atm it does cool, but only to about 280 K

Als je stikstof (of lucht) aflaat in druk zal de temperatuur iets dalen ten gevolge van het Joule-Thomson effekt.

Jouw berekening is echter gebaseerd op isentropische (omkeerbaar adiabatische) expansie van de lucht.
Zoiets is in de praktijk zeer moeilijk te bereiken, maar kan op 2 manieren:

1) gebruik een zogenaamd convergent-divergente straalpijp (de Laval straalpijp) zodat er een zeer grote gassnelheid ontstaat zodanig dat zijn kinetische energie gelijk is aan de enthalpiedaling t.g.v. temperatuurdaling van de lucht: dit principe wordt gebruikt in een raketmotor,

of:

2) gebruik een turbine om door expansie energie aan het gas te onttrekken. Die turbine moet dan wel belast worden met een dynamo of zo want anders krijg je nog steeds niet meer dan J-T koeling.

Conclusie: je zult dus inderdaad op zoek moeten naar een andere methode.
Hydrogen economy is a Hype.

#3

Svenniemannie

    Svenniemannie


  • 0 - 25 berichten
  • 15 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 30 mei 2010 - 15:50

Vervelend, daar was ik al bang voor...

Ik hield me een beetje vast aan het feit dat bij het oppompen van een fietsband het ventiel toch erg warm wordt (en koud als je het laat leeglopen), terwijl de druk daar maar enkele bar is en het temperatuursverschil voor mijn gevoel ook zo'n 20 graden zou zijn...

Nouja, in ieder geval bedankt voor het antwoord!

#4

Svenniemannie

    Svenniemannie


  • 0 - 25 berichten
  • 15 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juni 2010 - 13:33

2) gebruik een turbine om door expansie energie aan het gas te onttrekken. Die turbine moet dan wel belast worden met een dynamo of zo want anders krijg je nog steeds niet meer dan J-T koeling.


Na lange tijd weer een vraag:
Bedoel je hiermee dat je het gas arbeid moet laten leveren en daardoor dus energie kwijtraakt? Want onze begeleider toonde ons gisteren nog een voorbeeld waarbij hij de lucht in een injectiespuit eerst comprimeerde waardoor de temperatuur opliep tot +/- 60 graden, en toen dit was afgekoeld liet hij het weer expanderen tegen zijn arm, waardoor de temperatuur naar -7 graden zakte.

Dit is toch eigenlijk wat ik in mijn eerste post beschreef, of niet?

Sven

#5

Svenniemannie

    Svenniemannie


  • 0 - 25 berichten
  • 15 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 25 juni 2010 - 22:54

't zal wel aan mij liggen, maar ik kan geen edit-knop vinden.

Wat ik eigenlijk in m'n vorige post wilde vragen was:
Het principe wat ik in de eerste post beschreef klopt dus wel, maar je moet het gas arbeid laten verrichten bij het expanderen, bijvoorbeeld door het tegen je arm te laten expanderen (als je een injectiespuit als volume zou gebruiken) of een turbine, zoals je zei. Ik neem aan dat de arbeid die wordt verricht wanneer "lucht" wordt weggedrukt niet voldoende is?

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 26 juni 2010 - 17:15

't zal wel aan mij liggen, maar ik kan geen edit-knop vinden.

De wijzig-knop is alleen zichtbaar gedurende 10 - 15 minuten na plaatsen van een bericht. Daarna kun je niets meer wijzigen.

Het principe wat ik in de eerste post beschreef klopt dus wel, maar je moet het gas arbeid laten verrichten bij het expanderen ...

De formules die jij eerst gebruikte zijn de wetten van Poisson en gelden alleen voor omkeerbaar adiabatische expansie. Als je gas in een cylinder bij 57 oC en 4.97 bar hebt (zoals in jouw berekening), en het gas door een kraantje en buisje laat ontsnappen zal het gas weinig afkoelen en beslist niet ijskoud worden. Om een gas adiabatisch flink af te koelen zul je het gas of arbeid moeten laten verrichten, of een gigantische snelheid moeten geven (meer dan duizend meter per seconde) waarbij de kinetische energie toename ten koste gaat van U en H.

Welk trucje die begeleider met die injectiespuit en zijn arm doet is mij niet duidelijk, maar inderdaad, hoe meer arbeid het gas op zijn omgeving moet verrichten des te meer zal het afkoelen. Misschien kan hij het nog eens doen en op youtube zetten?
Hydrogen economy is a Hype.

#7

Svenniemannie

    Svenniemannie


  • 0 - 25 berichten
  • 15 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 27 juni 2010 - 12:15

Bedankt ;)

Een kleine toelichting op het 'truukje' van m'n begeleider:

Hij had een injectiespuit met daarin een thermometer-iets, waarmee we op een multimeter de temperatuur konden aflezen. Eerst duwde hij de spuit snel naar binnen, waardoor de temperatuur tot ongeveer 60 graden opliep. Dit hield hij zo'n 20 seconden, waardoor de lucht binnenin weer af kon koelen naar 28 graden, als ik het me goed herinner. (Het was een warme dag, plus we wachtten niet tot het weer helemaal op kamertemperatuur was ;) )
Vervolgens liet hij het gas "langzaam" expanderen (Door de cilinder in ongeveer 1.5 sec. weer uit te laten schuiven)
Hierbij liet hij het gas dus inderdaad arbeid uitoefenen op zijn arm, waardoor de temperatuur naar -7 graden zakte.

Nogmaals, bedankt voor de toelichting :)

#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 27 juni 2010 - 12:42

Aha, nu snap ik het: alle lucht bleef in de cylinder en de arm diende slechts als steun voor de zuiger. In dat geval zal de lucht in de cylinder inderdaad flink afkoelen.

Maar dit is heel iets anders dan de lucht door een ventiel of kraantje naar buiten laten stromen.
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