Springen naar inhoud

Afkoeling van een product door onderdompeling in koud water


  • Log in om te kunnen reageren

#1

Bruijn

    Bruijn


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 29 oktober 2012 - 10:50

Hallo allemaal,

Is er iemand die mij op weg kan helpen met het volgende vraagstuk:

Gegeven is, een product met een zekere temperatuur en geometrie, in dit geval een kunststof krat (HDPE), dien afgekoeld te worden van 50°C naar 4°C, door middel van onderdompeling in stromend, koud water/glycol van ca. 0°C.

De warmtedoorgangscoefficient labda is bekend en bedraagt 0,4 W/m.K
Het gewicht van één krat is 2 kg en het totale oppervlak is 1,28 m2. De wanddikte is gelijk over het hele krat en bedraagt 3mm. Soortelijke warmte van HDPE = 2,7 kJ/kg.

Mijn probleem zit hem in het berekenen van de warmteovergangscoefficient alfa. Hoe snel zal de warmte zich naar het koude water verplaatsen? Het water wordt constant op 0°C gehouden, het krat zal onder water roteren om een 'stroming' te verkrijgen.

Ik ben voornamelijk op zoek naar een benodigde tijd om het krat onder water te laten verblijven.

Hoe ik mijn berekening begonnen ben:
De totale benodigde energie om uit één krat te halen: c*m*dt --> 2,7*2*(50-4) = 248,4 kJ.
Het logaritmisch temperatuursverschil komt uit op 18,2 K.
Waar ik tegenaan loop is de warmteovergangscoefficient alfa. Hoe is deze te berekenen?

Alvast hartelijk dan voor alle hulp.

Met vriendelijke groet,
Arnout

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 29 oktober 2012 - 12:29

Met alleen deze gegevens kun je geen alfa berekenen.

Wat is de VOLLEDIGE en LETTERLIJKE tekst van dit vraagstuk?

Wat is het niveau van je opleiding?
Hydrogen economy is a Hype.

#3

Bruijn

    Bruijn


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 29 oktober 2012 - 13:06

Het is een vraagstuk uit de praktijk (bedrijfsleven). Opleidingsniveau Universiteit, industrieel ontwerpen. Momenteel werkzaam in de industriele droog- en koeltechniek. Het vraagstuk is dus niet een kant en klare vraag uit een opgave.

De warmteweerstand van het krat is bekend en berekend met d/l = 0,003m/0,4W/m.K = 0,0075.
Het lijkt mij dat de alfa afhankelijk is van de snelheid van het water rond het krat en een aantal andere factoren. In enkele literaruur kom ik waarden tegen van 500-5000 w/m2.K voor stromend water.

Ik zou het waarderen als er een algemene uitleg beschikbaar is hoe de warmteoverdrachtscoeffiecient/weerstand van het product op stromend water te berekenen is. Hiermee kan ik de warmtestroomdichtheid bepalen en de benodigde afkoeltijd benaderen.

Mvg,
Arnout

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 29 oktober 2012 - 14:50

Die alfa is inderdaad sterk afhankelijk van de watersnelheid. Ik denk echter dat de geleiding doorheen het HDPE de limiterende factor in de afkoeling van de kern van de krat is. Denk aan het getal van Biot (Biot number).

Als de alfa erg hoog is (Biot >> 1) kun je aannemen dat het buitenoppervlak aan weerskanten van de krat de watertemperatuur van 0 graden heeft. Het temperatuursprofiel door de wand verandert dan met de tijd t. Om hier aan te rekenen heb je kennis van wiskunde (Laplace en/of errorfuncties) en fysische transportverschijnselen (penetratietheorie, temperatuurvereffeningscoefficient) op universiteitsniveau nodig, maar gelukkig heb je dat dus ...
Als bovenstaande je niets zegt dan kun je er maar beter niet aan beginnen en gewoon in de praktijk bepalen hoe lang het duurt om een krat af te koelen.
Ik ben inmiddels te lang van school om dit soort berekeningen nog even uit mijn mouw te schudden.
Hydrogen economy is a Hype.

#5

Bruijn

    Bruijn


  • 0 - 25 berichten
  • 19 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 29 oktober 2012 - 16:13

Fred,

Bedankt. Die wiskundige methodes en hogere thermodynamica gaan we inderdaad niet gebruiken, ik heb hier ook de kennis niet van. De opmerking wat betreft de warmte overdracht aan weerskanten blijkt nuttig: de wanddikte kan dus eigenlijk gehalveerd worden.

Wat ik wel gevonden heb is http://www.nzifst.or...pps3.htm#ex6_10 tabel 6.3 Een te verwachte waarde van ca 600 W/m2.K bij onderdompeling in water.

Ik duik hier nog wat verder in met Biotgetallen en http://www.nzifst.or...ory4.htm#fig5_4 grafiek 5,4. Dan verwacht ik wel een enigszins ergens op gebaseerde waarde te kunnen ontdekken. De rest zal experimenteel gebeuren. De website bevat veel voorbeelden en uitleg (afkomstig uit de voedingsmiddelenindustrie) en is wellicht voor meer personen een nuttige bron.

Nogmaals bedankt voor je reactie.

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 30 oktober 2012 - 17:35

De (meeste) formules en de grafieken op die website gelden alleen als Biot getal erg laag is (Bi < 0,2) zodat het temperatuursverschil tussen kern en wand klein is t.o.v. temperatuursverschil tussen wand en koelmedium. Dat is alleen het geval als het voorwerp een hoge Lambda heeft en/of de alfa (hs) laag is zoals bij koeling met lucht.
Bij een kunststofkrat in stromend water is geen van beiden het geval dus de berekende afkoeltijd zal in jouw geval niet erg nauwkeurig zijn.
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