Springen naar inhoud

[Natuurkunde] Warmtewisselaar


  • Log in om te kunnen reageren

#1

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 18 februari 2007 - 21:51

Hallo,

Ik moet op school een opdracht maken met een warmtewisselaar(haarspeldvormig buizenregister), alleen kan ik hier nog niet helemaal uitkomen.
Het gaat om de volgende opdracht.

Ik heb een warmtewisselaar die per minuut 2m3 water van 80C naar 20C moet brengen. Het wordt gekoeld door water dat uit de grond wordt gepompt met een temperatuur van 12C

Nou heb ik er dus voor gekozen om aluminium buizen te gebruiken waar het water doorheen stroomt, omdat dit een vrij goede geleiding heeft.... Koper heeft een nog betere geleiding, alleen is koper in verhouding met de warmteoverdracht veel zwaarder. En de warmtewisselaar moet ivm reparatie en onderhoud in zijn geheel demontabel zijn. Het is dus makkelijk als deze dan zo licht mogelijk is.

Nou heb ik dus de volgende gegevens al:

Warmtegeleidingscoëfficient Aluminium = 237 W/mK
Soortelijke warmte water: 4186 J/(kg*k)
Soortelijke warmte aluminium: 900J/(kg*k)
Delta T1 = 80-20= 60C
Delta T2 = 20-12= 8C
Massa = 2m3 water = 2000kg water (per minuut)

Nu moet ik dus de totale oppervlakte uitrekenen van de buizen alleen heb ik dit met natuurkunde eigenlijk amper gehad, dus ik weet niet exact welke formule ik nodig heb en of ik misschien nog gegevens mis, dus wie kan mij hiermee helpen?

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

#2

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44844 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 19 februari 2007 - 10:01

Nu moet ik dus de totale oppervlakte uitrekenen van de buizen alleen heb ik dit met natuurkunde eigenlijk amper gehad,


Een warmtewisselaar zal zelden alleen uit buizen bestaan, meestal zit daar een enorm oppervlak aan vinnen op gemonteerd. De snelheid van uitwisseling van warmte is verder sterk afhankelijk van de stroomsnelheid van de vloeistoffen langs de uitwisselingsoppervlakken. Een en ander draait niet uit op een serie sommetjes die je even op een kladblaadje maakt aan de hand van een paar formules.

Verder is de vraag hoe warm je koelwater mag worden. Je lijkt hier te stellen dat koelwater en gekoeld water dezelfde eindtemperatuur zullen bereiken (20°C). Maar dat is lang niet noodzakelijk het geval.

Ik snap niet helemaal waar de opdracht naar toe wil. Dit wordt eerder een praktisch-technische kwestie dan een theoretische. Je vraag is in ieder geval al niet zo gesteld dat er een eenduidig antwoord mogelijk is. Dit is eerder een kwestie voor een gespecialiseerd ingenieursbureau dan voor een middelbaar scholier.
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

#3

Smirnovv

    Smirnovv


  • >100 berichten
  • 133 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 19 februari 2007 - 10:44

Hier is inderdaad onmogelijk een eenduidig antwoord op te geven zoals Jan al zei.
Je zult sowieso een aantal extra veronderstellingen moeten doen.
-Wat is de hoeveelheid koelwater die je gebruikt of welke temperatuursval laat je toe voor je koelwater
-Welke configuratie gebruik je. Voor de eenvoud van de berekeningen zou je bv. kunnen gebruik maken van een dubbele pijp warmtewisselaar, die enkel bestaat uit 2 concentrische buizen.
-Gebruik je tegenstroom, gelijkstroom of dwarsstroomconfiguratie. Tegenstroom is zowat altijd de beste keuze omdat dit de meest efficiënte warmteoverdracht creëert.

Indien je hiervoor bepaalde veronderstellingen hebt gedaan komt het neer op het berekenen van het Nusseltgetal uitgaande van het Reynolds en Prandtl getal. Hiervoor zal je heel wat vloeistofeigenschappen moeten opzoeken van water bij de verschillende temperaturen en zal je ook de snelheid van het water langs beide zijden moeten berekenen.

Ten slotten kan je dan via de algemene formule : Q = k A F deltaT de oppevlakte berekenen die je nodig hebt. (F = 1 voor tegenstroomconfiguratie).

Ik weet niet in welk jaar je zit en dus in welke mate je de dimensieloze getallen Reynolds, Prandtl en Nusselt gezien hebt, maar zonder deze kennis lijkt me dit een vrijwel onmogelijke opdracht.
Ce que j'écris n'est pas pour les petites filles, dont on coupe le pain en tartines.

#4

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 19 februari 2007 - 15:32

Hm zo te lezen is het ff andere koek dan dat ik in eerste intstantie verwacht had.
Maar wat ik heel raar vind is dat ik dan zo'n opdracht krijg:S
Ik zit in het laatste jaar van MTS Werktuigbouw en heb hiervoor een jaar HTS gedaan en heb een Havo diploma... dus ik weet wel iets meer dan de gemiddelde mts'er, maar dan klinkt dit alsnog niet simpel.
Maargoed... ik zal de opdracht eens hier neerzetten zoals hij mij voorgeschreven staat:

(niet relevant verhaaltje vooraf)..............in dit gebouwd bevindt zich een put, waarvan de diepte 70m is, het hieruit opgepompte water heeft een temperatuur van 12C en moet in een opslagtank komen.
Deze tank moet continue ca. 8m3 koelwater bevatten, verder een warmtewisselaar die per minuut ca 2m3 koelvloeistof van 80C naar 20C moet brengen.
Voordat de koelvloeistof in de warmtewisselaar komt gaat deze door een filterunit.
De koelvloeistof wordt daarna opgeslagen in een tank waarvan de inhoud ca. 20m3 is.
De warmtewisselaar is van een zogenaamd haarspeldvormig buizenregister voorzien, waarin warme koelvloeistof door de buizen stroomt in tegenstroom met het koelwater dat door de mantel stroomt en moet in verband met de reparaties en onderhoud demontabel zijn.

Het moet dus inderdaad gekoeld worden door tegenstroom(was ik vergeten te vermelden)
en om het maar zo simpel mogelijk te houden voorzie ik de buizen niet van extra koelvinnen o.i.d.

De bedoeling is dus dat ik van deze warmtewisselaar een bouwtekening moet maken. Daarom moet ik dus weten hoeveel en hoe grote buizen ik ga gebruiken. En dat is een beetje waar ik klemloop, omdat ik niet exact weet welke formules ik hierop los moet laten.
Ik hoop dat dit iets duidelijker is en dat iemand me hier een beetje mee op weg kan helpen

#5

oktagon

    oktagon


  • >1k berichten
  • 4502 berichten
  • Verbannen

Geplaatst op 19 februari 2007 - 18:10

Het systeem wat ik daar lees,heb ik eens meegemaakt,nl.er moest van pvc/pe-persmachines ( van bolletjes naar "dingen") het koelwater worden uitgewisseld.En dat werd gevoerd naar een lange spiraalleiding met koelribben als bij oa.bedrijfsverwarming, naar een grote bak (ca. 25 m3)gevuld met grondwater van 12 graden C,opgepompt van 45 meter diepte.Dat grondwater werd continue aangevoerd (cap.pomp?)en via een overloop afgevoerd in een beek.

Je zult dus een berekening moeten maken tot welke temp.je het grondwater verhoogt en dus hoeveel je moet en kunt oppompen;hieruit zie je dan de hoeveelheid warmte die je afvoert en die je zou moeten kunnen afvoeren.Dus het te koelen koelmiddel van 80 naar 20 graden.

Meer weet ik niet aan te voeren,sterkte met je opgaaf!

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 19 februari 2007 - 20:40

Er is hier sprake van een haarspeldvormig buizenregister ("U-tubes"). Dat betekent dat het geen zuivere tegenstroom is maar de helft tegenstroom en de helft gelijkstroom. Er bestaan grafieken om de correctiefactor F in dit geval te bepalen waarmee het logaritmisch temperatuurverschil ("LMTD") vermenigvuldigd moet worden. In feite kun je in één enkele warmtewisselaar met U-tubes het koelwater niet verder opwarmen dan tot dezelfde temperatuur als de uitlaattemperatuur van het warme water, dus 20 oC. Dit wordt "equal outlet temperature" genoemd in de praktijk. En in dat geval geldt altijd F = 0,80. Dus warm water gaat van 80 naar 20 en koelwater gaat van 12 naar 20 oC.

Je moet Nusselt, Reynolds en Prandtl kennen anders kun je de filmcoefficienten aan de buitenkant ("shellside") en de binnenkant ("tubeside") van de pijpen niet berekenen. Voor de buizen neem je in dit geval geen aluminium. De warmtegeleiding van de buizen doet weinig terzake en wordt altijd bepaald door sterkte en corrosiebestendigheid. De buizen hebben in dit geval geen vinnen nodig. Je moet ook vervuilingsfactoren ("fouling coefficient") meenemen aan shellside en tubeside. De totale warmteoverdrachtscoefficient, de alfa, bereken je dan uit al het voorgaande, dat zal toch echt wel ergens in je boeken staan. Die alfa wordt in de praktijk U genoemd.

Als je voldoende bekend bent met Engelse termen (waarvan ik enkele tussen haakjes genoemd heb) kun je deze website eens proberen om die U te berekenen:
http://www.engineeri...ng/thermal.html
Daar vind je ook typische U's, fouling coefficients etcetera.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 01 april 2007 - 21:32

hm.. Ik heb laatst even wat uitleg gevraagd bij de leraar... en hij zegt dat ik alleen die formule van Reynolds moet gebruiken.
En de volgende formules moet ik gebruiken:

Q = Qm x DeltaT x cv
(kg/s) x (Kelvin) x kJ/kg Kelvin

Q = K x A x DeltaT

Met deze laatste formules moet ik het oppervlak uitrekenen van de buizen waar het koelvloeistof doorheen stroomt. en als diamter moet ik dan de gemiddelde diameter nemen als maat (dus geen verschil tussen binnen en buiten diameter)
Dus als ik goed begrijp krijg ik het volgende
Qm = 2m3 per minuut = 2000 kg/minuut ---> 33,33 Kg/s
Delta T = 80K naar 20K ---> 60K
cv = 4.18 kj/kg K ??

33,33 x 60 x 4,18 = 8359

8359 = K x A x DeltaT

Nou weet ik dus niet precies wat ik voor de K en DeltaT moet invullen.... van het koelwater in de buizen, of het koelwater buiten de buizen, wat het koelwater in de buizen moet koelen:P

#8

willy

    willy


  • 0 - 25 berichten
  • 9 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 januari 2008 - 09:17

Weet er iemand hoe je een model kunt maken van een warmtewisselaar rekening houdend met zijn traagheid?





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures