Springen naar inhoud

[thermodynamica] warmtewisselaar


  • Log in om te kunnen reageren

#1

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 02 mei 2007 - 19:27

Hallo,

Ik had al een eerder topic hierover gestart, alleen leek het mij beter om het in deze sectie te stellen, want ik ben er nog steeds niet uit.

Het gaat om de volgende opdracht

(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.

Nou heb ik dus de volgende gegevens:

Delta T1 = 80-20= 60C
Delta T2 = 20-12= 8C
Massa = 2m3 water = 2000kg water (per minuut)

In de opdracht staat ook dat er gebruik gemaakt wordt van tegenstroom, maar omdat het een haarspeldvormige buizenregister is, wordt het dus half tegenstroom en half stroom mee.

Nu moet ik dus de totale oppervlakte uitrekenen van de buizen, maar ik heb dus niet echt een id welke formules ik daarvoor moet gebruiken en wat voor gegevens ik nog meer nodig heb.
Ik ga waarscheinlijk gebruik maken van een pomp 1m3 water per minuut kan pompen vanuit de put de warmtewisselaar in.

En verder weet ik dat ik gebruik kon maken van onder andere deze formule

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


Hier loop ik dus een beetje vast en ik weet niet of het klopt wat ik hierboven gedaan heb?
Is er iemand die mij hiermee kan helpen?

ps: hier nog een link naar het vorige topic: http://www.wetenscha...warmtewisselaar

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

#2

oscar2

    oscar2


  • >250 berichten
  • 271 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 mei 2007 - 19:45

(hier istie dan)

Beste,

Je formule: LaTeX geeft de hoeveelheid warmte die je moet afvoeren.

Je formule: LaTeX bepaalt inderdaad wat voor oppervlak je daar voor nodig hebt. Door de stroming wordt dat wat ingewikkeld. Maar, het lijkt me beter om dat nog even te laten zitten. De warmtestroom tussen twee ruimtes hangt af van het temperatuurverschil (bekend), de oppervlakte (A) en een constante die bepaalt hoe goed het contact tussen de twee is.

Die laatste constante is je K die is het aantal J dat per seconde door een oppervlak van 1 vierkante meter stroomt bij een temperatuurverschil van 1 graad. De waarde van deze constante zie ik nog niet. En die hebben we wel nodig. Hij hangt onder andere af van het materiaal dat tussen de ruimtes zit en de dikte daarvan. Kun je daar iets voor geven.

Groet. Oscar

Veranderd door oscar2, 02 mei 2007 - 19:46


#3

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 02 mei 2007 - 20:02

(hier istie dan)

Beste,

Je formule: LaTeX

geeft de hoeveelheid warmte die je moet afvoeren.

Je formule: LaTeX bepaalt inderdaad wat voor oppervlak je daar voor nodig hebt. Door de stroming wordt dat wat ingewikkeld. Maar, het lijkt me beter om dat nog even te laten zitten. De warmtestroom tussen twee ruimtes hangt af van het temperatuurverschil (bekend), de oppervlakte (A) en een constante die bepaalt hoe goed het contact tussen de twee is.

Die laatste constante is je K die is het aantal J dat per seconde door een oppervlak van 1 vierkante meter stroomt bij een temperatuurverschil van 1 graad. De waarde van deze constante zie ik nog niet. En die hebben we wel nodig. Hij hangt onder andere af van het materiaal dat tussen de ruimtes zit en de dikte daarvan. Kun je daar iets voor geven.

Groet. Oscar


Kijk dat maakt het al wat duidelijker.
Voor de buizen gebruik ik koper alleen weet dus niet precies wat de wanddikte gaat worden, want dat hangt ook samen met de buisdiameter, maar de wanddikte zal waarscheinlijk 1mm of 1,5mm of 2mm worden.
ben ook meteen ff wezen googlen:
soortelijke warmte van koper is 387 J kg-1 K-1 , neem aan dat deze nodig is voor de Constante?

#4

oscar2

    oscar2


  • >250 berichten
  • 271 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 02 mei 2007 - 20:31

Nee, je moet de geleidingscoeffeient hebben. In mijn BINAS (nog net iets sneller dan googelen) vind ik voor koper: 390 W/m/K. Dus bij een dikte van 1 mm: K = 390 kW/m^2/K.

Nu wordt ik toch even benieuwd: Bij een temperatuursverschil van 80-12 = 68 graden krijg je: 26,5 MW/m^2. Jij praat over een vermogen 8,36 MW. Dan kom je op een oppervlak van: 3100 cm^2.

Zoals gezegd is de werkelijkheid iets ingewikkelder. Ik geloof dat je een binnen- en buitenbuis in je warmtewisselaar hebt? Dan verloopt in de ene buis de temperatuur op van 8 tot 20o en in de ander buis af van 80 tot 20o. De warmtestroom op een bepaalde plek is afhankelijk van het temperatuurverschil ter plekke. Die is meestal minder dan 680 en dus is de warmtestroming ook lager. Maar ik denk dat je gewoon het gemiddelde temeratuurverschil kunt gebruiken.

Tijd voor een iets concreter ontwerp?

Veranderd door oscar2, 02 mei 2007 - 20:36


#5

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 02 mei 2007 - 20:47

Nee, je moet de geleidingscoeffeient hebben. In mijn BINAS (nog net iets sneller dan googelen) vind ik voor koper: 390 W/m/K. Dus bij een dikte van 1 mm: K = 390 kW/m^2/K.

Nu wordt ik toch even benieuwd: Bij een temperatuursverschil van 80-12 = 68 graden krijg je: 26,5 MW/m^2. Jij praat over een vermogen 8,36 MW. Dan kom je op een oppervlak van: 3100 cm^2.

Zoals gezegd is de werkelijkheid iets ingewikkelder. Ik geloof dat je een binnen- en buitenbuis in je warmtewisselaar hebt? Dan verloopt in de ene buis de temperatuur op van 8 tot 20o en in de ander buis af van 80 tot 20o. De warmtestroom op een bepaalde plek is afhankelijk van het temperatuurverschil ter plekke. Die is meestal minder dan 680 en dus is de warmtestroming ook lager. Maar ik denk dat je gewoon het gemiddelde temeratuurverschil kunt gebruiken.

Tijd voor een iets concreter ontwerp?


jeetje.. alsof t niks is:P
Maar ik denk niet dat het ontwerp nog veel uitgebreider moet worden, want we hebben er ook vrij weinig over behandeld. En het gaat uiteindelijk meer om het ontwerp van het geheel (de warmtewisselaar), en daar moet ik hierna dus mee aan de gang.

Maar kun je heel misschien nog even weergeven hoe je het precies uitgerekend hebt? en hoe je dus aan bepaalde waarden komt? en wat gebeurt er als ik dan in plaats van 1 mm buis een 2 mm buis pak? wordt dan het oppervlak ook 2x zo groot?

#6

oscar2

    oscar2


  • >250 berichten
  • 271 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 03 mei 2007 - 11:57

Hoi,

LaTeX

Nog een opmerking: Zoals ik al zei is het werkelijk benodigde oppervlak anders omdat wij zijn uitgegaan van het maximale temperatuurverschil 80-8=72 graden bij het berekenen van de warmtestroom. In werkelijkheid moet je uitgaan van temperatuurverschil gemiddeld over de hele oppervlakte. Dat is nog niet zo eenvoudig te berekenen (kan wel hoor!) omdat de temperatuur waarschijnlijk niet lineair verloopt. Het benodigde oppervlak kan maximaal 6x zo groot zijn als we hebben berekend omdat het minimale temperatuursverschil 20-8=12 graden 6x zo klein is als waar we mee hebben gerekend.

Nog een tweede opmerking: Ik weet ook niet of we met de warmtegeleidingscoefficient alles te pakken hebben. Tenslotte moet de warmte ook nog worden overgedragen van het water naar het metaal. Verder kan het zijn dat het water vlakbij het metaal al iets afgekoeld is. Als deze factoren maken de warmtestroom minder en het benodigde oppervlak alweer groter. Maar ik heb niet genoeg verstand van warmtetransport om daar iets over te kunnen zeggen. Misschien kun je het ergens opzoeken?

Nou. Ik merk het wel als je hiermee verder wilt. Werk ze! Groet. Oscar

Veranderd door oscar2, 03 mei 2007 - 12:02


#7

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 03 mei 2007 - 12:29

De warmteweerstand van de koperen pijpwand kun je verwaarlozen. Dat speelt geen enkele rol. Het gaat om de warmteoverdrachtscoefficienten aan de binnen- en buitenzijde van de pijp. Die bereken je met Nusselt, Reynolds en Prantl.

Ik heb dat laatst in een ander topic besproken met iemand die een dubbelepijp warmtewisselaar ontwierp. Lees dat eerst eens door: http://www.wetenscha...s...c=61342&hl= Als jouw warmtewisselaar geen keerschotten aan de mantelzijde heeft komt het voor jou ruwweg op hetzelfde neer: gebruik voor de mantelzijde een hydraulische diameter in Re en Nu.

Normaal gesproken heeft een ww wel keerschotten en dan wordt het veel ingewikkelder want dan heb je aan de rompzijde gedeeltelijk gelijkstroom en gedeeltelijk dwarsstroming over de pijpen. Ik ken jouw theorieboek niet dus ik kan niet beoordelen wat hier verwacht wordt in verband met de behandelde lesstof.
Hydrogen economy is a Hype.

#8

oscar2

    oscar2


  • >250 berichten
  • 271 berichten
  • Ervaren gebruiker

Geplaatst op 03 mei 2007 - 16:10

Sorry

#9

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 03 mei 2007 - 16:41

De warmteweerstand van de koperen pijpwand kun je verwaarlozen. Dat speelt geen enkele rol. Het gaat om de warmteoverdrachtscoefficienten aan de binnen- en buitenzijde van de pijp. Die bereken je met Nusselt, Reynolds en Prantl.

Ik heb dat laatst in een ander topic besproken met iemand die een dubbelepijp warmtewisselaar ontwierp. Lees dat eerst eens door: http://www.wetenscha...s...c=61342&hl= Als jouw warmtewisselaar geen keerschotten aan de mantelzijde heeft komt het voor jou ruwweg op hetzelfde neer: gebruik voor de mantelzijde een hydraulische diameter in Re en Nu.

Normaal gesproken heeft een ww wel keerschotten en dan wordt het veel ingewikkelder want dan heb je aan de rompzijde gedeeltelijk gelijkstroom en gedeeltelijk dwarsstroming over de pijpen. Ik ken jouw theorieboek niet dus ik kan niet beoordelen wat hier verwacht wordt in verband met de behandelde lesstof.



Mja.. ik heb mijn leraar een tijdje terug hier wat over gevraagd, en die zei dat ik alleen de formules moest gebruiken die ik bovenaan dit topic heb weergegeven. Ik hoef dus geen gebruik te maken van Nusselt. En Reynolds hoef ik alleen maar later toe te passen om de leidingweerstand uit te rekenen. Het wordt dus een vrij 'eenvoudige berekening' en het gaat er eigenlijk alleen maar om dat we een grove schatting hebben van de totale oppervlakte. Zodra ik die heb moet ik dus een warmtewisselaar gaan ontwerpen en tekenen, dat is dus uiteindelijk waar het echt om gaat.

En nou had ik alleen nog even een vraag over de voorgaande berekeningen, want er komt dus als antwoord een oppervlakte van 3100 cm^2 ( of tot 6 keer groter), maar voor mijn gevoel lijkt mij dit toch nog vrij weinig?
Ik weet niet hoe groot buizen in een warmtewisselaar meestal zijn, maar k gok iets van 15mm doorsnede?
dus dat betekent dat je per cm lengte een oppervlakte hebt van grofweg 4,7cm2
Ik zou dan aan totaal 3100 / 4,7 = 6,6meter (of tot 6 x groter = 39,6meter) buis genoeg moeten hebben. Maar dat lijkt voor mijn gevoel vrij weinig eigenlijk.
Zou het misschien kunnen dat het vermogen van 8,36 MW wat ik had uitgerekend, dat dat misschien niet goed is?
of vergis ik me?

#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 03 mei 2007 - 19:07

Die 8,36 MW is goed. De warmteoverdrachtscoefficient (die jij K noemt maar die internationaal U genoemd wordt) is voor een water-water warmtewisselaar gewoonlijk in de orde van 1000 W/m2.K oftwel 1 kW/m2.K. Het is beslist geen 390 kW/m2.K want de weerstand voor warmteoverdracht zit niet zo zeer in de pijpwand maar in de filmcoefficienten (en vervuilingsfactors) aan binnen- en buitenzijde van de pijpen. Een warmtewisselaar ontwerpen zonder gebruik te maken van Nusselt, Reynolds en Prandtl kan eigenlijk niet. Moet dat blijkbaar toch dan zit er niks anders op dan een typische K (typical U) te gebruiken en die is dan in dit geval bijvoorbelld die 1 kW/m2.K

De DeltaT die je in jouw: 8359 = K x A x DeltaT
moet gebruiken is het zogenaamde gecorrigeerde (of effectieve) logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil,
DeltaT = F * {(T1 - t2) - (T2 - t1)}/Ln{(T1 - t2) / (T2 - t1)}
waarin:
F = 0,80 = correctiefactor omdat de stroming gedeeltelijk tegenstroom en gedeeltelijk gelijkstroom is
T1 = inlaattemperatuur warme stroom
T2 = uitlaattemperatuur warme stroom
t1 = inlaattemperatuur koude stroom
t2 = uitlaattemperatuur koude stroom
Ln = natuurlijke logaritme

Ik mag hopen dat die formule wel bekend is en ook gebruikt mag worden?
Dan is DeltaT = 24 oC = 24 K

Het benodigde oppervlak is dan A = Q / ( K * DeltaT)
Als Q = 8359 kW , K = 1 kW/m2.K en DeltaT = 24 K dan is A = 348 m2
Hydrogen economy is a Hype.

#11

ThaYankee

    ThaYankee


  • 0 - 25 berichten
  • 12 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 05 mei 2007 - 17:20

Die 8,36 MW is goed. De warmteoverdrachtscoefficient (die jij K noemt maar die internationaal U genoemd wordt) is voor een water-water warmtewisselaar gewoonlijk in de orde van 1000 W/m2.K oftwel 1 kW/m2.K. Het is beslist geen 390 kW/m2.K want de weerstand voor warmteoverdracht zit niet zo zeer in de pijpwand maar in de filmcoefficienten (en vervuilingsfactors) aan binnen- en buitenzijde van de pijpen. Een warmtewisselaar ontwerpen zonder gebruik te maken van Nusselt, Reynolds en Prandtl kan eigenlijk niet. Moet dat blijkbaar toch dan zit er niks anders op dan een typische K (typical U) te gebruiken en die is dan in dit geval bijvoorbelld die 1 kW/m2.K

De DeltaT die je in jouw: 8359 = K x A x DeltaT
moet gebruiken is het zogenaamde gecorrigeerde (of effectieve) logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil,
DeltaT = F * {(T1 - t2) - (T2 - t1)}/Ln{(T1 - t2) / (T2 - t1)}
waarin:
F = 0,80 = correctiefactor omdat de stroming gedeeltelijk tegenstroom en gedeeltelijk gelijkstroom is
T1 = inlaattemperatuur warme stroom
T2 = uitlaattemperatuur warme stroom
t1 = inlaattemperatuur koude stroom
t2 = uitlaattemperatuur koude stroom
Ln = natuurlijke logaritme

Ik mag hopen dat die formule wel bekend is en ook gebruikt mag worden?
Dan is DeltaT = 24 oC = 24 K

Het benodigde oppervlak is dan A = Q / ( K * DeltaT)
Als Q = 8359 kW , K = 1 kW/m2.K en DeltaT = 24 K dan is A = 348 m2


Kijk eens aan, dat is inderdaad wel een aannemelijkere waarde. Maar dat wordt wel een flinke warmtewisselaar:)
Maargoed nu maar ff snel aan het ontwerpen gaan!
Hierbij nog mijn hartelijke dank voor jullie goede en snelle hulp!





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures