Springen naar inhoud

Opwarming van water


  • Log in om te kunnen reageren

#1

martin.vandenhoorn

    martin.vandenhoorn


  • 0 - 25 berichten
  • 2 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 11 november 2007 - 19:21

Hallo daar,
Ik probeer in een oppervlakte water aan de hand van de gemeten temperatuur te berekenen hoeveel kwelwater (dit is water met een bekende temperatuur) er dagelijks wordt toegevoegd. We kunnen dit schematisch voorstellen als een bak water die over kan lopen en die van onderen een onbekende hoeveelheid water met een bekende temperatuur (10įC) toegevoegd krijgt. Bekend is het volume van de bak, het contactoppervlak met de lucht, de gemiddelde dagtemperatuur van het water, de gemiddelde dagtemperatuur van de lucht, de soortelijke warmte van lucht en de soortelijke warmte van water.
Ik neem aan dat er een formule moet zijn die gegeven een bepaalde water- en luchttemperatuur kan bereken hoe lang het duurt voordat het water de temperatuur van de lucht heeft aangenomen. De afwijking hiervan zou dan de hoeveelheid toegevoegd water van 10 įC moeten zijn.
Groet Martin

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
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 11 november 2007 - 20:40

Volgens mij vergeet je om te beginnen de belangrijkste factor voor opwarming van oppervlaktewater: de zon. Opwarming van water door langsstromende lucht lijkt me een verwaarloosbare factor in vergelijking hiermee.
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

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 14 november 2007 - 18:33

Ik denk zelfs dat het eerder zal afkoelen door langsstromende lucht.

Bovendien schiet je met soortelijke warmtes niet zoveel op als je de bijbehorende massa's (of massastromen) niet kent. Ook de warmte-overdrachtscoŽfficiŽnt is nodig.

Met andere woorden: Het geschetste model volstaat niet om een dergelijke berekening te kunnen doen, hoewel het in theorie met de genoemde uitbreidingen inderdaad wel te berekenen zou zijn.

Het zou nog steeds een behoorlijk lastige klus zijn, die je iets kunt versimpelen door een aantal aannames te doen, bijvoorbeeld dat het waterniveau constant is. De aanvoer van water is dan dus gelijk aan de afvoer

G_in = G_uit

met G het massadebiet in bijvoorbeeld kg/s (1 kg/s=1/3600 kg/uur)


Vervolgens kun je aannemen dat de afvoer voor 100% veroorzaakt wordt door verdamping. Dan kun je nog aannemen dat de hoeveelheid water in de lucht constant is, en de temperatuur van de plas ook.

De aanvoer van energie is dan gelijk aan de hoeveelheid die nodig is om het water te laten verdampen, plus de hoeveelheid die nodig is om het instromende water te verwarmen naar de temperatuur van de plas.

Q_in=G_in*C*ΔT + G_uit*ΔH_vap

met Q_in de ingaande warmtestroom in kW
C de warmtecapaciteit van water, 4.18 kJ/kg.K
ΔT=het temperatuursverschil tussen de plas en het kwelwater
ΔH_vap=verdampingsenthalpie van water (40.8 kJ/mol=2.3 MJ/kg)

en daarbij geldt dat die energie (Q_in) uit het absorberen van zonlicht komt. Bij een bekend oppervlak is die hoeveelheid ongeveer te berekenen:

Q_in=I_zon*A

met I_zon de intensiteit van het zonlicht, en A de oppervlakte van de plas.


Zoals je in de gevevens al ziet, is de hoeveelheid energie die nodig is om het water te laten verdampen veel groter dan de hoeveelheid die nodig is om het kwelwater te verwarmen. Dat betekent aan een kant dat je gebruikmakend van de temperatuur nooit een goede schatting kunt maken van de instroom. Aan de andere kant, we kunnen de formule nu wel vereenvoudigen tot:

Q_in=G_uit*ΔH_vap

en aangezien G_uit=G_in, geldt dus

G_in=Q_in/ΔH_vap
G_in=I_zon*A/ΔH_vap

Bij een intensiteit van 250 W/m2, en een oppervlak van 100 m2 kom ik dan op een G_in van 250*100/2.3e6=0.011 kg/s, oftewel 11 liter per seconde.

Bij deze berekening zijn een hoop aannames en versimpelingen gedaan. Het kan zelfs goed zijn dat ik iets belangrijks over het hoofd heb gezien, ik ben geen held in dit soort sommen. Maar het is een eerste bendaring.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#4

martin.vandenhoorn

    martin.vandenhoorn


  • 0 - 25 berichten
  • 2 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 14 november 2007 - 19:40

Beiden bedankt voor de reactie. De omstandigheden zijn als volgt. Het betreffen beken en slootjes (breedte 1-3 m) in beschaduwde gebieden. Directe instraling valt dus wel mee. Wanneer ik een lineaire regressie uitvoer tussen de daggemiddelde luchttemperatuur en de daggemiddelde luchttemperatuur dan krijg ik een behoorlijk rechte lijn met een R2 van ruim 80 %. Dit betekend dat een behoorlijk verband is tussen de lucht temperatuur en de watertemperatuur. Op locaties met veel kwel is deze lijn echter veel minder steil. Dus ik weet dat veel kwel de temperatuursfluctuaties dempt. Het mooiste zou zijn als ik aan de hand van de richtingscoefficient de mate van toevoer van water met een constante temperatuur zou kunnen berekenen.
Kunnen jullie hier wat meer mee?

#5

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 14 november 2007 - 21:22

In dat geval wordt het plaatje inderdaad anders. Bij die beek heb ik mijn twijfels of het goed uit te rekenen valt, tenminste als ik goed begrijp dat het daar om stromend water gaat, met continue aanvoer op een temperatuur x ťn aanvoer van kwelwater op temperatuur y.

Wat betreft de sloten kan het inderdaad uit te rekenen zijn, maar dan moeten er toch wat meer gegevens bekend zijn, onder andere over windsnelheid en vooral over de menging in de sloot.

Dat brengt mij ook op het punt hoe je de temperatuur in de sloot hebt gemeten. Ik stel mij voor dat het kwelwater vanuit de bodem of in ieder geval vanaf lager gelegen delen instroomt. Het opwarmen gaat vanaf de bovenzijde. Normaal gesproken is de menging niet zo goed dat er een uniforme temperatuur heerst. Heb je de temperatuur steeds op een bepaalde diepte gemeten, of op verschillende dieptes en dat gemiddeld?

Hoe dan ook, deze situatie is een combinatie van gecombineerde stof- en warmteoverdracht, waarbij de omstandigheden ook redelijk complex zijn (niet-ideale menging etc.). Dit uitwerken kost gaat mij boven mijn pet....

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#6

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 14 november 2007 - 23:18

Dit uitwerken kost gaat mij boven mijn pet....

Ik weet niet of dit wel fatsoenlijk theoretisch uit te werken valt, maar mijn gevoel zegt van niet. Je zou misschien na veel proberen voor ťťn lokatie een fatsoenlijk model kunnen uitwerken, maar geheid dat dat model voor een iets andere lokatie weer helemaal verbouwd moet gaan worden. Dit lijkt eerder op werk voor klimaatvoorspellingscomputers. Volgens mij NIET leuk meer. :D
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

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 15 november 2007 - 09:58

Dat zal nog wel meevallen. Als je hier al zo'n computer voor nodig zou hebben, dan is een kleine chemische fabriek al niet meer door te rekenen, laat staan een raffinaderij.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum


#8

Jan van de Velde

    Jan van de Velde


  • >5k berichten
  • 44877 berichten
  • Moderator

Geplaatst op 15 november 2007 - 10:31

Dat zal nog wel meevallen. Als je hier al zo'n computer voor nodig zou hebben, dan is een kleine chemische fabriek al niet meer door te rekenen, laat staan een raffinaderij.

Is dat wel door te rekenen? Die installaties en bedieningsgebouwen staan niet voor niks bomvol met meet-en regelapparatuur om permanent te kunnen corrigeren.
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

#9

Marko

    Marko


  • >5k berichten
  • 8936 berichten
  • VIP

Geplaatst op 15 november 2007 - 17:13

Het is inderdaad niet exact uit te rekenen, zeker niet in een continu proces met een hoop feedbackstromen. Echter, de maten van alle reactoren, buizen en dergelijke zijn niet uit de lucht komen vallen. Daar valt een hele hoop aan te rekenen, en dat moet ook wel, want je kunt met een regelsysteem niet zomaar alles rechttrekken.

Cetero censeo Senseo non esse bibendum






0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures