Temperatuursverandering medium buis

Moderator: physicalattraction

Berichten: 18

Temperatuursverandering medium buis

Ik heb een PE-buis in een bak water(stel 20 graden). In deze buis stroomt ook water met een begintemperatuur van 5 graden . Ik wil graag warmte onttrekken aan de bak water middels de warmte-uitwisseling  door de buis. 
 
Wie kan mij helpen met het berekenen van de eindtemperatuur van het water in de buis?
 
Gegevens: 
lengte buis = 3m 
diameter buis  = 0.1m
materiaal buis = polyethyleen
volumestroom door buis = 0.25 m3 / uur
begintemperatuur = 5 graden
temperatuur bak water = 20 graden

Gebruikersavatar
Moderator
Berichten: 7.856

Re: Temperatuursverandering medium buis

Je hebt van de buis de binnen- en buitendiameter (en dus de wanddikte) nodig.
Verder is de bak zo groot dat het water daarin niet merkbaar afkoelt door het uitwisselingsproces van energie?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.344

Re: Temperatuursverandering medium buis

In ieder geval doet de wanddikte van de buis terzake.
 
Je hebt te maken met 3 warmteweerstanden:
(1) de warmteweerstand van de buiswand
(2)  de warmteweerstand van de waterfilm aan de binnenzijde van de buis
(3) de warmteweerstand van de waterfilm aan de buitenzijde van de buis
 
Uit die 3 samen berekent men de U-waarde van de buis.
 
(2) en (3) zijn een nogal gecompliceerde berekening voor leken.
 
Met een heel natte vinger gok ik dat de uitlaattemperatuur ruwweg 10 oC zal zijn, maar het hangt sterk af van de wanddikte van de PE buis en zelfs van het soort PE.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.824

Re: Temperatuursverandering medium buis

Heeft PE niet een vrij hoge warmteweerstand? Ik denk dat je beter een metalen buis kan nemen, of misschien wel meerdere kleine.

Berichten: 18

Re: Temperatuursverandering medium buis

Bedankt voor de antwoorden. Voor mij is het momenteel nog niet zo belangrijk welke materialen er gebruikt worden. Ik wil graag de berekening weten zodat ik zelf met de variabelen kan gaan spelen en bepalen wat het beste is. 
 
Ik zou graag de formules willen weten waarmee ik de temperatuur kan berekenen. De variabelen zijn nog niet vastgesteld/nog niet bekend.
 
Verder zal het water inderdaad niet merkbaar afkoelen door de energie-uitwisseling.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.344

Re: Temperatuursverandering medium buis

Als je niet bekend bent met de theorie van warmteoverdracht kun je het niet berekenen.
Het is onbegonnen werk om je alle benodigde theorie uit te leggen.
 
Je hebt hier te maken met natuurlijke convectie aan de buitenzijde van de buis, en een zeer lage stroomsnelheid aan de binnenzijde en daardoor laminaire stroming. Beiden geven een lage warmteoverdracht. Bovendien gebruik je een kunststof buis met een zeer lage warmtegeleidbaarheid.
De U-waarde zal (schat ik met een zeer natte vinger) in de orde van slechts 100 W/m2.K zijn.
 
Zoals klazon al schreef: gebruik liever meerdere metalen buizen in parallel zodat de stroomsnelheid in de buizen veel hoger is dan de huidige 9 mm/s. En overweeg bovendien om het water in de bak dwars op de buizen te doen stromen. Dan is wellicht een U-waarde van ruwweg 500 haalbaar.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.824

Re: Temperatuursverandering medium buis

Bij meerdere dunne buizen parallel ging het me niet zozeer om de verhoging van de stroomsnelheid, maar om het vergroten van het wandoppervlak.
Als je b.v. in plaats van 1 dikke buis 4 buizen neemt met de halve diameter, dan is het doorstroomoppervlak gelijk, maar het wandoppervlak verdubbelt.
Hetzelfde principe wat in vrijwel alle industriële warmtewisselaars wordt toegepast, en ook bij de vlampijpen in stoomlocomotieven.

Berichten: 18

Re: Temperatuursverandering medium buis

Het gaat om een PE-buis die als een spiraal in de tank zit waardoor het oppervlak een stuk groter wordt.
Ik ben bekend met warmteoverdracht alleen weet ik niet hoe ik het precies moet aanpakken.
 
Welke aspecten van warmteoverdracht moet ik allemaal meenemen om uiteindelijk de temperatuur te berekenen?
De gegevens die ik nu heb zijn maar aannames nogmaals

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 7.824

Re: Temperatuursverandering medium buis

Het gaat om een PE buis van 3 meter. Of die nou rechtuit gaat of in een spiraal, dat maakt toch voor de oppervlakte niet veel uit?
Verder vind ik het wel knap om een buis van 3 meter lang en 10 cm dik nog in een spiraal te krijgen.

Berichten: 18

Re: Temperatuursverandering medium buis

nogmaals het gaat mij nu niet om de dimensies. enige hulp bij berekeningen zou hulpzaam zijn
 
Ik heb de volgende formule gevonden:
 
warmtestroom = 2*pi*lamda*L * (Topp binnen-Topp buiten) / ln (Rbuiten/Rbinnen)
 
Kan ik aan de hand van de warmtestroom de temperaturen van begin- en eind bepalen?

Berichten: 18

Re: Temperatuursverandering medium buis

Foutje, dit is de formule bij wandtemperaturen.
De volgende bij fluïdumtemperaturen binnen en buiten:
 
warmtestroom = (Tbinnen - Tbuiten)/ Rtotaal

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.344

Re: Temperatuursverandering medium buis

Zoals ik al eerder schreef:
 
Je hebt te maken met 3 warmteweerstanden:
(1) de warmteweerstand van de buiswand
(2)  de warmteweerstand van de waterfilm aan de binnenzijde van de buis
(3) de warmteweerstand van de waterfilm aan de buitenzijde van de buis
 
Uit die 3 samen berekent men de U-waarde van de buis.
 
Je schreef dat je bekend bent met warmteoverdracht, dus dan moet je bekend zijn met Re, Nu, Pr en Gr getallen.
 
Begin dan eens met (2). Daarvoor gebruik je formules voor gedwongen convectie (forced convection) in een buis. Bereken eerst Re dan zie je dat je met 0,25 m3/h in een 10 cm diameter buis laminaire stroming hebt, wat nadelig is voor goede warmteoverdracht.
 
Nogmaals: een kunststof buis met een diameter van 10 cm gebruiken is geen goed idee.

Berichten: 18

Re: Temperatuursverandering medium buis

Ik heb de situatie aangepast naar een pe-buis van 32mm binnen en 36mm buiten.
snelheid stroming  = 1.2m/s
 
ik kom uit op:
Pr = 10.615
Re = 25129.97 
Nu= 4142.1571
alpha = 77665.46 W/m2K
 
afbeelding berekening.JPG
afbeelding berekening.JPG (140.88 KiB) 571 keer bekeken

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.344

Re: Temperatuursverandering medium buis

Hoe kom je aan die hoge snelheid van 1,2 m/s ?

Berichten: 18

Re: Temperatuursverandering medium buis

Deze heb ik uit een opdracht uit het leerboek, maar dit doet er even niet toe voor de berekening. 
Klopt de vorige berekening en hoe nu verder?

Reageer