Serpentine berekenen

[emilelievens]

Hallo,
 
Voor een projectje om zelf melk te pasteuriseren zou ik een kleine berekening moeten maken.
Zou mij hier iemand kunnen bij helpen?
 
Het zou dus gaan over 35 liter melk die door een serpentine loopt. Deze serpentine zit in een bad met water die opgewarmd word.

Nu zou ik willen berekenen hoe groot of welk volume ik nodig heb om mijn serpentine te bouwen als ik weet dat de melk minsten 15 seconde moet verwarmd worden aan 72 graden.
 
Welke formules zou ik hier best voor hanteren?
 
Alvast bedankt voor de hulp!

[Pinokkio]

Jouw opdracht lijkt sterk op die welke iemand anders enkele dagen geleden postte:
https://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/205497-vloeistof-door-een-spiraal/#entry1098244
Doen jullie toevallig dezelfde opleiding?

[emilelievens]

Jouw opdracht lijkt sterk op die welke iemand anders enkele dagen geleden postte:
https://www.wetenschapsforum.nl/index.php/topic/205497-vloeistof-door-een-spiraal/#entry1098244
Doen jullie toevallig dezelfde opleiding?

 
Ja klopt inderdaad. 
 
Zit met het probleem dat het 15 seconde lang moet opgewarmd blijven aan 72 graden in de serpentine en niet goed weet hoe lang ik de serpentine moet maken dan om deze aan een constante flow te laten doorstromen maar dat deze toch 72 graden bereikt heeft.

[Pinokkio]

Wat is de exacte tekst van de opdracht (niets slechts jouw interpretatie ervan) ?

[emilelievens]

Wat is de exacte tekst van de opdracht (niets slechts jouw interpretatie ervan) ?

Het gaat niet direct over een vraagstuk. Dus is moeilijk om een direct gegeven aan te geven.

Mijn ontwerp zou gaan over melk opwarm aan de hand van energie overdracht. Dit door een vat met water op te warmen waar een koperen serpentine door loopt, in de serpentine loopt melk aan +/- 5 graden. Om te pasteuriseren moet de melk gedurende 15 seconde 72 graden bereiken. Dus de melk zou aan een constante flow van 30 Liter/uur er door stromen. Nu vraag ik mij af hoe lang mijn serpentine zou moeten zijn om dit te kunnen realiseren. 

[Pinokkio]

Moet je dat daadwerkelijk bouwen en demonstreren dat het werkt?
Of hoeft er alleen op papier goed uit te zien?

[emilelievens]

Moet je dat daadwerkelijk bouwen en demonstreren dat het werkt?

Of hoeft er alleen op papier goed uit te zien?

Hoeft enkel op papier uitgewerkt worden. Dus kan nog een beetj spelen met die variabelen eventueel

[Pinokkio]

Spelen met de variabelen zal niet veel helpen.
 
Je moet de U-waarde van de spiraal berekenen. Die wordt bepaald door 3 factoren:
(1) de warmteweerstand van de pijpwand
(2) de warmteoverdrachtscoefficient (h_i of α_i) aan de binnenzijde van de spiraal
(3) de warmteoverdrachtscoefficient (h_o of α_o) aan de buitenzijde van de spiraal
 
Ik neem aan dat je een metalen spiraal gebruikt, RVS waarschijnlijk, dus (1) is in dit geval verwaarloosbaar klein.
 
Probleem bij (2) is dat een debiet van 30 L/h een kleine spiraaldiameter vereist om nog enige snelheid te hebben en zelfs dan heb je nog laminaire stroming en dus geen geweldige h_i
 
Probleem bij (3) is dat het hete water in het vat stil staat en je dus te maken hebt met natuurlijke (vrije) convectie, en ook dat geeft geen geweldige h_o . Nog een probleem hierbij is dat je een spiraal hebt waarvoor geen natuurlijke convectie correlaties te vinden zijn in theorieboeken.
 
Resultaat zal een U in de orde van 150 - 300 W/m².K (met een heel natte vinger) zijn en dus tientallen meters spiraal. Misschien kun je beter iets andes verzinnen dan een spiraal.
 
 
Om (2) en (3) te berekenen moet je bekend zijn met de theorie van warmteoverdracht. Ben je dat?
Heb je wel eens gehoord van Reynolds, Nusselt, Prandtl, Graetz, Grashof ?