Onderwerp: Berekening pijpenbundel oppervlakte

In mijn Dickinson kachel wil ik een spiraal maken welke aanzienlijk groter is als de spiraal welke Dickinson mee kan leveren om de simpele reden dat ik meer warmte opname wil hebben. Ik kom er alleen even niet uit met het berekenen van de benodige pijp oppervlakte.

Ik wil minimaal 2000W aan warmte af kunnen nemen van deze pijp (zeg maar 7000 BTU) en de stroomsnelheid door de pijp is ongeveer 10 liter per minuut. De ruimte waar de pijp kan hangen (tussen de topplaat en de oven in) is ongeveer 150 tot 180 graden en de watertemperatuur (glycol) idealiter zo rond de 60 graden.

Hoeveel pijpoppervlak heb je nodig om aan die 7000 BTU te komen?

Voordat je afwijkt van hetgene wat de fabrikant voorschrijft wil ik graag het volgende onder je aandacht brengen:

1.) de spiraal koelt de verbrandingsgassen en doet dit zeer effectief. Dit tast de "trek" aan omdat de rookgassen dusdanig zijn afgekoeld dat de opstijgende werking minder is. Eventuele afgekoelde roetdeeltjes kleven eerder vast aan het inwendige van de kachel en het rookgasafvoer systeem omdat de juiste temperatuur niet meer bereikt wordt.

2.) de hoeveelheid energie die je uit de brandstof haalt zal niet groter worden. De verdeling tussen de energie die afgestaan wordt door de kachel en de hoeveelheid energie die richting de radiatoren gaat zal gaan verschuiven. Is dit het doel?

twee vragen:

heb je deze spiraal nu?




Hoe kom je aan 10l/min? Zit er een pomp tussen?

Let op wat stanbly zegt, je kan de rookgassen niet "ongestraft" te ver afkoelen.

De fabrikant schrijft niets voor. Ze hebben twee soorten spiralen die je in de brander pot kunt hangen, een enkele en een dubbele. Die dubbele krijg je ongeveer 1000 tot 1500 BTU uit en is niet voldoende. Er is niet meer ruimte in de pot om een driedubbele of nog grotere spiraal te hangen. De temperatuur in dat gedeelte is echter aanzienlijk hoger en het is dus de meest effeciente plek. Maar ik kom dus niet aan de gewenste 7000 BTU.

De dubbele spiraal bijft dus hangen, maar in de ruimte tussen de oven en de topplaat is nog plek voor een behoorlijk pijpen pakket welke ik dan in serie wil zetten. Een andere optie waar ik aan heb zitten denken is om een nieuwe topplaat te maken met koelkanalen erin of er tegenaan waar de vloeistof doorheen kan stromen

1) Correct, er is echter meer als voldoende trek aanwezig. Overigens als de kachel op standje erg laag staat dan is die ruimte waar de pijpnebundel komt te hangen minder als 100 graden en kun je dus gewoon de circulatiepomp uitzetten en vind er geen koeling van de verbrandingsgassen plaats.

2) Ook correct, de energie is in een andere ruimte gewenst en kan daar nu niet komen vanaf deze kachel vanwege hoogte verschil (kachel staat te hoog)

@Keeszeiler, die zit er inderdaad in, maar is niet krachtig genoeg. Er zit een circulatiepompje in het systeem om aan die 10 l/min te komen.

Erik, ik denk dat voor Ad (Yellow Boat) dit niet zo'n moeilijke berekening is.

Als de huidige spiraal van staal is zou je evt kunnen overwegen om van aluminium buis een spiraal te maken. (Indien niet direct in contact met de vlam.)
Aluminium geeft de warmte sneller door aan de vloeistof.

Een flexibele metaalslang, ontworpen voor warmte overdracht, kan behoorlijk veel ruimte schelen. Uiteindelijke gaat het om het oppervlakte en niet om de lengte van de spiraal natuurlijk.

Dit soort slangen zijn in allerlei lengtes te koop in 316 of zelfs in koper als je wilt hardsolderen. Ze hebben las-einden zodat ze makkelijk te verwerken zijn.

Ze worden veel gebruikt in watersport boilers (met spiraal) maar ook in allerlei industriele toepassingen.

Ik heb 7 jaar met een Refleks kachel geleefd. De spiraal was superdeluxe en ik heb nooit spijt gehad van de vele uurtjes om mijn CV installatie te perfectioneren. Het echte eureka moment met deze kachel was wel het moment dat ik er een 12V computer-fan (je weet wel) op strategische wijze onder monteerde. Dat scheelde een sloot brandstof en brandde mooi schoon, poeh!

Erikdejong schreef :
Gaat niet zomaar lukken om 2 redenen:

Je hbet niet genoeg lucht (denk ik) en de buis wordt onrealistisch lang, of de drukval wordt idioot hoog.

Mooie berekening hoor maar mis je niet wat essentiele informatie?
Hoeveel energie is eigenlijk beschikbaar voor afname via een spiraal? De "ruimte waar de spriraal de warmte moet onttrekken is 150 tot 180 graden" is nou niet typisch een mooi uitgangspunt. Hoeveel energie is in die ruimte aanwezig? En daar komt bij, hoeveel energie mag je onttrekken aan die kachel voordat de basisfuncties in het geding komen zoals rookgasafvoer trek en misschien nog wel meer belangrijk, natuurlijke lucht toevoer richting brander dankzij een hete branderpot. Het principe is oer oud maar de basis moet goed zijn anders werkt het simpelweg niet.

Een berekening van wat Eric wil is bijna onmogelijk. Ik zou voorstellen om het originele ontwerp van de spiraal van Dickenson te misbruiken door het na te maken van materialen die efficienter zijn.

Eric's doel is om meer energie aan de kachel te onttrekken. Dit houdt in dat de kachel zelf koeler zal moeten branden omdat meer energie richting radiatoren wordt afgevoerd. De totale energie afgifte zal namelijk niet hoger worden!
Technisch gezien is dit een hele uitdaging want de kachel heeft warmte nodig om te functioneren.

Wat Erik wil, is prima.te berekenen,alleen weet ik nog volstrekt onvoldoende om datt te doen.

Het sommetje gaat over de water kant van het geheel. Die kan ik redelijk berekenen. De sommen heb ik zelf ooit getest en daar een machine op gebaseerd. Dat klopt heel aardig.

Maar 2 kW is nogal wat. Inderdaad er van uitgaande dat die überhaupt voorhanden is.

De kachel zelf geeft (volgens opgave fabrikant) 32500 BTU op hoogste brandniveau en 9700 BTU op laagste brandniveau. Dat komt overeen met ongeveer 9.7 kW op hoog niveau en 2.8kW op laag niveau. De energie die is er dus zeker wel.

Die 17 bar drukval lijkt me niet nodig als je met een in en uitgangsmanifold werkt, zeg maar net als een radiator in je auto. Echter wil ik er geen auto radiator in hangen ivm verstopt raken met roet en dat het lastig schoon te maken is. De beschikbare ruimte voor een pijpenbundel is 50cmx50cmx10cm en ze mogen uiteraard de zijkanten raken.

Het gaat om deze kachel: dickinsonmarine.com/product/be...t-diesel-cook-stove/

Mss komt holtere nog online. Die heeft thuis een prachtige houtkachel gebouwd en voedt hier de CV installatie van z’n hele huis mee!

Waar je rekening mee moet houden lijkt mij:
-trek vermindering door afkoeling
-trek vermindering door toename hydraulische weerstand
-circulatiesnelheid voldoende hoog om lokale hotspots en stoomgeneratie te voorkomen. Mss moet je zelfs naar turbulente flow!
-rookgassen mogen niet (lokaal) consenseren

Hieraan rekenen kan maar is lastig. Je dient de diverse weerstanden tegen warmteoverdracht te schatten: dat hangt niet alleen van wanddiktes, geometrie en materialen af, maar ook van flow regimes aan gas- en vloeistofzijde.

Mijn refleks staat heerlijk te brommen nu ik vandaag de regelaar weer eens even onder handen heb genomen.
In de refleks zit een 8-voudige spiraal van 20cm diameter.
In het circuit zit een electrische pomp. Watertemperatuur op volle kracht wordt 65^oC.
Heerlijk warm in de boot.
Bovenop de kachel staat meestal een peltier ventilator.

Nog een aanvulling

Dickinson levert een lucht-lucht warmte wisselaar voor al hun kachels dickinsonmarine.com/product/he...heat-robbing-system/ Daarmee onttrek je warmte aan de uitlaatgassen en verhoog je dus de efficientie van het systeem. Immers gaat er minder warmte uit de schoorsteen weg. Deze warmtewisselaars heb ik goede ervaringen mee en het geeft aan dat je nog behoorlijk wat energie uit de verbrandingsgassen kan trekken voordat je problemen met de trek gaat krijgen. We hadden er een op een vorige kachel (andere boot) en ik schat het afgevoerde vermogen op 500 tot 700 Watt. Daarmee verhoog je de efficientie van de kachel zomaar met 10 tot 15%. Helaas voor de toepassing waar ik nu naar opzoek ben is dit systeem niet geschikt.

Even op de JBF manier.Je wilt naar ~2000 W, dus 3 á 4 keer zoveel. Dan moet je (pijp) oppervlak dus ook 3 á 4 keer groter worden. Pijp een maatje groter en met 'ribbels'?
De Somy kachels hebben/hadden een gietijzeren rechthoekig blok met 'koel'ribben. Zou je met zoiets kunnen namaken. En in het blok dan wat gaten boren om water te laten circuleren.

Klopt de aanname van je volumestroom ? Ik kom dan op een onwaarschijnlijke gewenste delta-T.

Om te beginnen , zo simpel is een dergelijke berekening niet voor een lucht(verbrandingsgas)-vloeistof warmtewisselaar. Dat komt omdat de warmteoverdrachtscoefficient van gas/lucht naar de pijpwand veel lager is dan die van de pijpwand naar de vloeistof.
Eigenlijk gaat dat alleen als je een speciale ribbenbuis of finned tubes ( www.warmtetransport.nl/pdf/11-...%20%20ribbenbuis.pdf c.q. www.saywhatnowproductions.com/...pes-of-finned-tubes/ ) hebt met dus veel meer oppervlak aan de luchtkant dan aan de vloeistofkant ( vergelijk maar eens met een autokachel) . Niet voro niets wworden die normaliter toegepast voro dat soort warmtewisselaars. Met gewone pijp krijg je een onevenredig lange pijp omdat de totale warmteoverdracht vrijwel alleen aan de luchtkant wordt bepaald. Wil je toch gewone pijp nemen , dan kun je rustig alleen werken met de warmteoverdrachtscoefficient aan de luchtzijde want dan speelt de hogere overdrachtscoefficient en de warmtegeleiding van de buiswand eigenlijk nauwelijks een rol meer bij de berekening ( geschat % of 10 ) en kun je best verwaarlozen gezien de andere bronnen van onnauwkeurigheid die er ook altijd zijn. Proberen nauwkeuriger te rekenen dan de onzekerheden en/of schattingen is nu eenmaal nooit zinvol .

Nog wel even een paar zaken om op te letten.
-De soortelijke warmte en viscositeit van een glycol/water mengsel is heel anders dan van water . De eerste verlaagd dus de hoeveelheid warmte die de vloeistof überhaupt kan opnemen.
- de uitzettingscoefficient van glycol/water mengsel is een stuk hoger dan die van puur water wat dus een gevolg heeft voor de benodigde afmetinge van het expansievat van het glycol/water. Toevallig heb ik er net een lijstje van omdat ik bezig ben met een zonenboiler (flamcogroup.com/media/files/do...alc-refr.v041209.pdf) .
- als je het uitlaatgas afkoeld tot beneden de ca. 80 graden gaat het bij de verbranding ontstane water condenseren en dat wil je niet in een open vuur onder de warmtewisselaar.
- Of die 80 graden nog voldoende is voor de schoorsteentrek is een andere zaak. In ieder geval zal de schoorsteen langer moeten worden .
- en dan nog een andere aardige : eigenlijk boet de boiler waar het hete water in gebufferd wordt hoger staan dan de spiraal van de kachel. Doe je dat niet , dan kan de vloeistofstroom in de warmtewisselaar omkeren door de thermosyphonwerking ( die door de hoeg uitzettingscoefficient nog een extra groot is) als de kachel koud is en je warmte daar weer verloren gaan omdat dan de warmtewisseling omkeert. Dan koelt de kachel in feite je warme water weer af.

Jammer genoeg zijn er op internet geen geschikte rekentooltjes voor lucht-water te vinden i.t.t. voor water-water want om er nou zelf aan te beginnen is me , zeker voor lucht-water net even teveel gereken

Ad

nobody schreef :
Hoe heb je die berekend?

(om mijn eigen sommetje te checken)

Waterman schreef :
Nou , zo simpel is dat dus niet hoor voor een lucht-water warmtewisselaar. En omdat ik op mijn werk dat soort berekeningen deed met hele mooie computerprogramma's zou ik opnieuw in d eboeken moeten duiken om het ged te berekenen en dat si me net effe teveel werk.

En , zoals ik al schreef , de betere doorgangscoefficient van aluminium zal nauwelijks een rol spelen voor het resulatat omdat vrijwel alleen het oppervlak aan de verbrandingsluchtzijde in dit geval bepalend is .
Ad

Joop66 schreef :
Dit is retorische vraag.
Jij komt op een redelijke delta-T uit ?

nobody schreef :
Ja. 4C voor het water.

Alleen: dat red je niet vanwege de tradeoff tussen warmte overdracht, flow, temperatuurverschil, drukverlies, etc.

Joop66 schreef :
Dat kon best een kloppen als je je realiseert dat je voor 6-7 liter per minuut warm water van 60 graden al een 24 KW geiser nodig hebt ( dat doet die van mij nl ) . Bij 10 liter zou dat dus nog maar 42 graden en bij 20 % van een flinke kachel van 10KW nog maar maximaal 23,5 graden dus 13,5 graden opwarming van 10 graden water . Zou dus in dit geval betekenen of maar een kachel van maar 3KW of , lijkt me waarschijnlijker , maar ongeveer 30% totaal rendement van de warmtewisseling. ( of iets er tussenin).
Sommetje lijkt dus aardig te kloppen.
Ad

Ga niet rekenen maar probeer wat zou ik zeggen.

Een kladblokschets met wat puntjes om over na te denken en voor basaal begrip :

Uitgangspunt is dat je je huidige rookgastemperatuur wilt behouden i.v.m. trek en condensatie. (150 tot 180 graden rookgas is een heel mooie afgastemp)

Er is nu een balans tussen warmteafgifte kachelzijdig en waterzijdig.
Stel 60% aan de kachel en 20% aan het water (glycol). 20% is voor de schoorsteen.

Stel 20% is 700 Watt dan heb je kachelzijdig 2100 watt aan warmte.
Ga je met gelijke afgastemp naar 3 x 700 Watt, is dus 2100 Watt dan gaat je kachel 6300 Watt leveren.
De balans tussen kachelzijdig en waterzijdig bepaalt of je kachel bruikbaar is. Bedenk nu zelf of je zoveel meer warmte aan de kachelkant kwijt kunt in je woonvertrek.

Waarschijnlijk kun je meer warmtevraag waterzijdig alleen leefbaar houden door de kachel beter te isoleren.
Maak een los warmwatertoestel

Nog even een opmerking.
Ik heb begrepen dat je glycol door de kachel pompt.
Glycol in een verbrandings toestel lijkt me niet erg wenselijk. Ad kan je vertellen of het brandbaar is.
Ga je spelen met met meer warmteafname en dus met de afgastemperatuur dan loop je ook het risico op condens. Condens uit rookgas is zeer corrosief en je warmtewisselaar is daarbij lekker warm. Je loopt dus een grote kans op een lekkage en dan pomp je brandbaar glycol in je kachel.

Het is misschien een tegenvaller maar ik zou die hele spiraal eruit mikken

Natuurlijk is glycol brandbaar maar dat ga je ook niet puur gebruiken maar hooguit 40% in water om geen bevriezen te krijgen als de kachel in de winter uit is. Een dan wordt die brandbaarheid al een heel stuk minder . Bovendien is antivries niet corrosief , in tegendeel.
En trouwens , wat zou dat? Immers er brand al diesel of een ander brandstof en de ontbranding vavn glycol/water gaat echt niet explosief zoals bij benzine .Ook het vlampunt is 2 keer zo hoog als van diesel .
Ik denk dat de kachel eerder zal uitdoven als je er een paar liter 40% antivries in gooit ( kun je makkelijk een keer testen .

Wat overigens wel een probleem kan worden is dat je altijd de opwarming van het water aan moet zetten als de kachel brandt anders gaat de antivries koken en blaast het veiligheidsventiel eruit ( wat er uiteraard op moet bij die warmtewisselaar) .
Overigens kan antivries best tegen 200 graden ( kan het bij mijn toekmstige zonneboiler ook worden als de circulatie uit staat) maar veel heter moet het niet worden , bij 200 graden is de druk al 18 Bar of zoiets en gaat exponentieel oomhoog met de temperatuur.
Ad
wiki.woudagemaal.nl/w/images/8...ater_tabel_gtgi.jpeg