Onderwerp: Berekening pijpenbundel oppervlakte

Yellow Boat schreef :
Hoi Ad, Het klopt wat je zegt, maar het is kJ hè.. De opname van 600 liter watermengsel (aanname dat dit ook 600 kg is) met 15 graden is 33.300.000 J, oftewel 33.300 kJ dit maakt dan ook, 33.300 kJ / 3600 s = 9,25 kW.

Verder blijft de warmteafgifte van de Dickinson gelijk. Ongeveer 9 kW, zoals Erik aangeeft, alleen wordt een deel van die warmteafgifte opgenomen door het watermengsel en verspreid door de boot. Erik geeft aan zo'n 2kW te willen verspreiden, nog steeds met 10 l/min of een bepaalde dT. Persoonlijk zou ik de flow omlaag brengen (scheelt pompvermogen dus elektra) en de dT aanhouden. Maar dan komt de cruciale vraag.... Hoeveel m2 koperen pijp oppervlakte heb je nodig om deze 2 kW met een dT van 15 graden op te nemen van de 180 graden hete verbrandingsruimte?

Vat ik het zo juist samen?


Groet Paul.

I am Roaring schreef :
Lijkt me wel . Ik heb trouwens even in mijn goeie bijna 40 jaar ouwe Polytechnisch zakboekje van PBNA gekeken en kwam daarin een warteoverdrachtscoefficient voor een koperen pijpwarmtewisselaaar van rookgas naar wateer tegen van 13 Watt/m2K .
Om die 10 liter water op te warmen met 15 graden het je uiteraard 10*4,2*15=630 KJ nodig wat dus en vermogen is van 630/60=10,5KW oftewel 10500 Watt ( klopt wel aardig in vergelijking met wat mijn geider doet.
Daarmee zou het berekenen wel simpel moeten zijn maar als ik er even gauw naar kijk kom ik al op een m2 of 5 dus dat wordt knap moeilijk want ik kom dan voor een 20mm pijp al op 77 meter pijp en dat wordt onmogelijk vrees ik, nog afgezien van de kosten van 77m 20mm koperen buis( bij de Gamma €10 per meetr) . Maar misscihien vergeet ik ergens een komma
Ad

Ik zei toch al dat je veel nodig hebt om wat af te tappen

Yellow Boat schreef :
Ad, het is 10 liter water 15 graden opwarmen dit is 630 kJ dit delen door 3600 seconde per uur is 0.175 kW (175 W).Gelukkig maar, anders wordt een flinke pan erwtensoep thuis wel een dure grap om aan de kook te brengen... Dan zou ik met 100% rendement en een 3kW inductiepit 18 uur en 40 minuten bezig zijn om van 20 naar 100 graden te komen...

Warmteoverdrachtscoefficient... Gaat de dT niet over 120 graden? Dat scheelt behoorlijk... 2000 W / 13 / 120 graden is 1,28m2, Omtrek 20 mm pijp is 0.0628 m , dan zou je 20 meter pijp nodig hebben? Ik merk dat ik hier niet genoeg verstand van heb... Ik vraag me af of Warmteoverdrachtscoefficient wel de juiste rekenmethode is om energie uit verbrandigsgassen over te dragen aan een transportmedium (watermengsel)... Daar kom ik niet achter...Warmte geleidingscoefficient is wat een materiaal kan geleiden... Weet ook niet of dat juist is....twee verschillende termen.

I am Roaring schreef :
Ik acht dat het ging over 10 liter per minuut?
En om 10 liter per uur op minimaal 0,5 meter per sec brengen , wat nodig is voor een goede warmteoverdracht en het voorkomen van koken aan de pijpwand ( het bekende "druppe op de gloeiende plaat" effect wat de warmteoverdracht bijna naar nul brengt ) betekend een pijpje van maximaal 4-4,5 mm inwendig wat dan weer problemen geeft om een flink oppervlak te bereiken en ook de drukval verhoogd omdat de L/D zo groot zal worden, net als de lengte . Drukval is immers evenredig met de lengte maar ook met e lengte gedeelt door de diameter .
Echt niet zo makkelijk hoor.
Ad

Ik snap niet helemaal waarom jullie allemaal in zulke dikke pijpen denken. Juist met zeer kleine diameter pijpjes (3 tot 4mm) heb je juist een heel erg grote warmte overdracht. Probleem is de drukval, maar daarom hebben ze pijpenbundels uitgevonden. Een manifold aan de ingang en een manifold aan de uitgang en we kunnen er wel 200 pijpjes van een halve meter lengte in hangen.

De crux is te zorgen dat de hete gas er met een fiks vaartje tussendoor gaat. Gewoon een pijpenbundel in een oven heeft ongeveer zo veel warmteoverdracht als de buitenoppervlak waard is. Binnenin gebeurt niks.

De plaatsing is niet in de oven, maar in de hole ruimte tussen de oven en de topplaat. Daar gaan de verbrandingsgassen langs op hun weg naar buiten.

@ Ad, excuus, we zeggen exact hetzelfde. Ik had het niet goed begrepen met de 10 liter

@Eric, het gaat over m2 oppervlak benodigd om warmte op te nemen, de rookgas koeler die je laat zien heeft ook heel veel vierkante meter pijp. De diameter van de pijp doet er niet toe van 10 mm pijp heb je twee keer meer lengte nodig dan voor 20 mm pijp.

Een warmtewisselaar heeft een waterzijdige en een gaszijdige overdracht; bij een pijpenbindel zijn die heel erg uit balans. Daarom worden vaak gefinde pijpen gebruikt in dit soort situaties. Scheelt een hoop gedoe met lastige manifolds.

boarderbas schreef :
Precies. Je hebt finned tubes nodig, zo veel mogelijk oppervlakte aan gaszijde.

@Erik: heb je weleens gedacht om bijvoorbeeld één warmtewisselaar uit een HR ketel te gebruiken?

Bijvoorbeeld zoiets: (is maar een voorbeeldje)

www.bengshop.nl/NEFIT-WARMTEWI...7r5OCjBoCsxAQAvD_BwE

@YB TS will 2Kw onttrekken voor warmte elders, niet 10.5KW.
De flow rate staat los van de totale energie-overdracht. Jij gaat ervan uit dat dT bereikt moet worden in 1 enkele cycle. Bij een geiser is dat wel zo, omdat je instant heet water wilt hebben. Hier is dat niet zo.

Jammer dat blijkbaar niemand even de moeite neemt om naar dit gas-water energie overdracht draadje te kijken. Daar is te zien dat je met een piepklein warmtewisselaartje 25% van de energie in de gasstroom kunt aftappen om water te verwarmen. Een praktijk-testje.

Sommetje (uit draadje):
Container inhoud 10 liter, SH van water is 4186/kg. Toename van temperatuur naar douche warmte is 40-15=25C over 37 minuten
-> Opgenomen energie = 10x25x4186=1046500 Joules
-> Vermogen: 1046500/37x60= 471W


Ik gebruikte inderdaad een "gefinde" warmtewisselaar, zoals ook in de laatste paar posten is geopperd.
De gasstroom in dit voorbeeld is hete lucht. Vermogen is bekend (ong 1,5kW-2,0 kW). Afgetapt vermogen is bijna 500W, oftewel meer dan 25%. TS wil 4x zoveel aftappen. Zijn "gasstroom" draagt echter een veel groter vermogen, dus de warmtewisselaar hoeft in theorie niet veel groter te zijn.

Het punt is dat de totale verbrandingsgassen-stroom wel door de warmtewisselaar moet worden geleid, dat wordt misschien moeilijk in de "open ruimte" onder de bovenplaat. Ideaal zou dus zijn als de ww de gehele oppervlakte zou beslaan, zodat alles daardoor moet passeren. Moeilijk uit te voeren, maar niet onmogelijk. Omdat de verbrandingsgassen in de schoorsteen een meer geconcentreerde stroom vormen, is het aftappen op die plek eenvoudiger. Maar het volle vermogen van de kachel gaat natuurlijk niet door de schoorsteen naar buiten, dat zou 0 rendement van de kachel betekenen. Stel dat 50% door de schoorsteen verdwijnt, dan kom je toch een heel eind door daar af te tappen. Je zou kunnen denken aan een metalen box ong 25x25cm waar de warmtewisselaar in behuisd wordt met 4" aansluiting aan de onder- en bovenkant voor het in-line plaatsen in de schoorsteen. Voor een lasser tamelijk eenvoudig realiseerbaar en terugdraaibaar wanneer het niet aan de verwachtingen voeldoet. Als je dan ook nog de warmwater pijp langs de schoorsteen voert en met latoenkoper een goede thermische geleiding geeft zoals eerder voorgesteld, dan kan dat nog een goede boost betekenen om aan de gewenste energie overdracht te komen.

I am Roaring schreef : We hebben een debiet van 10 l/min, als je met kleine diameter pijpen werkt heb je minder water aan hetzelfde oppervlakte en dus toch een snellere warmte overdracht? Dus bij het gebruik van kleine diameter pijpen kun je met minder vierkantemeters toe. Maak ik dan een denk fout?

Ik noemde het al: afhankelijk van stromingsregimes aan beide kanten heb je (op elke plaats op de pijp) met een serie schakeling van 3 weerstanden tegen warmteoverdracht te maken. Van gas- naar vloeistofzijde zijn dit:
-grenslaag tussen (ideaal gemengd veronderstelde) bulk en buitenkant pijpwand, kan laminair of turbulent zijn
-door koperen wand leiding
-grenslaag tussen binnenkant pijpwand en bulk vloeistof (kan laminair of turbulent zijn)

Afhankelijk van stromingsprofielen, materiaal en dikte en dT tussen bulkfases stelt zich een temperatuur profiel in wat een warmteflux genereert. Dit integreren over de hele lengte geeft het overgedragen vermogen. Dit lukt niet met wat vuistregels

In Delft universiteitsbibliotheek staan vast dictaten online die dit beter uitleggen. Trefwoorden “fysische transport verschijnselen - warmte en stofoverdracht”

Bv: www.studeersnel.nl/nl/document...aat-pdf/1187900/view

Ronaldl schreef :
Mooi! Je toont hiermee aan dat voor energie-overdracht van gas naar vloeistof een warmtewisselaar van alleen buis ongeschikt is. Kom je ook nooit tegen. Ik heb je berekening niet helemaal nagerekend, maar het lijkt wel te kloppen.
Kijk ook eens naar mijn postje hierboven en naar de link daarin. Praktijk tests zijn altijd betrouwbaarder dan berekeningen alleen.
Ik heb de totaal oppervlakte van de vinnen van de mini heat exchanger die ik gebruik voor de grap eens nagerekend (2,3x15x2x100). Dat is 6900cm2. Minus 600 doorgangen van de 10mm buis (600x3,14x0,5**2x2) geeft 6900-942=5958cm2. Dit komt overeen met 19 meter buis (even aangenomen dat de warmtegleidingscoefficient van vinnen en buis hetzelfde is).

Verder moet de energie opname aan de stove kant in balans zijn met de afgifte aan de kant van de te verwarmen ruimte. Als je een convectie radiator wilt gebruiken, dan is er een "buffer" nodig, m.a.w. een (geisoleerd) reservoir en de radiator met onafhankelijke flow. Systemen zonder buffer zijn bijv. heatpumps/inverters/airco met een buiten en binnen unit. In de binnen unit wordt lucht door een vinnen ww geblazen. Mijn huiskamer is in de winter binnen een paar minuten warm door de warme lucht, maar dat terzijde.
Op een boot zou je een kleine heat exchanger met vinnen met daarachter geplaatste fan kunnen gebruiken om de lucht te verwarmen, of misschien een kachel (core met fan) uit een automobiel. Dit is ook een vloeistof naar gas energie omzetter.

@ Eric, in mijn ogen maak je een denkfout, door kleinere diameters te gebruiken met hetzelfde debiet, gaat de stroom snelheid omhoog (en dus de weerstand ook), tenzij je deze pijpen parallel gebruikt. Maar in parallele toepassing hebben bijvoorbeeld 2x een 10 mm pijp hetzelfde oppervlak als een 1x 20 mm pijp... Als de pijp te dik wordt, wordt het midden van de pijp niet meer verwarmd door de isolerende werking van het medium, maar dan wordt het nog ingewikkelder dan het al is.

@ WaltB voor rookgaskoelers worden vaak pijpenbundels gebruikt (gemaakt van buis...) dan lopen de rookgassen door de pijpen en het te verwarmen medium om de pijpen, tegenstrooms.



Veel gebruikt in WKK toepassingen of voor extra rendementen in CV-installaties.

Hieronder een website van Joost de Vree die verschillende opties van warmtewisselaars uiteenzet.

www.joostdevree.nl/bouwkunde2/...laars_www_ecn_nl.pdf

I am Roaring schreef : Uiteraard moeten de dunnere pijpjes parallel lopen, anders krijg je onnoemelijk veel weerstand. Je wilt echter zo min mogelijk vloeistof volume aan zoveel mogelijk oppervlakte blootstellen. Daar word het inderdaad ingewikkelder van, maar het is de essentie van warmte overdracht dus daar kun je niet onderuit.

Erikdejong schreef :
Natuurlijk, maar ik denk dat je je beter kan concentreren op de gaszijde. Daar verloopt de warmtedracht moeilijker. Daar zo veel mogelijk oppervlakte.

In een vloeistof-vloeistof wisselaar heb je natuurlijk gelijk met dat volume. Maar dat speelt iets minder bij jouw gas-vloeistofwisselaar denk ik.

Waarom? Je stelt toch minder water aan meer gas bloot en daardoor een hogere overdracht?