Les 12a: Warmteoverdracht deel 1

• Procesbeheersing
• MBO
• Studiejaar 4

Les 12a: Warmteoverdracht deel 1

In deze les komen de volgende onderwerpen aan bod

• Soorten warmteoverdracht
  
• Warmtestroom door geleiding berekenen
  
• Warmtestroom door filmlaag
  
• Warmteweerstand
  
• Warmtestroom door stroming berekenen
  
• Warmtestroom door straling berekenen
  

Wat is warmteoverdracht

Stroomt van warm naar koud.

Drijvende kracht is temperatuurverschil

Warmte straling

U​v​o​​​​​​​(v,T)=​C​3​​​​(8πhv​3​​)​​⋅​e​​kT−1​​(hv)​​​​​​1​​

Is elektromagnetische straling

Andere naam Radiatie

Warmtegeleiding

is afhankelijk van het soort materiaal waarvan de wand gemaakt is en van de dikte van de wand.

Warmtegeleidingscoëfficiënt (𝜆): geeft aan of een stof een goede of een minder goede geleider is.

Warmtestroming

Warme lucht stijgt op en koude lucht daalt. Deze vorm van warmtestroming noemen we ook wel convectie.

Warmtestroom berekenen

In een cilindervormige enkelwandige tank wordt plantaardige olie met een spiraalverwarmer warm gehouden op 70 °C. De tank heeft een oppervlakte van 100 m2 en een dikte van 4 cm. Buiten is de gemiddelde temperatuur 10 °C.

Hoeveel warmte gaat er verloren door geleiding als de tank van koper is gemaakt?

Uitleg

In een cilindervormige enkelwandige tank wordt plantaardige olie met een spiraalverwarmer warm gehouden op 70 °C. De tank heeft een oppervlakte van 100 m2 en een dikte van 4 cm. Buiten is de gemiddelde temperatuur 10 °C.

Hoeveel warmte gaat er verloren door geleiding als de tank van koper is gemaakt?

𝜆 = 390  (tabel 50 natuurkunde)

A = 100

∆𝑇 = 70-10

l = 4 cm = 0,04 m

Qw = 58,5 Megawatt

In een cilindervormige enkelwandige tank wordt plantaardige olie met een spiraalverwarmer warm gehouden op 70 °C. De tank heeft een oppervlakte van 100 m2 en een dikte van 4 cm. Buiten is de gemiddelde temperatuur 10 °C.

Hoeveel warmte gaat er verloren door geleiding als de tank van Staal is gemaakt?

Warmtestroom door filmlaag

Filmlagen: niet-bewegende lagen die aan weerszijden van de wand zitten. De filmlaag wordt ook wel laminaire laag genoemd.

De dikte van de filmlaag hangt af van de volgende drie factoren:

• de viscositeit van een gas of vloeistof
  
• de stroomsnelheid van een gas of vloeistof
  
• de ruwheid van de wand
  

Warmtedoorgangscoëfficiënt: wordt ook wel de k-waarde genoemd. De k-waarde is een maat voor de warmteweerstand van alle filmlagen en de lagen van de wanden bij elkaar opgeteld.

Formule berekenen warmteoverdracht door een laminaire laag:

In een cilindervormige enkelwandige tank wordt plantaardige olie met een spiraalverwarmer warm gehouden op 85°C. De tank heeft een hoogte van 20m en een diameter van 15 m. Buiten is de gemiddelde temperatuur 15 °C. De warmtestroom is 12.500W

Wat is de k-waarde?

Warmteweerstand

Geeft aan hoe goed of hoe slecht een stof of materiaal warmte geleidt. (omgekeerd evenredig met warmtegeleiding)

R-waarde: warmteweerstand van enkele stoffen met een laagdikte van 1 cm. 

Rc staan dan voor resistance (weerstand) en constructie.

Warmtestroom door stroming

Qw = warmtestroom in W

Q = de hoeveelheid toegevoerde of afgevoerde warmte in J

t = de tijd in seconden!

Je verwarmt een extruder met 5 elementen. per element 24000 j per minuut.
Hoe groot is de warmtestroom?

Q​w​​=​t​​Q​​

​60​​(5⋅24000)​​=2000

Hoeveel tijd heb je nodig als er een warmtestroom is van 60.000 watt en je 3.000 joule energie wilt toevoeren?

3000/60000 = 0,05 sec

Warmtestroom door straling berekenen

Warmtestraling: is elektromagnetische straling. Bij warmtestraling voel je de warmte, maar is er geen direct contact. Bijvoorbeeld de zon.

Formule warmtestroom door straling: