Énergie requise pour augmenter la température de l'eau circulant dans un chauffe-eau


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J'essaie de déterminer la quantité d'énergie (idéalement le chauffage électrique) que je dois mettre dans un appareil de chauffage pour élever la température de l'eau de 10 degrés C à 40 degrés C , si l'eau coule à 10 litres par heure.

Supposons que le chauffage est efficace à 80%.

Je sais que la chaleur spécifique de l'eau arrive à 4,18 J/g degré C mais comment travailler dans le débit?

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chauffe électriques sont essentiellement efficaces à 100%. Une partie de la chaleur de l'ensemble du système peut être perdue dans l'environnement, mais toute l'énergie électrique entrant dans une résistance va être convertie en chaleur. 11 mars. 162016-03-11 13:10:07

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Oui convenu, mais l'efficacité dans le transfert de cette énergie électrique à l'eau est là où ce sont des pertes. Cette chaleur sera perdue dans les fils allant à l'appareil de chauffage et comme la température de la résistance augmente, sa résistance augmentera aussi. 11 mars. 162016-03-11 15:14:29

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1: L'énergie électrique n'est pas transférée à l'eau, seule la chaleur de la résistance est. 2: Augmenter la résistance ne change pas l'efficacité. Pour une source de tension fixe, il y aura moins de puissance dans la résistance. Cependant, toute cette puissance est encore convertie en chaleur avec une efficacité essentiellement de 100%. 11 mars. 162016-03-11 15:19:07

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L'efficacité dépend de l'endroit où vous mesurez. Si vous mesurez l'énergie à l'entrée des éléments chauffants, elle est probablement à 100% ou très proche de celle-ci. Si vous mesurez au niveau du réceptacle et que vous alimentez le chauffage par l'intermédiaire de 4 ou 5 rallonges, ce sera moins. 11 mars. 162016-03-11 15:56:15

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L'énergie est transférée à l'eau, l'énergie électrique est convertie en chaleur dans la résistance et une partie de cette chaleur est transférée à l'eau, une certaine chaleur est également effectuée le long des fils. ces fils sont courts et épais donc toute perte devrait être faible. 11 mars. 162016-03-11 17:17:40

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Le PO ne précise pas dans quel type de réchaud ce réchauffement aura lieu, mais ma préoccupation concernant la perte de chaleur (et la perte correspondante de l'efficacité du système) serait due à la perte de chaleur à travers le récipient extérieur vers l'atmosphère. 11 mars. 162016-03-11 17:54:51

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Le navire est un tuyau d'eau en plastique, que je pourrais isoler si nécessaire, mais l'efficacité n'est pas vraiment le but de l'essai. J'ai juste besoin d'obtenir une augmentation de 30 degrés de la température de l'eau avec une quantité modeste d'énergie électrique à un débit gérable. 11 mars. 162016-03-11 22:10:36

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Vous avez juste besoin de convertir le débit volumétrique à un débit massique en multipliant par sa densité. Ceci est facile pour l'eau:

$10 \\mathrm{l/hr}\cdot 1 \\mathrm{kg/l}= 10 \\mathrm{kg/h}= 10^4 \\mathrm{g/hr}= \frac{10^4}{3600}\\mathrm{g/sec}= 2,78 \\mathrm{g/sec}$

Maintenant, vous pouvez multiplier par la chaleur spécifique et la hausse de la température pour obtenir la puissance requise.


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$P = \dot m \cdot C_p \cdot \Delta T$

Where $$ is the power required in Watts ( $Joules/sec$ )

$dot m$ is the mass flow rate ( $kg/sec$ ) (you'll have to convert the volumetric flow given to a mass flow rate by using $dot m = Flow_{Vol} cdot rho$ where $rho$ is the density of the fluid)

$C_p$ is the specific heat of the fluid ( $frac{{}Joules kg cdot K}$ )

and $Delta T$ is the temperature difference in $K$

Cela vous donnera la puissance requise pour chauffer l'eau lorsqu'elle s'écoule. La quantité d'énergie dépendra, bien entendu, de la durée de l'écoulement de l'eau.


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  • 10 litres par heure
  • 10 kg par heure
  • 10 000 g par heure
  • 166,66 g par minute
  • 2,77 g par seconde

Chaque seconde, vous devez augmenter la température de 2,77 g d'eau de 30 ° C.

  • 2,77 g d'eau
  • 4,18 J/g de chaleur spécifique
  • 11,6 J toutes les secondes pendant 1 degré
  • 348 J tous les deux pour 30 degrés

En supposant que 80% d'efficacité.

  • 348 J/80% = 435 J

Vous devez 435 J/s.

joules par seconde est un Watt

  • 435 W
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Vous avez oublié la hausse de température de 30C requise. 11 mars. 162016-03-11 15:31:40

+1

OK, donc 14,51 W est la puissance nécessaire pour augmenter de 1 degré C? Pour obtenir une augmentation de 30 degrés C, j'ai besoin de 435,3 watts? Cela semble plus raisonnable. 11 mars. 162016-03-11 17:13:38

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En fait, plus comme 350W. Comme l'a dit Olin, perdre 20% de la chaleur dans l'environnement serait une situation extrêmement inhabituelle. 11 mars. 162016-03-11 17:17:58

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OK, donc en supposant des pertes de 5%, 366 Watts. Dans mon test, j'ai mis en 144 watts (DC 12v @ 12A) et obtenu une augmentation de 20 degrés, ce qui semble être un peu moins de la moitié de la puissance requise? En ignorant les pertes, une augmentation de 20 degrés nécessite 11,6 * 20 = 232 Watts. Je devrais seulement avoir vu une hausse de 12,4 degrés ... 11 mars. 162016-03-11 17:27:54

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C'est probablement juste des erreurs de mesure combinées, car je n'ai pas de débitmètre précis, donc une baisse de débit me donnerait de l'eau plus chaude pour moins d'énergie. jauge de température, c'est un thermocouple numérique et je fais confiance à l'affichage du courant et de la tension, mais la mesure du débit était juste combien de temps il fallait pour obtenir 100ml d'eau ... 11 mars. 162016-03-11 17:32:09

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@DaveTweed Whoa, merci pour cela. Fixé. 12 mars. 162016-03-12 00:20:28

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Revérifié avec un débit plus précis (plus constant) et le résultat correspond exactement à la mathématique. 14 mars. 162016-03-14 09:28:31