Energia richiesta per aumentare la temperatura dell'acqua che scorre attraverso un riscaldatore


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Sto cercando di calcolare quanta energia (idealmente il riscaldamento elettrico) ho bisogno di mettere in un riscaldatore per aumentare la temperatura dell'acqua da 10 gradi C a 40 gradi C, se l'acqua scorre a 10 litri all'ora.

Supponiamo che il riscaldamento sia efficiente all'80%.

So che il calore specifico dell'acqua arriva a 4,18 J/g gradi C ma come faccio a lavorare nella portata?

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I riscaldatori elettrici sono praticamente efficienti al 100%.Parte del calore dell'intero sistema può essere perso nell'ambiente, ma tutta la potenza elettrica che entra in un resistore verrà convertita in calore. 11 mar. 162016-03-11 13:10:07

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Sì, d'accordo, ma l'efficienza nel trasferimento di quell'energia elettrica nell'acqua è dove queste sono perdite.Questo calore verrà perso nei fili che vanno al riscaldatore e quando la temperatura del resistore sale, aumenterà anche la resistenza. 11 mar. 162016-03-11 15:14:29

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1: l'energia elettrica non viene trasferita all'acqua, solo il calore dal resistore è.2: Aumentare la resistenza non cambia l'efficienza.Per una fonte di tensione fissa, ci sarà meno energia nel resistore.Tuttavia, tutta questa potenza è ancora convertita in calore con un'efficienza del 100%. 11 mar. 162016-03-11 15:19:07

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L'efficienza dipende da dove si misura.Se misurate l'energia all'ingresso degli elementi riscaldanti, probabilmente è al 100% o molto vicino ad esso.Se si misura alla presa e si alimenta il riscaldatore tramite 4 o 5 prolunghe, sarà inferiore. 11 mar. 162016-03-11 15:56:15

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L'energia viene trasferita all'acqua, l'energia elettrica viene convertita in calore nel resistore e parte di questo calore viene trasferito all'acqua, un po 'di calore viene inoltre condotto lungo i fili.questi fili sono corti e spessi quindi qualsiasi perdita dovrebbe essere piccola. 11 mar. 162016-03-11 17:17:40

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L'OP non dice in quale tipo di nave questo riscaldamento avrà luogo, ma la mia preoccupazione per la perdita di calore (e la corrispondente perdita di efficienza del sistema) sarebbe dovuta alla perdita di calore attraverso la nave esterna all'atmosfera. 11 mar. 162016-03-11 17:54:51

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La nave è un tubo di plastica per l'acqua, che potrei isolare se necessario, ma l'efficienza non è l'obiettivo del test.Ho solo bisogno di ottenere un aumento di 30 gradi della temperatura dell'acqua con una modesta quantità di energia elettrica a una portata gestibile. 11 mar. 162016-03-11 22:10:36

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Hai solo bisogno di convertire la portata volumetrica in una portata di massa moltiplicando per la sua densità.Questo è facile per l'acqua:

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

Ora puoi moltiplicare per il calore specifico e l'aumento di temperatura per ottenere la potenza richiesta.


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

Dove $P$ è la potenza richiesta in Watts ( $Joules/sec$ )

$dot m$ è la portata massica ( $kg/sec$ ) (dovrai convertire il flusso volumetrico dato a una portata massica usando $dot m = Flow_{Vol}\cdot \rho$ dove $rho$ è la densità del fluido)

$C_p$ è il calore specifico del fluido ( $frac{Joules}{kilogram \cdot K}$ )

e $Delta T$ è la differenza di temperatura in $K$

Questo ti darà la potenza necessaria per riscaldare l'acqua mentre scorre.La quantità di energia dipenderà, ovviamente, da quanto tempo scorre l'acqua.


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  • 10 litri all'ora
  • 10 kg all'ora
  • 10.000 g all'ora
  • 166,66 g al minuto
  • 2,77 g al secondo

Ogni secondo, è necessario aumentare la temperatura di 2,77 g di acqua a 30 ° C.

  • 2,77 g di acqua
  • 4,18 J/g di calore specifico
  • 11,6 J ogni secondo per 1 grado
  • 348 J ogni secondo per 30 gradi

Supponendo che l'80% sia efficiente.

  • 348 J/80% = 435 J

Hai bisogno di 435 J/s.

Joules al secondo è unWatt

  • 435 W
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Hai dimenticato l'aumento della temperatura di 30 ° richiesto. 11 mar. 162016-03-11 15:31:40

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OK, quindi 14,51 W è la potenza richiesta per aumentare di 1 grado C?Per ottenere un aumento di 30 gradi C, avrei bisogno di 435,3 Watt?Sembra più ragionevole. 11 mar. 162016-03-11 17:13:38

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In realtà, più come 350W.Come diceva Olin, perdere il 20% del calore per l'ambiente sarebbe una situazione estremamente insolita. 11 mar. 162016-03-11 17:17:58

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OK, quindi ipotizzando perdite del 5%, 366 Watt.Nel mio test, ho inserito 144 watt (12 V CC a 12 A) e ottenuto un aumento di 20 gradi, che sembra essere un po 'meno della metà della potenza richiesta?Ignorando le perdite, un aumento di 20 gradi richiede 11,6 * 20 = 232 watt.Avrei dovuto vedere solo un aumento di 12,4 gradi ... 11 mar. 162016-03-11 17:27:54

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Probabilmente si tratta solo di errori di misura combinati, in quanto non ho un misuratore di flusso preciso, quindi una goccia di flusso mi darebbe acqua più calda per meno energia. Mi fido del misuratore di temperatura, è una termocoppia digitale e mi fido del display PSU di corrente e tensione, ma la misurazione del flusso è stata solo quanto tempo ci è voluto per ottenere 100 ml di acqua ... 11 mar. 162016-03-11 17:32:09

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@DaveTweed Whoa, grazie per quello.Fisso. 12 mar. 162016-03-12 00:20:28

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Ritestato con una velocità di flusso più accurata (più costante) e il risultato corrisponde esattamente alla matematica. 14 mar. 162016-03-14 09:28:31