Energia potrzebna do podniesienia temperatury wody przepływającej przez grzejnik


7

Próbuję obliczyć, ile energii (najlepiej ogrzewania elektrycznego) muszę umieścić w grzejniku, aby podnieść temperaturę wody z powiedzmy 10 stopni C do 40 stopni C, jeśli woda płynie z prędkością 10 litrów na godzinę.

Załóżmy, że grzejnik jest sprawny w 80%.

Wiem, że to właściwe ciepło wody wynosi 4,18 J/g stopnia C, ale jak mam pracować z natężeniem przepływu?

+4

Grzejniki elektryczne są w 100% sprawne.Część ciepła całego systemu może zostać utracona dla środowiska, ale cała moc elektryczna docierająca do rezystora zostanie przekształcona w ciepło. 11 mar. 162016-03-11 13:10:07

  0

Tak, zgodziłem się, ale skuteczność transferu tej energii elektrycznej do wody jest tam, gdzie są straty.Spowoduje to utratę ciepła w przewodach doprowadzających do grzejnika, a gdy temperatura rezystora wzrośnie, jego opór również wzrośnie. 11 mar. 162016-03-11 15:14:29

+2

1: Energia elektryczna nie jest przenoszona do wody, tylko ciepło z rezystora.2: Zwiększenie oporu nie zmienia wydajności.W przypadku źródła o stałym napięciu rezystor będzie mniej zasilany.Jednak cała ta moc jest nadal przetwarzana na ciepło z zasadniczo 100% wydajnością. 11 mar. 162016-03-11 15:19:07

  0

Wydajność zależy od tego, gdzie mierzysz.Jeśli mierzysz energię na wejściu do elementów grzejnych, jest to prawdopodobnie 100% lub bardzo blisko niej.Jeśli mierzysz w pojemniku i zasilasz grzejnik za pomocą 4 lub 5 przedłużaczy, będzie on mniejszy. 11 mar. 162016-03-11 15:56:15

  0

Energia jest przenoszona do wody, energia elektryczna jest przekształcana na ciepło w rezystorze, a część tego ciepła jest przekazywana do wody, część ciepła jest również odprowadzana wzdłuż przewodów.druty te są krótkie i grube, więc wszelkie straty powinny być małe. 11 mar. 162016-03-11 17:17:40

  0

OP nie mówi, w jakim typie statku odbywa się to ogrzewanie, ale moja troska o utratę ciepła (i odpowiednią utratę sprawności systemu) byłaby spowodowana utratą ciepła przez naczynie zewnętrzne do atmosfery. 11 mar. 162016-03-11 17:54:51

  0

Naczynie jest plastikową rurą wodną, ​​którą w razie potrzeby mogłabym zaizolować, ale wydajność nie jest tak naprawdę celem testu.Po prostu muszę uzyskać 30-stopniowy wzrost temperatury wody przy niewielkiej mocy elektrycznej przy rozsądnym natężeniu przepływu. 11 mar. 162016-03-11 22:10:36

9

Wystarczy przekonwertować natężenie przepływu objętościowego na masowe natężenie przepływu przez pomnożenie przez jego gęstość.To jest łatwe dla wody:

$10 matematyka{l/h}cdot 1 matematyka{kg/l}= 10 matematyka{kg/h}= 10^4 matematyka{g/hr}= frak{10^4 }{3600}mathrm{g/s}= 2,78 matrm{g/s}$

Teraz możesz pomnożyć przez ciepło właściwe i wzrost temperatury, aby uzyskać wymaganą moc.


4

$P = dot m cdot C_p cdot Delta T$

Gdzie $P$ to moc wymagana w watach ( $dżuli/s$ )

$kropka m$ jest masowym natężeniem przepływu ( $kg/s$ ) (będziesz musiał przekonwertować przepływ objętościowy podany na masowe natężenie przepływu za pomocą $kropka m = Flow_{Vol}cdot$ gdzie $rho jest gęstością płynu)

$ C_p $to ciepło właściwe płynu ($ fr {Joule} {kilogram cd K} $)

i$ Delta T $to różnica temperatur w$ K $

W ten sposób uzyskasz moc potrzebną do podgrzania wody podczas jej przepływu.Ilość energii będzie oczywiście zależeć od tego, jak długo woda płynie.


3
  • 10 litrów na godzinę
  • 10 kg na godzinę
  • 10 000 g na godzinę
  • 166,66 g na minutę
  • 2,77 g na sekundę

Co sekundę musisz podnieść temperaturę 2,77 g wody o 30 ° C.

  • 2,77 g wody
  • 4,18 J/g ciepła właściwego
  • 11,6 J na sekundę za 1 stopień
  • 348 J co sekundę przez 30 stopni

Zakładając 80% skuteczności.

  • 348 J/80% = 435 J

Potrzebujesz 435 J/s.

Dżul na sekundę to aWat

  • 435 W
+4

Zapomniałeś o wymaganym wzroście temperatury 30C. 11 mar. 162016-03-11 15:31:40

+1

OK, więc 14.51 W to moc wymagana do podniesienia o 1 stopień C?Aby uzyskać wzrost o 30 stopni C, potrzebuję 435,3 W?To brzmi bardziej rozsądnie. 11 mar. 162016-03-11 17:13:38

  0

Właściwie to bardziej 350W.Jak powiedział Olin, utrata 20% ciepła do środowiska byłaby nadzwyczajną sytuacją. 11 mar. 162016-03-11 17:17:58

  0

OK, więc zakładając straty na poziomie 5%, 366 Watów.W moim teście włożyłem 144 waty (DC 12v @ 12A) i otrzymałem wzrost o 20 stopni, co wydaje się nieco poniżej połowy wymaganej mocy?Ignorując straty, wzrost o 20 stopni wymaga 11,6 * 20 = 232 watów.Powinienem był zobaczyć wzrost o 12,4 stopni ... 11 mar. 162016-03-11 17:27:54

  0

Prawdopodobnie to tylko połączone błędy pomiarowe, ponieważ nie mam dokładnego przepływomierza, więc spadek przepływu dałby mi gorętszą wodę dla mniejszej mocy. Ufam miernikowi temp., To cyfrowa termopara i ufam wyświetlaczowi zasilacza prąd i napięcie, ale pomiar przepływu był jak długo zajęło uzyskanie 100 ml wody ... 11 mar. 162016-03-11 17:32:09

  0

@DaveTweed Whoa, dzięki za to.Naprawiony. 12 mar. 162016-03-12 00:20:28

  0

Ponownie przetestowane z bardziej dokładnym natężeniem przepływu (bardziej stałe), a wynik dokładnie dopasował się do matematyki. 14 mar. 162016-03-14 09:28:31