water produceren uit vochtige lucht

Huisman stelde deze vraag op 22 juli 2018 om 22:37.

Quote

Vraag
Stel je wilt water maken uit vochtige lucht door deze af te koelen.

De temperatuur van de lucht is 300 Celsius, de luchtvochtigheid is 75% en het dauwpunt is 250 Celsius.

Je wilt in totaal 1 liter water produceren. Hoeveel energie heb je hiervoor nodig?

Uitwerking.
De maximale hoeveelheid water in de lucht bij 30 0C is 30,4 g/m3 .
De hoeveelheid water in 1 m3 bij een luchtvochtigheid van 75% is dus 0.75 x 30,4 = 22,8 gram.
Voor 1 liter (~ 1kg) water moet je dus 44 m3 van deze vochtige lucht condenseren.

Je hebt energie nodig om a) de lucht te koelen, b) het water in de lucht te koelen en c) het water te laten  condenseren.

a)       44 m3 lucht 5 graden afkoelen

De soortelijke warmte van lucht bedraagt 1005 J/(kg.K)

Op zeeniveau weegt een kubieke meter lucht ongeveer 1,293 kg
Q = m.c. ΔT 
Q = 44 x 1,293 x 1005 x 5
Q = 286 kJ


b)      1 liter water 5 graden afkoelen.

De soortelijke warmte van water bedraagt 4180  J/(kg.K)

Q = m.c. ΔT 
Q = 1 x 4180 x 5
Q = 21 kJ


c)       1 liter water condenseren

De condensatiewarmte van water bedraagt 2256 kJ/kg

Q = 2256 kJ


De totale energie die nodig is bedraagt dus Qa + Qb + Qc  = 286 + 21 + 2256 = 2563 kJ (= 0,7 kWh)

Mijn vraag is: klopt deze berekening en denkwijze?

Reacties:

Theo de Klerk
22 juli 2018 om 23:24
Quote
b) 1 liter water 5 graden afkoelen.
De waarden die je neemt gelden voor vloeibaar water. Vochtige lucht heeft waterdamp (zoals ook stoom dat is als damp van 100 graden en meer).

Verder reken je alsof er energie nodig is. Bij afkoelen komt juist energie vrij. Of, als dat niet vrijwillig gaat, doe je dat via een koelkast constructie. 
Jan van de Velde
23 juli 2018 om 00:09
Quote

Huisman plaatste:

..//..

a)       44 m3 lucht 5 graden afkoelen
..//..

Mijn vraag is: klopt deze berekening en denkwijze?

Dag Huisman,

klopt niet.....

Als je de lucht 5°C afkoelt BEGINT die waterdamp pas te condenseren. Dan heb je nog net geen druppel water geproduceerd. Je zou verder kunnen koelen tot 0°C, dan kan lucht nog maximaal 5 g/m3 aan waterdamp bevatten en haal je dus ongeveer 18 g waterdamp uit een kuub lucht. 

Verder klopt je aanpak ruwweg wel, alleen moet er nog een stap achteraan: de "coefficient of performance", kortweg COP, van je koeling. Afhankelijk van hoe efficient die werkt en hoe groot de temperatuurverschillen zijn heb je maar ruwweg de helft tot een kwart van die berekende energie nodig, oftwel voor 100 J elektrische energie verpomp je ongeveer 200-400 J aan warmte: het principe van elke warmtepomp (of omgekeerd: koelpomp zoals in airco of koelkast) 

Groet, Jan
Huisman
23 juli 2018 om 17:48
Quote
Heren Theo en Jan hartelijk dank voor jullie reactie. 
Hierbij aangepaste berekening. Ik heb aanname van 5 graden afkoelen naar 20 graden aangepast.



Vraag
Stel je wilt water maken uit vochtige lucht door deze af te koelen.

De temperatuur van de lucht is 30o Celsius, de luchtvochtigheid is 75% en het dauwpunt is 25o Celsius.

Je elektrische koelsysteem kan de lucht 200 Celsius afkoelen en heeft een Coefficient of Performance (COP) van 3.

Je wilt in totaal 1 liter water produceren. Hoeveel elektrische energie (kWh) heb je hiervoor nodig?

Uitwerking.
De maximale hoeveelheid water in de lucht bij 30 0C is 30 g/m3 .
De hoeveelheid water in 1 m3 bij een luchtvochtigheid van 75% is dus 0,75 x 30 = 22 gram.
Je koelt af naar 10 0C, dan kan de lucht nog max 9,5 g/m3 bevatten. Bij luchtvochtigheid van 75% dus 0,75 x 9,5 = 7 gram. Het verschil is 22 – 7 = 15 gram.

Voor 1 liter (~ 1kg) water moet je dus 66 m3 van deze vochtige lucht condenseren.

Je hebt energie nodig om a) de lucht te koelen, b) de waterdamp in de lucht te koelen en c) het water te laten  condenseren.

a)       66 m3 lucht 10 graden afkoelen

De soortelijke warmte van lucht bedraagt 1005 J/(kg.K)

Op zeeniveau weegt een kubieke meter lucht ongeveer 1,293 kg

Q = m.c. ΔT 
Q = 66 x 1,293 x 1005 x 10
Q = 857 kJ


b)      66 m3 waterdamp 10 graden afkoelen. We zijn uitgegaan van 1 liter water.

De soortelijke warmte van waterdamp bedraagt 2000  J/(kg.K)

Q = m.c. ΔT 
Q = 1 x 1,293 x 2000 x 10
Q = 26 kJ


c)       1 liter water condenseren

De condensatiewarmte van water bedraagt 2256 kJ/kg

Q = 2256 kJ

d)      De totale energie die nodig is bedraagt dus Qa + Qb + Qc  = 857 + 26 + 2256 = 3139 kJ (= 0,9 kWh).

Bij een COP van 3 heb je dus 0,3 kWh stroom nodig om 1 liter water te genereren uit deze vochtige lucht.

In het licht van deze berekening wat te denken over dit verhaal water uit lucht http://sunglacier.nl/
Theo de Klerk
23 juli 2018 om 23:12
Quote
Als je 75% verzadigde lucht hebt bij 30 graden dan zal bij afkoeling eerst alle waterdamp opgelost blijven tot je een temperatuur bereikt waarbij deze massa met 100% overeenkomt. Verder koelen blijft 100% verzadigde lucht alleen is er nu teveel waterdamp en dat teveel condenseert.

Dus waar komt die 75% bij 10 graden vandaan? Dat zal eerder 100% zijn en het teveel wat bij 30 graden nog wel opgelost is, condenseert nu.

En het artikel: niet wezenlijk anders dan de warmtepomp-gekte die zich in Nederland losmaakt. Bij ons gaat het om warmte uit de koude lucht (die nog kouder wordt) naar binnen te pompen. In het artikel gaat men door koeling (warmteafvoer uit warme lucht naar elders waar het warmer wordt) water condenseren. Wat alleen maar lukt als de verzadigingsgraad van waterdamp in de lucht (liefst ver) boven 0 % is.(15% bij 45 graden begrijp ik uit het experimentblog- een "proof of concept" bewijs, maar een productieversie moet aantonen hoe kosten (peltier-elementen, isolatie, zonnepanelen) tegen de baten (liters water) uitstaan en daarmee hoe haalbaar dit op zich ingenieuze project)

Plaats een reactie:


Bijlagen:

+ Bijlage toevoegen

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft tweeëntwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)