Warmteoverdracht basalt gesteente
Ramon stelde deze vraag op 14 februari 2019 om 10:42. Beste,
In een zee container met de afmetingen : 12,035 x 2,350 x 2,385 mm, bevindt zich drie stalen leidingen. De leidingen liggen boven elkaar, maar zijn door middel van basalt gesteente van elkaar gescheiden. Verder zijn de leidingen als een warmtewisselaar geconstrueerd. Voor de rest is de gehele container gevuld met basalt gesteente. De container is vervolgens geïsoleerd met een meter dik steenwol.
Nu worden de stalen leidingen door middel van spanning (elektrische energie) verwarmd tot een eindtemperatuur van ongeveer 500 graden. Tijdens dit proces geleidt er thermische energie naar de basalt gesteente.
Nu is mijn vraag:
Kan iemand mij opweg helpen met:
- Hoeveel elektrische energie kost het totdat de basalt gesteente ook een temperatuur van 500 graden bereiken en wat zijn hierbij met thermische verliezen?
- Wat nu als er een medium door de stalen leidingen stroomt?
Stel:
Toegevoerde elektrische energie: 50*103 J/s
Soortelijk dichtheid:basalt: 2800 kg/m3 - staal: 7800 kg/m3
Soortelijk warmte: basalt: 0,84 kJ/(kg*K) staal: 0,5 kJ/(kg*K)
Warmte capaciteit: basalt: 2400 kJ/(m3*K) staal: 3800 kJ/(m3*K)
Warmte geleiding: basalt: 3,5 W/(m*K) staal: 58 W/(m*K)
Massa basalt: 140 ton
Reacties
Als de container goed geisoleerd is dan zal het basalt uiteindelijk de temperatuur krijgen van de leidingen. Maar hoe heter de inhoud, hoe groter het warmtelek naar buiten (warmtestroom die weglekt is evenredig met oppervlak container, temperatuursverschil tussen binnen- en buiten, dikte van de isolatie (lek) en de warmtetransmissie coefficient van de isolatie). Uiteindelijk zal zich een evenwicht instellen waarbij de leidingen evenveel warmte toevoegen als er aan de buitenranden verdwijnt.
Alvast bedankt voor uw reactie, Theo!
perfecte isolatie bestaat niet.
Je zou wel eerst eens kunnen gaan rekenen alsof, dat is niet zo heel moeilijk, Q= mcΔT.
daarna kunnen we eens kijken of we de reële warmteverliezen ongeveer zouden kunnen berekenen, d.m.v. warmtegeleidingscoëfficiënten en warmte-overdrachtscoëfficiënten. Als je die twee woorden niet begrijpt en er nog geen eenvoudige berekeningen mee gemaakt hebt, is deze container een stap te ver.
Groet, Jan
Bedankt voor uw reactie!
Die twee woorden begrijp ik en een uitdaging ga ik zeker niet uit de weg! Ik ga me weer vermaken met de boeken. Bedankt voor de hulp!
Bij iets dat ideaal geïsoleerd is, hoeft dat ook niet. Maar niets is dat. Ook kokende koffie in een thermosfles koelt uiteindelijk eerst een beetje en later helemaal af tot de buitentemperatuur is bereikt. De isolerende fles zorgt er wel voor dat dit lang kan duren.
De warmte nodig om m kg basalt ΔT graden te verwarmen is gelijk aan mcΔT waarbij c de specieke warmte is die nodig is om 1 kg basalt 1 graad te verwarmen (tabel opzoeken). Bij ideale isolatie hoeft die energie maar 1x toegevoegd te worden (via heet water of hete koffie of via verwarmingsdraden gedurende tijd Δt: E = P.Δt = U.I.Δt. - de bron van opwarming is niet belangrijk, wel de erdoor geleverde energie).
De praktijk leert dat al van het eerste moment warmte toegevoerd toch verloren gaat door imperfecte isolatie. En wel met energie"verlies" per seconde P = AΔTλ/d als ΔT het temperatuursverschil van basalt en de omgeving is, A het oppervlak van alle wanden van de container waarlangs de energie weglekt, d de dikte van de isolatie (hoe dikker, hoe minder verlies) en λ de tabelwaarde die aangeeft hoe goed het materiaal isoleert (hoe kleiner, hoe beter).
- Wat nu als er een medium door de stalen leidingen stroomt?
E = (500 - 20) x volume container x dichtheid basalt x s.warmte basalt = 480 x 140 .103 x 8400
( we negeren nu even dat de buizen in de container en doen alsof die geen significant volume hebben tov de hele container basalt (bijv minder dan 1%).
Of en welk medium er door de buizen stroomt is irrelevant voor de warmteafgifte aan het basalt. Zolang het basalt maar opwarmt.
Verliezen? Q = opp containerwanden x (500 - 20) x 1/1 x λglaswol elke seconde.
