Temperatuur in boiler na gebruik

Rutger stelde deze vraag op 09 maart 2020 om 19:24.

Goedenavond,

Ik wil graag berekenen wat de temperatuur in het boilervat wordt op het moment dat ik er water uit ga tappen.

De volgende formule kwam tijdens mijn opleiding telkens terug voor diverse doeleinden en ik dacht deze nu ook te kunnen gebruiken als ik hem een beetje aanpas: P=Q.C.ΔT Ik ben nu dus benieuwd of dat zomaar kan.

ik ben ervan uitgegaan dat ik de delta uit de formule kan verwijderen en dat ik dan de formule kan gebruiken om aan te tonen hoeveel energie er in het vat zit voordat ik begin met douchen

P=Q.C.T
P= vermogen in Kj
Q= Massa in kg (1dm³=1kg)
C= soortelijke massa in kJ/kg.K
T= temperatuur in °C

Inhoud boiler: 80l
temperatuur in boilervat 70°C
Temperatuur boiler intrede: 40°C (dit komt vanaf een voorverwarmer)
warmwaterverbruik douche 7,5l/m

hieronder de berekening van de boilertemperatuur na 1 minuut
energie in het vat:
Pboiler= 80 . 4,2 . 70
Pboiler= 23520 kJ

ik haal 7,5 liter uit het vat:
Puit= 7,5 . 4,2 . 70
Puit= 2205 kJ

En omdat ik 7,5 uit het vat haal moet ik ook weer 7,5 toevoegen aan de boiler, dit komt dan vanaf de voorverwarmer:

Pin= 7,5 . 4,2 . 40
Pin= 1260 kJ

Pboiler - Puit + Pin = Pboiler na 1 minuut
23520-2205+1260 = 22575 kJ
na 1 minuut zit er nog 22575kJ in het vat.

om terug te rekenen naar temperatuur in het vat:

= 67,18

de temperatuur in het vat na 1 minuut tappen is dan dus 67,18°C

klopt deze berekening? of klopt de formule niet meer doordat ik er iets uit verwijderd heb?

Reacties

Theo de Klerk op 09 maart 2020 om 19:51
Enkele zaken kloppen al niet, dus die eerst maar eens rechtzetten:

> Q= Massa in kg (1dm³=1kg)    
Massa is geen volume. Alleen voor water kun je stellen dat 1 dm3 water de massa heeft van 1 kg  ( m = ρV)

> P= vermogen in Kj
Vermogen wordt in energie/tijdseenheid gegeven, dus zou kJ/s moeten zijn (k voor kilo, J voor joule, niet Kj)

> C= soortelijke massa in kJ/kg.K
Soortelijke massa is massa per volumehoeveelheid. De C in dit soort formules is de soortelijke warmte: de energie nodig om 1 massa-eenheid (kg) 1 graad te verhogen.
Eenheid normaal in J/(kgK)   of in duizend-tallen als kJ/(kgK) wordt gebruikt.

> ik ben ervan uitgegaan dat ik de delta uit de formule kan verwijderen
Nee, want het is het temperatuursverschil waarvoor energie nodig is. Dus ΔT = Teind - T begin

>Inhoud boiler: 80l
ofwel 80 dm3 = 80 . 10-3 m3

>Temperatuur boiler intrede: 40°C 
En hier is dus ΔT van belang: wat is de temperatuur bij uittreden? En daarmee het verschil

>warmwaterverbruik douche 7,5l/m
en hier begint het probleem pas leuk te worden maar ook complex. Warm water stroomt geleidelijk weg, koud water komt ervoor terug. Dit wordt weer opgewarmd.
Je kunt dus niet (anders dan "natte vinger" werk en "bierviltjesberekeningen") overal constante waarden voor nemen maar steeds wisselende: de ΔT verandert steeds en daarmee de nodige opwarmenergie.
Rutger op 09 maart 2020 om 21:04
bedankt voor de heldere uitleg van het eerste gedeelte, ik twijfelde al een beetje of ik alles juist had neergezet.

>Temperatuur boiler intrede: 40°C
En hier is dus ΔT van belang: wat is de temperatuur bij uittreden? En daarmee het verschil
de temperatuur bij het uittrede van de boiler is 70°C in het begin maar verandert naarmate ik water uit de boiler haal.  Ik wil graag weten of na 5 minuten douchen de temperatuur in de boiler nog steeds boven de 60°C is, eigenlijk maakt het benodigde opwarmvermogen mij niet zo veel uit.

of heb ik de benodigde opwarmenrgie juist nodig om de veranderende ΔT te bepalen?

is er misschien een betere formule om dit uit te rekenen?
Theo de Klerk op 09 maart 2020 om 21:18
>Ik wil graag weten of na 5 minuten douchen de temperatuur in de boiler nog steeds boven de 60°C is, 

Dat is dus niet zo simpel. Je hebt hier met een niet-statisch systeem te maken: er stroomt heet water uit de boiler. Dat wordt aangevuld met koud water dat moet worden opgewarmd. Afhankelijk van hoeveel er heet uitstroomt (en in gelijke mate koud instroomt) is er warmte (energie) nodig om alles weer op te warmen. 
Het boilerwater zal gemiddeld in temperatuur dalen en nooit meer de eindtemperatuur bereiken omdat steeds (half) opgewarmd water ook weer verdwijnt.
Je moet dus "per seconde" uitrekenen:
1) hoeveel koud water is ingestroomd (stel X m3)
2) hoeveel warmte wordt in de volgende seconde geleverd voor opwarming (P)
3) wat is in die volgende seconde dan de temperatuur van het vernieuwde water?
(P = mcw(Teind - Tbegin)  daaruit is Teind te berekenen)
4) opnieuw verdwijnt er die seconde een zelfde volume water (X) en wordt meer koud water toegevoegd.
5) Herhaal stap 3 waarbij Tbegin de Teind van stap 3 is
etc

Daarvoor is niet een simpele formule te vinden maar zul je je moeten verlaten op een rekenmodel - bijv. in Excel of in Coach waarin je van seconde tot seconde laat berekenen wat de eind temperatuur na 1 seconde is. 
En dat is dan in het ideale geval want in praktijk zal water rondom het verhittingsspiraal een hogere temperatuur hebben dan water wat verderop en duurt het even voordat de warmte gelijkelijk wordt doorgegeven (niet voor niets wordt vaak geroerd om dat proces te versnellen).

Dit is het bekende "keukenkastboilertje" probleem: je hebt meteen heet water, maar na een wasbak vol is het uitstromende water vrijwel afgekoeld tot kamertemperatuur.
Theo de Klerk op 10 maart 2020 om 15:47
Ik heb zo'n temperatuursverloop eens laten uitrekenen in Excel (zie bijlage) met de aannamen van hierboven. Plus een boilervermogen van 2000 W. Je kunt boilervolume, vermogen, uitstroomsnelheid aanpassen aan eigen wensen (groene velden) - de nodige velden worden daarna uitgerekend (rode velden - niet wijzigen). Aanname is dat water in de hele boiler elke seconde overal dezelfde temperatuur heeft (wat niet waar is - mengen duurt even).

Voor 2000 W ontstaat dan gedurende 600 s (10 minuten) een temperatuursdaling van een paar graden. Meer vermogen: minder afname (of zelfs toename!)

Bijlagen:

Rutger op 10 maart 2020 om 17:35
Hier maak je mij heel blij mee Theo! De uitleg was duidelijk maar dit vertalen naar excel was weer een nieuwe uitdaging, dus hiermee ben ik geholpen.

Bedankt! :)
Theo de Klerk op 10 maart 2020 om 17:40
... en het resultaat is wat minder variabel dan ik vermoedde. Terugkijkend: een hoeveelheid energie verdwijnt met uitstromend water, een hoeveelheid komt er voor in de plaats en een vaste hoeveelheid energie door vermogen van de boiler.
Uiteindelijk een "netto" vaste in- of uitstroom van energie en daarmee een vast energieverlies (of toename) waardoor de temperatuur (=energiemaat) met vaste trend afneemt of toeneemt.

Maar goed - die wijsheid bedacht ik na het zien van de stapsgewijze resultaten.

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Ariane heeft negentien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Ariane nu over?

Antwoord: (vul een getal in)