Temperatur berechnen?
Hallo ich habe hier ein Beispiel bei dem ich nicht weiter weiß, vielleicht kann mir wer helfen:)
Daten eines Wasserbeckens:
Volumen: 10 m^3
Wasserzulauf: 30 m^3/h
Zulauftemperatur: 20 grad bei 2 Düsen
Ablauf über Wasseroberfläche
Bauteiltemp. : 500 grad
Bauteil: 50 kg
Taktzeit: 10min
Nun meine Frage auf welche Temperatur erhitzt sich das Wasser
und aus welchem Material besteht das Bauteil?
stahl😅
1 Antwort
Wir können das so betrachten, dass pro Stunde 30 m^3 Wasser und 300 kg Bauteile gemischt werden und durch Wärmeaustausch eine gemeinsame Temperatur annehmen.
Die Anzahl der Düsen, der Ablauf und sonstige Dinge spielen keine Rolle. Auch die Größe des Wasserbeckens können wir angesichts des Durchflusses vernachlässigen. Dessen Temperatur wird sich langsam an die Mischungstemperatur angleichen.
Wir wenden also die Richmannsche Mischungsregel an. Die funktioniert sowohl mit Celsius- als auch mit Kelvintemperaturen, da sie auf den Temperaturdifferenzen beruht:
ϑm = (m1 * ϑ1 * c1 + m2 * ϑ2 * c2) / (m1 * c1 + m2 * c2)
m1 = 30.000 kg
ϑ1 = 20 °C
c1 = 4,19 kj/kgK
m2 = 300 kg
ϑ2 = 500 °C
c2 = 0,5 kJ/kgK (legierter Stahl)
und setzen ein:
ϑm = (30.000 * 4,19 * 20 + 300 * 500 * 0,5) / 30.000 * 4,19 + 300 * 0,5) °C
= 20,57 °C
Ergebnis: das auslaufende Wasser hat eine Durchschnittstemperatur von annähenrd 20,6 °C
Das klingt bei der großen Menge an Wasser und der hohen Wärmekapazität von Wasser durchaus plausibel. Durch den untermittierenden Betrieb wird es natürlich Schwankungen bei auslaufenden Wasser geben. Durch die Größe des Beckens werden die aber stark gedämpft, sodass die Temperatur nie weit über 21 °C hinausschießen dürfte.
Dann muss man das neu berechnen, wobei man nur m2 entsprechend anpassen muss, also Bauteilmasse pro Stunde.
ist die Temperatur des Wassers nicht sehr gering? da ein bauteil 500grad hat und wenn man 20 stück alle 10min reinlegt?😅
ist die Temperatur des Wassers nicht sehr gering?
Ja, ist ja auch jede Menge Wasser.
da ein bauteil 500grad hat und wenn man 20 stück alle 10min reinlegt?
Wenn man nicht 6 Bauteile pro Stunde, sondern 120 Bauteile pro Stunde reinlegt, wird das Wasser natürlich viel wärmer, logisch.
also kann ich somit um die Wassertemperatur des Beckens zu bestimmen die Zulauftemp plus der Auslauftemp rechnen?
Die durchschnittliche Auslauftemperatur wird in etwa gleich der Beckentemperatur sein. Das sind aber sowieso nur Näherungs- und Durchschnittswerte. Bei der ganzen Rechnung wird z.B. nicht berücksichtigt, dass ein ganzer Teil des Wassers verdampfen wird, sobald man die heißen Bauteile ins Wasser tunkt. Es werden auch nicht Konvekionsströme im Becken berücksichtigt.
aber wenn ich Qbauteil eben in dem Zeitraum berechnen will dann nimmt das ja auch ab, wie kann ich da die Änderungsrate berücksichtigen?
Wie der tatsächliche Verlauf der Wärmeabgabe stattfindet, also Q(t), lässt sich nicht so einfach berechnen. Wärmeübrtragung ist eine äußert komplizierte Angelegfenheit, bei der man die Form des Bauteils und der Wanne sowie die ganzen Strömungsverhältnisse incl. inerer Verwirbelungen und Mischungen berücksichtigen müsste. Das lässt sich allenfalls durch eine Simulation auf dem PC oder durch reale Messungen feststellen. Mit einfachen Mitteln lassen sich nur Näherungs- und Durchschnittswerte berechnen.
Wasser in Kontakt mit einem Material, welches eine Temperatur von 500 °C hat, sollte m.E. recht zugig verdampfen, oder?
Das gibt einen kurzen Dampfstoss, bis sich die Oberfläche abgekühlt hat. Theoretisch müsste man die entsprechende Verdampfungswärme berücksichtigen. Das geht aber nicht so einfach. Und je tiefer man das Bautiel eintaucht, umsomehr fallen die Dampfböasen schon wieder zusammen, bevor sie an der Oberfläche ankommen.
ok super danke dir!:) und wenn ich nun eine Stückzahl von 20 bauteilen habe und die nun alle 10min eben reingebe?😅