Practicum: Fysische en Chemische echnologie. WARMEWISSELAAR (Groot) Auteur: N.M. Leurs Revisie:. Schmeetz/ D. Dijkstra Versie: 1.3 Datum: augustus 2010 Laboratorium Procestechnologie
Inhoud 1. Inleiding... 3 1.1. Doel... 3 2. heorie... 4 2.1. Meestroom en tegenstroom... 4 3. Opstelling... 6 3.1. Voorbereiding bij opstarten van de warmtewisselaar... 6 3.2. Het bedrijven van de warmtewisselaar... 6 3.3. Uit bedrijf nemen van de warmtewisselaar... 6 4. Uitvoering van experiment... 7 4.1. Warmte overdracht bij gelijkstroom bij debiet=50%... 7 4.2. Warmteoverdracht bij gelijkstroom bij verschillende stroomsnelheden... 7 4.3. Warmteoverdracht bij tegenstroom bij een debiet van 50 %... 8 4.4. Warmteoverdracht bij tegenstroom bij verschillende stroomsnelheden... 8 Bijlage 1 Algemene gegevens warmtewisselaar... 9 Bijlage 2 Meetstaat... 10 De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 2 van 10 Versie 1.3
1. Inleiding In het Chemisch echnologisch laboratorium bij de Hogeschool Zuyd kunnen verschillende proeven door de student uitgevoerd worden. Een van deze opdrachten is de kleine warmtewisselaar. De opstelling van de warmtewisselaar is op de voorpagina van dit voorschrift te zien. In veel processen speelt warmteoverdracht een grote rol. Dit kan het opwarmen en afkoelen van een materie door een andere materie zijn. Met tegenstroom en gelijkstroom principe. In de procesindustrie wordt bijvoorbeeld met behulp van warmtewisselaars van deze energiestroom gebruik gemaakt. In de volgende hoofdstukken zal de opstelling, uitvoering en theorie uitvoerig uitgelegd worden. 1.1. Doel Het doel van deze opdrachten is om de theorie, eventueel reeds opgedaan in de lessen, te toetsen aan de praktijk. Hierdoor wordt meer kennis en vaardigheid opgedaan betreffende het onderwerp warmteoverdracht en stroming. Dit met het gelijkstroom en tegenstroom principe. De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 3 van 10 Versie 1.3
2. heorie 2.1. Meestroom en tegenstroom Q h. A (1) Meestroom egenstroom ln groot ln groot klein klein (2) De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 4 van 10 Versie 1.3
Opgenomen energie = Overdrachtsenergie = Afgestane energie Berekening Afgestaan = - opgenomen Q t q m c (3) Fout! Gebruik het tabblad Start om 0 toe te passen op de tekst die u hier wilt weergeven.-1 Overgedragen: U A (4) 1 h r i i n 2 l ru ln( ) r k i 1 h r u u (5) 1 U 1 h x k 1 i h u Aantal buizen (6)!!! Uitgebreidere theorie over dit onderwerp, staat uitgelegd in het voorschrift van de kleine Warmtewisselaar!!! De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 5 van 10 Versie 1.3
3. Opstelling De opstelling is te zien op de foto op de eerste pagina. 3.1. Voorbereiding bij opstarten van de warmtewisselaar - Controleer of alle afsluiters van de opstelling dicht staan; - Open de hoofdafsluiter van het koelwater; - Zet de voedingschakelaar op stand ON ; - Regel de Vadometer (links) warmwater op 50 %; - Zet de schakelaar regelaar op ON ; - Stel de temperatuur van het warme water in op 50 C; - Bestudeer de tekening die boven de warmtewisselaar hangt. Zodoende weet je welke vadometer voor het warme en het koude water is. 3.2. Het bedrijven van de warmtewisselaar - Wanneer een stationaire toestand is ingetreden, kunnen de temperaturen bij verschillende debieten worden gemeten. - Het experiment bestaat uit twee delen: 1. Metingen bij tegenstroom en gelijkstroom. 2. Metingen bij verschillende debieten, deze dan ook gecombineerd met gelijk- en tegenstroom. - Let op tijdens het uitvoeren, dat de vadometer op de juiste waarde blijft, deze wilt wel eens graag iets fluctueren. - Zoek op, hoe je een vadometer moet aflezen?! 3.3. Uit bedrijf nemen van de warmtewisselaar - Zorg dat alles uitgeschakeld is. - Kijk of de afsluiters dicht zijn en de hoofdafsluiter ook dicht is. - Zet de voedingschakelaar uit. - Maak alles schoon en ruim alles netjes op. De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 6 van 10 Versie 1.3
4. Uitvoering van experiment 4.1. Warmte overdracht bij gelijkstroom bij debiet=50% 1. Regel de warm watertoevoer op 50 %; 2. Regel de koud watertoevoer op 50 %; 3. Neem nadat het systeem stabiel is, de volgende parameters op: a. zowel de analoge als de digitale temperaturen b. de beginstand (bij stabiele situatie) van de kwh meter; c. de eindstand van de kwh meter (na 10 minuten). 4. Verwerk al deze gegevens in een overzichtelijke en duidelijke tabel. a. Maak aan de hand van de gegevens een grafiek voor gelijkstroom. b. Bereken hoeveel warmte is afgestaan en opgenomen. Maak hierbij gebruik van de volgende formule: Q= m * c * voor warm en koud water. c. Controleer of de berekende opgenomen hoeveelheid warmte van het warme water overeenkomt met de afgegeven energie door de elektrische verwarming. d. Controleer of de warmte die is afgestaan door het warme water overeenkomt van de warmte die is opgenomen door het koude water. e. Verklaar het verschil. 4.2. Warmteoverdracht bij gelijkstroom bij verschillende stroomsnelheden 1. Regel de warmtetoevoer op 40 % en de koude op 60 %. 2. Neem nadat het systeem stabiel is, de volgende parameters op: a. zowel de analoge als de digitale temperaturen b. de beginstand (bij stabiele situatie) van de kwh meter; c. de eindstand van de kwh meter (na 10 minuten). 3. Verwerk al deze gegevens in een overzichtelijke en duidelijke tabel.. a. Maak aan de hand van de gegevens een grafiek voor gelijkstroom. b. Voer dezelfde opdracht uit maar nu bij koud 40% en warm 60 %, koud 70% en warm 30% en koud 30% en warm 70%. c. Bereken aan de hand van de gegevens uit opdracht 4.1 en 4.2 de k-waarde. Maak hierbij gebruik van de volgende formule: d. Q = k * A * ln. Controleer eerst of je het rekenkundige of het logaritmische gemiddelde kunt toepassen. e. Welke conclusie kun je uit de gegevens van opdracht 4.1 en 4.2 trekken. De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 7 van 10 Versie 1.3
4.3. Warmteoverdracht bij tegenstroom bij een debiet van 50 % 1. Regel de warm watertoevoer op 50 %. 2. Regel de koud watertoevoer op 50 %. 3. Neem nadat het systeem stabiel is, de volgende parameters op: a. zowel de analoge als de digitale temperaturen b. de beginstand (bij stabiele situatie) van de kwh meter; c. de eindstand van de kwh meter (na 10 minuten). 4. Verwerk al deze gegevens in een overzichtelijke en duidelijke tabel. a. Maak aan de hand van de gegevens een grafiek voor tegenstroom. b. Bereken hoeveel warmte is afgestaan en opgenomen. c. Controleer of de berekende opgenomen hoeveelheid warmte van het warme water overeenkomt met de afgegeven energie door de elektrische verwarming. d. Controleer of de warmte die is afgestaan door het warme water overeenkomt van de warmte die is opgenomen door het koude water. e. Verklaar het verschil. f. Verklaar het verschil in de metingen van de analoge digitale temperatuurmeters. 4.4. Warmteoverdracht bij tegenstroom bij verschillende stroomsnelheden 1. Regel de warmtetoevoer op 40 % en de koude op 60 %; 2. Neem nadat het systeem stabiel is, de volgende parameters op: a. zowel de analoge als de digitale temperaturen b. de beginstand (bij stabiele situatie) van de kwh meter; c. de eindstand van de kwh meter (na 10 minuten). 3. Verwerk al deze gegevens in een overzichtelijke en duidelijke tabel. a. Maak aan de hand van de gegevens een grafiek voor tegenstroom. b. Voer dezelfde opdracht uit maar nu bij koud 60% en warm 40 %, koud 70% en warm 30% en koud 30% en warm 70%. c. Bereken aan de hand van de gegevens uit opdracht 4.3 en 4.4 de k-waarde. Controleer eerst of je het rekenkundige of het logaritmische gemiddelde kunt toepassen. d. Welke conclusie kun je uit de gegevens van opdracht 4.3 en 4.4 trekken? De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 8 van 10 Versie 1.3
Bijlage 1 Algemene gegevens warmtewisselaar - Oppervlakte warmtewisselaar 0,72 m 2. - Elektrische verhitter Vermogen 20 kw. - wee flowmeters. Max. debiet 1210 l/h (lineair). De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 9 van 10 Versie 1.3
Bijlage 2 Meetstaat Rompzijde *1.Analoog *2.Analoog *1.Digitaal *2.Digitaal Beginstand KWH meter Eindstand KWH meter R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R 7 *Deze metingen twee keer doen om te controleren of de temperatuur stabiel is. Ongeveer 10 minuten tussen elke meting laten. Pijpzijde *1.Analoog *2.Analoog *1.Digitaal *2.Digitaal Beginstand KWH meter Eindstand KWH meter P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 P 7 *Deze metingen twee keer doen om te controleren of de temperatuur stabiel is. Ongeveer 10 minuten tussen elke meting laten. De Warmtewisselaar (Groot) Pagina 10 van 10 Versie 1.3