Temperatuur constant houden

Jody stelde deze vraag op 31 januari 2020 om 09:32.

 Beste,

Ik heb water van 4 of 35°C en wil dit exact terugbrengen naar 20,00°C. Hiervoor heb ik 3 meter teflonslang van 3mm OD diameter rondom een 2 cm RVS staaf gewikkeld. Rondom geïsoleerd. De flow van het water is 20 seconden 100 ml/min en daarna 5 minuten 10 ml/min. Als ik rondom kamertemperatuur begin dan werkt het wel, maar uitgaande van 4°C, dan zakt de uitgaande temperatuur met circa 3°C.

Ik vermoed dat ik voldoende warmtecapaciteit heb in mijn RVS en dat het meer te maken heeft met de overdracht. Als ik het namelijk onderdompel in een waterbad van 20°C werkt het wel. Nu zou ik er een koker van vloeistof (bijvoorbeeld Ethyleen glycol oid) rondom kunnen doen en dit gezamenlijk met de RVS staaf kunnen koelen tot 20°C.

Hoe kan ik berekenen hoeveel de temperatuur zakt en hoeveel glycol of water er rondom nodig is?

Wat ik heb getracht te berekenen is met Q=m*Cv*ΔT 
m = circa 100 gram water 4.18 J/g*°C en 20-4 = 16°C
Q= ca. 7000 J
massa RVS = 500 g Dus aan warmtecapaciteit = 500*0.5*16 = 4000J beschikbaar

Daarmee 3000J tekort heb ik dan rondom 3000/4.18*20= 35 gram water nodig ?

 

Reacties

Theo de Klerk op 31 januari 2020 om 09:53
> wil dit exact terugbrengen naar 20,00°C.
> Als ik het namelijk onderdompel in een waterbad van 20°C werkt het wel

Als ik je goed begrijp lijkt het toch erop dat de RVS pijp warmte afstaat aan een omgeving die een lagere temperatuur dan 20ºC heeft en ondanks isolatie er toch energietransport naar buiten plaatsvindt.

Een extra buis met glycol rondom de RVS buis zorgt voor een 2e energie transport laag. Daarmee kan wellicht het afkoelen van RVS worden vertraagd, maar zal uiteindelijk wel gebeuren.

Uiteindelijk moet dat ook wel: bij perfecte isolatie blijft alle energie (warmte) binnen en koelt er niets af: wat 20º is blijft 20º, wat warmer is warmer etc.

Jan van de Velde op 31 januari 2020 om 10:38
Dag Jody,

Uitgaande van een stalen staaf van 20oC en een op te warmen vloeistof van 4oC gaat die vloeistof er NOOIT op 20oC uitkomen: als de staaf de vloeistof opwarmt is de logische gevolgtrekking dat de vloeistof de staaf ook afkoelt. Bij een grote staaf en weinig vloeistof komt die vloeistof er op zijn best voldoende dicht bij de 20oC uit.

Dan nog een praktische vraag: Je zegt dat een waterbad goed werkt. Waarom dan gaan "modderen" met stalen staven en kokers met ethyleenglycol of weet ik wat? 

Groet, Jan
Jody op 31 januari 2020 om 10:47

Beste Jan

een warmtebad of cryostaatbad kunnen we daar niet hebben te groot en te omslachtig. 

gr. Jody 

Jody op 31 januari 2020 om 10:49
En we gebruiken peltier elementen om de rvs staaf te koelen en te verwarmen exact op 20C
Jan van de Velde op 31 januari 2020 om 11:52

Jody plaatste:

En we gebruiken peltier elementen om de rvs staaf te koelen en te verwarmen exact op 20C
ah zo...
Dan lijken mij berekeningen aan de warmtecapaciteit van die RVS-staaf ook overbodig, als je toch kunt regelen. 

In dat geval komt het erop aan om  te zorgen voor een zo groot mogelijk contactoppervlak tussen slang en staaf, en dat is bij simpel wikkelen niet zo groot, zoals ik de huidige opzet begrijp:


hoe kleiner dat contactoppervlak, hoe kleiner de warmte-overdracht tussen slang en staaf, en dat contactoppervlak tussen een rond slangetje en een plat oppervlak is natuurlijk niet groot.

Ik zit dan even te denken, is een "thermal contact paste" (google) een optie?



Dat soort spul gebruiken ze bijvoorbeeld ook om een goed thermisch contact te maken tussen computerchips en die koelribben:



Zal (veel) beter geleiden dan ethyleenglycol o.i.d., geen risico op lekkages etc,
Nog even rondom inpakken met een isolerende laag om invloeden van de omgevingstemperatuur te verminderen.

Jody op 31 januari 2020 om 12:43

Helpt ook inderdaad bedankt voor de suggestie, maar ik weet niet of de peltier snel genoeg is om de rvs staaf constant te houden tijdens doorstromen. Vandaar dat ik dacht dat de vloeistof naast snellere warmteoverdracht ook als buffer kon dienen. 

 

Jan van de Velde op 31 januari 2020 om 14:47
Dan wordt het eerder een kwestie van vermogen(s) van je Peltier-element(en) 

in een minuut 0,1 x 4200 x 16 = 6720 J

P=E/t = 6720/60 = 112 W. 

Inderdaad zal elke massa, of dat nou ethyleenglycol(oplossing?) is of wat anders, die je rondom die slang toevoegt de buffercapaciteit van je apparaat vergroten, alleen zal dat in een stilstaande vloeistof ook maar beperkt merkbaar zijn bij zo'n kortdurend proces. Er zal, als je het water moet opwarmen, rondom je slangetjes een laminair patroon van aflopende temperaturen optreden. Wat er aan buffer aanwezig is wordt dus mogelijk te laat merkbaar. 

Als die uit-temperatuur behoorlijk kritisch is lijkt een tegenstroom-warmtewisselaar de betrouwbaardere optie:

Jody op 31 januari 2020 om 15:05
Bedankt Jan, daar ga ik eens naar kijken. Misschien kan ik de liter rondpompen inderdaad via een peltier element soort mini cryostaat bad. Dan verklein je de filmlaag inderdaad rondom de spiraal. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

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

Clara heeft tien appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Clara nu over?

Antwoord: (vul een getal in)