Thermodynamik03

Technik Mechanik & Konstruktion
#1

Hallo Leute,

ich möchte eine Kunsstoffpulverschicht auf einen runden Tischplatte durch ein IR-Strahler bis zu 250°C von einer Entfernung ab 200 mm aufheizen.
Da ich den Strahler nicht mittig parallel (das wäre die einfachste Lösung)aufbauen kann, muss ich sie seitlich aufbauen.
Um eine gleichmäßige Temperaturverteilung hinzubekommen dachte ich mir 2 Strahler jeweils gegenüberliegend zu aufzustellen.
Jetzt wüsste ich gern in welcher Winkel/ Abstand /Höhe ??
Hat jemand schon mal damit zutun gehabt?
wer kann mir weiterhelfen?

Wären Reflektoren/Projektoren ratsam?

#2

Hi!

Also Strahlung ist nicht mein Gebiet, aber wenn ich nen Moment Zeit finde, dann schau ich mal, ob ich in meine Unterlagen nicht etwas dazu finde.
Ich sehe gerade nur ein paar Probleme

Wir vernachlässigen mal, dass die Quelle quasi kubisch abstrahlt, da der Abstand klein ist und die Tischplatte auch recht klein ist.

Bei einer Anordnung zentral über dem Tisch könne man mit nahezu prallelem Licht rechnen, aber durch die seitliche Anordnung müsste man ggf. davon abweichen, weil die entfernte Tischseite weniger Wärme abbekommt. Kannst dir ja selber einmal eine Punktquelle zeichnen und alle 10° einen „Strahl“ einzeichnen und dann leg da mal schräg deinen Tisch rein. Die Energie, die deine Tischplatte abbekommt ist proportional zu 1/r².
Durch die Schräge Anordnung der Tischplatte ist jeder Punkt der Platte etwas weiter entfernt als der vorherige und die Energie, die dort ankommt ist somit geringer.
Dadurch bekommst du auf keinen Fall eine gleichmäßige verteilung und du must dir wohl eine Lösung zur gleichmäßigen Verteilung einfallen lassen.

Zusätzlich kommt das Problem dazu, dass die Lampe, wenn sie schräg ausgerichtet ist, keinen Kreis mehr auf eine ebene Fläche wirft. Es wird sich eine Ellipse abzeichnen, die eventuell noch einmal die Temperaturverteilung zu deinen Ungunsten verändert.

Wenn die Ellipse die ganze Platte abdeckt, dann kann eine gegenüberliegende dir eventuell weiterhelfen, aber das musst du dir mal durchrechnen.
Maximum auf der Platte aus Lampe 1+Minimum aus Lampe 2 könnten so zusammenfallen, dass du eine ungefähr konstante Temperatur auf der Oberfläche erhälst.

Wenn du mal ein paar mehr Eckdaten hast, wie Leistung der Lampe, Abstrahlwinkel, Tischgröße usw., dann kann ich mir das mal im Rechner konstruieren und die Energieverteilung austüfteln. Wenn du dann noch Wärmekapazitäten, Massen und Leitwerte hast, dann kann man auch erste Näherungen für dein Problem aufstellen.

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

#3

Danke für deine schnelle Rückantwort und Hilfe.
Gerade weil man ja ebend mit einem Strahler keine homogene Temperaturverteilung hinbekommt sollen 2 Strahler gegenüberliegend mit gleicher Höhe,Leistung, Winkel,Lage zum Tisch eingebaut werden damit sie sich gegeneinander ausgleichen.
Es ist kein Lampe.IR-Strahler ist in Rohrstabsform.

Die Auswahl der Strahler ist noch nicht endgültig.

Daten: 400 W Strahlerleistung müssten wohl reichen um Kunststoffpulverschicht ( 0,2mm Schichtdicke) in 300 mm Abstand auf ein runden Tisch mit 120 mm Durchmesser
zu erwärmen.
Cp= 2000J/kgK m= 1g Pulver

Pulver: PA12

#4

Hi!

Habe gerade kleine OPhinter mir, aber trotz schmerzlittel denke ich dass mein Überschlag korrekt, der dazu führt, dasss ic dir sage, dass du dir auf jeden Fall eine Art Reflektor besorgen solltest.
Annahme: deine Röhre strahlt gleichmäßig ab, wie ein Zylinder. Dann kannst du die Leisung deiner Lampe auf die Oberfläche beziehen. Du merkst als, dass deine Energie/Fläche mit dem Abstand wieder abnimmt.
O=2*Pi*r*l

Ich habe mir eine kleine Skizze gemacht und GESCHÄTZT, dass bei einer Höhe von 212mm und einem Abstand von 212mm zum Plattenmittelpunkt nur ca. 30° von den gesamten 360 genutzt werden und der Rest heizt die Umgebung. Dadurch ergibt sich, dass du nur 33,33W auf deinen Tisch aufbringst.

Ich schnapp mir gleich mal nen größeren Zettel (bzw. lass mir einen bringen :smiley:) und schau, dass ich das ganze mal in Excel einbaue, so dass man besser mit den Werten spielen kann …

Schreibe dann noch einmal und ggf musst du mir dann mal ne Mail-addy geben, so dass ich dir die Tabelle schicken kann.

Gruß Moe

#5

Hi Sui06,

ich habe meine Bettruhe mal genutzt und in Excel ein paar Zahlenspiele betrieben. Alles bis jetzt rein trigonometrisch, aber es bestätigt die Annahme.
Ich habe mal folgendes Angenommen:
Deine 300mm Abstand beziehen sich auf den Mittelpunkt
Der Winkel zwischen diesem Mittelpunktsstrahl zur Lampe und der Tischplatte ist die Basis für Berechnungen, also kann man über Variation dieses Winkels sich entsprechende Zahlen durchspielen. Ich habe als Basis mal 45° angenommen.
Zudem nehme ich fürdie Folgenden Zahlen an, dass deine IR-Röhre so lang ist wie dein Tisch Durchmesser hat.

daraus ergibt sich, dass nur 36° von 360 des Lampenlichts auf den Durchmesser treffen. dadurch nutzt du nur 10,1% der Energie, wenn du die restliche Energie nicht irgendwie auf die Platte lenkst. Dazu kommt, dass du bei einem Kreis nur 78% von der Quadratfläche nutzt. Somit geht noch einiges von der Lampenenergie verloren und du landest bei einem Gesamtwirkungsgrad von 7,9%.
Es landen also tatsächlich nur 31W auf deiner Tischfläche (ungleichmäßig verteilt)
Wenn du nun eine Lampe genau gegenüber anbringst, dann überlagern sich die Maxima und Minima so, dass du auf einen gleichmäßigen Energieeintrag kommst.
Aber es gehen trotzdem 738W an deiner Platte vorbei.

Bis jetzt habe ich nur Zahlen in Excel. Wenn ich ne Skizze mache, dann kann ich dir die Tabelle mal schicken. Willst du sie?

Mal grob überschlagen mit Cp*dT*m=2000*230*0,001 benötigst du 460Js
Deine Lampeliefert zwar 400Js, aber du nutzt ja nur knapp 32 davon. Also braucht der Vorgang 14Sek.
Dazu kommt, dass du auch noch die Umgebung aufheizen musst. Wenn man nur Luft von 0,14Kilo dazu nimmt brauchst du 83sek und voll 400W aus der Lampe um diese auf 250Grad zu bekommen. Allerdings siehst du schon, dass dabei keine Konvektion, das Tiaschmaterial (das sich mit erwärmt) und die Abschirmung nicht berücksichtigt werden.
83Sek+14Sek hören sich jetzt super an (und ich habe nur mit einer Lampe gerechnet), aber diese Werte wirst du nie erreichen, weil du dazu eine Abschirmung bräuchtest, die sich nicht erwärmt usw. Zudem wurde mit trockener Luft gerechnet. wenn du feuchte Luft hast verschlimmert sich die Sitzation noch etwas, weil Wasser eine 4-fach höhere Wärmekapazität als Luft (1007 J/KgK) hat.

Hast du schon eine Idee wei du den Raum abschirmst?
Da mir langweilig ist kannst du mir ja mal eine Beschreibung liefern und vielleicht kennst du ja schon den ungefähren Wärmeverlust deiner Konstruktion…

Gruß Lars

#6

Meiner Meinung nach solltest du lieber eine Art Ofen bauen und da 2 kräftige Heizelemente reinpacken.
Die haben dann vll eine Höhere leistungsaufnahme, aber müssen eventuell nicht so lange laufen.

#7

Hallo Lars,
danke erstmal das du dir so viel Zeit für diese Angelegenheit nimmst.
Ich gebe dir mal mein Email damit du mir mal die Unterlagen und Zeichnungen schicken kannst.
Ich kann dir auch Zeichnungen von der Konstruktion schicken die dir weiterhelfen könnten.

[email protected]

Gruss

Suat