Hallo,
Ein 22m hoher und 11m breiter Lagertank beinhaltet
eine zu 99%
22m x 11m ??? Das ist eine Fläche, kein Volumen!
Entscheidend für die Wärmeverluste ist aber die für den
Wärmaustausch effektiv wirksame Oberfläche.
Effektiv wirksam beinhaltet auch evtl. Oberflächenstrkturen,
Befestigungen und usw., verdeckte Flächen verringern evtl.
die Verluste.Der Grundriss des Lagertanks ist kreisförmig, das habe ich
leider vergessen anzugeben.
Also heißt 11m Breite = 11m Durchmesser?
Um ein wenig Korrektheit bei techn. Angaben sollte man sich
als Techniker bemühen!
Ich betrachte alle Flächen im Tank d.h. benetzt und unbenetzt
da der Wärmeübergangskoeffizient an den jeweiligen „Stellen“
anders ist.
???
Ich bin mal davon ausgegangen, das der Tank annähernd
bis oben voll ist.
Sollte das nicht der Fall sein, hast du auch etwas andere
Bedingungen, weil im Innern dann auch erhebliche Flächen
als Übergang Gas-Festkörper wirken und im Tank man nicht
mit Strömungen bis 5m/s rechnen darf.
Das kann sicher jeder aus Erfahrung nachvollziehen, dass
bei einem halb vollen Behälter mit warmer Flüssigkeit
die unteren Flächen viel wärmer sind als die oberen.
einen Wärmeübertrager beheizt werden. Das bedeutet, die
Emulsion wird mit einer Anfangstemperatur t0=6°C
gegen den PWÜ gefahren und im Idealfall auf 10,15 oder 20°C
erwärmt. Der Volumenstrom beträgt 50m³/h, der dem Tank
zugeführt bzw. entnommen werden soll.Das ist eine Menge mit ganz erheblicher Wärmekapazität.
Meine Überlegung ist,
den Wärmeverlust für die jeweiligen Zustände zu berechen und
anhand des bekannten Wärmeverlustes den PWÜ auszulegen.Ich denke, für die Rechnung spielt das bisschen
Konvektionsverlust eh keine Rolle.
Wie kommen sie darauf, das die Konvektionsverluste keine
Rolle spielen.
Das war erst mal nur ein Erfahrungswert (nenne es Bauchgefühl),
weil 50m³/h eine große Menge Wasser ist und dieses
bekanntlich die höchste spez. Wärmekapazität hat.
Die Erwärmung der Menge von 6°C auf gewünschte 15…20°C
ist aber sehr einfach zu ermitteln.
Ich denke, wenn man einen unisolierten Stahltank bei
Umgebungstemperaturen unter 0°C betreibt, werden sicher
erhebliche Verluste auftreten.
Tja, was ist für dich erheblich? Wir wissen es nicht.
Verlust in der Größe von 30kW pro grd im Verhältnis
zu 200kWh pro Grad für die Erwärmung sind bei der Auslegung
des Wärmetausches IMHO nicht so relevant, weil man den
Wärmetauscher sicher nicht ganz knapp auf Kante dimensioniert,
sondern sicher sowieso 10…30% Reserve oder mehr einplant,
oder?
Was anders ist es, wenn die Flüssigkeit nur einmal am Anfang
erwärmt werden soll, und dann warm im Kreis läuft?
Aber so hast du deine Anfrage nicht formuliert, sondern
ganz klar von einer Einlauftemp =6°C und gewünschten
von Endtemp. = 20°C geschrieben.
Diese werden sich auf
schätzungsweise 900kw belaufen, wenn der Tank seinen
stationären Zustand erreicht hat (Produkttemp. 15°C).
Ich hatte abgeschätzt: ca 30W/(m² + K)
Das mal ca. 1000m² * 15Grd -> Nach meiner Rechnung ca. 450kW.
Das alles schon nach oben gerundet und nur unter der
Bedingung, dass auch der Tank voll ist, die Windgeschw.
tatsächlich gut 5m/s und alle Flächen auch tatsächlich
dieser Strömung ausgesetzt sind.
Wie kommst du auf 900kW ?
Meine Aufgabe ist es, diese rechnerisch nachzuweisen.
Der Wärmedurchgang der Außenwand (11mm Stahl,nicht Isoliert)
findet durch freie Konvektion+Wärmeleitung+erzwungene
Konvektion statt. Schaltet man die berechneten
Wärmeübergangskoeffizienten zusammen, erhält man einen k-Wert
und könnte so gezielt den Wärmeverlust berechnen.Wandungen usw. kannst du getrost vergessen.
Hier ist nur der Übergang von Festkörper zu Luft relevant.Randbedingungen:
Außentemperatur -5°C
Wind 5m/s
Innentemp. 6°CZur Abschätzung von Wärmeverlusten an Oberflächen gibt es
eine Faustformel:
P = ca. (5,6 + 4v) in W/(m²*grd) mit v in m/s (bis ca. 6m/s)
Bei T_diff = 11K und Wind mit 5m/s als ca. 26 W/m² Oberfläche.
Gut gerundet also ca. 30W/m².
Bei geschätzt 1000m² Oberfläche also ca. 30kW.Ich habe die 6°C Anfangstemp. einfach mal geschätzt.
Wie kommst du auch die 6°C . Kommt das Wasser aus einem Fluss?
Grundwasser/Leitungswasser wird eher nicht unter
ca. 8…10°C liegen.
Irgendwo
muss ich ja ansetzen um dann den Aufheizvorgang zu beginnen.
Ich ahne, das die Angabe mit dem Aufheizen von 6°C auf 20°C
ganz anders gemeint war 
Keine Ahnung, was du da konkret für Bedingungen hast.
Welche Endtemperatur erreicht wird, hängt von meiner
Energiequelle ab. D.h. wieiviel Wärme kann ich übertragen PWÜ
und was kann die Pumpe umwälzen. Ich kann somit auch nicht
sagen, welche Temperatur sich im Tank einstellt. Ich wollte
nun die Wärmeverluste für versch. produktemp. berechnen und
schauen, ob das ein PWÜ übertragen kann + ob die Pumpe diese
in den Tank befördern kann.Bei 50m³ Wasser pro h = 50000kg/h = ca.14l/s braucht du
14,2kWs/(kg*grd) x 14kg= 200kW/grd.
Zur Erwärmung von 6°C auf 20°C also ca. 2800kW !!!
Dagegen sind die 30KW Wärmeverlust (1%) nur Kleinkram, oder?
Hoffe, ich habe micht nicht verschusselt. Mußt ja aber eh
nachrechnen, nicht wahr.Im Moment berechne ich alle Wärmeübergangskoeffizienten mit
Hilfe des VDI Wärmeatlas.
Mein Probem ist aber im Moment, dass
die Wandtemperatur bekannt sein muss. Diese weiß ich aber
nicht, können sie mir auf die Sprünge helfen?
Die Wandtemp. ist IMHO gar kein Problem.
Du hast da sicher einige andere Probleme:
-
Klarheit im Denken.
Schreibe was Fakt ist und formuliere die Randbedingungen
vernünftig. Das beginnt bei der Verwendung der korrekten
Einheiten und Formelzeichen und geht weiter bei der korrekten
Darstellung von zeitlichen Vorgängen und techn. Zusammenhängen. -
Mache dir klar, welche physikalischen Effekte relevant
sind. Abschreiben von vermeintlich zutreffenden Formeln und
Werten aus einem Buch, führen regelmäßig zu groben Fehlern,
wenn die phys. Zusammenhänge nicht verstanden wurden.
Oder die Rechnung wird viel zu kompliziert und undurchführbar
wenn da jeder noch so kleine Effekt berücksichtigt wird. -
Überdenke deine Eingangsbedingungen und die Randbedingungen.
Kommt das Wasser tatsächlich mit 6°C rein?
Sind 5m/s tatsächlich realistisch? Steht der Bottich im
Freien, dann hast du auch mal Sturm und evtl. Temp. bis
-25°C ? Dann verändern sich die Bedarfe ganz erheblich und
du mußt aufpassen, das die Brühe nicht einfriert.
Steht der Bottich in einer Halle, sind 5m/s IMHO
übertrieben und der Tank heißt die Halle?
Ich halte die Angaben so für etwas unplausibel.
Zum Thema Wärmedurchgang durch eine Stahlwandung mit
Flüssigkeit an der Innenseite hatte ich schon was
geschrieben. Das muß ich jetzt nicht wiederholen.
Die Frage, warum man um den Bottich keine Wärmedämmung
machen will, verstehe ich auch nicht.
Hat man evtl. soviel Prozesswärme über, dass man es nicht
nötig hat, den Aufwand zu betrieben?.
Ansonsten kosten 300kW selbst bei nur 3Cent/kWh immerhin
schon ca. 6500€ pro Monat. Das läppert sich und das Geld
für eine Wärmedämmung ist womöglich bald wieder rein.
Auch die Auslegung der ganzen anlage mit Wärmetauscher
würde evtl. viel kleiner und preiswerter ausfallen?
Gruß Uwi