Basic overview of air compressor thermodynamics
21 huhtikuuta, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Miten lämpöä siirretään?
Lämmönsiirto on termodynamiikan peruskäsite, joka on välttämätön erilaisten teollisten prosessien ymmärtämiseksi, mukaan lukien paineilmajärjestelmät.
Termodynamiikan esittelynjälkeen tässä artikkelissa tarkastellaan kolmea pääasiallista lämmönsiirron tyyppiä: Johtumista, konvektiota ja säteilyä sekä niiden merkitystä eri sovelluksissa.
Lämmönsiirto voi tapahtua kolmella eri tavalla:
Johtuminen
Konvektio
Säteily
Todellisessa tilanteessa lämmönsiirto tapahtuu samanaikaisesti, mutta ei yhtä voimakkaasti kaikilla kolmella tavalla.
Kummassakin tapauksessa lämpö virtaa kuumasta kylmään: Tämä on termodynamiikan perusperiaate, jossa lämpö virtaa luonnollisesti korkeamman lämpötilan alueelta alemman lämpötilan alueelle.
3 Lämmönsiirron tyyppiä
Johtuminen
Johtuminen on lämmön siirtoa kiinteän materiaalin läpi. Se tapahtuu, kun aineen molekyylit värähtelevät ja siirtävät energiaa naapurimolekyyleihin. Tämä prosessi on ratkaisevan tärkeä monissa teollisissa sovelluksissa, joissa materiaalien on johdettava lämpöä tehokkaasti.
Esimerkki Conduction: Koskettamalla metallitankoa, joka on lämmitetty toisesta päästä. Lämpö kulkee sauvan läpi käteesi.
Konvektio
Konvektio on lämmön siirto nesteiden (nesteiden tai kaasujen) liikkeellä. Tämäntyyppinen lämmönsiirto on välttämätöntä järjestelmissä, joissa nesteen liike on tarpeen lämmön jakamiseksi tasaisesti.
Esimerkki konvektiosta: Kiehuva vesi. Hellan lämpö aiheuttaa veden pohjalla vähemmän tiheää ja nousee, kun taas viileämpi vesi laskeutuu.
Säteily
Säteily on lämmön siirtoa sähkömagneettisten aaltojen kautta. Toisin kuin johtuminen ja konvektio, säteily ei vaadi väliainetta ja voi tapahtua tyhjän tilan kautta.
Esimerkki säteilystä: Auringon lämpö, joka lämmittää kasvojasi tai paistaa vaahtokarkkia nuotiolla. Auringon energia kulkee avaruuden tyhjiön läpi ja lämmittää esineitä maapallolla.
Lämmönjohtavuus ja lämmönsiirtokaavat
Lämmönjohtavuuskaava
Lämmönjohtavuus on mitta materiaalin kyvystä johtaa lämpöä. Kaava on seuraava:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
jossa:
- Q on siirretty lämpö (J),
- λ on lämmönjohtavuuskerroin (W/m*K),
- A on lämpövirtauksen pinta-ala (m2),
- t on aika (s),
- Δt on lämpötilaero (K),
- Δx on etäisyys (m).
Lämmönsiirtokaava konvektiolle
Konvektiivisen lämmönsiirron kaava on:
Q = - h * A * t * Δ T
jossa:
- Q On lämmönsiirto (J),
- h On konvektiivinen lämmönsiirtokerroin (W/m2*K),
- A on pinta-ala (m2),
- t on aika (s),
- ΔT On pinnan ja nesteen lämpötilaero (K).
Negatiivinen merkki osoittaa, että lämmönsiirto tapahtuu korkeammasta alempaan lämpötilaan.
Säteilyn lämmönsiirtokaava
Konvektiivisen lämmönsiirron kaava on:
Q = - K * A * t * Δ T
jossa:
- Q On siirretyn lämmön kokonaismäärä (J),
- K On lämmönsiirtokerroin (W/m2*K),
- A on pinta-ala (m2),
- t on aika (s),
- ΔT On lämpötilaero (kylmä-kuuma)(K).
Logaritminen keskimääräinen lämpötilaero (LTMD) lämmönvaihtimissa
Lämmönvaihtimessa oleva lämmönsiirto on jokaisessa kohdassa vallitsevien lämpötilaerojen ja lämmön kokonaissiirtokertoimen funktio. Se edellyttää logaritmisen keskiarvon lämpötilaeron Өm käyttöä lineaarisen aritmeettisen ΔT sijaan.
Lokin keskilämpötilaeron (LMTD) kaava on:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ - en ( Ө₁ / Ө₂ )
jossa:
- Өₘ On tukin keskimääräinen lämpötilaero (K),
- Ө₁ on lämmönvaihtimen toisessa päässä olevien kahden nesteen lämpötilaero (⁀1),
- Ө₂ on lämmönvaihtimen toisessa päässä olevien kahden nesteen lämpötilaero (⁀2),
- ln tarkoittaa luonnollista logaritmia.
Lämmönsiirron ja lämmöntalteenoton sovellukset
Lämmönsiirto ja lämmön talteenotto ovat ratkaisevan tärkeitä eri toimialoilla, kuten teollisuudessa, autoteollisuudessa ja energiateollisuudessa. Vaikka lämmönsiirtoon liittyy lämmön siirtyminen paikasta toiseen, lämmön talteenotto keskittyy hukkalämmön talteenottoon ja uudelleenkäyttöön.
Tuotanto ja valmistus
Valmistuksessa tehokas lämmönsiirto on välttämätöntä metallin takomisessa, muovivalussa ja kemikaalien tuotannossa. Asianmukainen lämmönhallinta takaa tuotteiden laadun ja vähentää energiankulutusta. Toisaalta lämmöntalteenottojärjestelmät ottavat talteen hukkalämmön näistä prosesseista ja käyttävät sitä uudelleen muualla laitoksessa, kuten esilämmitysraaka-aineet tai lämmitystilat.
Autoteollisuus
Autoteollisuudessa lämmönsiirto on ratkaisevan tärkeää moottorin jäähdytykselle, ilmastoinnille ja sähköautojen akkujen hallinnalle. Tehokkaat lämpöjärjestelmät parantavat ajoneuvon suorituskykyä ja pitkäikäisyyttä siirtämällä lämpöä tehokkaasti pois kriittisistä komponenteista. Lämmöntalteenottojärjestelmät voivat ottaa talteen moottoreiden ja pakokaasujärjestelmien tuottaman lämmön parantaakseen polttoainetehokkuutta tai tehostaakseen ajoneuvojen lisäjärjestelmiä.
Energia
Energiasektorilla lämmönsiirto on avain sähköntuotantoon, olipa kyse perinteisistä fossiilisista polttoaineista tai uusiutuvista lähteistä, kuten aurinko- ja tuulivoimasta. Tehokkaat lämmönvaihtojärjestelmät maksimoivat energiantuotannon ja minimoivat jätteen määrän. Lämmöntalteenottoon kuuluu toisaalta hukkalämmön talteenotto sähköntuotantoprosesseista ja sen käyttö muihin tarkoituksiin, kuten kaukolämpöön tai sähkön lisätuotantoon sähkön ja lämmön yhteistuotantojärjestelmien avulla.
Ilma- ja kaasuratkaisut sähköautojen laturien valmistajille
![Sähköauton latauspistoke, jossa on digitaalinen näyttö]()
Ilma- ja kaasuratkaisut sähköautojen laturien valmistajille
Lämmönsiirto paineilmajärjestelmissä
Lämmöntuotanto puristuksen aikana
Puristusprosessin aikana ilmanpaine ja lämpötila nousevat ilmassa tehdyn työn vuoksi. Tätä lämpöä on hallittava järjestelmän tehokkuuden ylläpitämiseksi ja vaurioiden estämiseksi.
Paineilman jäähdytyksen tärkeys
Paineilmajärjestelmien hallitsematon lämpö voi johtaa laitteiden vaurioitumiseen, tehokkuuden heikkenemiseen ja kosteuden tiivistymiseen. Paineilman jäähdyttäminen on ratkaisevan tärkeää näiden ongelmien ehkäisemiseksi.
Käytetään lämpöä liitännäislaitteissa
Paineilmajärjestelmissä tuotettua lämpöä voidaan hyödyntää lisälaitteissa, kuten kuivauslaitteissa ja kuivaussäiliöissä, mikä parantaa järjestelmän yleistä tehokkuutta.
Lämmön talteenotto
Lämmön talteenottoon kuuluu puristuksen aikana syntyvän hukkalämmön talteenotto ja uudelleenkäyttö. Tämä prosessi vähentää energiankulutusta, alentaa käyttökustannuksia ja edistää kestävyyttä minimoimalla hukkaan menevän energian.
Lämmön palautumisen hyödyt:
Vähentynyt energiankulutus: Hukkalämmön hyödyntäminen vähentää riippuvuutta ulkoisista lämmityslähteistä.
Alhaisemmat toimintakustannukset: Energiansäästöt johtavat pienempiin toimintakustannuksiin.
Tässä videossa tutkitaan kompressorin lämmöntalteenottoa. Tiesitkö, että huomattava osa kompressorien käyttämästä sähköenergiasta muuttuu lämpöksi, menee usein hukkaan?
Energian talteenottojärjestelmien avulla voimme käyttää ylimääräisen lämmön uudelleen lämmitykseen, kuivaukseen tai kuuman veden tuottamiseen suihkuun ja teollisiin prosesseihin, kuten pullojen puhdistukseen ja suklaakarkaisuun.
Haluatko tietää lisää energian talteenotosta yrityksellesi? Erilaisten lämmönsiirtojen ymmärtäminen on tärkeää erilaisissa teollisissa sovelluksissa, kuten paineilmajärjestelmissä. Hallitsemalla ja hyödyntämällä lämpöä tehokkaasti teollisuus voi parantaa tehokkuutta ja vähentää kustannuksia.Lue lisää e-kirjastamme.
Lisätietoja lämmöntalteenotosta ja muista energiatehokkaista ratkaisuista löydät lämmöntalteenotto-sivulta.
Usein kysytyt kysymykset ja esimerkkejä lämmönsiirrosta jokapäiväisessä elämässä
Mitkä ovat kolme lämmönsiirron tyyppiä?
Lämmönsiirron kolme tyyppiä ovat johtaminen, konvektio ja säteily. Johtuminen on lämmön siirtoa materiaalien suoran kosketuksen kautta, kuten nähdään, kun metalli sauva kuumenee pituutensa varrella.
Miksi lämpö virtaa kuumasta kylmään?
Lämpövirtaa kuumasta kylmään ohjaa termodynamiikan toinen laki, jonka mukaan entropia tai häiriö yleensä kasvaa eristetyssä järjestelmässä.
Miten lämpö siirtyy johtumisen kautta?
Lämpö siirtyy johtumisen kautta kiinteässä materiaalissa olevien molekyylien välisen suoran kosketuksen kautta.
Miten lämpö siirtyy konvektiolla?
Lämpö siirretään konvektiolla nesteiden liikkeiden kautta, jakaen lämpöä tasaisesti.
Miten lämpö siirtyy säteilyn kautta?
Lämpöä siirretään säteilyn kautta sähkömagneettisten aaltojen kautta ilman väliaineen tarvetta.
Mikä on esimerkki lämmönsiirrosta johtamisessa?
Esimerkki johtumisesta on metallilusikka, joka kuumenee kahvasta kärkeen, kun se asetetaan kuumaan nesteeseen.
Mikä on esimerkki konvektiolämmönsiirrosta?
Esimerkki konvektiosta on lämpimän ilman kierto lämmitetyssä huoneessa.
Mitkä ovat esimerkkejä säteilyn lämmönsiirrosta?
Esimerkkejä säteilystä ovat takan lämpö ja auringon lämpö.
Minkälainen lämmönsiirto on kiehuvaa vettä?
Kiehuvaan veteen liittyy konvektio, jossa lämpö aiheuttaa veden kiertoon ja siirtää lämpöä.
Minkälainen lämmönsiirto voi tapahtua tyhjän tilan kautta?
Säteily voi tapahtua tyhjän tilan kautta, koska se ei vaadi väliainetta.
Minkälainen lämmönsiirto on aurinko?
Aurinko siirtää lämpöä maahan säteilyn kautta.
Minkälaista lämmönsiirtoa kuivaimet käyttävät?
Kuivaimet käyttävät tyypillisesti konvektiota lämmön ja kuivien materiaalien siirtämiseen.
Minkälainen lämmönsiirto on mikroaaltouuni?
Mikroaaltouuni käyttää säteilyä lämmön siirtämiseen ja ruoan valmistamiseen.
Mitä kemiaa vaahtokarkkien paahtamisen takana on?
Kun vaahtokarkkeja paahdetaan, säteilyn kautta tapahtuva lämmönsiirto aiheuttaa kemiallisen muutoksen. Sokeri käy läpi karamellisaation ja Maillard-reaktion, joka tuottaa vesimolekyylejä, jotka haihtuvat ja jättävät hiiltä taakse, mikä johtaa mustuneeseen, rapeaan ulkokuoreen. Tämä kemiallisten reaktioiden yhdistelmä antaa paahdettuja vaahtokarkkeja niiden erottuvan maun ja koostumuksen.
Asiantuntija-artikkelit
Changes in State for Gases
18 helmikuuta, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.
Gas Flow Through Pipes and Throttling
4 elokuuta, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.