Grunnleggende oversikt over kompressorens termodynamikk
21 april, 2022
For å få en bedre forståelse av luftkompressorens termodynamikk og varmegenerering, diskuterer denne artikkelen hovedprinsippene og to gasslover.
Hvordan varme overføres
Varmeoverføring er et grunnleggende konsept innen termodynamikk som er avgjørende for å forstå ulike industrielle prosesser, inkludert trykkluftsystemer.
Etter vår introduksjon til termodynamikk utforsker denne artikkelen de tre hovedtypene varmeoverføring: konduksjon, konveksjon og stråling, og deres betydning i ulike bruksområder.
Varmeoverføring kan skje på tre forskjellige måter:
Administrering
Varmluftsdrift
Strålebehandling
I reelle situasjoner skjer varmeoverføringen samtidig, men ikke likt på alle tre måter.
I hvert tilfelle flyter varme fra varmt til kaldt: Dette er et grunnleggende prinsipp for termodynamikk der varme flyter naturlig fra et område med høyere temperatur til et område med lavere temperatur.
3 typer varmeoverføring
Administrering
Ledning er overføring av varme gjennom et fast materiale. Det oppstår når molekyler i et stoff vibrerer og overfører energi til nabomolekyler. Denne prosessen er avgjørende i mange industrielle bruksområder der materialer må lede varme effektivt.
Eksempel på ledeevne: Berøring av en metallstang som har blitt oppvarmet i den ene enden. Varmen går gjennom stangen til hånden din.
Varmluftsdrift
Konveksjon er overføring av varme ved bevegelse av væsker (væsker eller gasser). Denne typen varmeoverføring er avgjørende i systemer der væskebevegelse er nødvendig for å fordele varmen jevnt.
Eksempel på varmluft: Kokende vann. Varme fra komfyren gjør at vannet i bunnen blir mindre tett og stiger, mens kaldere vann synker.
Strålebehandling
Stråling er overføring av varme gjennom elektromagnetiske bølger. I motsetning til konduksjon og konveksjon krever ikke stråling noe medium og kan forekomme gjennom tomrom.
Eksempel på stråling: Varmen fra solen som varmer ansiktet ditt eller steker marshmallows ved bål. Solens energi beveger seg gjennom rommets vakuum og varmer opp gjenstander på jorden.
Formler for varmeledningsevne og varmeoverføring
Formel for varmeledningsevne
Varmeledningsevne er et mål på et materiales evne til å lede varme. Formelen er:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
der:
- Q er den overførte varmen (J),
- λ er varmeledningskoeffisienten (W/m*K),
- A er varmeflytarealet (m2 ),
- t er tiden (s),
- ΔT er temperaturforskjellen (K),
- Δx er avstanden (m).
Varmeoverføringsformel for konveksjon
Formelen for konveksjonsvarmeoverføring er:
Q = - t * A * t * Δ T
der:
- Q er varmeoverføringen (J),
- t er den konvektive varmeoverføringskoeffisienten (W/m2 *K),
- A er arealet (m2 ),
- t er tiden (s),
- ΔT er temperaturforskjellen mellom overflaten og væsken (K).
Negativt tegn indikerer at varmeoverføringen skjer fra høyere til lavere temperatur.
Formel for strålevarmeoverføring
Formelen for konveksjonsvarmeoverføring er:
Q = - k * A * t * Δ T
der:
- Q er den totale varmeoverføringen (J),
- k er varmeoverføringskoeffisienten (W/m2 *K),
- A er arealet (m2 ),
- t er tiden (s),
- ΔT er temperaturforskjellen (kald-varm)(K).
Logaritmisk gjennomsnittlig temperaturforskjell (LTMD) i varmevekslere
Varmeoverføringen i en varmeveksler er på hvert punkt en funksjon av den rådende temperaturforskjellen og den totale varmeoverføringskoeffisienten. Det krever bruk av en logaritmisk gjennomsnittlig temperaturforskjell Өm i stedet for en lineær aritmetisk ΔT.
Formelen for Log Mean Temperature Difference (LMTD) er:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
der:
- Өₘ er logaritmisk gjennomsnittlig temperaturforskjell (K),
- Ө₁ er temperaturforskjellen mellom de to væskene i den ene enden av varmeveksleren (⁀1),
- Ө₂ er temperaturforskjellen mellom de to væskene i den andre enden av varmeveksleren (⁀2),
- ln angir den naturlige logaritmen.
Bruksområder for varmeoverføring og varmegjenvinning
Varmeoverføring og varmegjenvinning er avgjørende i ulike bransjer, inkludert produksjon, bilindustri og energi. Mens varmeoverføring innebærer flytting av varme fra ett sted til et annet, fokuserer varmegjenvinning på å fange opp og gjenbruke spillvarme.
Produksjons-
I produksjon er effektiv varmeoverføring avgjørende for metallsmiing, plaststøping og kjemisk produksjon. Riktig varmestyring sikrer produktkvalitet og reduserer energiforbruket. På den annen side fanger varmegjenvinningssystemer opp spillvarme fra disse prosessene og gjenbruker den andre steder i anlegget, for eksempel ved forvarming av råmaterialer eller oppvarming av rom.
Bilindustrien
I bilindustrien er varmeoverføring avgjørende for motorkjøling, klimakontroll og batteristyring i elbiler. Effektive termiske systemer forbedrer bilens ytelse og levetid ved effektivt å lede varme bort fra kritiske komponenter. Samtidig kan varmegjenvinningssystemer fange opp varmen som genereres av motorer og eksosanlegg for å forbedre drivstoffeffektiviteten eller drive ytterligere kjøretøysystemer.
Energi
I energisektoren er varmeoverføring nøkkelen til kraftproduksjon, enten gjennom tradisjonelle fossile brensler eller fornybare kilder som sol og vind. Effektive varmeutvekslingssystemer maksimerer energiproduksjonen og minimerer avfall. Varmegjenvinning innebærer derimot å fange opp spillvarme fra strømgenereringsprosesser og bruke den til andre formål, som fjernvarme eller ekstra strømgenerering gjennom kombinerte varme- og kraftsystemer (CHP).
Luft- og gassløsninger for produsenter av elbilladere
![Ladeplugg for elbil med digitalt display]()
Luft- og gassløsninger for produsenter av elbilladere
Varmeoverføring i trykkluftsystemer
Varmeproduksjon under kompresjon
Under kompresjonsprosessen øker lufttrykket og temperaturen på grunn av arbeid som utføres på luften. Denne varmen må håndteres for å opprettholde systemets effektivitet og forhindre skade.
Viktigheten av kjøling med trykkluft
Ukontrollert varme i trykkluftsystemer kan føre til skade på utstyret, redusert effektivitet og kondensering av fuktighet. Kjøling av trykkluften er avgjørende for å forhindre disse problemene.
Bruke varme til tilleggsutstyr
Varme som genereres i trykkluftsystemer kan utnyttes i tilleggsutstyr som tørkere og tørketanker, noe som forbedrer den generelle systemeffektiviteten.
Varmegjenvinning
Varmegjenvinning innebærer å fange opp og gjenbruke spillvarme som genereres under kompresjon. Denne prosessen reduserer energiforbruket, senker driftskostnadene og fremmer bærekraft ved å minimere energisløsing.
Fordeler med varmegjenvinning:
Redusert energiforbruk: Bruk av spillvarme reduserer avhengigheten av eksterne varmekilder.
Lavere driftskostnader: Energibesparelser gir lavere driftskostnader.
I denne videoen utforsker vi varmegjenvinning med kompressorer. Visste du at en betydelig del av den elektriske energien som forbrukes av kompressorer omdannes til varme, ofte går til spille?
Med energigjenvinningssystemer kan vi bruke denne overskuddsvarmen til oppvarming, tørking eller generering av varmt vann til oppgaver som dusjing og industrielle prosesser som flaskerengjøring og temperering av sjokolade.
Vil du vite mer om energigjenvinning for virksomheten din? Å forstå de ulike typene varmeoverføring er avgjørende for ulike industrielle bruksområder, inkludert trykkluftsystemer. Ved å håndtere og utnytte varme effektivt kan industrier forbedre effektiviteten og redusere kostnadene. Les mer i e-boken vår.
For mer informasjon om varmegjenvinning og andre energieffektive løsninger, besøk vår side om varmegjenvinning.
Vanlige spørsmål og eksempler på varmeoverføring i hverdagen
Hva er de tre typene varmeoverføring?
De tre typene varmeoverføring er konduksjon, konveksjon og stråling. Ledning er varmeoverføring gjennom direkte kontakt mellom materialer, som ses når en metallstang varmes opp langs lengden.
Hvorfor går varmen fra varmt til kaldt?
Varmeflyten fra varmt til kaldt drives av termodynamikkens andre lov, som sier at entropi, eller forstyrrelser, har en tendens til å øke i et isolert system.
Hvordan overføres varme ved konduksjon?
Varme overføres ved konduktivitet gjennom direkte kontakt mellom molekyler i et fast materiale.
Hvordan overføres varme ved konveksjon?
Varme overføres ved konveksjon gjennom bevegelse av væsker og fordeler varmen jevnt.
Hvordan overføres varme ved stråling?
Varme overføres ved stråling gjennom elektromagnetiske bølger, uten behov for et medium.
Hva er et eksempel på konduktiv varmeoverføring?
Et eksempel på ledning er at en metallskje blir varm fra håndtaket til spissen når den plasseres i en varm væske.
Hva er et eksempel på konveksjonsvarmeoverføring?
Et eksempel på konveksjon er sirkulasjon av varm luft i et oppvarmet rom.
Hva er noen eksempler på strålevarmeoverføring?
Eksempler på stråling er varmen fra peisen og varmen fra solen.
Hva slags varmeoverføring er kokende vann?
Kokende vann innebærer konveksjon, der varmen får vannet til å sirkulere og overføre varme.
Hvilken type varmeoverføring kan skje gjennom tomrom?
Stråling kan forekomme gjennom tomrom, da det ikke krever noe medium.
Hva slags varmeoverføring er solen?
Solen overfører varme til jorden gjennom stråling.
Hvilken type varmeoverføring bruker tørkere?
Tørkere bruker vanligvis konveksjon til å overføre varme og tørre materialer.
Hva slags varmeoverføring er en mikrobølgeovn?
En mikrobølgeovn bruker stråling til å overføre varme og tilberede mat.
Hva er kjemien bak steking av marshmallows?
Når marshmallows stekes, forårsaker varmeoverføring gjennom stråling en kjemisk endring. Sukkeret gjennomgår karamellisering og Maillard-reaksjoner, og produserer vannmolekyler som fordamper og etterlater karbon, noe som resulterer i et svart og sprøtt ytre. Denne kombinasjonen av kjemiske reaksjoner gir brente marshmallows sin karakteristiske smak og tekstur.
Relaterte artikler
Endringer i tilstand for gasser
18 februar, 2022
For å forstå hvordan trykkluft fungerer, kan en grunnleggende introduksjon til fysikk komme langt. Lær mer om termodynamikk og hvordan de er avgjørende for å forstå hvordan luftkompressorer fungerer.
Gasstrøm gjennom rør og struping
4 august, 2022
For å forstå hvordan trykkluft fungerer, kan en grunnleggende introduksjon til fysikk komme langt. Lær mer om termodynamikk og hvordan de er avgjørende for å forstå hvordan luftkompressorer fungerer.