Basic overview of air compressor thermodynamics
21 april, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Hoe warmte wordt overgedragen
Warmteoverdracht is een fundamenteel concept in thermodynamica, dat essentieel is voor het begrijpen van verschillende industriële processen, waaronder persluchtsystemen.
Na onze inleiding tot thermodynamica gaat dit artikel in op de drie belangrijkste soorten warmteoverdracht: Geleiding, convectie en straling, en hun betekenis in verschillende toepassingen.
Warmteoverdracht kan op drie verschillende manieren plaatsvinden:
Geleiding
Convectie
Straling
In een reële situatie vindt warmteoverdracht gelijktijdig maar niet in gelijke mate plaats op alle drie de manieren.
In elk geval stroomt warmte van warm naar koud: Dit is een fundamenteel principe van thermodynamica, waarbij warmte van nature van een hoger naar een lager temperatuurgebied stroomt.
3 soorten warmteoverdracht
Geleiding
Geleiding is de overdracht van warmte door een vast materiaal. Het treedt op wanneer moleculen in een stof trillen en energie overbrengen naar naburige moleculen. Dit proces is van cruciaal belang in veel industriële toepassingen waarbij materialen warmte efficiënt moeten geleiden.
Voorbeeld van geleiding: Het aanraken van een metalen stang die aan één uiteinde is verwarmd De warmte gaat door de stang naar uw hand.
Convectie
Convectie is de overdracht van warmte door de beweging van vloeistoffen (vloeibare stoffen of gassen). Dit type warmteoverdracht is essentieel in systemen waar vloeistofverplaatsing vereist is om warmte gelijkmatig te verdelen.
Voorbeeld van convectie: Kokend water. Warmte van het fornuis zorgt ervoor dat water aan de bodem minder dicht wordt en stijgt, terwijl koeler water daalt.
Straling
Straling is de overdracht van warmte door elektromagnetische golven. In tegenstelling tot geleiding en convectie heeft straling geen medium nodig en kan deze optreden door een lege ruimte.
Voorbeeld van straling: De warmte van de zon die uw gezicht verwarmt of het roosteren van marshmallows bij het vuur. De energie van de zon gaat door het vacuüm van de ruimte en verwarmt voorwerpen op aarde.
Formules van thermische geleidbaarheid en warmteoverdracht
Formule thermische geleidbaarheid
Thermische geleidbaarheid is een maat voor het vermogen van een materiaal om warmte te geleiden. De formule is:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
waarin:
- Q de overgedragen warmte is (J),
- λ de thermische geleidbaarheidscoëfficiënt is (W/m*K),
- A het warmtestromingsgebied is (m2),
- t de tijd is (s),
- ΔT het temperatuurverschil is (K),
- Δx de afstand is (m).
Formule van warmteoverdracht voor convectie
De formule voor convectieve warmteoverdracht is:
Q = - h * A * t * Δ T
waarin:
- Q de warmteoverdracht is (J),
- h de coëfficiënt van convectiewarmteoverdracht is (W/m2*K),
- A de oppervlakte is (m2),
- t de tijd is (s),
- ΔT het temperatuurverschil tussen het oppervlak en de vloeistof is (K).
Het negatieve teken geeft aan dat er warmteoverdracht plaatsvindt van hogere naar lagere temperatuur.
Formule van stralingswarmteoverdracht
De formule voor convectieve warmteoverdracht is:
Q = - k * A * t * Δ T
waarin:
- Q de totale overgedragen warmte is (J),
- k de warmteoverdrachtscoëfficiënt is (W/m2*K),
- A de oppervlakte is (m2),
- t de tijd is (s),
- ΔT het temperatuurverschil is (koud-warm)(K).
Logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil (LTMD) in warmtewisselaars
De warmteoverdracht in een warmtewisselaar is op elk punt een functie van het heersende temperatuurverschil en de totale warmteoverdrachtscoëfficient. Hierbij is het gebruik nodig van een logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil Өm in plaats van een lineair rekenkundig ΔT.
De formule voor het logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil (Log Mean Temperature Difference, LMTD) is:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ / ln ( Ө₁ / Ө₂ )
waarin:
- Өₘ het logaritmisch gemiddeld temperatuurverschil is (K),
- Ө₁ het temperatuurverschil tussen de twee vloeistoffen aan één uiteinde van de warmtewisselaar is (⁀1),
- Ө₂ het temperatuurverschil tussen de twee vloeistoffen aan het andere uiteinde van de warmtewisselaar is (⁀2),
- ln geeft het natuurlijke logaritme aan.
Toepassingen van warmteoverdracht en warmteterugwinning
Warmteoverdracht en warmteterugwinning zijn cruciaal in verschillende industrieën, waaronder de productie, de automobielindustrie en de energiesector. Bij warmteoverdracht wordt de warmte van de ene naar de andere plaats verplaatst, maar warmteterugwinning is gericht op het opvangen en hergebruiken van restwarmte.
Fabricage
Bij de productie is efficiënte warmteoverdracht essentieel voor het smeden van metaal, het vormen van kunststof en chemische productie. Een goed thermisch management garandeert de productkwaliteit en verlaagt het energieverbruik. Aan de andere kant vangen warmteterugwinningssystemen restwarmte van deze processen op en hergebruiken ze elders in de faciliteit, zoals het voorverwarmen van grondstoffen of verwarmingsruimten.
Automotive
In de automobielindustrie is warmteoverdracht essentieel voor koeling van de motor, klimaatregeling en regeling van de accu van elektrische voertuigen. Effectieve thermische systemen verbeteren de prestaties en levensduur van de auto door warmte efficiënt weg te bewegen van kritieke onderdelen. Tegelijkertijd kunnen warmteterugwinningssystemen de warmte opvangen die wordt gegenereerd door motoren en uitlaatsystemen om het brandstofverbruik te verbeteren of extra voertuigsystemen aan te drijven.
Energie
In de energiesector is warmteoverdracht essentieel voor energieopwekking, of het nu gaat om traditionele fossiele brandstoffen of hernieuwbare bronnen zoals zon en wind. Efficiënte warmtewisselingssystemen maximaliseren de energie-uitvoer en minimaliseren de hoeveelheid afval. Warmteterugwinning daarentegen houdt in dat restwarmte wordt opgenomen uit energieopwekkingsprocessen en dat deze wordt gebruikt voor andere doeleinden, zoals stadsverwarming of extra energieopwekking door warmte-krachtsystemen (wkk).
Lucht- en gasoplossingen voor fabrikanten van EV-laders
![Stekker van een oplader voor elektrische auto's met digitaal display]()
Lucht- en gasoplossingen voor fabrikanten van EV-laders
Warmteoverdracht in persluchtsystemen
Warmteproductie tijdens compressie
Tijdens het compressieproces nemen de luchtdruk en de temperatuur toe als gevolg van werkzaamheden aan de lucht. Deze warmte moet worden beheerd om de efficiëntie van het systeem te handhaven en schade te voorkomen.
Het belang van het koelen van perslucht
Ongecontroleerde warmte in persluchtsystemen kan leiden tot schade aan apparatuur, verminderde efficiëntie en vochtcondensatie. Het koelen van de perslucht is cruciaal om deze problemen te voorkomen.
Het gebruik van warmte voor hulpapparatuur
Warmte die wordt gegenereerd in persluchtsystemen kan worden gebruikt in hulpapparatuur zoals drogers en droogtanks, waardoor de algehele efficiëntie van het systeem wordt verbeterd.
Warmteterugwinning
Warmteterugwinning houdt in dat restwarmte die tijdens compressie wordt gegenereerd, wordt opgenomen en hergebruikt. Dit proces verlaagt het energieverbruik en de bedrijfskosten en bevordert duurzaamheid door energieverspilling tot een minimum te beperken.
Voordelen van warmteterugwinning:
Lager energieverbruik: Het gebruik van afvalwarmte vermindert de afhankelijkheid van externe verwarmingsbronnen.
Lagere bedrijfskosten: Energiebesparing leidt tot lagere operationele kosten.
In deze video bekijken we de warmteterugwinning van compressoren. Wist u dat een aanzienlijk deel van de elektrische energie die door compressoren wordt verbruikt, vaak wordt verspild in warmte?
Met energieterugwinningssystemen kunnen we deze overtollige warmte hergebruiken voor het verwarmen, drogen of genereren van heet water voor handelingen zoals douchen en industriële processen zoals flesreiniging en chocoladeverharding.
Wilt u meer weten over energieterugwinning voor uw bedrijf? Inzicht in de verschillende soorten warmteoverdracht is cruciaal voor verschillende industriële toepassingen, waaronder persluchtsystemen. Door warmte effectief te beheren en te gebruiken, kunnen industrieën de efficiëntie verbeteren en kosten verlagen. Meer informatie vindt u in ons e-book.
Ga voor meer informatie over warmteterugwinning en andere energiezuinige oplossingen naar onze pagina over warmteterugwinning.
Veelgestelde vragen en voorbeelden van warmteoverdracht in het dagelijks leven
Wat zijn de drie soorten warmteoverdracht?
De drie soorten warmteoverdracht zijn geleiding, convectie en straling. Geleiding is de overdracht van warmte door direct contact tussen materialen, zoals te zien is wanneer een metalen stang over de gehele lengte warm wordt.
Waarom stroomt warmte van warm naar koud?
De warmtestroom van warm naar koud wordt aangestuurd door de tweede wet van thermodynamica, die stelt dat entropie of stoornis de neiging heeft om in een geïsoleerd systeem toe te nemen.
Hoe wordt warmte overgedragen door geleiding?
Warmte wordt overgedragen door geleiding via direct contact tussen moleculen in een vast materiaal.
Hoe wordt warmte overgedragen door convectie?
Warmte wordt door convectie overgedragen door de beweging van vloeistoffen, waardoor de warmte gelijkmatig wordt verdeeld.
Hoe wordt warmte overgedragen door straling?
Warmte wordt door straling via elektromagnetische golven overgedragen, zonder dat er een medium nodig is.
Wat is een voorbeeld van warmteoverdracht via geleiding?
Een voorbeeld van geleiding is een metalen lepel die heet wordt van het handvat naar de punt wanneer deze in een hete vloeistof wordt geplaatst.
Wat is een voorbeeld van convectiewarmteoverdracht?
Een voorbeeld van convectie is de circulatie van warme lucht in een verwarmde ruimte.
Wat zijn enkele voorbeelden van stralingswarmteoverdracht?
Voorbeelden van straling zijn de warmte van een open haard en de warmte van de zon.
Welke soort warmteoverdracht treedt op bij het koken van water?
Bij het koken van water is er sprake van convectie, waarbij warmte ervoor zorgt dat het water circuleert en warmte overdraagt.
Welk type warmteoverdracht kan plaatsvinden via een lege ruimte?
Straling kan optreden via een lege ruimte, omdat er geen medium nodig is.
Welke soort warmteoverdracht treedt op via de zon?
De zon brengt warmte over naar de aarde via straling.
Welke soort warmteoverdracht gebruiken drogers?
Drogers gebruiken gewoonlijk convectie om warmte over te brengen en materialen te drogen.
Welke soort warmteoverdracht gebruikt een magnetron?
Een magnetron gebruikt straling om warmte over te brengen en voedsel te koken.
Wat is de chemie achter het roosteren van marshmallows?
Wanneer marshmallows worden geroosterd, veroorzaakt warmteoverdracht door straling een chemische verandering. De suiker ondergaat karamellisatie- en Maillard-reacties, waardoor watermoleculen ontstaan die verdampen en koolstof achterlaten, wat resulteert in een zwarte, krokante buitenkant. Deze combinatie van chemische reacties geeft geroosterde marshmallows hun kenmerkende smaak en textuur.
Gerelateerde artikelen
Changes in State for Gases
18 februari, 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 augustus, 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.