← Alle rekenhulpen
Beedy Academy · Rekenhulpen

Rekenhulpen voor warmteoverdracht

13 berekeningen voor energiebalansen, warmtewisselaars, isolatie en opwarm- of afkoeltijden, met formule en oefenopgaven.

Energiebalansen

Voelbare warmte

FormuleQ = ṁ × cp × (T₂ − T₁)
kg/h
°C
°C
Temperatuurverschil (ΔT)—K
Warmtevermogen (Q)—kW
Warmtevermogen (Q)—MJ/h

Zonder faseovergang. cp verandert met de temperatuur: neem de waarde bij de gemiddelde temperatuur. Negatief resultaat = afgevoerde warmte.

Latente warmte (stoom, ijs)

FormuleQ = ṁ × L  ·  ṁ = P ÷ L
kg/h
kW
Door ṁ afgegeven warmte—kW
Benodigd debiet voor P—kg/h

Alleen latente warmte (verzadigde stoom condenseert tot verzadigd condensaat). Nakoelen van het condensaat geeft wat extra voelbare warmte. Waarden uit stoomtabellen, afgerond.

Mengtemperatuur van twee stromen

FormuleTm = (ṁ₁ T₁ + ṁ₂ T₂) ÷ (ṁ₁ + ṁ₂)
kg/h
°C
kg/h
°C
Mengtemperatuur (Tm)—°C
Totaal debiet—kg/h

Hetzelfde medium in beide stromen (zelfde cp), zonder faseovergang en verliezen. Werkt ook met massa's (kg) voor een menging in een tank.

Energie om een tank op te warmen

FormuleE = V × ρ × cp × (T₂ − T₁)  ·  P = E ÷ (t × η)
m³
kg/m³
°C
°C
h
%
Benodigde energie (E)—kWh
Benodigde energie (E)—MJ
Verwarmingsvermogen (P)—kW

Zonder warmteverliezen van de tank en zonder het metaal van het vat: tel 10 tot 30 % bij volgens de isolatie. Elektrisch dompelelement η ≈ 100 %; gasbrander 80 tot 90 %.

Warmtewisselaars

Warmtebalans van een wisselaar: uitlaattemperatuur

FormuleQ = ṁh cph (Th,in − Th,out)  ·  Tc,out = Tc,in + Q ÷ (ṁc cpc)
kg/h
°C
°C
kg/h
°C
Warmtevermogen (Q)—kW
Uitlaat koude zijde (Tk,uit)—°C

Gaat uit van geen verliezen naar buiten. Ligt de berekende koude uitlaat boven de warme inlaat, dan kloppen debieten of temperaturen niet.

LMTD en benodigd oppervlak

FormuleLMTD = (ΔT₁ − ΔT₂) ÷ ln(ΔT₁ ÷ ΔT₂)  ·  A = Q ÷ (U × LMTD)
°C
°C
°C
°C
kW
W/m²·K
LMTD—K
Benodigd oppervlak (A)—m²

Geldig voor zuivere tegenstroom of meestroom. Bij een meergangs pijpenbundelwisselaar de LMTD vermenigvuldigen met de correctiefactor F (vaak 0,8 tot 0,95).

Effectiviteit-NTU (tegenstroomwisselaar)

FormuleNTU = UA ÷ Cmin  ·  ε = [1 − e−NTU(1−Cr)] ÷ [1 − Cr e−NTU(1−Cr)]  ·  Q = ε Cmin (Th,in − Tc,in)
kg/h
kg/h
W/m²·K
m²
°C
°C
Aantal overdrachtseenheden (NTU)—
Effectiviteit (ε)—%
Warmtevermogen (Q)—kW
Uitlaat warme zijde (Tw,uit)—°C
Uitlaat koude zijde (Tk,uit)—°C

Om een bestaande wisselaar te controleren als U en A bekend zijn maar de uitlaten niet. C = ṁ × cp; zijn beide C gelijk, dan ε = NTU ÷ (1 + NTU).

Globale U (films en vervuiling)

Formule1 ÷ U = 1 ÷ hi + e ÷ k + 1 ÷ ho + Rf
W/m²·K
W/m²·K
mm
W/m·K
m²·K/W
U schoon—W/m²·K
U vervuild (ontwerp)—W/m²·K

Dunne wand: binnen- en buitenoppervlak gelijk genomen. k: koolstofstaal ≈ 45, rvs ≈ 16, koper ≈ 385 W/m·K. Rf koeltorenwater: 0,0002 tot 0,0004 m²·K/W.

Geleiding, isolatie en straling

Geleiding door een vlakke wand (2 lagen)

FormuleU = 1 ÷ (1 ÷ hi + L₁ ÷ k₁ + L₂ ÷ k₂ + 1 ÷ ho)  ·  q = U (Ti − Ta)
°C
°C
m²
mm
W/m·K
mm
W/m·K
W/m²·K
W/m²·K
Warmtedoorgangscoëfficiënt (U)—W/m²·K
Warmtestroomdichtheid (q)—W/m²
Totaal verlies—kW
Temperatuur buitenoppervlak—°C

Zet L₂ = 0 voor één laag. hₒ in stilstaande lucht met straling: 8 tot 12 W/m²·K; bij wind: 20 tot 40. k vuurvaste steen ≈ 1, minerale wol ≈ 0,04 tot 0,06 W/m·K.

Warmteverlies van een geïsoleerde leiding

Formuleq' = 2π (Ti − Ta) ÷ [ln(r₂ ÷ r₁) ÷ k + 1 ÷ (r₂ ho)]
mm
mm
W/m·K
°C
°C
W/m²·K
m
Verlies per meter (q')—W/m
Verlies over lengte L—kW
Oppervlaktetemperatuur van de isolatie—°C
Verlies van de kale buis (zelfde hₒ)—W/m

Radiale geleiding (Incropera); stalen wand en inwendige film verwaarloosd (veilige kant). hₒ moet de straling bevatten. Oppervlak boven 60 °C: verbrandingsgevaar.

Straling tussen oppervlakken

Formuleq = σ εeff (T₁⁴ − T₂⁴)  ·  εeff = ε₁  |  1 ÷ (1 ÷ ε₁ + 1 ÷ ε₂ − 1)
°C
°C
m²
Netto stralingsflux (q)—W/m²
Netto stralingsvermogen—kW
Equivalente stralingscoëfficiënt (hr)—W/m²·K

Grijze stralers, σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴, temperaturen in kelvin. ε₂ alleen voor evenwijdige platen. ε: geoxideerd staal ≈ 0,8, verf ≈ 0,9, gepolijst aluminium ≈ 0,05.

Opwarm- en afkoeltijden

Afkoeling van een tank (wet van Newton)

Formuleτ = m cp ÷ UA  ·  T(t) = Ta + (T₀ − Ta) e−t/τ  ·  t = τ ln((T₀ − Ta) ÷ (Tc − Ta))
kg
W/K
°C
°C
h
°C
Tijdconstante (τ)—h
Temperatuur na t—°C
Tijd tot Tc—h

Goed gemengde vloeistof (geconcentreerd model), constante UA, zonder aftap of toevoer. Om UA te vinden: een temperatuurdaling over enkele uren noteren en de formule omkeren.

Opwarmtijd van een batch (stoomspiraal)

Formulet = (m cp ÷ UA) × ln((Ts − T₀) ÷ (Ts − Tf))
kg
W/m²·K
m²
°C
°C
°C
Tijd—min
Beginvermogen—kW
Gemiddeld vermogen—kW

Geroerd vat, verzadigde stoom op constante temperatuur, verliezen verwaarloosd. Verzadigde stoom: 1 bar(o) ≈ 120 °C, 3 bar(o) ≈ 144 °C, 7 bar(o) ≈ 170 °C.

Hulpmiddelen om te leren en te controleren. De vermelde bereiken zijn algemene richtwaarden: volg altijd de procedures, vergunningen en instructies van uw installatie. Er wordt niets verzonden: de berekeningen gebeuren in uw browser.