Thermische energie: installatiecomponenten
Oefeningenles 3
Oefening 1:
Men wil vloeibaar metaal transporteren in een buis ingebed in een muur waar de temperatuur 650 K
bedraagt. De desbetreffende muur is 1.2 m dik en gemaakt uit een materiaal met een
conductiecoëfficient van 0.3 W/(mK). De temperatuur aan de binnenwand is 925 K. De buitenwand is
in contact met lucht op 300 K met een convectiecoëfficient van 23 W/(m²K). Bepaal hoe ver de buis
zich in de wand moet bevinden en hoe groot de warmteflux is door de wand.
Oefening 2:
Een toestel moet ontworpen worden met als doel het steriliseren van gebruikte mondmaskers met
afmeting 15 cm x 10 cm en dikte 𝑡1 = 2𝑚𝑚. Bij dit toestel wordt het mondmasker met zijn onderzijde
op een stalen plaat met dikte 𝑡2 = 2𝑚𝑚 gelegd waaronder er zich een elektrische verwarming bevindt
met uniforme warmtegeneratie 𝑞̇ en een dikte 𝑡3 = 10𝑚𝑚. Om alle virussen te doden tijdens het
steriliseren, moet de minimale temperatuur in het mondmasker 𝑇1 = 80°𝐶 bedragen. Het
gegenereerde vermogen in de weerstand zal hier dus op moeten worden afgesteld. Langs de
bovenzijde is het mondmasker in contact met de omgevingslucht (𝑇0 = 20°𝐶) en treedt er natuurlijke
convectie op met h=10 W/(m²K). De verwarming is langs de onderzijde geïsoleerd met niet-perfecte
isolatie zodat er slechts 25% van de gegenereerde warmte in de verwarming verloren gaat langs de
onderzijde. Aan de zijkant van het toestel bevindt zich een laag perfecte isolatie. Bepaal de warmte
per volume-eenheid die verwarming moet geven alsook de temperatuur van de staalplaat aan beide
zeiden.
Oefening 3:
Water wordt gekookt op 100 °C in een koperen (k = 400 W/(mK)) buis met een binnendiameter van
40 mm en een dikte van 3.5 mm. De convectiecoëfficient van het kokende water is 5000 W/(m²K).
Het fluidum aan de buitenzijde is continue op 150 °C. Bereken de nodige convectiecoëfficient in dit
warme fluidum indien een warmteflux van 10 kW per meter buis nodig is.
Is er een andere manier dat de nodige warmteflux kan geleverd worden met een lagere
convectiecoefficient?
, Oefening 4:
Een 2.5 cm laag plastiek (k = 2.42 W/(mK)) is gelijmd op een 5 cm dikke aluminium (k=230 W/(mK))
plaat. De lijm moet op een temperatuur van 325K gebracht worden om de beste hechting te verkrijgen.
De convectiecoëfficient aan beide zeiden bedraagt 12 W/(m²K) en de omringende lucht is op 295K.
Wat is de nodige warmteflux als deze wordt toegevoegd (a) aan de kant van het plastiek, (b) aan de
kant van de aluminium.
Oefeningenles 3
Oefening 1:
Men wil vloeibaar metaal transporteren in een buis ingebed in een muur waar de temperatuur 650 K
bedraagt. De desbetreffende muur is 1.2 m dik en gemaakt uit een materiaal met een
conductiecoëfficient van 0.3 W/(mK). De temperatuur aan de binnenwand is 925 K. De buitenwand is
in contact met lucht op 300 K met een convectiecoëfficient van 23 W/(m²K). Bepaal hoe ver de buis
zich in de wand moet bevinden en hoe groot de warmteflux is door de wand.
Oefening 2:
Een toestel moet ontworpen worden met als doel het steriliseren van gebruikte mondmaskers met
afmeting 15 cm x 10 cm en dikte 𝑡1 = 2𝑚𝑚. Bij dit toestel wordt het mondmasker met zijn onderzijde
op een stalen plaat met dikte 𝑡2 = 2𝑚𝑚 gelegd waaronder er zich een elektrische verwarming bevindt
met uniforme warmtegeneratie 𝑞̇ en een dikte 𝑡3 = 10𝑚𝑚. Om alle virussen te doden tijdens het
steriliseren, moet de minimale temperatuur in het mondmasker 𝑇1 = 80°𝐶 bedragen. Het
gegenereerde vermogen in de weerstand zal hier dus op moeten worden afgesteld. Langs de
bovenzijde is het mondmasker in contact met de omgevingslucht (𝑇0 = 20°𝐶) en treedt er natuurlijke
convectie op met h=10 W/(m²K). De verwarming is langs de onderzijde geïsoleerd met niet-perfecte
isolatie zodat er slechts 25% van de gegenereerde warmte in de verwarming verloren gaat langs de
onderzijde. Aan de zijkant van het toestel bevindt zich een laag perfecte isolatie. Bepaal de warmte
per volume-eenheid die verwarming moet geven alsook de temperatuur van de staalplaat aan beide
zeiden.
Oefening 3:
Water wordt gekookt op 100 °C in een koperen (k = 400 W/(mK)) buis met een binnendiameter van
40 mm en een dikte van 3.5 mm. De convectiecoëfficient van het kokende water is 5000 W/(m²K).
Het fluidum aan de buitenzijde is continue op 150 °C. Bereken de nodige convectiecoëfficient in dit
warme fluidum indien een warmteflux van 10 kW per meter buis nodig is.
Is er een andere manier dat de nodige warmteflux kan geleverd worden met een lagere
convectiecoefficient?
, Oefening 4:
Een 2.5 cm laag plastiek (k = 2.42 W/(mK)) is gelijmd op een 5 cm dikke aluminium (k=230 W/(mK))
plaat. De lijm moet op een temperatuur van 325K gebracht worden om de beste hechting te verkrijgen.
De convectiecoëfficient aan beide zeiden bedraagt 12 W/(m²K) en de omringende lucht is op 295K.
Wat is de nodige warmteflux als deze wordt toegevoegd (a) aan de kant van het plastiek, (b) aan de
kant van de aluminium.
