Thermische energie: installatiecomponenten
Oefeningenles 2
Oefening 1:
Een 0.20 m dikke stenen wand (k = 1.3 W/(mK)) scheidt de branderzone van een oven van de omgeving
op 25°C. Hoeveel bedraagt, mits verwaarlozing van straling, de temperatuur op de binnenwand voor
een temperatuur van de buitenwand van 100°C, met een convectiecoëfficiënt van 18 W/(m²K)? Zou
die temperatuur stijgen of dalen, moest straling wel in rekening worden gebracht?
Oefening 2:
Twee gassen, met een temperatuurverschil van 50°C, worden van elkaar gescheiden door een wand
met een oppervlakte van 1 m² en een dikte van 5 cm. De wand is gemaakt uit kunststof, met een
thermische conductiviteit van 0.5 W/(mK). Aan de linkerzijde van de wand staat het gas stil, wat
resulteert in een convectiecoëfficiënt van 10 W/(m²K). Aan de andere zijde zorgt een ventilator voor
meer beweging in het gas, wat leidt tot een convectiecoëfficiënt van 100 W/(m²K).
De eigenaar van de installatie, had graag de warmteflux van het warme gas naar het koude verhoogt,
en heeft hiervoor 3 opties. Een verdubbeling van de convectie aan de linkerzijde of aan de rechterzijde
(met bv. vinnen of een ventilator), of een ander materiaal met een geleidbaarheid van 1 W/(mK).
Welke wijziging zal leiden tot de grootste verbetering van de warmteoverdracht?
20°C 70°C
10 W/(m²K) 100 W/(m²K)
1m², 5 cm,
0.5 W/(mK)
, Oefening 3:
De doorsnede van stormglas wordt getoond in de figuur. Hoeveel warmte gaat verloren door een
raam met afmeting 1.83 m bij 3.66 m op een koude dag wanneer de binnen- en buitentemperaturen
respectievelijk 295 K en 250 K bedragen ? De convectiecoëfficiënten op binnen- en buitenwand
bedragen respectievelijk 20 W/(m²K) en 15 W/(m²K). Hoeveel bedraagt de temperatuursval over elk
van de glaspanelen. Wat is de gemiddelde temperatuur van de lucht tussen de glaspanelen.
Lglas = 0.32 cm
Llucht = 0.8 cm
k glas = 0.78 𝑊⁄(𝑚𝐾)
k lucht = 0.0241 W/(mK)
Oefening 4:
Vloeibare stikstof op 77 K wordt opgeslagen in een cilindrisch vat met een binnendiameter van 25
cm. De cilinder is gemaakt uit roestvast staal (stainless steel, 16 W/(mK)) met een wanddikte van 1.2
cm. Om de verdampingssnelheid te reduceren, wordt 5 cm isolatie aangebracht aan de buitenzijde
van de cilinder. De isolatie heeft een thermische geleidbaarheid van 0.13 W/(mK). Mits
verwaarlozing van straling, bepaal met welke factor het warmteverlies wordt verminderd door de
isolatie, met een convectiecoëfficiënt aan de buitenzijde van 12 W/(m²K) en een buitentemperatuur
van 25°C.
Oefening 5:
Een rechthoekige, roestvast stalen platen (k = 20 W/(mK)) meet 60 cm op 40 cm en heeft een dikte
van 3 cm. Aan de onderkant van de plaat is een elektrisch verwarmingselement geïnstalleerd. Over dit
element worden een elektrische spanning van 24 V en een stroomsterkte van 3 A gemeten. De
temperatuur aan de bovenkant van de plaat is 50°C, terwijl de omgevingstemperatuur 20°C is. Wat is
de convectiecoëfficiënt aan de bovenkant van de plaat, als de onder- en zijkanten van de plaat perfect
geïsoleerd zijn en straling wordt verwaarloosd? Wat is de temperatuur aan de onderkant van de plaat?
Oefeningenles 2
Oefening 1:
Een 0.20 m dikke stenen wand (k = 1.3 W/(mK)) scheidt de branderzone van een oven van de omgeving
op 25°C. Hoeveel bedraagt, mits verwaarlozing van straling, de temperatuur op de binnenwand voor
een temperatuur van de buitenwand van 100°C, met een convectiecoëfficiënt van 18 W/(m²K)? Zou
die temperatuur stijgen of dalen, moest straling wel in rekening worden gebracht?
Oefening 2:
Twee gassen, met een temperatuurverschil van 50°C, worden van elkaar gescheiden door een wand
met een oppervlakte van 1 m² en een dikte van 5 cm. De wand is gemaakt uit kunststof, met een
thermische conductiviteit van 0.5 W/(mK). Aan de linkerzijde van de wand staat het gas stil, wat
resulteert in een convectiecoëfficiënt van 10 W/(m²K). Aan de andere zijde zorgt een ventilator voor
meer beweging in het gas, wat leidt tot een convectiecoëfficiënt van 100 W/(m²K).
De eigenaar van de installatie, had graag de warmteflux van het warme gas naar het koude verhoogt,
en heeft hiervoor 3 opties. Een verdubbeling van de convectie aan de linkerzijde of aan de rechterzijde
(met bv. vinnen of een ventilator), of een ander materiaal met een geleidbaarheid van 1 W/(mK).
Welke wijziging zal leiden tot de grootste verbetering van de warmteoverdracht?
20°C 70°C
10 W/(m²K) 100 W/(m²K)
1m², 5 cm,
0.5 W/(mK)
, Oefening 3:
De doorsnede van stormglas wordt getoond in de figuur. Hoeveel warmte gaat verloren door een
raam met afmeting 1.83 m bij 3.66 m op een koude dag wanneer de binnen- en buitentemperaturen
respectievelijk 295 K en 250 K bedragen ? De convectiecoëfficiënten op binnen- en buitenwand
bedragen respectievelijk 20 W/(m²K) en 15 W/(m²K). Hoeveel bedraagt de temperatuursval over elk
van de glaspanelen. Wat is de gemiddelde temperatuur van de lucht tussen de glaspanelen.
Lglas = 0.32 cm
Llucht = 0.8 cm
k glas = 0.78 𝑊⁄(𝑚𝐾)
k lucht = 0.0241 W/(mK)
Oefening 4:
Vloeibare stikstof op 77 K wordt opgeslagen in een cilindrisch vat met een binnendiameter van 25
cm. De cilinder is gemaakt uit roestvast staal (stainless steel, 16 W/(mK)) met een wanddikte van 1.2
cm. Om de verdampingssnelheid te reduceren, wordt 5 cm isolatie aangebracht aan de buitenzijde
van de cilinder. De isolatie heeft een thermische geleidbaarheid van 0.13 W/(mK). Mits
verwaarlozing van straling, bepaal met welke factor het warmteverlies wordt verminderd door de
isolatie, met een convectiecoëfficiënt aan de buitenzijde van 12 W/(m²K) en een buitentemperatuur
van 25°C.
Oefening 5:
Een rechthoekige, roestvast stalen platen (k = 20 W/(mK)) meet 60 cm op 40 cm en heeft een dikte
van 3 cm. Aan de onderkant van de plaat is een elektrisch verwarmingselement geïnstalleerd. Over dit
element worden een elektrische spanning van 24 V en een stroomsterkte van 3 A gemeten. De
temperatuur aan de bovenkant van de plaat is 50°C, terwijl de omgevingstemperatuur 20°C is. Wat is
de convectiecoëfficiënt aan de bovenkant van de plaat, als de onder- en zijkanten van de plaat perfect
geïsoleerd zijn en straling wordt verwaarloosd? Wat is de temperatuur aan de onderkant van de plaat?
