Messung Ihrer Wärmebelastung


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Formel für spezifische Wärme

Der erste Schritt bei der Auswahl des richtigen Produkts für Ihre Kühlsystemanwendung ist die Bestimmung der Wärmebelastung bzw. der von Ihrem System erzeugten Wärmemenge. Dieser Artikel erklärt, wie die Wärmebelastung für jede Flüssigkeitskühlungsanwendung ermittelt werden kann.

Eine schnelle Methode zur Schätzung der Wärmebelastung ist die Annahme, dass die gesamte in einen Prozess eintretende elektrische Energie in Wärme umgewandelt wird. Aus dem 1. Hauptsatz der Thermodynamik wissen wir, dass die Menge der Energie, die ein System verlässt, niemals größer sein kann als die Menge der Energie, die in ein System eintritt. Die Wärmelast kann konservativ als gleich der verbrauchten Strommenge geschätzt werden, wenn Strom die einzige Energieform ist, die in ein System eintritt.

Zur genaueren Bestimmung der Wärmebelastung kann die Gleichung Q = m x Cp x ΔT verwendet werden, wobei gilt:

Q = Wärmebelastung (BTU/hr)
m = Massendurchfluss (lb/hr)
Cp = spezifische Wärme (BTU/lb °F)
ΔT = Temperaturänderung (°F)




Testaufbau zur Berechnung der Wärmebelastung



Um Q mit der obigen Gleichung zu bestimmen, ist es notwendig, die Werte m und ΔT experimentell zu erhalten. Um diese Werte zu messen, benötigen Sie die folgende Ausrüstung:

Menge

Gerät

Empfohlene Genauigkeit

2

Thermoelement Typ „T“

± 0,2 °F

1

Turbinen-Durchflussmesser

± 1 % der Ablesung



Die Thermoelemente und der Durchflussmesser können zur Messung der Flüssigkeitstemperaturänderung und der Durchflussrate der Kühlflüssigkeit verwendet werden, wenn sich Ihr System im Spitzenlastbetrieb befindet (siehe Abbildung 1). Unter Verwendung der spezifischen Wärme der Flüssigkeit (die Eigenschaften häufig verwendeter Flüssigkeiten finden Sie im Wärme-Nachschlagewerk in unserer technischen Bibliothek) und der obigen Gleichung kann die Wärmebelastung berechnet werden.

Die Genauigkeit der Thermoelemente und des Durchflussmessers ist besonders wichtig, da eine geringe Abnahme der Genauigkeit einen erheblichen Fehleranteil verursachen kann. Zum Beispiel: Wenn der Temperaturanstieg 10 °F beträgt und die Thermoelemente auf ±0,5 °F genau sind, könnte die Messung des Temperaturanstiegs um bis zu 1 °F oder 10 % abweichen. Das bedeutet, dass die gesamte Wärmebelastungsberechnung nicht genauer sein kann als eben diese ±10 %. Wenn der Temperaturanstieg weniger als 10 °F beträgt, werden die ±0,5 °F zu einem noch höheren Fehlerprozentsatz. Wenn der Temperaturfehler in °F oder °C angegeben wird, kann der Fehlerprozentsatz berechnet werden, indem die Thermoelementgenauigkeit mit zwei multipliziert, dann durch die Temperaturänderung geteilt und mit hundert multipliziert wird.

Es wird empfohlen, die beiden Thermoelemente vor der Aufzeichnung der Messungen zu kalibrieren. Wenn dies nicht möglich ist, kann die Genauigkeit des einen mit der des anderen verglichen werden. Dazu wird ein Flüssigkeitsstrom ohne Wärmebelastung durch die Thermoelemente geleitet. Wenn die Temperaturen gleich sind, kann der genaue Temperaturanstieg bei Spitzenbetrieb verwendet werden. Andernfalls sollte bei Messungen ohne Wärmebelastung im Spitzenlastbetrieb die Temperaturdifferenz der beiden Thermoelemente berücksichtigt werden. Dazu wird die Temperaturdifferenz ohne Wärmebelastung von der Temperaturdifferenz mit aufgebrachter Wärmebelastung subtrahiert. Zum Beispiel: Wenn die beiden Thermoelemente 20,0 °C und 20,5 °C ohne Wärmebelastung und 25,0 °C und 30,5 °C unter Wärmebelastung zeigen, muss die Temperaturänderung als (30,5-25,0)-(20,5-20,0) oder 5,0 °C berechnet werden.

Wenn kein Durchflussmesser zur Verfügung steht, können ein Behälter und ein Timer verwendet werden, um die Flüssigkeitsdurchflussrate zu bestimmen, indem die Flüssigkeitsmenge, die das System durchlaufen hat, gemessen und durch die verstrichene Zeit geteilt wird. Bei dieser Art der Durchflussmessung ist eine konstante Durchflussrate unerlässlich. Die Dichte der Flüssigkeit sollte zur Umrechnung von Volumenstrom in Massenstrom verwendet werden.

Diese Methoden zur Bestimmung der Wärmebelastung gelten allgemein für jede Flüssigkeitskühlungsanwendung und können bei der Dimensionierung eines Umlaufkühlers, einer Kühlplatte oder eines Wärmetauschers verwendet werden.


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