Energieverlust durch Aussparung im Schmelz-Tiegeldeckel?

Jens80 · Anmeldungsdatum: 20.04.2011 Beiträge: 6

Meine Frage:
Hallo Forum,

es soll der Energiebedarf eines Schmelztiegels gesenkt werden. Dafür wird ein Deckel auf den Tiegel gesetzt, der eine Aussparung für eine Kelle hat die regelmäßig in den Tiegel eintaucht.

Es ist bekannt, das der Tiegel mit einem Deckel ohne Aussparung 7 kWh benötigt, um die Al-Schmelze auf konstant 750°C zu halten. Ohne Deckel ist der Bedarf 15 kWh.

Wie groß ist der Energiebedarf nun, wenn der Deckel eine Aussparung für eine Kelle hat, die regelmäßig in den Tiegel eintaucht?

Ob das jemand beantworten kann???

Meine Ideen:
Gegeben:
- Energiebedarf, wenn Tiegeldeckel auf: 15 kWh
- Energiebedarf, wenn Tiegeldeckel zu: 7 kWh
- Fläche des Deckels (= der Fläche des Schmelzoberfläche) = 3848,45 cm²
- Fläche der Aussparung = 1050 cm²

Lösung:
Kann ich einfach das Verhältnis der Flächen nehmen?
3848,45 cm² = 100%
1050,00 cm² = rd 27 %

Demnach würden 63 % von 8 kWh = 5 kWh Energie eingespart.

Ich würde mich sehr freuen, wenn ihr mir mit Ideen zur Berechnung weiterhelfen könnt.

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

nur sonn' "educated guess": das loch im tigeldeckel - immerhin ~ 30% der flaeche - wird dir deinen tag versauen.

du hast es hier haupts. mit 2 waerme-austragspfaden zu tun: thermik und strahlung
so wie du die dinge beschreibst (7/15 kW, das ist nicht wenig fuer standby) , scheint mir "oben" der zweite austragspfad der relevante zu sein

hier wirkt nun dein deckel hauptsaechlich dadurch, dass er die thermik massiv behindert

jedoch: bei einem loch in der beschriebenen groesse, relativ zur gesamtflaeche, sehe ich eine solche behinderung praktisch komplett zusammenbrechen: luft wird eben nicht direkt proportional zur flaeche am durchstroemen gehindert
--> du bekommst ein bisschen Bernoulli und das wars dann

ich erwarte also relevant weniger einsparung als von dir ueberschlaegig angenommen

gruss

ingo

Jens80 · Anmeldungsdatum: 20.04.2011 Beiträge: 6

Hmm,

aber wie kann es berechnet werden? grübelnd

Mit dem Bauchgefühl ist das ja immer so eine Sache...

Es ist leicht, wenn man einen Wärmedurchgangskoeffizienten hat und einen geschlossenen Deckel. Aber jetzt ist da ja diese Öffnung drin!

Wer kennt dafür eine Formel oder zumindest einen Ansatz???

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

ich will deine lust an theoretscher physik ja keinesfalls ausbremsen...

... aber fuer mich hoert es sich irgendwie danach an, als haettest du da ein reales problem an einer realen anlage, plus die moeglichkeit dort auch reale messungen durchzufuehren, und nicht wirklich die zeit und das budget um das aufwendig + unter erfassung aller relevanten effekte zu modellieren und durch den computer zu jagen: das wird naemlich, wenn es irgendwas taugen soll, doch recht umfassend + aufwendig

mein vorschlag: experimentalphysik ist es auch, ein experiment durchzufuehren
leg den deckel den es ja offensichtlich schon gibt so auf, dass er nicht voll deckend aufliegt, sondern dass ~ 30% oben unbedeckt bleiben

... und dann miss deine kW die du da durchjagen musst um standby zu halten

mein wett-tip: statt 7 + 8 = 15 kW musst du da "nur" noch mit 7 + 6 = 13 kW reinheizen. sollte ich mich grob verschaetzen und du doch eher bei 7+2 oder sowas landest: schreib mir ne PN bitte, solche praxiswerte interessieren mich immer brennend

aber rechnen / modellieren moechtest du das nicht wirklich muessen, glaubs mir

gruss

ingo

Jens80 · Anmeldungsdatum: 20.04.2011 Beiträge: 6

Ok, das glaub ich Dir gerne!
Messen ist bestimmt die bessere Alternative...

Allerdings waren die 7kWh und 15 kWh Herstellerangaben. Ich denke, ich sollte mir selbst ein Messgerät (am besten Strommengenzähler) besorgen und entsprechende Messungen durchführen. Wenn ich das gemacht habe, bekommst du selbstverständlich das Ergebnis.

Frohe Ostern!

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

Bist Du sicher, dass dort 7kWh und 15 kWh angegeben waren und keine zugehörige Zeit? Dann wollen wir zumindest mal annehmen, dass der Vergleich der Energieverluste mit und ohne Deckel für dieselbe Zeit gilt.

Bernoulli gut und schön, ich würde in erster Näherung aber zunächst mal von der Parallelschaltung zweier Wärmeübergangswiderstände ausgehen, deren jeweilge Wärmeleitfähigkeit aus den Verhältnissen mit und ohne Deckel ermittelt werden können.

Das führt schließlich zu der Erkenntnis, dass der Energiebedarf sich aus 73% des Bedarfs bei komplett geschlossenem und 27% des Bedarfs bei komplett offenem Tiegel zusammensetzt. Da kämen dann 9,16kWh raus.

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914

oki, da haetten wir dann zwei moegliche betrachtungsweisen der situation, mit zwei unterschiedlichen berechnungsgrundlagen und eindeutig unterscheidbarem experimentellem ausgang: 7+2=9 spraeche fuer das parallel-widerstandsmodell, 7+6 fuer die bernoulli situaton

jetzt ists an dir uns durch das experiment zu zeigen welcher betrachtungansatz der realitaet naeher kommt, man darf gespannt sein

gruss

ingo

GvC · Anmeldungsdatum: 07.05.2009 Beiträge: 14861

magician4 · Anmeldungsdatum: 03.06.2010 Beiträge: 914