Basic overview of air compressor thermodynamics
21 april, 2022
To better understand the physics of air compressor thermodynamics and heat generation, this article discusses the main principles and two gas laws.
Så överförs värme
Värmeöverföring är ett grundläggande begrepp inom termodynamiken, som är viktigt om du ska förstå olika industriella processer som tryckluftssystem.
Efter vår introduktion till termodynamik så tar vi upp de tre huvudsakliga typerna av värmeöverföring i den här artikeln: ledning, konvektion och strålning, och vilken betydelse de har i olika tillämpningar.
Värmeöverföring kan ske på tre olika sätt:
Ledning
Konvektion
Strålning
I verkliga situationer sker värmeöverföringen samtidigt, men i olika grad, på alla tre sätten.
I samtliga fall flödar värme från varmt till kallt: det här är en grundläggande princip inom termodynamiken där värme flödar naturligt från ett område med högre temperatur till områden med lägre temperatur.
3 typer av värmeöverföring
Ledning
Ledning är när värme överförs genom ett fast material. Det inträffar när molekylerna i ett ämne vibrerar och överför energi till närliggande molekyler. Den här processen är viktig i många industriella tillämpningar där material måste leda värme effektivt.
Exempel på ledning: att vidröra en metallstav som har värmts upp i ena änden. Värmen överförs genom staven till din hand.
Konvektion
Konvektion är värmeöverföring genom förflyttning av flyktiga ämnen (vätskor eller gaser). Den här typen av värmeöverföring är viktig i system där det krävs vätskerörelser för att fördela värmen jämnt.
Exempel på konvektion: kokande vatten. Värmen från spisen får vattnet i botten att minska i densitet och stiga medan det kalla vattnet sjunker.
Strålning
Strålning är värmeöverföring genom elektromagnetiska vågor. Till skillnad från ledning och konvektion så krävs inget medium vid strålning, den kan ske genom tomrum.
Exempel på strålning: värmen från solen som värmer upp ditt ansikte eller när du rostar marshmallows vid en brasa. Solens energi passerar genom den tomma rymden och värmer upp föremål på jorden.
Formler för konduktivitet och värmeöverföring
Formel för konduktivitet
Konduktivitet är ett mått på ett materials förmåga att leda värme. Formeln är:
Q = λ * A * t * (Δ T / Δ x)
där:
- Q är den överförda värmen (J)
- λ är konduktivitetskoefficienten (W/m*K)
- A är värmeflödets area (m2)
- t är tiden (s)
- ΔT är temperaturskillnaden (K)
- Δx är avståndet (m).
Värmeöverföringsformel för konvektion
Formeln för konvektiv värmeöverföring är:
Q = - h * A * t * Δ T
där:
- Q är värmeöverföringen (J)
- h är den konvektiva värmeöverföringskoefficienten (W/m2*K)
- A är ytans area (m2)
- t är tiden (s)
- ΔT är temperaturskillnaden mellan ytan och vätskan (K).
Minustecknet anger att värmeöverföringen sker från högre till lägre temperatur.
Formel för värmeöverföring via strålning
Formeln för konvektiv värmeöverföring är:
Q = - k * A * t * Δ T
där:
- Q är den totala värmeöverföringen (J)
- k är värmeöverföringskoefficienten (W/m2*K)
- A är arean (m2)
- t är tiden (s)
- ΔT är temperaturskillnaden (kall-varm)(K).
Logaritmisk genomsnittlig temperaturskillnad (LTMD) i värmeväxlare
Värmeöverföringen i en värmeväxlare är vid varje punkt en funktion av den rådande temperaturskillnaden och totala värmegenomgångstalet. Du måste använda en logaritmisk medeltemperaturdifferens Өm istället för ett linjärt aritmetiskt samband ΔT.
Formeln för logaritmisk genomsnittlig temperaturskillnad (LMTD) är:
Өₘ = Ө₁ - Ө₂ /ln ( Ө₁ /Ө₂ )
där:
- Өₘ är den logaritmiska genomsnittliga temperaturskillnaden (K)
- Ө₁ är temperaturskillnaden mellan de två vätskorna i värmeväxlarens ena ände (⁀1)
- Ө₂ är temperaturskillnaden mellan de två vätskorna i värmeväxlarens andra ände (⁀2)
- ln avser den naturliga logaritmen.
Tillämpningar för värmeöverföring och värmeåtervinning
Värmeöverföring och värmeåtervinning är viktigt inom olika branscher som tillverkning, fordon och energi. Värmeöverföring handlar om att värme rör sig från en plats till en annan, men värmeåtervinning går ut på att fånga upp och återanvända överskottsvärme.
Tillverkning
Inom tillverkningsindustrin behövs en effektiv värmeöverföring för metallsmide, plastgjutning och kemisk produktion. En korrekt värmehantering säkerställer produkternas kvalitet och minskar energiförbrukningen. Värmeåtervinningssystemen fångar å andra sidan upp överskottsvärme från de här processerna och återanvänder den någon annanstans på anläggningen, som till att förvärma råmaterial eller värma upp utrymmen.
Bilindustri
Inom fordonsindustrin behövs värmeöverföring för motorkylning, klimatkontroll och batterihantering för elfordon. Effektiva värmesystem ger fordonen bättre prestanda och livslängd genom att värmen effektivt kan avlägsnas från viktiga komponenter. Samtidigt kan värmeåtervinningssystem fånga upp den värme som genereras av motorer och avgassystem för att förbättra bränsleeffektiviteten eller driva andra fordonssystem.
Energi
Inom energisektorn behövs värmeöverföring till elproduktionen, oavsett om det gäller traditionella fossila bränslen eller förnybara källor som sol och vind. Effektiva värmeväxlarsystem maximerar energiproduktionen och minimerar spillet. Värmeåtervinningen kan å andra sidan samla in överskottsvärme från produktionsprocesserna och använda den till andra ändamål, som fjärrvärme eller extra kraftgenerering via kombinerade värme- och kraftsystem (CHP).
Luft- och gaslösningar för tillverkare av elfordonsladdare
![Laddningskontakt för elfordon med digital display]()
Luft- och gaslösningar för tillverkare av elfordonsladdare
Värmeöverföring i tryckluftssystem
Värmegenerering vid kompression
Under kompressionsprocessen ökar lufttrycket och temperaturen på grund av arbetet som utförs på luften. Den här värmen måste hanteras för att bibehålla systemets effektivitet och förhindra skador.
Vikten av att kyla tryckluft
Okontrollerad värme i tryckluftssystem kan leda till skador på utrustningen, lägre effektivitet och kondensering. Det är mycket viktigt att kyla tryckluften för att undvika sådana problem.
Användning av värme för extrautrustning
Värme som genereras i tryckluftssystem kan användas för extrautrustning som torkar och torktankar, så att systemets totala effektivitet ökar.
Värmeåtervinning
Värmeåtervinning handlar om att fånga upp och återanvända överskottsvärme som genereras under kompressionen. Den här processen minskar energiförbrukningen, sänker driftskostnaderna och ökar hållbarheten genom att energiförlusterna minimeras.
Fördelar med värmeåtervinning:
Lägre energiförbrukning: när du använder överskottsvärmen minskar beroendet av externa värmekällor.
Lägre driftskostnader: energibesparingarna sänker driftskostnaden.
I den här videon tittar vi närmare på värmeåtervinning för kompressorer. Visste du att en stor del av den elektriska energi som kompressorer förbrukar ofta går till spillo?
Med energiåtervinningssystem kan vi återanvända den här överskottsvärmen till uppvärmning, torkning eller varmvattenproduktion för exempelvis duschar och industriella processer som flaskrengöring och temperering av choklad.
Vill du veta mer om energiåtervinning för din bransch? Det är viktigt att förstå de olika typerna av värmeöverföring när det gäller olika industriella tillämpningar, som tryckluftssystem. Genom att hantera och utnyttja värmen effektivt kan olika branscher bli mer effektiva och sänka kostnaderna. Läs mer i vår e-bok.
Mer information om värmeåtervinning och andra energieffektiva lösningar finns på vår sida om värmeåtervinning.
Vanliga frågor och exempel på värmeöverföring i vardagen
Vilka är de tre typerna av värmeöverföring?
De tre typerna av värmeöverföring är ledning, konvektion och strålning. Ledning är överföring av värme genom direktkontakt mellan material, till exempel när en metallstav värms upp längs sin längd.
Varför flödar värme från varmt till kallt?
Värmeflödet från varmt till kallt drivs av termodynamikens andra lag, som anger att entropin, eller måttet på oordning, tenderar att öka i ett isolerat system.
Hur överförs värme via ledning?
Värme överförs via ledning genom direkt kontakt mellan molekyler i ett fast material.
Hur överförs värme via konvektion?
Värme överförs via konvektion genom vätskeflöden som fördelar värmen jämnt.
Hur överförs värme via strålning?
Värme överförs via strålning genom elektromagnetiska vågor, utan att det behövs något medium.
Ge ett exempel på värmeöverföring via ledning?
Ett exempel på ledning är när en metallsked blir varm från handtaget till spetsen när den placeras i en varm vätska.
Ge ett exempel på värmeöverföring via konvektion?
Ett exempel på konvektion är när varm luft cirkulerar i ett uppvärmt rum.
Ge några exempel på värmeöverföring via strålning?
Exempel på strålning är värmen från en brasa eller värmen från solen.
Vilken typ av värmeöverföring sker när vatten kokar?
När vatten kokar är konvektion inblandat, eftersom värmen får vattnet att cirkulera och överföra värme.
Vilken typ av värmeöverföring kan ske genom tomma utrymmen?
Strålning kan ske genom tomma utrymmen eftersom det inte behövs något medium.
Vilken typ av värmeöverföring sker från solen?
Solen överför värme till jorden via strålning.
Vilken typ av värmeöverföring används i torkar?
Torkar använder normalt konvektion till att överföra värme och torka material.
Vilken typ av värmeöverföring sker i en mikrovågsugn?
En mikrovågsugn använder strålning till att överföra värme och tillaga mat.
Vilken kemi ingår i att grilla marshmallows?
När marshmallows rostas orsakar värmeöverföringen via strålning en kemisk reaktion. Sockret karamelliseras och undergår Maillard-reaktioner, vilket producerar vattenmolekyler som avdunstar och lämnar kvar kolet som ger en svärtad, krispig utsida. Den här kombinationen av kemiska reaktioner ger dina marshmallows sin distinkta smak och konsistens.
Relaterade artiklar
Changes in State for Gases
18 februari, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.
Gas Flow Through Pipes and Throttling
4 augusti, 2022
To understand the workings of compressed air, a basic introduction to physics can come a long way. Learn more about thermodynamics and how they are vital in understanding how air compressors work.