Analyse van de thermische eigenschappen van vloeistoffen

Fysische eigenschappen van werkvloeistoffen

De afdeling R&D&I van SACOME blijft haar klanten een dienst aanbieden voor de analyse van de fysische eigenschappen van hun werkvloeistoffen. Het doel van deze analyse is de juiste karakterisering van die eigenschappen die een directe invloed hebben op het proces van warmteoverdracht. De eigenschappen waarnaar we verwijzen zijn: specifieke warmte, thermische geleidbaarheid en viscositeit.

Het uitgangspunt bij het ontwerp van elk warmtewisselaarsysteem is de definitie van hoe deze thermische eigenschappen zich tijdens het proces ontwikkelen, of het nu gaat om verwarming of koeling. Een onjuiste definitie hiervan kan leiden tot een inefficiënt of ongeschikt ontwerp.

Ontwerpparameters die worden beïnvloed door thermische eigenschappen

Met name bij buisvormige warmtewisselaars zijn er twee ontwerpparameters die rechtstreeks worden beïnvloed door de in aanmerking genomen thermische eigenschappen:

• Het vereiste uitwisselingsoppervlak. De thermische eigenschappen bepalen (samen met andere procesparameters) het werkingsregime van de apparatuur, dat wordt verkregen op basis van verschillende dimensieloze getallen, zoals het Reynoldsgetal, het Prandtlgetal of het Rayleighgetal, onder andere. De warmteoverdrachtscoëfficiënten verschillen sterk naargelang de stroming zich in een laminaire, overgangs- of turbulente toestand bevindt. Een goede karakterisering van de eigenschappen maakt het dus mogelijk om het warmtewisselingsoppervlak van de apparatuur te optimaliseren. Dit helpt de ontwerper om de grootte van de warmtewisselaar en daarmee ook de prijs ervan aan te passen.

Geschatte drukverlies. Hoewel dit ook afhankelijk is van het werkingsregime (laminair, overgang of turbulent), is in dit geval de viscositeit de bepalende parameter. Over het algemeen is de viscositeit sterk afhankelijk van de temperatuur, waardoor de aanname van een constante temperatuurwaarde kan leiden tot een onjuiste berekening van het drukverlies wanneer het verwarmings- of koelbereik groot is. Het directe gevolg hiervan is een verkeerde dimensionering van de buiswarmtewisselaar, evenals van de overige elementen van de installatie, zoals pompen, kleppen, enz.

Karakterisering van de thermische eigenschappen van vloeistoffen

Bij SACOME hebben we toegang tot meetapparatuur en hooggekwalificeerd personeel. Hierdoor kunnen we de thermische eigenschappen van vloeistoffen op betrouwbare en nauwkeurige wijze karakteriseren op basis van een klein productmonster:

• Soortelijke warmte. Dankzij een differentiaal-scanningcalorimeter kunnen we een methode met gemoduleerde temperatuur toepassen, waarbij het monster in verschillende fasen met enkele graden wordt verwarmd, gescheiden door isotherme perioden, en met een verwarmingshelling uitgedrukt in ºC/min. Door de kalibratie van de warmtestroom kan de soortelijke warmte bij lage en hoge temperaturen nauwkeurig worden gemeten.

• Thermische geleidbaarheid. Deze kan worden verkregen door indirecte meting van de thermische diffusiviteit, toegepast met de laserflashtest (LFA), of door directe contactmeting met een omgekeerde sensor, die ook effusiviteitsmetingen uitvoert. Het apparaat maakt het ook mogelijk om metingen bij verschillende temperaturen uit te voeren.

Viscositeit. Een groot aantal verwerkte producten in de voedingssector, evenals veel afvalstoffen uit allerlei industrieën, vertonen een niet-Newtoniaans gedrag. De viscositeit varieert dus niet alleen met de temperatuur, maar ook met de schuifspanning (die rechtstreeks verband houdt met de doorstroomsnelheid en de diameter van de leiding). Voor een juiste karakterisering van deze vloeistoffen is het noodzakelijk om een reologisch onderzoek uit te voeren met behulp van een reometer met de juiste geometrie en een schuifsnelheidsscan. Door de nodige voorzorgsmaatregelen te nemen om te voorkomen dat het monster uitdroogt, kan dit onderzoek bij een breed temperatuurbereik worden uitgevoerd.