Thermosiphon werking

[John Doh]

Aan de hand van bovenstaande figuren C zou je kunnen redeneren dat het punt van afgifte zich altijd boven het punt van opname moet bevinden. Maar dat klopt niet helemaal, omdat het model een vereenvoudiging van de werkelijkheid is. Eerder heb ik het gehad over een serieschakeling van afgifte-elementen. Zie daartoe figuur D:



Stel nu dat in de blokjes rechts telkens precies de helft van het vermogen wordt afgegeven. De temperatuur van het water neemt tussen de twee afgifteblokjes precies de middentemperatuur tussen 90 en 20?C aan, namelijk 55?C.

De gewichtsverdeling wordt nu: links 9,65 + 9,98 kg, rechts 2 x 9,86 kg. Rechts is 90 gram zwaarder, dus wil zakken, maar minder dan bij figuur A. Dat betekent dat het water minder snel gaat stromen en er dus minder vermogen kan worden overgedragen.

Dat er in dit geval iets te zakken overblijft, is het gevolg van het progressief afnemen van de dichtheid bij toenemende temperatuur. Als die grafiek lineair was geweest, was geval D precies het stagnatiepunt geweest.

Dus ja, er kan inderdaad warmte worden afgegeven lager dan het punt van opwarming, maar alleen als er ook warmte wordt afgegeven b?ven het punt van opwarming. In serie.

Vandaar ook dat de kachel op zolder met een radiator in de kelder niet werkt. Thermosifon werkt sowieso het beste met de warmtebron zo laag mogelijk.

Met dank aan mijn tienjarige zoon David, die de plaatjes heeft gemaakt naar het voorbeeld van lelijke schetsen van mij en daar veel handiger in is dan zijn vader.

[Chicken Power]

Dus ja, er kan inderdaad warmte worden afgegeven lager dan het punt van opwarming, maar alleen als er ook warmte wordt afgegeven b?ven het punt van opwarming. In serie.

Vandaar ook dat de kachel op zolder met een radiator in de kelder niet werkt. Thermosifon werkt sowieso het beste met de warmtebron zo laag mogelijk.

Met dank aan mijn tienjarige zoon David, die de plaatjes heeft gemaakt naar het voorbeeld van lelijke schetsen van mij en daar veel handiger in is dan zijn vader.

Heren, Chapeau!

Schitterende uitleg; als de gemiddelde leerling op een VMBO dit ook zo eens uitgelegd kreeg... .

Groet, Cp

[mark]

Hoi John,

Duidelijke uitleg. Begrijp nu beter hoe de ww werkt in onze tigchelkachel met siflonwerking.

mark

[mark]

Kijk werpt gelijk zijn vruchten af ik ben zo'n gemiddelde vmbo leerling geweest.

mark

[Dirk Bauwens]

Deze doet het niet. De kolom links is zwaarder dan de kolom rechts. Als de temperatuurverdeling zou kloppen, zou de stroom de verkeerde kant op willen.

John,

Blijkbaar aanvaardt een aantal mensen je uitleg.

Ikzelf kan me echter moeilijk vinden in je model omdat het niet overeen kan stemmen met de werkelijkheid.
Moest het zijn zoals je schrijft en toont, is het inderdaad zoals je zelf opmerkt: 'als de temperatuurverdeling zou kloppen, zou de stroom de verkeerde kant op willen'.
Je hebt blijkbaar al door dat dat eigenlijk niet kan.

Dirk

[mark]

Hoi Dirk,

Je kunt het zo toetsen met jouw pvc opstelling. Ben benieuwd.

mark

[John Doh]

Je hebt blijkbaar al door dat dat eigenlijk niet kan.

Dat schrijf ik ook: deze (C) doet het niet. Met andere woorden: g??n thermosifon-effect als het punt van afgifte beneden het punt van opname ligt, althans bij dit model. Als dit de uitgangssituatie is, wil de kolom rechts omhoog, omdat die lichter is. Er komt koud water in het vakje rechts en er valt niets meer af te geven.

Je zou het ook nog anders kunnen formuleren: als de stroom de andere kant op wil, dan gaat de warmte-overdracht in de andere richting. Ten opzichte van de gekozen pijlrichtingen wordt P dan negatief en hebben we in feite figuur A weer te pakken.

[Dirk Bauwens]

Je hebt blijkbaar al door dat dat eigenlijk niet kan.

Dat schrijf ik ook: deze (C) doet het niet. Met andere woorden: g??n thermosifon-effect als het punt van afgifte beneden het punt van opname ligt, althans bij dit model. Als dit de uitgangssituatie is, wil de kolom rechts omhoog, omdat die lichter is. Er komt koud water in het vakje rechts en er valt niets meer af te geven.

Je zou het ook nog anders kunnen formuleren: als de stroom de andere kant op wil, dan gaat de warmte-overdracht in de andere richting. Ten opzichte van de gekozen pijlrichtingen wordt P dan negatief en hebben we in feite figuur A weer te pakken.

John, jij denkt dus dat in figuur C de stromingsrichting tegenuurwijzerzin is? Dat zou betekenen dat, in het gedeelte waar energie wordt toegevoegd, het water gemiddeld zwaarder wordt en daardoor gaat dalen en dat het gemiddeld lichter wordt en daardoor gaat stijgen in het gedeelte waar de warmte wordt weggenomen??

Dirk

[chathanky]

In theorie klopt het wel maar de praktijk zal het verloop nooit zo zijn. De snelheid kan veranderen waardoor er toch een onbalans gaat optreden en de werking in stand houdt

In deze situatie staat het stil maar door de aanvoer van warmte zal de linker kolom lichter maken en zo de stroming weer op gang brengen. Doordat de stroming wat minder wordt neemt de afkoeling verder toe bij de afnemer wat het proces weer versnelt.

Ook in c zal in de praktijk geen ballans ontstaan. Minder effectief is het wel.

[John Doh]

John, jij denkt dus dat in figuur C de stromingsrichting tegenuurwijzerzin is? Dat zou betekenen dat, in het gedeelte waar energie wordt toegevoegd, het water gemiddeld zwaarder wordt en daardoor gaat dalen en dat het gemiddeld lichter wordt en daardoor gaat stijgen in het gedeelte waar de warmte wordt weggenomen??

Nee, pas op!

Figuur C is een situatie die zou moeten optreden als het afgiftepunt lager ligt dan het opnamepunt. Als je vervolgens de temperatuurverdeling bekijkt die daar voor nodig is, dan zie je dat die de neiging zou hebben om de verkeerde kant op te stromen. Conclusie: deze constructie kan niet!

Als je de gedachtengang omdraait en de temperatuurverdeling als uitgangspunt neemt, dan zie je dat er aan de afgiftekant energie moet worden opgenomen en aan de opnamekant moet energie worden afgegeven. Oftewel: de vermogensstroom P gaat tegen de getekende pijlen in. Die moeten dus van richting worden omgedraaid. Doe je dat, dan krijg je figuur A.

Als deze figuur C, die staat voor een situatie die niet werkt zoals aangegeven, verwarring blijft geven, dan gewoon overslaan en concentreren op A en D, die wel werken.

[Chicken Power]

Blijkbaar aanvaardt een aantal mensen je uitleg.

Dirk, het is niet het aanvaarden van Johns uitleg, maar van de pure natuurkunde. Johns uitleg daar van is op een hele fraaie en educatieve ?Klokhuis? wijze (kinderprogramma in Nederland). Met begrijpelijke sommetjes.

John, jij denkt dus dat in figuur C de stromingsrichting tegenuurwijzerzin is? Dat zou betekenen dat, in het gedeelte waar energie wordt toegevoegd, het water gemiddeld zwaarder wordt en daardoor gaat dalen en dat het gemiddeld lichter wordt en daardoor gaat stijgen in het gedeelte waar de warmte wordt weggenomen??
Dirk

Neen, dat bedoeld John niet, hij maakt er duidelijk de bemerking bij over de warmteoverdracht in de andere richting. M.a.w. P afgifte wordt P aanvoer, en omgekeerd. Dus eigenlijk A in spiegelbeeld.

In theorie klopt het wel maar de praktijk zal het verloop nooit zo zijn. De snelheid kan veranderen waardoor er toch een onbalans gaat optreden en de werking in stand houdt

Chathankey, in deze opstelling veranderd de snelheid alleen maar door het verschil in gewicht van het water. En daarbij stelt zich een evenwicht in.

In deze situatie staat het stil maar door de aanvoer van warmte zal de linker kolom lichter maken en zo de stroming weer op gang brengen. Doordat de stroming wat minder wordt neemt de afkoeling verder toe bij de afnemer wat het proces weer versnelt.

Ik neem aan dat je D bedoelt; wat schrijft John daar nu over? Dat D het wel doet. Vergeet ook dat stukje even niet van het progressief afnemen niet te herlezen.

Ook in c zal in de praktijk geen ballans ontstaan. Minder effectief is het wel.

Zowel in theorie als in praktijk ontstaat wel degelijk een balans, en wel die van het evenwicht dat er geen stroming is.

Indien jij C wel aan het werk krijgt, is er geen sprake meer van thermosyfon- werking. Dan zitten we in het hoofdstuk stoomverwarming.

Groet, Cp

[chathanky]

Sorrie dat je me verkeerd begreep cp met onbalans bedoelde ik het gewichtsverschil in vertikale leidingen onderling.

Dit model houd geen rekening met de warmteverliezen in de leidingen cp.
Sifon werking is er zeker wel de mate van is wel minder dan in het andere voorbeeld.
Het afgifte element zal hierdoor minder warmte af staan. De stroming zal ongeveer over een komen met de verliezen van het leidingwerk + een klein deel in het afgifte element.

De geschetste temperatuursverloop is anders. Deze is gesteld en komt niet over een met hoe deze werkelijk verloopt.

Stoomvorming is afhankelijk hoeveel energie je toevoegt en geldt op deze wijze voor alle voorbeelden. Te veel vermogen betekend een probleem voor elk systeem kookverschijnselen.

Chathankey, in deze opstelling veranderd de snelheid alleen maar door het verschil in gewicht van het water. En daarbij stelt zich een evenwicht in.

hoe onstaat die ballans dan met een systeeem dat ook bij stilstand afkoelt terwijl er een continue warmtetoevoeging is aan de linker kollom?

[kockie]

Waar dit model geen rekening mee houdt is dat wanneer er geen warmte afvoer van P-bron is, de temperatuur van deze bron zal stijgen. Dit zal doorgaan tot de temperatuur van het water gelijk is aan de temperatuur van de bron zonder dat er warmteafvoer plaatsvindt.

edit:
Hmm, volgens mij zegt chathanky hierboven hetzelfde....

[chathanky]

Twee zielen een gedachte?

[Dirk Bauwens]

Door mijn ervaringen met mijn experimenteel thermosifonmodel met parallel geschakelde plastic buizen was ik er eigenlijk reeds zeker van dat ik daarmee ook warmte kon verplaatsen naar plaatsen die lager liggen dan de warmtebron. Ik was van plan om daarvan ooit wel eens een specifieke opstelling te maken, maar omdat sommigen nu zo sterk ontkennen dat dit systeem kan werken, heb ik snel een erg specifieke opstelling in elkaar geknutseld. Dus, nog eens voor alle duidelijkheid: van de situatie volgens tekening C !!

Uit wat bestaat deze nieuwe proefopstelling? Het is een rechthoekig frame met een hoogte van 2 meter en een breedte van 1 meter. Voor de buizen heb ik koperen buis met een diameter van 15 milimeter genomen. Als hoekverbindingen heb ik koperen knelkoppelingen gebruikt. Daarna heb ik alle buizen ge?soleerd, behalve de bovenste helft van de linkse buis en de onderste helft van de rechtse buis. Als puntvormige verwarmingsbron gebruikte ik de vlam van een gasbrander, geplaatst op ongeveer 150 cm hoogte van de linkse buis. Al snel werd het onge?soleerde onderste gedeelte van de rechtse buis voelbaar warm. Na een vijftal minuten was dit gedeelte zo heet dat het niet meer aangeraakt kon worden met de blote hand!

Conclusie: de opstelling zoals getoond met figuur C werkt niet alleen, deze opstelling werkt zelfs uitstekend! Want bedenk daarbij dat mijn gebruik van koperen buizen met slechts een diameter van 15 mm, en mijn gebruik van standaard knelkoppelingen met een abrupte hoek van 90 graden, verre van ideaal te noemen is voor een thermosifonsysteem. Bovendien heb ik voor dit experiment ook geen gebruik gemaakt van meerdere parallelle buizen zoals in mijn andere experimentele opstelling.

Er is volgens mij ook een simpele uitleg voor het fenomeen. Aan de stijgbuis wordt energie toegevoegd en aan de daalbuis wordt alleen energie onttrokken. Daardoor kan het niet anders dan dat de gemiddelde densiteit van het water in de stijgbuis lager is dan in de daalbuis. Waardoor wel degelijk en nu ook bewezen, circulatie in uurwijzerzin ontstaat in het systeem.

Zoals Chatanky ook reeds opmerkte zijn de cijfers die John Doh gebruikt, verondersteld en niet gemeten. Ik zal dus het werkelijke temperatuursverloop moeten gaan meten maar dat vereist een vaste opstelling met veel meetpunten. Dat betekent veel meer werk en zorgvuldigheid dan de snelle opstelling die ik nu gemaakt heb... midden in de woonkamer.

Dirk