Abwärmeproblem

Heiko Aßmus schrieb:

Restwärme ergibt sich durch aus der Wärmekapazität der Gesamtmaschine. Also nicht aus der Last.

Läuft der Motor oder doch nicht?

Einschlägige

Auch das sollte doch von der Wärmekapazität abhängen.

Soll also

Ich kann da auch nix genaues sagen

Gruß Matthias

Matthias D. verzapfte dieses:

Ich hab mich wohl etwas ungenau ausgedrückt: Ich meine den Restwärmestrom, den die Maschine im Betrieb durch Konvektion und Strahlung an die Umgebung abgibt. Also den Anteil, den ich über die Bilanzierung von zu- und abgeführter Energie (Abgas- und Kühlmitteltemperaturen, Kraftstoffmassenstrom, effektive Leistung) ausrechnen /könnte/. Da bin ich eben auf der Suche nach einem Anhaltswert.

Tut er.

Da geht's Dir wie mir. :-)

Heiko

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Heiko Aßmus schrieb:

So langsam fange ich an, zu begreifen, was Du überhaupt willst. Also auf Deutsch:

Du hast einen Raum, in dem ein Verbrennungsmotor steht. Der Motor gibt im Betrieb Wärme an die Umgebung ab, und Du willst wissen, wieviel, und wie sehr der Raum gelüftet werden muß, damit die Temperatur darin nicht übermäßig ansteigt. Na, sag das doch gleich ... ;-)

Dann dröseln wir das doch mal auf - was gibt denn Wärme ab?

a) die Motoroberfläche b) die Ölwanne c) der Auspuffkrümmer

Die Wärmeabgabe dürfte jeweils von den Oberflächentemperaturen abhängen, wobei a) und b) kaum lastabhängig sein dürften (konstante Kühlmitteltemperatur und (annähernd) konstante Öltemperatur) und es bei c) auch auf die Fläche ankommen sollte.

Also einfach mal messen :-)

Je nachdem, wieviele "Bastelmöglichkeiten" Du hast, kannst Du einen Teil der Leistung auch direkt messen: Motor ausmachen, Kühlmittelpumpe laufen lassen (ggf. Keilriemen runter und Wasserpumpe mit E-Motor antreiben) und das zirkulierende Kühlwasser extern elektrisch beheizen, bis die Motortemperatur so hoch ist wie im Betrieb - die Heizleistung ist dann gleich der abgegebenen Leistung. Da die Leistung beträchtlich (mehrere kW) werden kann, ist es evtl. sinnvoll, als Wärmequelle das Kühlwasser eines anderen Motors zu verwenden und die Leistung aus der Temperaturdifferenz und der Durchflußmenge zu bestimmen oder die Leistung aus Messungen bei niedrigeren Temperaturen zu extrapolieren.

Die Sinnhaftigkeit läßt sich aber in Frage stellen: wenn befürchtet wird, daß es zu warm wird, dann kapselt man den Motor eben mit ein bißchen Blech und saugt aus dem Innenraum die aufgewärmte Luft ab - vielleicht läßt sich die Wärme noch anderswo nutzbringend verwenden?

Oder die Kapselung wird eben wärmeisoliert ausgeführt, dann steigt die Temperatur darin auf die Kühlmitteltemperatur des Motors (ca. 120 °C) an - dürfte dem Motor eigentlich egal sein.

Gruß aus Bremen Ralf

Falsche Frage. Wo kommt denn die Wärme her?

Du hast einen Verbrennungsmotor. Dieser hat einen Kraftstoffverbrauch und der Kraftstoff einen Brennwert (bzw. je nach Abgastemperatur einen oberen bzw. unteren Heizwert) -> Maximale Energiemenge.

-> Verlustenergie 1: Dieser hat einen kalten Luftmassenstrom als Einlass und einen Warmen per Abgas. Die Luftmasse kann beim Ottomotor über das Lambda geschätzt werden.

-> Verlustenergie 2: Entnahme von mechanischer Arbeit, z.B. per Generator

-> Verlustenergie 3: externe Kühler ausserhalb des Raumes.

Ansonsten wird sich die Energie aus dem Kraftstoff abzüglich Abgasverlust, evtl externer Kühlung und ausgekoppelter Leistung im Raum wiederfinden müssen wenn es keine externe Kühlung gibt.

Natürlich sind die Oberflächentemperaturen lastabhängig. Vielleicht nicht für Grobmotoriker (sobald es Brandblasen gibt ist es "heiss"), aber Wärmeleitung und Wärmeübergang legen einen Zusammenhang nahe.

Rechnen reicht am Anfang. Wenn die Messung dann Mist ergibt, entweder Meßaufbau oder Modell überprüfen und nochmal beginnen.

/Ansgar

Ralf Kusmierz verzapfte dieses:

Hab ich doch (versucht). ;-)

Geht nicht, weil die Anlage nicht fertig ist. Deshalb die Abschätzung. Und wie ich schon schrub: Aus den vorliegenden Daten der vorhandenen Anlagen lassen sich dummerweise keine eindeutigen Tendenzen ableiten. Mein favorisierter Ansatz wäre, daß der Absolutwert beim betriebswarmen Motor ungefähr gleich bleibt, während der relative Anteil an der zugeführten Energie mit ansteigender Last abnimmt (von wegen Wirkungsgrad und so).

Im Ansatz okay, zum gegenwärtigen Zeitpunkt aber nicht möglich, später nicht praktikabel, da die Anlage dann schon komplett sein muß.

Das ist ein Versuchsaufbau, der hin und wieder umgerüstet werden muß. Erstens stecken da sechsstellige Beträge für die Infrastruktur drin, zweitens muß das Maschinchen allein schon wegen der ganzen Meßtechnik gut zugänglich sein und drittens sind es die Sicherheitseinrichtungen, die eine recht niedrige Temperaturgrenze für die Raumluft bedingen. Da könnte man sicherlich noch was drehen, aber da hab ich feste Vorgaben. Ich könnte es mir einfach machen: die Lüftungsanslagen der restlichen Prüfstände mit den zugrundegelegten Motorleistungen vergleichen und dann eine entsprechende Anpassung abschätzen. Aber da tritt im Sommer eben gern das Temperaturproblem wegen warmer Zuluft auf, IMHO paßt da die Dimensionierung überhaupt nicht. Deshalb hätte ich da gern mal selbst ein paar Werte bestimmt, um mir ein Bild zu machen.

Heiko

Ansgar Kursawe verzapfte dieses:

Es gibt eine Rückkühlanlage, mit der ich neben anderen Aggregaten im Raum auch den Kühlwasserkreislauf des Motors beschicken kann. Neben der Abwärme diverser Schläuche und Rohre geht es mir rein um die Wärme, die der Motor eben nicht über den Kühlwasserkreislauf oder das Abgas (separate Lösung vorhanden) abgibt. Für die Abgase gibt es ja Richtwerte für Benziner und Diesel, nur für diese verfluchte Restwärme konnte ich partout keinen Anhaltspunkt finden.

Heiko

Moin,

Heiko Aßmus hat geschrieben:

Ich könnte mir denken, daß es diesen Anhaltswert nicht gibt, weil er zu sehr von zu vielen anderen Sachen abhängt. Nämlich davon, in welchem Gehäuse der Motor sitzt und wie das belüftet ist. Wenn der Motor Wärme nicht an die Umgebung abgeben kann weil er z.B. in einem Auto sitzt das im Stau steht, dann gibt er die Wärme halt über das Kühlwasser ab. Wird er von Fahrtwind gekühlt, dann ebenso so und weniger über Kühlwasser. Aber auch Wärmestrahlung dürfte nicht ganz unerheblich sein. Und die kann von Blechen in der Nähe auf den Motor zurückreflektiert werden oder auch nicht. Sprich die gesamte Umgebung hat einen Einfluß auf den von dir gesuchten Wert, deshalb findest du keinen Literaturwert der sich auf einen konkreten Motor bezieht.

Vorschlag: Der Motor hat 1m^2 Oberfläche mit Kühlwassertempewratur, der Krümmer hat 0.1m^2 Oberfläche mit 600°C. Für beides kann man Strahlung und Konvektion abschätzen. Allenfalls die Auspuff/Krümmertemperatur ist dann noch nennenswert Lastabhängig. Am Ende würde ich dem Motor die Heizleistung eines kleinen Kaminofens zumuten, also so 5..10kW. Und übrigens egal was für ein PKW-Motor das ist (bei ganz anderen Motoren ändert sich das natürlich). Denn: Jeder PKW-Motor muß so konstruiert sein, daß er unter der Motorhaube bei wenig Wind und 80°C Umgebungstemperatur (unter einer schwarzen Motorhaube bei Sonne im Death-Valley) nicht die Umgebung (=Kunststoffteile) überhitzt.

CU Rollo

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Ansgar Kursawe schrieb:

Finde ich nicht.

Na, aus dem Kraftstoff bzw. dessen Verbrennung natürlich.

Und wieso sollte das interessieren?

Gibt es aber.

Wieso sollten sie? Die Kühlmitteltemperatur wird geregelt, und wärmer wird die Motoroberfläche, abgesehen von der Ölwanne, nicht.

So kann man sich täuschen ;-)

Und was gibt es da zu rechnen?

Gruß aus Bremen Ralf

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Heiko Aßmus schrieb:

Ach so ...

Dann nimm die Abschätzung von Roland - was besseres wirst Du wohl kaum finden. Die Oberflächentemperaturen kannst Du vermutlich beim Hersteller erfragen, für die Wärmeübergangskoeffizienten gibt es Tabellen.

Gruß aus Bremen Ralf

Ralf Kusmierz schrieb:

Witzbold.

Dann hat die Kühlung einen Massenstrom und eine Differenztemperatur. Lässt sich in der Regel recht leicht ermitteln und ist wesentlich leichter messbar wie eine mittlere Oberflächentemperatur*Oberfläche*Konvektionskoeffizient.

Aha, die Kühlmitteltemperatur wird geregelt. Steht wo? Bei einer einfachen Beschickung (auf/zu und evtl Stellventil) ist die Kühlmitteltemperatur lastabhängig. +/-20°C macht gegen Raumtemperatur schon etwas aus.

Manche Leute wollen wissen, ob Messwerte plausibel sind. Rechnet der Durchschnittsdepp nicht, so wird ein Meßfehler unentdeckt bleiben.

/Ansgar

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Ansgar Kursawe schrieb:

Es sind schon Leute für wesentlich harmlosere Anmerkungen in Killfiles gelandet.

Uninteressant.

Informiere Dich einfach mal über Verbrennungsmotoren: Die Kühlmitteltemperatur ist eine konstruktive Größe - um sie konstant zu halten, muß man sie logischerweise regeln. (Bei Autos besorgen das Themostatventile, die je nach Temperatur das Kühlmittel mittels Bypass wieder in den Motor oder durch den Kühler leiten.)

Deshalb macht man das auch nicht so.

Wie berechnest Du die Oberflächentemperatur eines Motors?

Gruß aus Bremen Ralf

Ralf Kusmierz schrieb:

Der Bitte wird gern entsprochen.

/Ansgar

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Christoph Müller schrieb:

Es ging dem OP offenbar nicht um die Speicherwärme, sondern um die über die Oberfläche abgegebene Wärmeleistung im stationären Betrieb. Dafür ist diese Überlegung irrelevant.

Gruß aus Bremen Ralf

Klar, für einen ersten Überschlag immer. Die Frage ist halt, was.

Dein Vorschlag läuft auf eine eher kleine Differenz vierer recht großer und nur grob bekannter Zahlen hinaus - so etwas schwankt beträchtlich.

Die ander Idee benötigt drei Temperaturen: Block: Kühlwasser, 100 Cel Ölwanne: Öl, 120 Cel Abgaskrümmer: heiß, 200 bis 300 Cel Dazu drei Flächen und drei Koeffizienten aus dem Tabellenbuch.

Ich halte das für den besseren der beiden Ansätze.

Axel Berger schrieb:

Da gebe ich dir recht wenn die Kühlleistung einen großen oder den größten Teil der Verlustwärme ausmacht und die Abstrahlung bzw. dadurch bedingte Wärmeverluste deutlich unter 10% liegen.

Wobei "mein" Ansatz auch recht leicht zu rechnen ist - man kennt den Kraftstoffverbrauch, dessen Heizwert, die entnommene mechanische Leistung, den Luftmassenstrom, die Abgastemperatur ist leicht messbar und der Massenstrom bzw. Wärmestrom des externen Kühlers ist ebenfalls recht leicht zu ermitteln.

/Ansgar

Ansgar Kursawe verzapfte dieses:

Ist er zweifelsohne, aber er setzt verwertbare Meßwerte voraus. Genau die fehlen mir aber. Ich werd's daher wohl tatsächlich mit Oberfläche und Temperaturannahmen (wie von Axel vorgeschlagen) versuchen, obwohl ich das eigentlich vermeiden wollte und auf einen Richwert gehofft hatte. Die Krümmertemperatur dürfte allerdings höher liegen als von Axel veranschlagt, JFTR. Selbst die popeligen Seriendiesel erzeugen sehr interessante Leuchtwirkung. :-)

Heiko