In qualità di fornitore di contenitori Dewar per GNL, capire come calcolare la perdita di calore di questi contenitori cruciali è della massima importanza. In questo blog approfondirò i principi e i metodi scientifici alla base del calcolo della perdita di calore di un Dewar Flask per GNL, che non solo ti aiuterà ad acquisire una comprensione più profonda di questi prodotti, ma ti aiuterà anche a prendere decisioni informate quando si tratta di approvvigionamento.
Le basi delle fiaschette Dewar per GNL
I contenitori LNG Dewar Flasks sono contenitori specializzati progettati per immagazzinare gas naturale liquefatto (GNL) a temperature estremamente basse. Sono generalmente a doppia parete, con un vuoto tra le pareti interna ed esterna per ridurre al minimo il trasferimento di calore. Il recipiente interno contiene il GNL, mentre il recipiente esterno fornisce protezione e isolamento.Pallone Dewar GNL
Meccanismi di trasferimento del calore nei palloni Dewar di GNL
Esistono tre principali meccanismi di trasferimento del calore che contribuiscono alla perdita di calore in un Dewar Flask per GNL: conduzione, convezione e radiazione.
Conduzione
La conduzione è il trasferimento di calore attraverso un materiale solido. In un pallone Dewar per GNL, il calore può essere condotto attraverso i supporti che mantengono in posizione il recipiente interno, nonché attraverso eventuali tubi o raccordi che penetrano nelle pareti del pallone. La velocità di conduzione del calore (Q_conduction) può essere calcolata utilizzando la legge di conduzione del calore di Fourier:
[Q_{conduzione}=-kA\frac{dT}{dx}]
dove (k) è la conduttività termica del materiale, (A) è l'area della sezione trasversale attraverso la quale scorre il calore e (\frac{dT}{dx}) è il gradiente di temperatura attraverso il materiale.
Ad esempio, se consideriamo le aste di supporto in acciaio inossidabile, dobbiamo conoscere la conduttività termica dell'acciaio inossidabile ((k)), l'area della sezione trasversale delle aste ((A)) e la differenza di temperatura tra le pareti interna ed esterna del pallone divisa per la lunghezza delle aste ((\frac{dT}{dx})).
Convezione
La convezione è il trasferimento di calore mediante il movimento di un fluido (liquido o gas). Sebbene lo spazio tra le pareti interna ed esterna di un pallone Dewar per GNL venga solitamente evacuato per ridurre al minimo la convezione, potrebbero esserci ancora alcune molecole di gas residuo che possono causare il trasferimento di calore attraverso la convezione. La velocità di trasferimento del calore per convezione (Q_convection) può essere stimata utilizzando la legge del raffreddamento di Newton:
[Q_{convezione}=hA(T_{s}-T_{\infty})]
dove (h) è il coefficiente di scambio termico convettivo, (A) è l'area superficiale dell'oggetto, (T_{s}) è la temperatura superficiale e (T_{\infty}) è la temperatura del fluido circostante.
Nel caso di un pallone Dewar per GNL, il trasferimento di calore convettivo è solitamente molto ridotto a causa dell'ambiente ad alto vuoto. Tuttavia, se si verifica una perdita nel vuoto, il trasferimento di calore convettivo può aumentare in modo significativo.
Radiazione
La radiazione è il trasferimento di calore attraverso le onde elettromagnetiche. Tutti gli oggetti emettono radiazione termica e la velocità di trasferimento del calore per radiazione (Q_radiazione) tra due superfici può essere calcolata utilizzando la legge di Stefan - Boltzmann:
[Q_{radiazione}=\epsilon\sigma A(T_{1}^{4}-T_{2}^{4})]
dove (\epsilon) è l'emissività della superficie, (\sigma) è la costante di Stefan - Boltzmann ((\sigma = 5,67\times10^{-8}\ W/(m^{2}\cdot K^{4}))), (A) è l'area superficiale, (T_{1}) è la temperatura assoluta della superficie più calda e (T_{2}) è la temperatura assoluta della superficie più fredda.
In un Dewar Flask per GNL, il recipiente interno è a una temperatura molto bassa (circa - 162°C o 111 K), mentre il recipiente esterno è a temperatura ambiente (circa 20°C o 293 K). L'emissività delle superfici dei vasi interni ed esterni gioca un ruolo cruciale nel determinare la velocità di trasferimento del calore per irraggiamento.
Calcolo della perdita di calore totale
La perdita di calore totale (Q_total) in un pallone Dewar per GNL è la somma del trasferimento di calore per conduzione, convezione e radiazione:
[Q_{totale}=Q_{conduzione}+Q_{convezione}+Q_{radiazione}]
Per calcolare con precisione la perdita di calore totale, dobbiamo conoscere i seguenti parametri:
- Proprietà dei materiali: La conduttività termica ((k)) dei materiali utilizzati nella costruzione del pallone, come l'acciaio inossidabile per i recipienti e i supporti, e l'emissività ((\epsilon)) delle superfici.
- Parametri geometrici: Le aree della sezione trasversale ((A)) dei materiali conduttori, le aree superficiali dei vasi e le lunghezze dei percorsi conduttori.
- Differenze di temperatura: Differenza di temperatura tra le pareti interna ed esterna del pallone, fondamentale per il calcolo dello scambio termico per conduzione e irraggiamento.
Esempio di calcolo
Supponiamo di avere un Dewar Flask GNL con i seguenti parametri:
- Conduzione: Le aste di supporto sono realizzate in acciaio inossidabile con una conduttività termica (k = 15\ W/(m\cdot K)), un'area della sezione trasversale (A_{rod}=0,001\ m^{2}) e una lunghezza (L = 0,1\ m). La differenza di temperatura tra le pareti interne ed esterne è (\Delta T=293 - 111=182\ K). Utilizzando la legge di Fourier, la conduzione del calore attraverso le aste è:
[Q_{conduzione}=-kA\frac{\Delta T}{L}=- 15\times0.001\times\frac{182}{0.1}=-27.3\ W]
- Convezione: Supponiamo che a causa di una piccola pressione residua del gas, il coefficiente di trasferimento di calore convettivo (h = 0,1\ W/(m^{2}\cdot K)) e la superficie del vaso interno (A_{inner}=1\ m^{2}). La differenza di temperatura tra la superficie interna del recipiente e il gas residuo è (\Delta T = 10\ K). Poi,
[Q_{convezione}=hA(T_{s}-T_{\infty})=0,1\times1\times10 = 1\ W]
- Radiazione: L'emissività delle superfici del vaso interno ed esterno (\epsilon = 0,1) e l'area della superficie del vaso interno (A = 1\ m^{2}). Usando la legge di Stefan-Boltzmann,
[Q_{radiazione}=\epsilon\sigma A(T_{1}^{4}-T_{2}^{4})=0,1\times5,67\times10^{-8}\times1\times(293^{4}-111^{4})\circa4,2\ O]
La perdita di calore totale è (Q_{totale}=Q_{conduzione}+Q_{convezione}+Q_{radiazione}=-27,3 + 1+4,2=-22,1\ W)
Importanza del calcolo delle perdite di calore
Il calcolo accurato della perdita di calore di un Dewar Flask per GNL è fondamentale per diversi motivi:
- Prestazioni del prodotto: Una minore dispersione di calore significa che il GNL può essere immagazzinato per un periodo più lungo senza un'evaporazione significativa, il che è essenziale per le applicazioni in cui è richiesto uno stoccaggio a lungo termine.
- Sicurezza: Un'eccessiva perdita di calore può portare ad una maggiore evaporazione del GNL, che può causare un aumento della pressione all'interno del pallone. Ciò può rappresentare un rischio per la sicurezza se i sistemi di limitazione della pressione non sono progettati correttamente.
- Costo - efficacia: Comprendere la dispersione del calore aiuta a ottimizzare il design del pallone, a ridurre il consumo di energia e, in definitiva, ad abbassare i costi operativi.
I nostri prodotti e servizi
In qualità di fornitore leader diPalloni Dewar GNL, ci impegniamo a fornire prodotti di alta qualità con basse perdite di calore. Le nostre borracce sono progettate e realizzate utilizzando le tecnologie e i materiali più recenti per garantire prestazioni e sicurezza ottimali. Offriamo anche una gamma diRecipienti a pressione criogenici per GNLESerbatoi GNL criogeniciper soddisfare le diverse esigenze dei nostri clienti.
Se siete interessati ai nostri prodotti o avete domande sul calcolo delle perdite di calore o sullo stoccaggio del GNL, non esitate a contattarci per l'approvvigionamento e ulteriori discussioni. Saremo lieti di collaborare con voi per fornire le migliori soluzioni per le vostre esigenze di stoccaggio del GNL.
Riferimenti
- Incropera, FP e DeWitt, DP (2002). Fondamenti di trasferimento di calore e di massa. John Wiley & Figli.
- Holman, JP (2010). Trasferimento di calore. McGraw-Hill.