¿Qué tan grande es un fuego 1kW?

Question

¿Cuál es el tamaño y escala de un fuego de leña que produce 1kW?

Me gustaría mejorar mi capacidad para conceptualizar las diferentes escalas de poder.

Answer 1

Vamos a trabajar esto desde el Stephan Boltzmann de la ley. ¿De qué color es el fuego? Si usted mira las cartas de colores para el cuerpo negro radiadores a diversas temperaturas, estimo que para ser acerca de 1000K. (Cuidado: algunos llamas son de colores fuertes espectros de emisión, haciendo que su luz muy diferente de la de un radiador de cuerpo negro del color). Mirando alrededor de la web a partir de diversas fuentes me dice que entre 1000K y 2000K que es correcto.

El Stefan Boltzmann de la ley, a continuación me dice que un radiador de cuerpo negro en $1500K$ lanza sobre $300{\rm kW\,m^{-2}}$, por lo que esto implica una llama de la orden de $3\times 10^{-3}{\rm m^2}$: el tamaño de un pequeño aro de gas campstove. A partir de mi respuesta aquí estimo que alrededor del 20% de la energía que se le escapó por la quema es a través de la radiación: el resto es a través de los gases calientes. Así que tenemos que ampliar nuestra respuesta más abajo: sobre la llama de un mechero de bunsen.

Echemos un vistazo a esto: Wikipedia me da un calor de combustión de propano de $–2202.0{\rm kJ\,mol^{-1}}$, lo $2{\rm MJ}$ durante unos 20 litros de gas a temperatura y presión ambiente. Mi mechero bunsen manual dice que se utiliza alrededor de 100 litros por hora. Eso es $2{\rm J}$ $3600/5$ segundos, o acerca de la $2.5kW$.

Así que es un mechero de bunsen trabajando poco a poco.

Answer 2

¿Cuál es el tamaño/escala de un fuego de leña que es la producción de 1kW?

• Basado en lo que mi entendimientos volver a contenido energético de los combustibles y de los procesos de combustión,
  alrededor de 0,5 a 1 centímetro cúbico por minuto, normalmente de madera seca en un fuego abierto.

• Basado en una absolutamente magnífica página 80 manual de Combustibles de Madera que he descubierto a lo largo del camino - sobre el mismo, sino para mi sorpresa. Ver al final para más detalles.

• Es importante destacar que la Base de un número de fuentes que se indican en el 2005 informe patrocinado por el Gobierno de nueva zelanda
  Caliente Casas Informe Técnico: Estudio detallado de las Opciones de Calentamiento en Nueva Zelanda - alrededor de la misma como los resultados asbove para un bien diseñado cerrado quemador, pero tal vez 5 veces tan grande como la de fuego (20% de la efficincy, 5 x más el uso de combustible) para informalmente diseñado fuegos abiertos.

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1. De lo general las cifras publicadas por la energía de los combustibles.

Hidrocarburos normalmente proporcionan alrededor de 10 kWh/kg para una combustión completa.
La madera es una combinación de hidrocarburos más larga cadena de moléculas con menos energía de los bonos. Además, el contenido de agua hace una diferencia muy significativa a la salida de calor, con madera seca proporcionar tal vez el doble de la producción de energía por masa.

Para bien secado de madera de una estimación razonable es, quizás, de 3 a 5 kWh/kg potencia térmica con una buena combustión. Un fuego abierto es responsable por el resultado en menos de una combustión completa (como lo demuestra, entre otras cosas, por el amarillo rico en carbono las llamas y el humo). Un cerrado de combustión espacio con paredes aislantes, buen suministro de aire dirigido de tal manera que se estimule la circulación y altas temperaturas de combustión puede acercarse al ideal. Un "fuego" puede ser menos de la mitad de la ideal. Un primer ensayo de decir 3 kWh/kg es responsable si algo alto.

Para lograr 1 kW a 3 kWh/kg se llevará a 1/3 kg o cerca de 330 gramos o aproximadamente 11.5 onzas de madera por hora. La madera es rara vez siempre en onzas o incluso gram un montón :-). Densidad de la madera varían ampliamente, pero siempre y cuando usted no se quema lignum vitae, una densidad de alrededor de 0.6 (en relación con el agua o 600 kg/m^3) es susceptible de ser más o menos correcto.
Así que el requisito de 330 gramos de madera tendrá un volumen de alrededor de 330/0.6 = 550 cc o alrededor de la mitad de un litro. Un clásico de la Coca-cola o Pepsi de lata tiene un volumen de 375 cc de modo 550cc es acerca de
550/375 = 1,5 x refresco-puede-tamaño de la pieza de madera por hora.

En realidad que es susceptible a ser en la parte baja, con un fuego abierto y menos de la perfección de la madera seca y probablemente sea el doble que estaría a salvo. El doble de la que es alrededor de 1 litro o 3 latas de refresco.
Que 1000/60 = 17cc/minuto o alrededor de 1 pulgadas cúbicas por minuto.
Eso es razonablemente fácil visualisable cantidad y, como en el anterior, con la madera seca y una razonable quemador podría ser la mitad de esa cantidad.

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2. Desde el manual de combustibles de Madera

Publicado por AIEL - italiano Agriforest Asociación de Energía en 2008

Este es un excelente recurso para cualquier persona interesada en este tema.

Este 80+ página folleto está dirigido a la comercial de la madera ardiente mercado y cubre todos los aspectos de la evaluación y el procesamiento de la madera cosechada y de los efectos de las especies, el contenido de agua de los métodos de tratamiento y mucho más.

Un vistazo a través de sus muchas tablas y gráficos sugirió que

• Los resultados varían enormemente con una serie de importantes factores pertinentes, y

• Mis resultados empíricos (basados en las aportaciones de muchas fuentes en muchos años) están 'dentro del rango esperado'.

El siguiente gráfico de la Figura 2.8.2 en la página 25 en el informe proporciona un resultado útil.
La línea roja representa kWh/kg conspiraron contra el contenido de humedad.
En el alto contenido de humedad (60%) alrededor de 1,6 kWh/kg está disponible.
Para casi perfectamente a la madera seca alrededor de 5 kWh/kg está disponible.
Para los estados intermedios que identificar
Astillas de madera de 3,4 kWh/kg Registro de los bosques - 4.0 3.4 kWh/kg
Pellets - 4,6 kWh/kg

Estos deben ser reducido por la densidad cuando la conversión de kWh/kg kWh/litro
o a kWh por cada lata de coca del tamaño de la pieza de madera. Ofrecen una amplia gama de valores de densidad para diferentes tipos de madera y situaciones, con mi densidad = 0.6 estar lo suficientemente cerca como para que de costumbre para ser útil.

Efecto de la humedad en la madera: la Energía, la reducción de la humedad de dos fuentes principales.

• El agua no se "queme"* por lo tanto, cada por ciento de la masa de agua presente en una determinada masa de suelo húmedo de la madera se traduce en una reducción en el porcentaje de material combustible.
  Así, en forma simplista de Energía Húmedo = Energía seco x (100-M)/100 donde M es el porcentaje de humedad de la masa.

  • Debido a que la temperatura de la "gripe de los gases de' estar bien por encima de la temperatura de ebullición del agua a 100 ºc, el agua que sale de un fuego generalmente en forma de 'vapor' - vapor de agua a > 100 C. El proceso de combustión ha tenido que bth calentar el agua a punto de ebullición y, a continuación, para suministrar el calor latente de vaporización para convertirlo en vapor. Para los contenidos de humedad de la energía necesaria para hacer esto es importante, pero relativamente pequeña en comparación con la pérdida de energía debido al combustible de reemplazo.

por ejemplo suponga 6 kWh/kg para una muestra de madera seca.
10% de humedad desplazaría a 10% x 6000 Wh = 600 Wh de un 1kg de masa.
600 Wh = 600 x 3600 = 2.16 MJ
La energía para calentar 100 g de agua 10C decir a 100C ~= 4.3 J/C/G x (100c-10c) x 100 gramos =~ 40 kJ
La energía que se vaporizan 100g de agua de 100C a vapor = 2260 J/g x 100g = 226 kJ

Total de pérdida de energía debido a vapourising 10% de agua = 266 kJ = 11% La pérdida de energía del agua en sustitución de la madera = 2160 kJ = 89%. La pérdida Total de agua = 2.426 MJ.
La pérdida de energía % en 1 kg de madera debido a un 10% de humedad = 2.426 MJ / 21.6 MJ
= 11.2%

• No se toma en cuenta es el de la "watergas" proceso por el cual pasa el vapor de agua más caliente de carbono de los resultados en la descomposición del agua en Hidrógeno y Oxígeno y la re-re de acción para formar CO y CO2. La energía neta efectos de este proceso varían enormemente con las circunstancias y se omiten aquí.

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3. Basado en Caliente Casas informe técnico.

El valor calorífico para seco/de la madera seca es en conformidad con la de otras fuentes, como sería de esperar.

Sin embargo, debido a que este informe se refiere a la calefacción doméstica incluye un rango de quema de situaciones que van desde los fuegos abiertos a cerrados controlados de alta temperatura de los quemadores. Por lo tanto, también proporciona la eficiencia energética de las estimaciones que varían muy ampliamente con la instalación y que vale la pena mirar a ver lo que se necesita para alcanzar la meta de 1 kW en un caso dado.

Página 5 - Madera - fuego abierto
0.4–0.6 m3 /100 kWh entregados;
125-200 kg/100 kWh entregado.

La eficiencia de conversión en calor: 5 - 15% !!!!!!!

Se nota:

• La baja eficiencia de los fuegos abiertos es el resultado de la pérdida de calor por convección a través de la la chimenea. La mayoría de la sala de calefacción se produce a través de la radiación de calor, pero la eficacia de esto puede ser reducida por el efecto de las corrientes de aire causadas por el movimiento de aire hacia la chimenea. La máxima eficiencia de abrir los fuegos en general se supone que ser del 15%. Costos de operación que se presentan en este trabajo están basados en la eficiencia de 10 y El 15%.

• La naturaleza del calor: Calefacción es principalmente radiante, con limitado de convección en la habitación (la mayoría de convección el calor se pierde por la chimenea). Sin embargo, si la chimenea se incluye un mojado, a continuación, algunos de la convección de calor será capturado por este para proporcionar la calefacción de agua.

• Capacidad para calentar toda la casa: La forma de la salida de calor, principalmente radiante en lugar de convección, combinado con la limitada producción de calor y la falta de medios para la difusión o distribución de este calor hacen de esta forma de calefacción inadecuados para la calefacción a toda la casa. Algunas de las casas más viejas tienen varias chimeneas, que permiten la calefacción de habitaciones múltiples, pero todavía sufren de la muy baja eficiencia inherente en los fuegos abiertos.

Adicional relevante entradas están en las páginas

8 - Multi-quemador de combustible 55-75%
10 - Cercado de madera quemador de 55% a 75%
12 - Granulado de madera de 75 92%
35 - los pellets de Madera de 90 - 95%