Koeficient expanze: co to je, k čemu slouží a jak jej vypočítat | Glosář společnosti Technoform Company

Koeficientem tepelné roztažnosti libovolného tělesa se rozumí fyzikální veličina, která charakterizuje relativní změnu jeho objemu nebo lineárních rozměrů při změně (zvýšení) teploty o 1 K (˚C) při konstantním tlaku. V praxi je expanze nebo zmenšení objemu patrnější na příkladu kapalin, když jsou ohřívány, respektive ochlazovány, ve srovnání s pevnými látkami. Změna objemu je indikována indikátorem ve formě koeficientu objemové roztažnosti: β = 1/V, K -1 (˚С -1 ).

Vzhledem k tomu, že propylenglykol nelze použít v čisté formě jako chladivo (nízkotuhnoucí celoroční složení), kvůli jeho zvýšené viskozitě a korozivní aktivitě vůči kovům a slitinám je správnější hovořit o použití jeho vodných roztoků různé koncentrace, do kterých se zavádí balíček antikorozních přísad.

Vodopropylenglykolové nízkotuhnoucí celoroční kompozice nebo chladicí kapaliny pro teplosměnné systémy patří do jedné z nejoblíbenějších skupin teplosměnných kapalin (po vodě) používaných v topných zařízeních. To je způsobeno jejich poměrně nízkou teplotou začátku krystalizace, která umožňuje jejich použití v zimě (topná sezóna).

Kromě toho nejsou tak toxické jako roztoky ethylenglykolu a nepoškozují životní prostředí, ačkoli mají vlastnosti vlastní glykolům. Při nízkých negativních okolních teplotách se nepřeměňují v pevnou ledovou strukturu (jak se to děje u vody) a zachovávají funkčnost systémů výměny tepla.

Proč je nutné znát koeficient roztažnosti?

Většina autonomních topných systémů je navržena tak, aby jako chladicí kapalinu používala vodu nebo někdy nízkotuhnoucí celoroční směsi. Proto se při výpočtu a výběru zařízení systému výměny tepla (expanzních nádrží) pro ně berou v úvahu také fyzikální parametry.

Pokud se však jako alternativa použije neobvyklá procesní voda, je třeba vzít v úvahu, že koeficient roztažnosti chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu (nemrznoucí kapaliny) bude odlišný. Počítá se s provedením nezbytných úprav a kontrolou, zda objem expanzní nádoby odpovídá objemu.

Použití nemrznoucí směsi může vést k „provzdušnění“ topného systému. Tento proces je výsledkem vyššího (ve srovnání s vodou) koeficientu tepelné roztažnosti chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu. V důsledku toho objem expanzní nádrže nestačí k jejímu naplnění. Proto se přebytečná nemrznoucí kapalina při zahřátí na provozní teplotu (obvykle asi 85 °C) vypouští vypouštěním přes pojistný ventil.

Po snížení tepelné zátěže je potřeba teplosměnný systém znovu naplnit pracovním médiem. K tomuto účelu se používá voda, která obsahuje rozpuštěný vzduch, který se v důsledku zahřívání uvolňuje z kapalné fáze. To vše vyvolává tvorbu vzduchových zácp, což způsobuje vážné havárie v topném systému a poruchy jednotlivých zařízení. V praxi je tento proces dobře demonstrován při provozu spalovacích motorů motorových vozidel, kdy jejich chladicí systém nezajistí normální provoz a začne se „vařit“.

Závislost koeficientu roztažnosti na teplotě

Hodnota součinitele objemové tepelné roztažnosti chladiva na bázi vodných roztoků propylenglykolu závisí nejen na jeho koncentraci (obsahu) v roztoku, ale také na teplotním rozsahu teplosměnného systému, ve kterém je chladivo použito. Existují materiály a teplotní rozsahy, dokonce i pro vodu, kdy v úzkém teplotním rozsahu od 0˚С do + 4˚С je hodnota koeficientu záporná. Uvažovaný koeficient pro chladicí kapaliny na bázi propylenglykolu se zvyšuje s rostoucí teplotou. Konkrétní hodnoty součinitele objemové roztažnosti a dynamiku jeho nárůstu s rostoucí teplotou pro nemrznoucí kapalinu lze nalézt v referenční literatuře.

Chladicí kapalina, která obsahuje propylenglykol, má při zahřátí výrazně vyšší koeficient roztažnosti ve srovnání s vodou, proto se doporučuje pro takový topný systém zvolit větší nádrž. Na rozdíl od vody je tepelná kapacita takové chladicí kapaliny o 15 % menší. To vede ke zhoršení podmínek výměny tepla a vyžaduje instalaci dalších radiátorů s maximálním výkonem.

V chladicí kapalině na bázi propylenglykolu může v důsledku přehřátí kromě tepelné roztažnosti v důsledku zahřívání dojít k nevratným změnám jejího chemického složení. Proto se nedoporučuje, aby se teplota nemrznoucí směsi zvýšila na maximální hodnoty. Pro zařízení, kde topné systémy vyžadují použití chladicích kapalin na bázi vodných roztoků propylenglykolu, které zaručují ekologickou nezávadnost, můžete takové výrobky zakoupit od společnosti Savia, která vyrábí širokou škálu chladicích kapalin.

Nabízené chladicí kapaliny jsou certifikované a splňují mezinárodní a ruské normy kvality. Kompozice jsou vhodné pro zajištění provozu topných zařízení v obytných budovách a podnicích potravinářského průmyslu. V případě úniku nemrznoucí směsi propylenglykol je vyloučena možnost otravy.

Při zahřívání pevné látky a kapaliny se jejich teplota zvyšuje. To vede k tomu, že jejich objem se do určité míry zvětšuje se stoupající teplotou s každým stupněm. Vlastnost, která charakterizuje vztah mezi teplotou a objemem, se nazývá koeficient roztažnosti. Koeficient má pro různé látky různý význam a u jedné látky se může také měnit v závislosti na její teplotě. Princip se využívá při provozu teploměrů a dalších přístrojů používaných k měření teploty.

Co je tepelná roztažnost?

Tepelná roztažnost je považována za schopnost těles expandovat při jejich zahřívání. To znamená, že s rostoucí teplotou se mění jejich lineární a objemové rozměry. Když se tělo ochladí, proces se obrátí – objem se zmenší.

K čemu je koeficient?

Koeficient tepelné roztažnosti popisuje, jak se mění velikost objektu, když se jeho teplota zvyšuje. V závislosti na konkrétním použití může být koeficient roztažnosti lineární nebo objemový. Pokud je těleso pevné, chcete znát změnu jeho délky nebo konkrétní plochy, proto se použije koeficient lineární roztažnosti. Pro kapaliny a plyny se používá pouze tepelná roztažnost, koeficient lineární tepelné roztažnosti pro ně není vhodný, protože nabývají tvaru nádoby, ve které jsou umístěny.

Koeficient objemové tepelné roztažnosti ukazuje relativní změnu objemu tělesa při konstantním tlaku a změnu jeho teploty o 1 stupeň. Vyjádřeno vzorcem:

Koeficient lineární tepelné roztažnosti ukazuje relativní změnu délky tělesa při jeho zahřátí.

Koeficient lineární tepelné roztažnosti může mít různé hodnoty, pokud se směry měření liší.

Teoreticky lze lineární objemový koeficient vypočítat na základě znalosti koeficientu objemové roztažnosti (α V ≈ 3 α L).

Při zahřívání se některé materiály spíše smršťují, než roztahují. Jejich koeficient roztažnosti (lineární) bude mít zápornou hodnotu, například voda (koeficient roztažnosti se zápornou hodnotou při teplotě 0-3,984 °C).

Funkce měření

Tepelná roztažnost těles bez ohledu na jejich fázový stav se měří dilatometrem. Princip činnosti téměř všech zařízení je založen na měření posunů (malých a ultramalých), které vznikají v důsledku změn velikosti těla vzhledem k stupnici dilatometru. Zařízení umožňuje určit koeficient tepelné roztažnosti i v případech, kdy jsou posuny mikroskopické.

Dnes existují následující typy zařízení:

• opticko-mechanické;
• kapacitní;
• indukce;
• rušení;
• Rentgen;
• radiová rezonance atd.

Nejčastěji se používají tepelné dilatometry, které umožňují stanovení objemové a lineární roztažnosti, ke které dochází vlivem teploty.

Mohly by vás zajímat následující produkty

Služby, které by vás mohly zajímat