Bedienung

Nach dem Programmstart erscheint die Auswahlform „Auswahl der Grunddaten“. 

Diese Form ermöglicht die Auswahl des Wärmeübertrager-Typs, der Medien sowie die Vorgabe von Werksnormen oder Baureihengrößen. 

Das Programm COIL ist so konzipiert, dass mit wenigen Mausklicken der Typ und der Grund-Aufbau des Wärmeübertragers sowie das rohr- und mantelseitige Medium ausgewählt werden können.

Wählen Sie hier den zu berechnenden Wärmetauscher-Typ.

·         Berechnung von Rohrschlangen-Wärmeübertragern

·         Berechnung von gewendelten Doppelrohr-Apparaten (Koaxial-Wärmeübertragern)

Siehe auch: Was kann das Programm?

Unter Rohrabmessungen sind verschiedene Standardrohre entsprechend den DIN-Normen vorgegeben.

Die Angaben 25 x 2 W-Ma 12 Wendeldurchmesser 250 bedeuten:

·         Rohraußendurchmesser 25 mm

·         Wanddicke 2 mm

·         Mindestabstand zwischen Wendel und Mantel sowie zwischen Wendel und Zylinder 12 mm
(Dieser Abstand wird bei der Berechnung nicht unterschritten. Diese Werte können während der Berechnung noch vom Anwender auf der COIL-Eingabemaske nachträglich geändert werden.)

·         Wendeldurchmesser 250 mm (Dieser Wert dient zur Festlegung eines im Programm gespeicherten Standardmantels. Unter Einhaltung der Mindestabstände zwischen Wendel und Mantel sowie zwischen Wendel und Zylinder wird der Wendeldurchmesser neu berechnet.)

Unter Rohrabmessungen sind verschiedene Standardrohre entsprechend den DIN-Normen vorgegeben.

Die Angaben 20 X .75 / 12 X 1 / DW 220 bedeuten:

Außenrohr:

·          Rohraußendurchmesser 20 mm

·          Wanddicke 0,75 mm

Innenrohr:

·          Rohraußendurchmesser 12 mm

·          Wanddicke 1 mm

Wendeldurchmesser DW 220 mm

Die Wendelsteigung DH kann frei eingegeben werden. Sie darf den Wert des Außendurchmessers des Außenrohres nicht unterschreiten

Mit COIL können Rohrwendel berechnet werden, die aus maximal 5 parallel durchströmten Rohren bestehen.

Die Angabe der Wendelsteigung bezieht sich auf ein Rohr. Der Abstand der Windungen ist der Mittelpunktabstand zweier benachbarter Windungen in der Wendel. Besteht die Wendel nur aus einem Rohr, ist der Abstand der Windungen gleich der Wendelsteigung. Besteht die Wendel aus n_R Rohren (n_R £ 5), besteht folgender Zusammenhang zwischen der Wendelsteigung h und dem Abstand der Windungen w: 

h = n_R · w

Die Wendellänge l_c ergibt aus der Anzahl der Windungen N, der Anzahl der Rohre n_R, der Wendelsteigung h und dem Abstand der Windungen w

l_c = N · h + (n_R-1) · w

Die Anzahl der Rohre kann nachträglich auf der Maske geändert werden.

Hier werden Rohrmaterial und dessen Wärmeleitfähigkeit ausgewählt. Die Einheit der Wärmleitfähigkeit ist [W/(m·K)].

Um ein neues Rohrmaterial und seine Wärmeleitfähigkeit zu speichern, tragen Sie in die Textfelder „Rohrmaterial“ und „Wärmleitfähigkeit“ die Daten ein und drücken den Button „Speichern“.

Unter Mantelabmessungen ist eine Vielzahl von Mänteln hinterlegt, entsprechend den Angaben in den DIN-Normen für nahtlose und geschweißte Rohre.

Es bedeuten: 114.3 x 3.6

·        Mantelaußendurchmesser 114.3 mm

·        Wanddicke 3.6 mm

Haben Sie für den Manteldurchmesser "Freie Eingabe / Auslegen" gewählt, wählt das Programm während der Berechnung des Wärmeübertragers selbständig einen Mantel aus der Liste von Mänteln aus.

Mit dem Wendeltyp legen Sie die Bauform des Rohrschlangenwärmeübertragers fest  d.h. auf welche Art die Strömung um die Rohrwendel geführt wird.  Folgende Bauformen können mit COIL berechnet werden.

·       Wendel mit Verdrängungszylinder

·       Wendel ohne Verdrängungszylinder

Das rohr- und mantelseitige Medium wird durch Öffnen der Pull-Down Menüs und Anklicken der gewünschten Stoffe gewählt. Der Phasenzustand der Medien "flüssig oder gasförmig", der für die Berechnung des Wärmeübergangs von Bedeutung ist, wird automatisch gesetzt. Nur bei der Wahl von "Freier Eingabe", "Proper" und "STAB" (vom Anwender erstellte Stoffwerttabellen) muss der Phasenzustand vom Anwender angegeben werden.

Das COIL-Grundpaket kann gegen Aufpreis um eine Vielzahl von Einzelstoffwert-Modulen erweitert werden. Siehe Leistungsumfang COIL

Außerdem kann das LV Stoffdaten-Programm 'PROPER' (nicht im Grundpaket enthalten) eingebunden werden, dessen Datenbank über 800 Stoffe enthält. PROPER liefert die Stoffdaten von reinen Stoffen und Stoffgemischen.
Die freie Eingabe von Stoffwerten mit Hilfe des Moduls S-DAT ist möglich (s. Handeingabe von Stoffwerten "Freie Eingabe").

Foulingwiderstände für Wasser in Rohrbündelwärmeübertragern (m²K/W)

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

© Springer Verlag Berlin Heidelberg 2013

Mit dem Button "Bibliothek" können Sie die Geometriewerte eines von Ihnen erstellten Apparates aus Ihrer Bibliothek in das Programm übernehmen. Nach Betätigung dieses Buttons erscheint eine Tabelle, in der Sie den gewählten Apparat markieren (anklicken).

Durch Anklicken von "Rohrspiegel laden" übernehmen Sie die Geometriewerte. Mit "Bearbeitung beenden" gelangen Sie zurück in der Form „Auswahl der Grunddaten“. Bereits in dieser Form gewählte Geometriegrößen wie z.B. der Rohr- oder Manteldurchmesser werden durch diese Datenübernahme überschrieben und der Block mit den Geometriedaten ist ausgeblendet.

>> Beachten Sie, dass die Erstellung, die Bearbeitung und das Speichern eines Datensatzes in dieser Bibliothek nur im Modul COIL möglich ist (siehe: .Bedienung der Bibliothek

Geometriedaten übernehmen

Nach beendeter Grunddatenauswahl bestätigen Sie Ihre Wahl mit "OK", eine weitere Auswahlform öffnet sich:

Es ist möglich, bereits hier die Systemdaten (Temperaturen, Drücke, Massen- oder Volumenströme bzw. Wärmeleistung) vorzugeben. Diese Werte können aber auch erst in die COIL-Grundmaske eingegeben werden.

Bestätigen Sie Ihre Auswahl mit "OK".  Es erscheint die COIL-Grundmaske.

TIPP  zur Einheitenumwandlung

Mit einem Klick auf die Einheit wird die Einheitenumwandlung aktiviert.

Tragen Sie die bekannten Werte in den Einheiten ein z.B. den Massenstrom in kg/h.

Der Eingabewert wird sofort in die anderen dargestellten Einheiten umgerechnet. Die mit einem Punkt markierte Einheit wird auf der Form und später im Ausdruck verwendet.

Bestätigen Sie die Eingabe mit 'ENTER' / ’OK’.

Obwohl die Gleichstrom-Anordnung keinen Temperaturwechsel erlaubt und der thermische Wirkungsgrad kleiner ist als bei der Gegenstrom-Anordnung, gibt es einige Merkmale, die die Gleichstrom-Anordnung auszeichnen:

1.     Der Gleichstrom erzeugt eine gleichförmigere Rohrwandtemperatur als der Gegenstrom.

2.     Die höchste Wandtemperatur ist im Vergleich zum Gegenströmer niedriger.

3.     Dadurch werden ungewollte Unter- oder Übertemperaturen vermieden. Dies gilt z.B. für Wärmeübertrager in der Lebensmittelindustrie, in denen Temperaturgrenzen der Produkte (Eiweißkoagulation) eingehalten werden müssen.

Von der COIL-Eingabemaske steuert der Anwender den Ablauf seiner Berechnung. Von hier aus kann er in alle anderen Module wechseln.

In der COIL-Eingabemaske sind alle notwendigen Eingabemöglichkeiten zur Berechnung eines Wärmeübertragers zusammengefasst. Die Eingabe­werte erscheinen auch in den Eingabemasken der entsprechenden Kapitel. Dort können die Werte ebenfalls eingegeben oder verändert werden, da die Kapitel untereinander verbunden sind.  In die Eingabemasken der einzelnen Kapitel gelangen Sie über das bereits im Programmsystem ATLAS beschriebene Menü "Atlas" und den Menüpunkt "Kapitel" oder durch Anklicken der entsprechenden Karteikarte.

COIL besitzt in der Eingabemaske speziell das Menü "GRUNDEINGABEN".

Eingabemaske und Menü "Grundeingaben"

Über diesen Menüpunkt gelangen Sie wieder zurück in die Auswahlform "Auswahl der Grunddaten".

Mit dem Menüpunkt "Spezifikationsblatt" werden die Daten nach EXCEL exportiert und als Spezifikationsblatt angezeigt.

Im EXCEL-Datenblatt können Sie einzelne Felder  (z.B. Bemerkungen) auch mit eigenen Angaben beschriften und als Vorlage abspeichern. Die Reihenfolge der Felder darf nicht verändert werden, da ansonsten das Programm die berechneten Werte nicht an die korrekten Stellen schreibt.

Die Option „Standardwerte“ ist aktiviert, durch ein Häkchen vor Standardwerte. Durch einen Klick auf „Standardwerte“ kann diese Option deaktiviert bzw. wieder aktiviert werden.

Ist die Option aktiviert, greift COIL bei der Auslegung eines Wärmeübertragers auf vorgewählte und auf Standardwerte zurück. Wird bei der Optimierung eines Wärmeübertragers z.B. der Wendeldurchmesser vom Anwender neu eingegeben, wählt COIL den Mantel aus, in den die Wendel mit diesem Durchmesser gerade noch untergebracht werden kann.

Wird die Option ‚Standardwerte‘ wieder aktiviert, erfolgt automatisch eine Neuauslegung des Wärmeübertragers, wobei COIL wieder auf einen Standardmantel zurückgreift.

In manchen Fällen ist es erforderlich oder gewünscht, auf geschätzte, gemessene oder bereits errechnete Wärmeübergangskoeffizienten zurückzugreifen.

In diesen Fällen kann nach Anklicken der Option „Alpha in den Rohren vorgeben“ der Wert in das Feld „Wärmeübergangskoeffizient (innen) auf der COIL-Eingabemaske eingetragen werden. Die Maske „Variable freimachen“ erscheint in diesem Fall nicht, d.h. es wird nicht auf eine abhängige Größe wie z.B. den Rohrdurchmesser zurückgerechnet. Durch erneutes Anklicken der Option „Alpha in den Rohren vorgeben“ wird der Wärmeübergangskoeffizient in den Rohren wieder von COIL berechnet.

In manchen Fällen ist es erforderlich oder gewünscht, auf geschätzte, gemessene oder bereits errechnete Wärmeübergangskoeffizienten zurückzugreifen.

In diesen Fällen kann nach Anklicken der Option „Alpha um die Rohren vorgeben“ der Wert in das Feld „Wärmeübergangskoeffizient (außen) auf der COIL-Eingabemaske eingetragen werden. Die Maske „Variable freimachen“ erscheint in diesem Fall nicht, d.h. es wird nicht auf eine abhängige Größe wie z.B. Rohraußendurchmesser, Wendeldurchmesser, Wendelsteigung etc. zurückgerechnet. Durch erneutes Anklicken der Option „Alpha um die Rohre vorgeben“ wird der Wärmeübergangskoeffizient um die Rohre wieder von COIL berechnet.

Mit diesem Menüpunkt können Sie die in der Coil-Maske eingetragenen Geometriewerte eines Rohr­schlangenapparates in einer Datenbank hinterlegen oder die Daten eines bereits abgelegten Apparates in die laufende Berechnung übernehmen. (siehe Bedienung der Bibliothek)

Geometriedaten übernehmen

Durch Anklicken des Buttons „Rohrspiegel speichern“ werden die Geometriedaten von der COIL-Maske (Mantelaußendurchmesser, Mantelwandstärke, Rohraußendurchmesser, Rohrinnendurchmesser, Wendel-durchmesser, Wendelsteigung, Anzahl der Windungen usw.) abgespeichert.

Durch Anklicken von "Rohrspiegel laden" übernehmen Sie die Geometriewerte in die COIL-Maske. Mit "Bearbeitung beenden " gelangen Sie zurück in das Grunddaten-Menü.

Werden die Geometriedaten eines Rohrschlangenwärmeübertragers aus der Bibliothek geladen, sind die geometrischen Größen des Wärmeübertragers eigefroren und können weder auf der Eingabemaske überschrieben noch durch das Programm neu berechnet werden. Die entsprechenden Felder auf der Eingabemaske sind grau hinterlegt.

Wird eine Änderung dieser gesperrten Größen gewünscht, so müssen die Daten zum Editieren freigegeben werden. Dies erfolgt durch Anklicken des Menüpunktes Geometriedaten einfrieren / editieren.

Werden in der Form „Auswahl der Grunddaten“ für ein Medium „Freie Eingabe“ gewählt, müssen die Stoffdaten für dieses Medium von Hand eingegeben werden. Dafür steht das Modul S-DAT zur Verfügung. Nach Eingabe der Eintritts- und Austrittstemperatur oder der mittleren Temperatur sowie des Druckes wechselt das Programm selbständig in das Modul S-DAT. Der Druck und die mittlere Temperatur wurden bereits in das Datenblatt eingetragen.

Benötigte Daten:

·       Flüssigkeiten und Gase (einphasige Medien)

Für die Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes werden bei Flüssigkeiten und Gasen sowohl die Stoffwerte bei mittlerer Temperatur als auch bei Wandtemperatur benötigt.

Beim ersten Aufruf von S-DAT ist die Wandtemperatur jedoch noch nicht bekannt. Geben Sie deshalb zuerst nur die Stoffwerte für die mittlere Temperatur ein. Nach vollständiger Dateneingabe wechselt das Programm wieder selbständig in die COIL-Maske. Nachdem die Wandtemperatur berechnet wurde, wechseln Sie wieder über den Karteikartenreiter „S-DAT“ in das S-DAT-Modul und tragen Sie die Stoffwerte bei Wandtemperatur nach. Werden die Stoffwerte bei Wandtemperatur nicht eingetragen, erfolgt die Berechnung des Wärmeübergangs und des Druckverlustes mit den Stoffwerten bei mittlerer Temperatur.

Die Genauigkeit der Berechnung nimmt in diesem Fall jedoch ab.

Insbesondere bei viskosen Medien wie Ölen können dann größere Fehler auftreten.

·       Kondensation von reinen Stoffen

Bei der Kondensation von reinen Stoffen werden die Stoffwerte des Dampfes und des Kondensates bei Kondensationstemperatur benötigt.

Sobald das Datenblatt vollständig ausgeführt wurde, wechselt das Programm wieder zurück in die COIL-Maske.

Wurde für beide Tauscher-seiten „Freie Eingabe“ gewählt, werden zwei S-DAT-Module angelegt.

Der erste Werteblock enthält die Angaben über die Mengen, Drücke und Temperaturen der beiden Medien. Die Reihenfolge der Eingabe dieser Werte ist prinzipiell beliebig.

In den meisten Fällen sind die Mengenströme und Temperaturen vorgegeben. Dies bedeutet, dass die Wärmebilanz festliegt.

Die genauen Temperaturen oder Mengen werden jedoch erst von den im Programm verwendeten Stoffwerten festgelegt d.h. die letzte nicht eingegebene Temperatur oder Menge wird zum Schließen der Wärmebilanz vom Programm berechnet.

Eingabemaske COIL (Wärmebilanz)

Der zweite Werteblock enthält die Angaben zur Geometrie des Rohrschlangenwärmeübertragers.

Wenn in der Form „Auswahl der Grunddaten“ die Rohr- und Mantelabmessungen ausgewählt oder ein Apparat in der Bibliothek bestimmt wurde, sind die Geometriedaten bereits in die Maske eingetragen.

Ansonsten müssen die Geometriewerte hier eingegeben werden.

Eingabemaske COIL (Geometrie)

Siehe auch: Wendelsteigung, Abstand der Windungen und Wendellänge|topic=Wendelsteigung\, Abstand der Windungen und Wendellänge

Die Berechnung ist abgeschlossen, wenn die Länge bzw. Fläche des Tauschers festliegt. Dies ist die erforderliche Länge.

Nun muss eine standardisierte Länge (ausgeführte Länge) vorgegeben werden. Mit dieser Länge wird der Tauscher neu berechnet. Der Unterschied zwischen der erforderlichen und der ausgeführten Länge zeigt die „Reserve“ der Auslegung.

Es ist üblich, den Unterschied zwischen ausgeführter Länge und erforderlicher Länge durch einen „Ersatz-Verschmutzungsgrad“ auszudrücken. Dies ist jedoch wenig anschaulich. Die „Längenreserve“ ist direkt proportional zur Fläche und bietet ein anschauliches Maß der Reserve.

Nach Eingabe der Stutzendurchmesser am Eintritt und Austritt werden der rohrseitige und der mantelseitige Druckverlust berechnet.

Eingabemaske COIL (Bewertung)

Die Berechnung kann nun durch beliebige Veränderungen der entsprechenden Größen in eine gewünschte Richtung gesteuert werden. Die Qualität der Berechnung lässt sich z.B. durch eine „Parameterstudie“ feststellen, die Aufschluss über das Verhalten des Tauschers gegenüber Änderungen der zugrunde liegenden Prozessparameter gibt.

Mit dem Programm COIL kann ein Kondensator mit Kondensation eines beliebigen Reinstoffes berechnet werden.

Tritt der Dampf überhitzt in den Kondensator ein und verlässt das Kondensat den Kondensator unterkühlt, muss der Kondensator in eine Enthitzungs-, Kondensations- und Unterkühlungszone unterteilt und jede Zone separat mit COIL berechnet werden. Die Gesamtfläche des Kondensators ergibt sich aus den Flächen für die einzelnen Zonen.

Wurde als Medium „Sattdampf“, „NH3-Kondensation“ oder CO2-Kondensation“ gewählt, wird automatisch von einer Kondensation ausgegangen und es werden für die Berechnung des Wärmeübergangs die entsprechenden Kondensationsansätze gewählt. Als Eingabe wird entweder der Kondensationsdruck (P_Satt) oder die Kondensationstemperatur (T_Satt) benötigt. Die Stoffwerte für den Dampf und das Kondensat werden vom Programm ermittelt.

Soll ein beliebiger Reinstoff kondensiert werden, muss in der Form „Auswahl der Grunddaten“ für das zu kondensierende Medium  „Freie Eingabe“  und zusätzlich für den Phasenzustand „Kondensation“ gewählt werden.

In der Form „Visual COIL“ oder in der COIL-Maske müssen sowohl der Kondensationsdruck (P_Satt) als auch die Kondensationstemperatur (T_Satt) ein-gegeben werden.

Danach wechselt das Programm selbständig in das Modul S-DAT.

Geben Sie die Stoffdaten für das Kondensat (Siedende Flüssigkeit) im oberen Teil des Datenblattes und die Stoffdaten des Dampfes sowie die Verdampfungsenthalpie im unteren Teil ein.

Nach vollständiger Dateneingabe wechselt das Programm wieder in die COIL-Maske zurück.

>> Der Druckverlust auf der Kondensationsseite wird nicht berechnet