Stap 7: Probleem twee: de Details (deel 3 - (in) efficiëntie!)
De jas en de glazen afdekplaat komt water aan een volledige kook in ongeveer 20 minuten. Wanneer gevuld met isopropyl alcohol, blijft de lamp binnen de geest Samowar branden voor ongeveer een uur en 20 minuten. Dit is voldoende voor drie kopjes thee. Klinkt mij redelijk. Maar is het eco-vriendelijk?
Als u wilt weten, terug ik naar mijn scheikunde-tekst voor een refresher enthalpie en warmtecapaciteit. De vergelijking is een vrij eenvoudig:
De energie die nodig is om te veranderen van water van een vloeistof in een gas is gelijk aan de gram water, tijden het veranderen in temperatuur in Celsius, tijden de warmtecapaciteit van water (4.186 J/g ° C). Het resultaat wordt gedeeld door 1000 te krijgen kilojoule. Voeg de energie die nodig is om te verdampen van water, dat gram water is te worden verdampt tijden de enthalpie van verdamping (2260 kJ/kG), et voila! Dus:
100 gram * (100 ° C - 20 ° C) * 4.186 J/g ° C = 33488 J = 33.48kJ
100 g H2O *(2260 J/g)/1000 = 226 kJ
33.48kJ + 226 kJ = 259.048 kJ
Soort van. Het probleem is dat wanneer chem leerboeken over dit praten (en het kostte me een tijdje - beschamend - voor postuur zulks uiterlijk) ze praten over al het water verdampen. Terwijl een interessant ding om te doen, zal converteren van al het water in de pan aan de stoom niet helpen met alles behalve onze sinussen wissen. Wat we moeten doen is een bepaalde hoeveelheid water verdampen, en meten hoeveel energie heeft. Hier was mijn benadering:
- Ik heb gemeten uit 20 ml methanol in de lamp.
- Ik heb gemeten uit 100 ml (100g) van gedistilleerd water in de pan
- Ik verbrand aller brandstof met de pan van het water op de Samowar (klep af).
- Ik heb gemeten hoeveel water bleef.
- Ik aangesloten dan dat bedrag in de enthalpie van verdamping vergelijking.
Ik gebruikte methanol omdat energiedichtheid cijfers voor methanol vrij gemakkelijk door on line worden gebracht. Ik gekookt weg 24 ml water tijdens mijn experiment, die gelijk aan 24g water is; Ik ook verwarmd alle 100g water tot ongeveer 100˚ C. u kunt deze waarden aansluit aan de bovengenoemde vergelijkingen, krijgen we:
(100*(100-20)*4.1855/1000) + (24*(2260/1000)) = 87.33 kJ
Vervolgens heb ik gevonden een waarde voor de hoeveelheid energie die men redelijkerwijs verwachten kunnen van het branden van methanol (http://en.wikipedia.org/wiki/Energy_density). Vermenigvuldig dit met het aantal gram van brandstof. Met een bevolkingsdichtheid van.79 g/cc had ik 15.01 gram van brandstof (het Heet merk methanol dat ik gebruikte is 95% methanol, per MSDS). De waarde van de brandstof op ruwweg 19.7 MJ/kg of 19.7 kJ/g, wat betekent dat mijn lamp hield 295.7 vermeld in de bovenstaande site kJ energie - ongeveer. Ik verdeeld de hoeveelheid energie die eigenlijk aan de pan overgebracht werd (zoals aangegeven door de hoeveelheid gekookt uit water) door de maximale energie die kan worden verwacht van de hoeveelheid brandstof die ik gebruikte.
87.33 kJ / 295.7 kJ =.295
Dit betekende dat mijn Samowar liep bij ongeveer 29,5% efficiëntie. Ik ga ervan uit dat de efficiëntie van de Samowar ongeveer zullen hetzelfde als ik gebruik de isopropyl alcohol, dat is een meer energie-dichte brandstof (die wist?). In mijn isopropyl alcoholtest, ik gekookt weg 34 ml water. Het gebruik van de dezelfde bovenstaande berekening, het resultaat is 109.94 kJ aan de kook dat hoeveelheid vloeistof. Omdat ik nu weet dat de efficiëntie Samowar, ik kan verdelen de energie die nodig is door de efficiëntie, en komen tot de waarde van de totale energie voor de 20 ml van 91% isopropyl alcohol: 109.94 kJ/.295=372.68 kJ. Dit bedrag gedeeld door de massa van de brandstof:
20 ml *.91 = 18.2 ml. 18.2 ml * brandstof dichtheid van.786 g / ml = 14.3 g van brandstof (ik weggelaten de 9% H2O, die is niet hier van brandstof)
geeft ons de energiedichtheid voor isopropyl alcohol:
372.68 kJ / 14,3 g = 26.06 kJ/g,
Hoe verhoudt dit zich tot een magnetron? Wat is de ecologische voetafdruk? Ik vond een interessant artikel op Treehugger die ten opzichte van kokend water in een magnetron vs. een waterkoker met behulp van een Kill-per-Watt-meter (vragen Pablo: waterkoker, oven of magnetron?). De auteur gevonden dat de magnetron ongeveer 47% efficiënter was in het omzetten van elektriciteit in warmte (spoiler alert: de magnetron de kachel te verslaan, maar werd verslagen door de ketel). Niet met een Kill-per-Watt, schat ik kan niet efficiëntie op dezelfde manier, maar ik kan schatten koolstofvoetafdruk. Ik heb mijn test gebaseerd op de volgende methode:
Ik heb gemeten 100g gedestilleerd H2O in een meetpunt cup en getimed hoe lang het duurde om te koken uit 34 ml (34g) water. Ik vond het nominale vermogen van mijn magnetron (1100W), en vervolgens met behulp van de EPA koolstof berekening (920.8 gram CO2/kWh) voor landen waar elektriciteit wordt geproduceerd met behulp van steenkool (zoals de mijne is), ik berekend hoeveel koolstof werd vrijgelaten uit mijn water Verwarming. Met de magnetron met 165 seconden, trok het 50.14W. Bij 920.8g CO2/kWh betekent dat 46,42 g CO2 werd gegenereerd.
Maar hoeveel werd gegenereerd door mijn Samowar? Meer chemie!
De formule voor de isopropyl alcohol is C3H7OH. De chemische vergelijking voor de verbranding van de brandstof is:
2 C3H7OH (l) + 9 O2 (g)---> 6 CO2 (g) + 8 H2O (g)
Dit betekent dat voor elke 2 mol van C3H7OH, we 6 mol van CO2 genereert, die is een verhouding van 1:3
Ik heb de 91% C3H7OH, wat betekent dat de 20 ml 18.2 ml van C3H7OH of 14.31g C3H7OH bevat, die op een molaire massa van 60.10 g, geeft ons 0.238 mol van C3H7OH. De CO2 gegenereerd zal worden drie keer zoveel mol en de molaire massa van CO2 is 44g. Dit betekent dat mijn Samowar gegenereerd 31.42g CO2 aan de kook uit dezelfde hoeveelheid water. We hebben een winnaar!
Die is eigenlijk soort van triest. Als een Samowar samengesteld uit schroot, lopen bij 29,5% efficiency, beats 1100 watt magnetron, werkzaam bij 47% efficiency, trekken van elektriciteit van een multi-miljoen dollar kolen gestookte generator, op hun respectieve pro rata koolstof voetafdrukken, er is zeker behoefte aan een wijziging van het plan. Misschien niet zozeer met de kolen, en niet zozeer met de gecentraliseerde elektriciteitsproductie.
Berichtje: Methanol vs. Isopropyl Alcohol
Uit het bovenstaande, kunt u zien dat methanol is een veel minder energie-dichte brandstof. Het is ook heel giftig. Isopropyl alcohol, echter de neiging voor het genereren van een redelijke hoeveelheid roet als het brandt, zoals u van de rijke, luxe jas aan de boven- en Samowar-eenheid van lantaarn zien kunt. Ethylalcohol (drinkbaar) of gedenatureerde alcohol (ethyl met een kleine hoeveelheid methanol te maken ondrinkbaar) neigen te zijn van een redelijk compromis, met betere energy density dan methanol, en een schonere verbranding dan isopropyl alcohol. Ik heb ook gezien wat anekdotisch bewijs online van mensen mengen van methanol en isopropyl alcohol te verzachten de roet en energiedichtheid problemen. Ik heb niet geprobeerd deze opties, dus ik kan geen commentaar geven op hen, anders dan om te zeggen "they 're out there." Als u hebt geprobeerd hen, zou ik graag horen over het wel!
