Trabajo realizado bombeando agua con una cabeza estática de 6 pies

Tengo una pequeña bomba de agua de 4 vatios con un puerto de salida que se adapta a tubos de 3/8" de diámetro interno.

Medí la tasa de flujo mientras bombeaba a una altura estática de 6 pies (ver foto de escalera).

El caudal fue de 0,42 galones por minuto. (1/2 galón en 70 segundos).

La bomba se suministró (valores medidos) con 12,4 V CC a 310 mA, dando 3,84 vatios.

¿Cuánto de los 3,84 vatios eléctricos fue trabajo y cuánto calor?

Lo que busco es cuánto calor genera la bomba. Esto es preocupante porque se está utilizando en un proyecto de refrigeración electrónica en el que la bomba se sumergirá en el agua.

Hice funcionar la bomba en aire ambiente a 20 °C, después de una hora la temperatura de la caja era de 25,2 °C.

Había encontrado una fórmula para calcular el trabajo utilizando la cabeza estática y el caudal. No estaba seguro de que 6 pies fuera la cabeza estática. Encontré una calculadora en línea con una fórmula para Water Horsepower QxH/3960. Utilizando una cabeza estática de 6 pies y 0,42 galones/minuto, el resultado de la fórmula fue de 0,47 vatios. No tengo forma de verificar que esto sea correcto. Las otras fórmulas requerían los vatios, que es el parámetro no verificado.

El agua se bombeó a través de una tubería de DI de 3/8" de 7 pies de longitud.

Preguntas:

¿Son correctos 0,47 vatios para los caballos de fuerza del agua?
¿El calor es 3.84 - 0.47 = 3.37W?

Por lógica, el calor no puede ser de 3,37 W si la temperatura de la bomba solo aumenta 5°. Al trabajar con los LED, la potencia total consumida por un solo LED suele ser de 2 a 3 vatios, que se usa mucho para generar el flujo radiante, por lo que el calor es de 1 a 2 vatios y el LED se calienta mucho más que esta bomba.

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¿POR QUÉ?

Me preguntaron por qué. Estoy desarrollando iluminación de cultivo LED para horticultura enfriada por agua. Voy a tener una "torre de agua". Será un sistema cerrado, habrá un depósito de agua y un tanque de agua. Ambos están hechos de tubos de PVC de 4". Hay un "ascensor" de tubo de PVC de 2" entre el depósito y el tanque. Habrá bombas de agua en el depósito bombeando agua desde el depósito al tanque. Su tubería se enrutará a través del elevador de tubería de 2". La tubería de 2" también se doblará como un desbordamiento. Si por alguna razón se impide el flujo de salida del tanque, cualquier exceso de agua terminará en el depósito a través de la tubería de desbordamiento.

Para enfriar las luminarias LED, el agua debe mantenerse fría. Quería saber cuánto contribuirá una bomba de agua a la carga de calor. A medida que se agregan más luminarias LED al sistema, la demanda de agua de la torre de agua se satisface fácilmente aumentando el caudal del depósito al tanque.

EL DISIPADOR DE CALOR

El disipador de calor es una barra sólida de cobre de 0,125" de espesor que está soldada al costado de una tubería de agua de 1/2". El agua que fluye del tanque al depósito fluirá a través de esta tubería de cobre.

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LA TORRE DEL AGUA

La torre de agua mide 5,5 pies de altura para caber en una cámara de cultivo de investigación hortícola. El pilar central es solo para sostener el tanque de agua. El pilar está tapado debajo de la "T" con el talón de suministro. Nada fluye ni se enruta a través del pilar, es estrictamente estructural.

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Respuestas (2)

Primero podemos estimar la pérdida de agua que fluye a través del tubo. 1. A partir de la tasa de flujo y el ID del tubo, la velocidad promedio del flujo es de 0,37 m/s. 2. El número de Reynolds es, por lo tanto, 3980. 3. Suponiendo que la rugosidad de la superficie del tubo es de 0,006 mm~0,07 mm, podemos obtener un factor de fricción de 0,0098 a 0,0107. 4. Usando una longitud de 6 pies, podemos obtener una pérdida de flujo de 131~142Pa.

Entonces podemos calcular el trabajo del eje de la bomba usando la ecuación de Bernoulli. Esto da alrededor de 0,511 ~ 0,514 W. Esta bastante cerca de lo que obtienes 0.47W.

Pero estás hablando del calor. El calor es generado por la resistencia del motor. Esto podría tener poco que ver con lo anterior. Entonces puede medir la resistencia de su motor R y usar V ^ 2 / R para obtener el calor que puede producir el motor.

Ahora no entiendo, cuál es su propósito de hacer estos cálculos.

Gracias. ¿Siendo la resistencia la resistencia de CC de los devanados del motor? ¿Cuál es diferente de la carga de CC calculada por los 12,4 V/0,31 amperios? Agregué algunas fotos más y explicaciones sobre el proyecto. Debido a que las bombas están sumergidas en el agua, cualquier calor generado aumentará la temperatura del agua. Queremos encontrar las bombas más eficientes que generen la menor cantidad de calor por X galones de flujo. Para evaluar las bombas, primero necesito entender el problema.
Es un proyecto interesante. Sí, la resistencia es la resistencia de los devanados. Es posible que la corriente no sea de 0,31 amperios, que es el valor máximo. Puede medir la corriente real y luego obtener los vatios reales W a = V × I . Esto debería ser mucho más bajo que 3.84W. el calor es W h = V 2 R . entonces supongo 0.47 + W h = W a . Por supuesto, esto pasa por alto la pérdida por fricción. Con la tecnología actual, la pérdida por fricción es baja.
La bomba tiene una potencia nominal de 350 mA, se midieron 310 y 12,4 y se calcularon los 3,84 W a partir de estos 2 valores. Esa barra negra al pie de la escalera es una derivación de corriente. Cuando la carga estática era cero, la corriente era de 350 mA. El vataje es inverso al trabajo y al cabezal estático. Ahora puede ver por qué. Dices que esto "debería ser mucho más bajo", pero es lo real. El calor no puede ser igual a VxI porque se debe tener en cuenta el Trabajo. Mi pregunta es en realidad: ¿El calor es 3.84-0.47?
¿Cuál es el valor de la resistencia?
La resistencia medida es de aproximadamente 1 megaohmio. La carga inestable operativa es de 40 ohmios. 12.4 ÷ 0.31
La resistencia medida medida es demasiado grande. Aquí hay un enlace que brinda detalles completos del cálculo micromo.com/technical-library/dc-motor-tutorials/…
Ese fue un gran vínculo. Cubrió exactamente casi todo lo que necesito saber. Me gusta especialmente que el motor de ejemplo tenga la mayor eficiencia en .31A, y el vataje térmico fue de 0.57. La única curiosidad que acecha sobre mi motor es por qué la corriente disminuye a medida que aumentan el trabajo y el par. Probablemente debido a la eficiencia mecánica. Me di cuenta en la tabla de muestra de valores medidos, la potencia disminuyó alrededor de 5500 RPM. Entonces, el 0.47 está lo suficientemente cerca para que lo considere un valor válido. Negando la fricción y la pérdida de flujo. Buen trabajo user115350, no me impresiono fácilmente, pero estoy contigo.

Creo que hay una mejor manera de hacer esto.

Desea saber cuánto calor se generará, lo que debería ser relativamente fácil de probar y medir.

Obtenga un enfriador de espuma de poliestireno, que aísla bien, y utilícelo como depósito aguas abajo. Configure su bomba para elevar el agua, desde el enfriador, a un pequeño depósito aguas arriba en la elevación de prueba deseada, y también proporcione algún mecanismo para que el agua regrese al enfriador en la parte inferior. El objetivo es obtener un sistema de recirculación y poder hacer funcionar la bomba durante algún tiempo y tomar medidas de temperatura.

Seguro que habrá algo de pérdida de calor en la tubería y en el depósito aguas arriba. Puede probar y aislar estas partes si es necesario.

Al saber cuánta agua hay en el sistema y qué tan rápido aumenta la temperatura, puede medir qué tan rápido la bomba ingresa calor al sistema.

Ese suele ser el caso, más fácil de medir que de calcular. De hecho, estoy en el proceso de hacer una torre de agua. Imagen añadida a mi publicación.
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