Thermodynamik Shisha Kohle

[RoBo-CoP]

Hallo,

da ich nicht weiß wohin dieses Thema passt, poste ich es nun hier.

Mein Ziel ist es eine elektrische Shishakohle zu bauen. Da ich gerade für ein paar Monate im Ausland bin, kann ich gerade nix aufbauen und testen. Deßhalb wollte ich mir mal ein Konzept überlegen.
Hab auf youtube ein Video gesehen wo jemand die Temperatur einer Kohle misst. Die Kohle selber wird ca. 500°C heiß, im Köpfchen sind es ca. 120°C. Jetzt dachte ich mir, die meisten Lötkolben schaffen ja 450°C. Wenn ich diese mit einer etwas höheren Spannung betreibe sollte ich schon auf 500°C kommen. Damit will ich ein Alu Klotz aufheizen. In diesen sollen löcher gebohrt werden wodurch die Luft dann strömen kann. Evt. kann ich das Köpfchen auch noch direkt heizen, aber das muss ich testen wenn ich zurück bin.

Jetzt wollte ich mal berechnen wie viel Leistung ich denn bräuchte(vielleicht setzte ich mehrere solcher Heizelemente ein). Hierzu habe ich folgendes überlegt:


Dichte Alu: 2,7g/cm3
spez. Wärmekapazität Alu: 897 J/(kg · K)


Meine berechnetes Volumen * 2,7g/cm3 => Masse
500°C * Masse * 897 J/(kg · K) => Benötigte Energie
Energie / Leistung => Zeit zum aufheizen

Hier ist aber die Energieabgabe an die Umgebung nicht berücksichtigt. Gibt es eine Möglichkeit abzuschätzen wie viel Energie an die Luft abgegeben wird? Irgend ein Richtwert, wie viel Watt pro Grad und cm2 Oberfläche abgegeben wird z.B.?

Vielen Dank

[BurningBen]

Nein, einen Richtwert wirst du dafür nicht finden. Das hängt viel zu stark von der Umgebung ab. Was für eine Form soll der Körper denn haben? Und liegt der frei, bekommt er also eventuell vorhandenen Wind ab?
Die Wärmeabgabe dürfte bei so einer Shisha hauptsächlich durch Konvektion geschehen. Den abgebenen Wärmestrom kannst du berechnen über: dQ/dt = alpha * A * (T - T_U).
Das Problem dabei ist der Wärmeübergangskoeffizient alpha. Der hängt unter anderem von den beteiligten Materialien, den Formen, außerdem der Luftgeschwindigkeit ab.

[RoBo-CoP]

Nein, einen Richtwert wirst du dafür nicht finden. Das hängt viel zu stark von der Umgebung ab. Was für eine Form soll der Körper denn haben? Und liegt der frei, bekommt er also eventuell vorhandenen Wind ab?
Die Wärmeabgabe dürfte bei so einer Shisha hauptsächlich durch Konvektion geschehen. Den abgebenen Wärmestrom kannst du berechnen über: dQ/dt = alpha * A * (T - T_U).
Das Problem dabei ist der Wärmeübergangskoeffizient alpha. Der hängt unter anderem von den beteiligten Materialien, den Formen, außerdem der Luftgeschwindigkeit ab.

Die Form hab ich noch nicht genau überlegt. Ich dachte an einen Zylinder, etwa 4cm Durchmesser und 5cm hoch. In der Mitte dann löcher, damit die Luft dort dann durch strömt wenn man an der Shisha zieht. Also Übergang Alu-> Luft. Das ganze soll drinnen sein, also kein zu starker Wind.
Hatte gehofft es gibt da eine Richtwert mit dem ich abschätzen kann, ob ich z.B. mit 150W die 500°C in einer angemessenen Zeit erreichen und halten kann. Sonst muss ich wenn ich wieder zuhause bin mal meinen Lötkolben an ein Stück Alu halten.
Deine Formel hilft mir schonmal ein stück weiter, Danke. Jetzt brauch ich nur noch einen Wert für das alpha.

[Geistesblitz]

Also je dicker der Block ist, desto länger brauchts zum Aufwärmen, dafür speichert der die Wärme besser und kühlt nicht so schnell ab. Musst nur aufpassen, wie gut die Wärme abgeleitet wird. Vielleicht den Alublock an den Seiten, die nicht gebraucht werden (oben und an den Seiten) irgendwie isolieren, damit dort nicht so viel Wärme in die Luft geblasen wird. Die Belüftungslöcher dürften dieselbe Wirkung haben wie die Rippen an Kühlkörpern. Dort kann die kalte Umgebungsluft, die hindurchgezogen wird, auch nochmal Wärme herausziehen, daher vielleicht auch isolieren (könnte hier aber schwer werden). Willst du die Temperatur auch messen und regeln? Vielleicht ginge ja auch ein Lötkolben mit höherer Leistung, der dann mit einem Schaltregler betrieben wird, so wärs wohl zumindest am einfachsten.

[RoBo-CoP]

Ja, die Temperatur möchte ich auch regeln, weshalb ein Heizelement eines Lötkolbens sehr gut wäre, da es hier die meisten einen Temperatursensor eingebaut haben, welcher dann nur noch ausgewertet werden muss.
An isolieren hab ich auch schon gedacht, nur welches isolierende Material hält 500°C aus ohne beim Rauchen gesundheitsschädlich zu sein? Mir fiel hier nur Keramik ein, was sich aber sehr schwer bearbeiten lässt.
Ohne Richtwerte werde ich wohl warten müssen bis ich zurück bin um mal ein paar Versuche durchzuführen.

[RoboHolIC]

welches isolierende Material hält 500°C aus ohne beim Rauchen gesundheitsschädlich zu sein
Schamott, Gasbeton, ??Zement??, Glas, Sandschüttung in größerem umhüllendem Becher, Stein-/Glaswolle, Luftpolster im weitesten Sinne ...

[RoBo-CoP]

Schamott, Gasbeton, ??Zement??, Glas, Sandschüttung in größerem umhüllendem Becher, Stein-/Glaswolle, Luftpolster im weitesten Sinne ...
Darauf bin ich nicht gekommen. Beton könnte wirklich ne gute Lösung sein. Einfach zu bearbeiten und hitzebeständig.