Energibalanser
Energibalanser baseras på termodynamikens första huvudsats som säger att energi varken kan skapas eller förstöras utan endast byta form. Detta innebär för ett system att den inflödande energin är lika med summan av den i systemet ackumulerade energin och den utflödande energin:
Är systemet stationärt (det vill säga oberoende av tiden) kan ackumulationstermen tas bort och inflödande energi är lika med utflödande energi:
Givetvis gäller balansen också integrerad mellan tiden t och t0 vilket kan användas för att enkelt ställa upp energibalanser för batchprocesser (till exempel batch-ugnar):
Principen för energibalansen gäller alltid, men vilka energiflöden som ska beaktas beror på vilken systemgräns man väljer. Valet av systemgräns görs utifrån vilken information man vill ha ut av balansen, men kan också bero på vilka data man har tillgängligt. Oftast ställer man upp en energibalans för att man vill beräkna en verkningsgrad. Då gäller det att sätta systemgränsen så att relevanta energiflöden kan beräknas.
Hur ställer man upp en energibalans?
1. Bestäm vilket objekt som ska studeras (ett pumpsystem, en ugn, en lokal, ett verk).
2. Tänk igenom vad du vill ha reda på och fastställ hur systemgränsen ska dras.
3. Identifiera vilka energiflöden som passerar systemgränsen.
4. Rita en schematiskt figur över objektet och dess energiflöden.
5. Precisera under vilka förutsättningar som energiflödena ska studeras (till exempel under vilken tidsperiod). Tänk på att energibalansens utseende kan variera kraftigt beroende på förutsättningarna.
6. Notera vilka ingångsdata som krävs. I vissa fall kan det vara svårt att få fram all nödvändig ingångsdata för att beräkna alla energiflöden till och från systemet. I dessa fall kan man försöka beräkna energiflödet via energibalanser med andra systemgränser eller göra tillfälliga enklare mätningar. Om detta inte går kan man kontrollera om ingångsparametern som saknas har stor inverkan på energibalansen och framförallt den information (verkningsgrad) man vill få fram genom att prova rimliga max- och min-värden på variabeln/parametern. Ofta är det relativt lätt att hitta just övre och undre gränser för saknade ingångsdata utifrån till exempel dimensionen på utrustningen. Om inverkan inte är så stor kan man med gott samvete ansätta ett värde mellan max och min. Alternativt kan man ta hjälp av tekniker för att ringa in ett rimligt värde på ingångsparametern som saknas.
7. Avläs driftinstrument och genomför eventuellt enkla mätningar.
8. Bearbeta data och beräkna energiflödenas storlek.
9. Sammanställ energiflödena i en energibalans. Är samtliga flöden beräknade ska summan av ingeående och summan av utgående energiflöden vara (någorlunda) lika stora. Ofta är dock inte alla energiflöden beräknade utan bestäms utifrån balansen.
10. Åskådliggör och presentera balansen till exempel med hjälp av ett sankey-diagram. Kommentera de enskilda energiflödena (noggrannhet, driftförhållanden och så vidare).