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Pimp my WSM57

Dieses Thema im Forum "Smoker" wurde erstellt von kpax99, 5. Mai 2015.

  1. kpax99

    kpax99 Militanter Veganer

    Hallo erstmal aus dem Rheinland.

    Ich lese hier schon länger mit und denke es ist nun an der Zeit, mal meine Erfahrungen mit anderen zu teilen.

    Ich besitze einen Kamado (Das graue Billig-Ei von VidaXL), einen GA und einen WSM57, um den es hier geht.

    Hintergrund dieses Threads ist folgende Erfahrung mit dem WSM:

    Beim Smoken eines Schweiennacken wollte ich gegen Ende die Temperatur erhöhen in der Hoffnung einer schönen Kruste. Mehr als ca. 135°C (Oberer Rost, Maverick) war aber nicht drin.

    Also: Raus mit dem Wasser! Denn das dient ja durch die Verdampfungswärme als Puffer.

    Und was soll ich sagen: Der WSM ging ab wie eine Rakete! Aber trotz komplett geschlossener Lüftungsöffnungen (oben und unten) sank die Temperatur nicht mehr unter 150°C. Das heißt: Das Ding ist total undicht. Das ist aber nicht neues; ich weiß. Hier gibt es auch einen Thread (hab ich nicht mehr gefunden, evtl. kann den ja jemand einfügen), der das Abdichten mit Ofenband beschreibt.

    Das habe ich dann auch gurchgeführt und siehe da, der WSM läßt sich wunderbar mit meinem Pitmaster (s Bild unten) auf jede Temperatur regeln. Soweit nicht neues.

    Aber das Thema ließ mich nicht mehr los. Und ich dachte über eine Komplettisolierung des WSM57 nach.

    Aber bevor ich das durchziehe nerve euch ein wenig mit Physik. :whip:

    Von der Isolierungsaktion wirds natürlich Bilder geben und Berichte über die Erfahrungen. Aber heute ist erstmal dei erste Physikstunde.

    Vorab: Es geht hier nicht um 3 Nachkommastellen, sondern um Abschätzungen.

    Wärmebilanz:

    Kohle (Brikett) hat einen Heizwert von ca. 30 MJ/Kg.
    Verdampfungswärme Wasser: 2.3 MJ/Kg

    d.h. bei 3 Kg Kohle wird eine Gesamtenergie von 30MJ/Kg x 3Kg = 90MJ frei
    Verdampft dabei 5l (=5Kg) Wasser, wird dafür 2.3MJ/Kg x 5 Kg = 11,5 MJ benötigt.

    Das heisst. dass 90 MJ - 11,5 MJ = 78,5MJ den Smoker über die Aussenwand (oder Luftschlitze, wird hier vernachlässigt) verlässt.

    Dies geschieht durch Wärmeleitung und Wärmestrahlung. Das kommt aber erst in der 2. Physikstunde.

    Unter der Annahme die Kohle brennt für 5 Stunden (hier theoretisch: Voll an und nach 5 Stunden schlagartig aus), dann ergibt sich für die Leistung (ohne die, die zum Wasserverdampfen verwendet wird):

    78,5MJ/5h = 15,7 MJ/h oder 4,4 kJ/s = 4,4kW

    Das heißt, der WSM heizt ganz ordentlich die Umwelt!!


    Morgen gehts weiter mit der zweiten Stunde Physik. Hier erst mal ein Bild meines Doppelpitmasters:

    pitmaster1.jpg



    Morgen gehts weiter.

    Kpax99
     
  2. Gorge

    Gorge Militanter Veganer

    Ich setz mich mal auf die (Schul-)Bank.
    Sehr interessant!
     
  3. mike

    mike Grillkaiser 10+ Jahre im GSV

    Jetzt aber hallo !:hmmmm:

    Da leg ich lieber noch ein Steak auf !

    Nichts für Ungut !

    Gruß Mike
     
    mirkox gefällt das.
  4. 8x57IS

    8x57IS Hobbygriller

    Dein WSM sieht Allien-mäßig aus. Bin auf deine Ideen zur Isolierung gespannt, darüber habe ich auch schon mal nachgedacht.
     
  5. OP
    kpax99

    kpax99 Militanter Veganer

    Heute morgen gehts mit was einfachem weiter. Der Fächenberechnung des WSM (wieder nur ca. Werte):

    Zylindrischer Teil:
    Höhe: 0,5 m
    Durchmesser : 0,6 m
    Fläche: H x D x Pi = 0,5 x 0,6 x 3,14 = 0,94 m²

    Deckel und Boden ergen in etwa eine Kugel mit dem Radius 0,3 m:
    Kugeloberfläche: 4 x Pi x R² = 4 x 3,14 x 0,3² = 1,13 m²

    Zusammen ergibt das eine Gesamtoberfläche von 2,07 m²

    Wie schon gesagt, die Wärme wandert durch Wärmeleitung (Wärmestrom durch die Wand)und durch Wärmestrahlung in die Umwelt.

    1) Wärmestrom

    Als Näherung verwende ich hier die Daten und Verfahren aus der Gebäudedämmung.

    Der Wärmestrom pro Fläche lässt sich wie folgt darstellen:

    q = U x (T2 -T1)

    U ist der sogenannte Wärmedurchgangskoeffizient und hängt vom Wärmeübergang Luft/Wand, Wandmaterial und Dicke, Wärmeübergang Wand/Luft ab (Wiki):

    Waerme-U.jpg



    Ich habe das mal für zwei Schichten (ich will ja eine zusätzliche Isolierschicht aufbringen) in Excel angelegt:



    Aussentemperatur = 25 °C
    Innentemperatur = 140 °C
    Delta T = 115 K
    Wärmeleitfähigkeit Schicht1 = 50 W/K*m >> das ist das Blechgewand des Smokers, der Wert (50 W/K*m) für emallieten Stahl ist aus der Literatur
    Wanddicke Schicht1 = 0,001 m >> die Wanddicke ist geschätzt. Macht aber praktisch nichts aus, ob nun 1,2 oder 3 mm.
    Wärmeleitfähigkeit Schicht 2 = 0,0 W/K*m >> die 2. Schicht (Isolierung) kommt später
    Wanddicke Schicht 2 = 0 m >> die 2. Schicht (Isolierung) kommt später
    Wärmeübergangswert i = 0,075 m2*K/W >> Literaturwert Übergang Luft/Wand innen
    Wärmeübergangswert a = 0,040 m2*K/W >> Literaturwert Übergang Wand/Luft aussen (ist größer durch freie Konvektion)
    Wärmeübergangswert Schicht 1 = 0,00002000 m2*K/W
    Wärmeübergangswert Schicht 2 = 0,00000000 m2*K/W
    Wärmeübergangswert Summe = 0,115 m2*K/W >> Summe aus beiden Schichten und i und a
    U-Wert = 8,69 W/K*m2 >> Kehrwert von der Zeiel drüber
    Wärmestrom/m2 = 999,8 W/m2 >> mit delts T multipliziert.

    Fläche = 2,1 m2


    Wärmestrom in W = 2.073,09 W
    Wärmestrom in kW = 2,07 kW

    aha, das ist schon eine ganze Menge, oder?

    Kpax99

    bis später
     
    Gorge und Dodgemaster gefällt das.
  6. Dodgemaster

    Dodgemaster Bundesgrillminister

    Interessant, wieder auf der Schulbank...
     
  7. Rekord

    Rekord Grillkönig

    Interessanter Ansatz.

    Aber Deine Formel für den Wärmestrom berücksichtigt nicht den ständigen Luftaustausch im Smoker und der ist nicht gerade klein. Die Temperaturübertragung von Luft zu Blech zu Luft sollte da anteilig eher kleiner sein.

    Wenn mich nicht alles täuscht hab ich mal irgendwo gesehen das es in USA Isolationshauben für die WSM gibt.

    Gruß
    Patrick
     
  8. OP
    kpax99

    kpax99 Militanter Veganer

    Das stimmt; den Luftaustausch habe ich nicht berücksichtigt. Ich habe aber dazu mal eine Abschätzung gemacht:

    1) Volumen des WSM

    Zylindrischer Teil: V = F x H = Pi x R² x H = 3,14 x 0,3² x 0,5 = 0,14 m³
    Deckel und Boden (als Kugel): V = 4/3 x Pi x R³ = 4/3 x 3,14 x 0,3³ = 0,11 m³
    Also Gesamtvolumen ca.: 0,25 m³


    2) Wärmekapazität Luft (bei konst. Druck)

    cp = 1 KJ/Kg x K

    3) Dichte Luft

    Ro = 1,2 Kg/m³

    d.h. Im WSM sind 1,2 x 0,25 = 0,3 Kg Luft enthalten

    Um dies von 25°C auf 140°C zu erwärmen (Delta = 115 K) benötigt man folgende Energie:

    1 (KJ/Kg xK) x 0,3 Kg x 115 K = 34,5 KJ

    Wenn dies in 1 Minute (60 sec) geschieht (Annahme) dann entspricht das einer leistung von:

    34,5 KJ/ 60 s = 0,575 KJ/s = 0,575 KW


    also auch schon ganz ordentlich. Wobei es wirklich schwer abzuschätzen ist, wie schnell der Luftwechsel passiert.

    LG

    Kpax99
     
  9. mike

    mike Grillkaiser 10+ Jahre im GSV

    :o:o:o
     
  10. smart39

    smart39 Dauergriller 5+ Jahre im GSV

    Nun, die Menge der Luft kannst Du mindestens aus dem Luftbedarf der Kohle berechnen, allerdings müsstest Du dann stöchiometrische Verbrennung voraussetzen. Hast Du Zugang zu einem Schornsteinfeger-Messgerät oder etwas anderem, womit Du den Sauerstoffgehalt an der Abluftöffnung messen kannst? Darüber könnten wir die gesamte Luftmenge, die durch den WSM strömt abschätzen und somit auch dien möglichen Wärmetransport bestimmen. Dann müsste man noch die Lufttemperatur am oberen Austritt kennen, dann geht vielleicht sogar die Bilanz zwischen Wand und Luft, was die Verluste angeht.
    Gruß
    Martin
     
  11. lutz1178

    lutz1178 Metzger 5+ Jahre im GSV

    @kpax99 könntest etwas zu deinem Pitmaster sagen oder hast einen Link nach welcher Anleitung du vorgegangen bist?

    Gruß Lutz
     
  12. OP
    kpax99

    kpax99 Militanter Veganer

    @smart39: Ich glaube, dass der Luftwechsel eher eine untergeordnete Rolle spielt (s.o) aber ich werde dass sicher später nocnmal checken. Trotzdem Danke für den Hinweis! Ich hatte das komplett ausgeblendet, was sicherlich nicht richtig ist.

    Nun zur Strahlungsbilanz:

    Die abgestrahlte Wärmemeng pro Fläche ist:

    q = e x BK x T hoch 4

    mit e = Emissivität (für Emaille ca. 0,8 (Literatur)) und BK = Boltzmankonstante = 5,67 x 10 hoch minus 8 (W/(m² x K hoch 4))

    sorry, aber Formeln sind hier nicht so einfach!

    mit T = 273 + 140 = 413 K (absolute Temperatur von 140°C in Kelvin)

    Also: q = 0,8 x 5,67 x 10 exp -8 x 413 exp 4 = 1320 W/m²

    Mit der Oberflache des WSM von 2,1 m² ergibt das: Q = 2772 W = ca. 2,77 kW

    auch ganz schön üppig.

    Mein Plan ist nun eine Schicht Mineralfaser, alukaschiert aufzubringen:

    isolierung.jpg



    Die sieht zwar schwarz aus, ist aber metallisch blank .


    Dies Schicht ist 7mm dick und ich habe folgende Annahmen gemacht:

    Für die Wärmestromrechnung: d = 7mm und Wärmeleitfähigkeit: 0,04 W/K*m

    Dies Daten für Schicht2 in obiges Excelsheet eingesetzt. Dann erhält man: 0,82 kW Wärmestrom.


    Für die Wärmestrahlung habe ich die Emissivität als 0,2 angenommen:

    Dies führt zu Wärmestrahlung von 0,68 kW.

    Zusammengefasst:

    zusamm.jpg





    Selbst wenn die eine oder andere Annahme daneben liegt, sagt mir das, dass man sicher ca. 50% der eingesetzten Energie sparen kann, wenn man einen WSM abdichtet, isoliert und ohne Wasser fährt.

    Ich werde Euch über das Isolierprojekt auf dem Laufenden halten. Die Folie ist schon bestellt (in der Bucht).

    LG

    Kpax99
     
  13. OP
    kpax99

    kpax99 Militanter Veganer

    @lutz1178: Ich hab mir den ohne Anleitung selber gebaut. Ich wollte eh heute abend ein paar Fotos davon machen und einstellen. Ich kann die aber auch Details der eingesetzten Hardware nennen.
     
  14. Gorge

    Gorge Militanter Veganer

  15. lutz1178

    lutz1178 Metzger 5+ Jahre im GSV

    Ein paar Fotos und die benötigten Komponenten wären interessant.
    Dann könnte ich für meinen WSM und meine Kugel übernehmen.

    Danke schonmal für die Tips

    Gruß Lutz
     
  16. 8x57IS

    8x57IS Hobbygriller

    @Gorge, sehe ich auch so, vor allem die Lösungen, die das Umbauen des WSM mit Holz & Dämmung vorsehen, halte ich für gut, da sie vielseitig sind. Bei höheren Temperaturen im Sommer, holt man den WSM einfach aus der Box und gut ist.
    Die Frage, die mich dabei noch bewegt ist, ob eine Isolierung zu einem signifikanten Verbrauchsrückgang bei den Brickets führt.....
     
  17. OP
    kpax99

    kpax99 Militanter Veganer

    @Gorge, danke für den interessanten Artikel. Man sieht, andere machen sich auch so ihre Gedanken!


    @lutz1178: hier ein paar Fotos:

    Aufsicht.JPG



    Front.JPG





    Regler.JPG



    Wesentliche Komponenten:

    Regler (Typ siehe Bild) gabs in der Bucht im Bundle mit Sensor.

    Lüfter: Titan Radial Lüfter 76 x 75 x 28 mm 1U/2U TFD-B7530M12C (Bucht)

    Netzteil 12V für den Lüfter: 15W - 400W DC 12V Trafo Netzteil Treiber Driver Netzadapter LED Streifen Stripe (Bucht)

    naja und dann Gehäuse (alte Weinkiste), Schalter, Kabel, etc. Ich hab alles direkt doppelt ausgelegt und in eine Kiste gepackt (WSM und Ei).




    LG

    Kpax99
     
  18. lutz1178

    lutz1178 Metzger 5+ Jahre im GSV

    Danke.
     
  19. smart39

    smart39 Dauergriller 5+ Jahre im GSV

    Ich glaube nicht, dass bei diesen Temperaturen Strahlung dominierend ist, da muss der konvektive Wärmeübergang noch mitgerechnet werden.
    Gruß
    Martin
     
  20. smart39

    smart39 Dauergriller 5+ Jahre im GSV

    Ach ja, hier muss nicht

    sondern q = e x BK x (T hoch 4 - T unendlich hoch 4) stehen, wobei T unendlich 300 K ist, das macht 43% aus, immerhin.
    Gruß
    Martin
     
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