Dampfdruck berechnen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ach so, dann ist das mit dem Druck vielleicht überhaupt nicht so wichtig: Magst du vielleicht einfach nur ein bisschen mit so einer ganz einfachen Rechnung abschätzen:

a) Wieviel Wasser pro Sekunde kannst du mit den zu erwartenden Heizleistungen verdampfen?

b) Wie schnell strömt dieses Wasser durch ein Rohr mit Durchmesser 10 cm, wenn man einfach nur mal annimmt, dass all das so verdampfte Wasser als Wasserdampf bei T=100°C und Atmosphärendruck vorliegt?

(einfach als Volumenstrom, also Wasserdampfvolumen pro Sekunde geteilt durch Rohrquerschnittsfläche gleich Strömungsgeschwindigkeit)

c) Wenn du magst, kannst du daraus aus der Masse der erzeugten Wasserdampfes pro Sekunde auch gleich abschätzen, welche kinetische Energie pro Sekunde dieser Wasserdampfstrom hat und daher maximal als Leistung an die Turbine abgeben könnte.

cybergnom · Anmeldungsdatum: 23.08.2010 Beiträge: 10

oki doki...

Hier erstmal meine Werte. Die kommen mir schon wieder spanisch vor.
Ich hoffe mal, dass ich nur nen Potenzfehler irgendwo drin hab.

Alle Lösungen beruhen auf 5kJ Heizenergie, 10cm Rohrdurchmesser und 100° Dampftemperatur

a) 2,26g/s Wasserdampf

Lösungsweg:
E(zugeführt) / Cp(Wasserverdampfung); mit E(zugeführt) = 5kJ und Cp(Wasserverdampfung) = 2256kJ/kg

b) 0,5 m/s Ströhmungsgeschwindigkeit

Lösungsweg:
V = n*R*T / p; mit n = 01,25mol (2,26g / 18g/mol), R = 8,314J/mol*K, T=373,15K und p = 1,013 bar

v = V / A(Rohr); mit V = 3,88l/s und A = 0,0078m²

c) 0,27 mJ (????????????) kinetische Energie

Lösungsweg: E = 0,5 * m * v²; mit m=0,0026kg und v=0,5m/s

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Mit deiner Rechnung bin ich einverstanden.

5 kJ pro Sekunde sind also nicht viel, und ein Rohr mit 10 cm Durchmesser ist sehr weit, damit bekommt man keine nennenswerten Dampfgeschwindigkeiten zustande.

Bevor man sowas also sinnvoll betreiben könnte, bräuchte man viel größere Heizleistungen und/oder viel engere Austrittsrohre.

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Dabei ist das ganze ja noch eine Abschätzung nach oben. Unter anderem müsste man zum Beispiel noch zusätzlich Energie reinstecken, um das Wasser auf 100°C zu erwärmen, bevor es dann verdampfen kann (je nachdem, mit welcher Anfangstemperatur es in den Behälter hineinkommt).

cybergnom · Anmeldungsdatum: 23.08.2010 Beiträge: 10

puh, das is ja mal ne "Überraschung"...

Aber wie funktionieren dann Energie-Rückgewinnungssysteme, die z.B. das Abgas einfangen und mit der Wärme/Hitze Wasseerdampf erzeugen?

Das ist ja völlig ineffizient...???

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Na, die Überraschung sagt zuallererst mal aus, dass die Dimensionierung deines Entwurfs noch nicht ausgereift war.

Wenn du da zum Beispiel statt einem 10 cm -Rohr ein dünneres nimmst, wächst die Geschwindigkeit und damit - quadratisch - die kinetische Dampfenergie rapide.

Zum Beispiel für 1 cm Rohrdurchmesser um den Faktor 100, und für 1 mm Rohrdurchmesser um den Faktor 10000. Damit hättest du dann schonmal gleich 30 mW bzw. 3 W, solange die Enge des Rohres --- wenn mans übertreibt und das Rohr zu eng macht --- nicht anfängt, die Dampfgeschwindigkeit abzubremsen.

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Außerdem, du sagst es bereits, kann man versuchen, die Wärmeverluste zu minimieren, indem man zum Beispiel den Wasserdampf nach seinem Durchgang durch die Turbine wieder zurückleitet und die Kondensationsenergie sowie die beim Abkühlen freiwerdende Energie dazu nutzt, schonmal mindestens das Wasser, das man in den Heizkessel reinlaufen lässt, nicht gerade ausgerechnet nur bei 10°C oder 20°C einlaufen zu lassen, sondern vielleicht wenn möglich schon auf 80°C oder 90°C vorzuwärmen.

Oder die verbleibende Abwärme für etwas anderes weiternutzt, zum Beispiel zum Wohnung heizen oder so.

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Die Hauptoptimierungsmöglichkeiten werden aber, denke ich, sicher sein, dass man ein möglichst dünnes Rohr (für große Dampfgeschwindigkeiten) und eine reichlich ausreichend große Heizleistung vorsieht.

Konkret sollte dabei wohl die Heizleistung so groß sein, dass man beim Dünnermachen des Rohres nicht an Grenzen der Reibungsverluste stößt.

Oder um es mit den Worten von Wikipedia zu sagen:

http://de.wikipedia.org/wiki/Sonnenw%C3%A4rmekraftwerk

wasda · Gast