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Allgemeine Gasgleichung ?
 
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Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 12:30    Titel: Allgemeine Gasgleichung ? Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo zusammen,

ich hoffe mir kann hier jemand helfen smile!
Es geht um die Gasgleichung bzw. die Druckdifferenz bei einem bestimmten Temperaturunterschied.

Folgendes Problem:
Ich packe bei 20°C etwas in einen festverschlossenen Beutel.
Dieser Beutel wird dann bei -40°C (im Flugzeug) transportiert und dann in Malaysia bei +60°C im Lager gelagert.
Wie kann ich den nun berechnen welche Druckdifferenzen der Beutel aushalten muss? Irgendwie steh ich da etwas auf dem Schlauch...

Kann ich das mit der allgemeinen Gasgleichung machen?

Also mit Druck = (R*T)/ V? Geht doch nicht, oder?

Wäre super, wenn mir zumindest jemand auf die Sprünge helfen könnte smile!

Danke und liebe Grüße
Maike

Meine Ideen:
Kann ich das mit der allgemeinen Gasgleichung machen?

Also mit Druck = (R*T)/ V? Geht doch nicht, oder?

Wäre super, wenn mir zumindest jemand auf die Sprünge helfen könnte smile!

Danke und liebe Grüße
Maike
MI



Anmeldungsdatum: 03.11.2004
Beiträge: 828
Wohnort: München

Beitrag MI Verfasst am: 18. Nov 2010 13:25    Titel: Antworten mit Zitat

Doch, ich gehe davon aus, dass das nur mit der allgemeinen Gasgleichung gemacht werden soll.

Jedoch fehlt meiner Meinung nach eine Angabe: Verändert sich das Volumen bei der Prozedur? In dem Fall kann es nämlich sein, dass die Druckdifferenz, die auszuhalten ist, quasi Null ist, weil sich das Volumen so anpasst, dass Außen- und Innendruck gleich sind.
Daher gehe ich mal davon aus, dass das so gemeint ist, dass das Volumen im Beutel konstant bleibt.

Gruß
MI
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 13:33    Titel: Antworten mit Zitat

Welches Volumen ist hier gemein? Das Volumen an Luft in der Packung, oder das maximal aufnehmbare Volumen des Beutels?

Wenn ich einen Beutel mit einem Produkt betrachte, bei dem ein Vakuum gezogen habe, ist das ja etwas anderes, als wenn ich kein Vakuum gezogen habe oder gar noch ein Schutzgas hineingebracht habe.

R ist ja die Gaskonstate, also 287,05 J/kgK, Temperatur wären dann 20°C, -40°C und 60°C? Also ich hätte dann drei Rechnungen?
Aber was mache ich mit dem Volumen?

Liebe Grüße
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 14:33    Titel: Antworten mit Zitat

...und die Stoffmenge n mus sich doch auch noch berücksichtigen, oder?
MI



Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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Beitrag MI Verfasst am: 18. Nov 2010 14:34    Titel: Antworten mit Zitat

Gemeint ist das Volumen in der Packung - und genau das ist der Punkt: Wie verändert es sich?

Ich denke, die Aufgabenstellung ist so gemeint:

Du packst alles in eine Tüte und machst die Tüte luftdicht zu, sodass du bei 20°C gerade eine Druckdifferenz von Außen- zu Innendruck von 0 hast.
Die Verpackung sei ein Material, was sich in guter Näherung NICHT zusammenziehen kann bzw. ausdehnen kann. Das Volumen im Beutel ist also über den gesamten Versuch konstant.
Und jetzt kanns du rechnen.

Die Frage nach dem Volumen ist lediglich folgende: Kann sich das Volumen den Außenbedingungen anpassen? Wenn ja, dann gibt es (bei vollst. Anpassung) keine Druckdifferenz - daher gehe ich von "Nein" aus.

Übrigens:
Wenn du davon ausgingest, in der Verpackung befinde sich Vakuum, dann ist die Aufgabe trivial Augenzwinkern .

Gruß
MI

EDIT: Überlege dir, warum nur die Verhältnisse dann eine Rolle spielen!
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 18. Nov 2010 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

das kannst du nur unter zuhilfenahme einer reihe von nicht-selbstverstaendlichen nebenbedingungen berechnen, die dir jedoch nicht nahegelegt werden:
- umgebundgsdruck des gases in deinem flugzeug bei -40°C
- umgebungsdruck im malaysia bei + 60°C (ist z.b. orts-meereshoehenabhaengig u.ae.)
- druck an deinem startort (dito)
- der beutel muss nicht-crunchbar sein, da er sonst auf aeusseren ueberdruck schlicht mit zusammenfalten reagiert, und sich somit kein differenzdruck aufbauen kann
- er darf auch nicht dehnbar sein als reaktion auf aeusseren unterdruck (sonst wirds noch komplizierter, dann macht naemlich der beutel (a) dicke backen und (b) dabei selbst nen gewissen gegendruck, fuer dessen berechnung du materialdaten des beutels braeuchtest)
- ist in dem beutel noch was anderes als eingeschlossenes gas (was ggf. auf die druckveraenderung seine ganz eigene reaktion hat)?

ohne all diese daten bist du fuer die berechnung eines differenzdrucks innen-aussen schlicht geborsten

und ja, den neuen druck an einem idealen gas bei temperaturaenderung und z.b. konstantem volumen als solche kannste natuerlich mit dem idealen gasgesetz berechnen:
p*V = n*R*T --> p1 / T1 = p2/ T2 --> p2 = p1 * T2/T1


ob das wohl mit der aufgabenstellung gemeint war? wer weiss das alles so ganz genau....

gruss

ingo
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
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Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 15:14    Titel: Antworten mit Zitat

oh je unglücklich

Also angenommen das Volumen ändert sich nicht, dann nehem ich folgende Formel:

p * V = n * R * T

p ist gesucht

V ist das Volumen des Beutels in m³ - in meinem Fall 8,32*10^-4m³
R ist ja also 287,05 J/kgK und T ist meine Temperatur.

n habe ich für Luft bei 20°C folgendermaßen berechnet:

D = m/V --> m = D*V = 1,184 kg/m³ * 8,32*10^-4m³ = 0,985008g

n = m/M = 0,985008g/28,9644g/mol = 0,34mol

würde bedeuten:

p = (n*R*T)/V = (0,34mol * 287,05 J/kgK * 293,15K) /8,32*10^-4m³

Und so müsste ich n und p auch für die anderen Temperaturen berechnen, oder nicht?

Aber was passiert den, wenn das Volumen nicht konstant bleibt, weil eigentlich kann sich so ein Beutel ja aufblähen, aber vielleicht nicht bis zur vollsten Anpassung?!

Danke und Grüße
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
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Beitrag magician4 Verfasst am: 18. Nov 2010 15:30    Titel: Antworten mit Zitat

wenn dein beutel dicht ist, aendert sich n nicht
soll sich auch V waehrend des druckwechsels / temperaturwechsels ncht aendern, so werden die ausdrucke der idealen gasgleichung p*V = n*R*T sich vereinfachen zu p/T = const., du kannst meine obigen gleichungen benutzen und dir deinen ganzen aufriss sparen
aber wie gesagt: zur berechnung der druckdifferenz brauchst du nicht nur den so berechenbaren innendruck, sondern auch den aussendruck - und ueber den hast du keine sinnvollen informationen (flug) bzw. musst waghalsige annahmen treffen ueber die verhaeltnisse am verpackungsort (zuhaus) und am zielort (malaysia)
dir fuer "zuhaus" eine normaldichte von 1,118 kg/m³ einfach zu "greifen" ist sicherlich in Cuxhaven an nem standard-fruehlingtag statthaft, im sommerlichen Kitzbühl hingegen schon wieder grob ins abseits gegriffen: die dichte der luft ist ne starke funktion deines orts ueber meereshoehe u.ae.! auf diesem deutlich messbaren druck-unterschied beruhen z.b. hohenmessgeraete!

gruss

ingo
MI



Anmeldungsdatum: 03.11.2004
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Beitrag MI Verfasst am: 18. Nov 2010 15:34    Titel: Antworten mit Zitat

magician4 hat dir ja bereits eine noch viel längere Liste an nicht vorhandenen Parametern aufgezeigt, die ich bisher außenvor gelassen hatte (Außendruck - kann man auch hinterher drüber reden) oder an die ich nicht ganz gedacht hatte (Teile innerhalb der Tüte).
Zitat:
Aber was passiert den, wenn das Volumen nicht konstant bleibt, weil eigentlich kann sich so ein Beutel ja aufblähen, aber vielleicht nicht bis zur vollsten Anpassung?!


Darüber lassen sich mit den Angaben keinerlei quantitative Aussagen treffen. Du müsstest Annahmen über die Elastizität des Materials machen (Plastikflasche z.B. kann sich auch im prallvollen Zustand noch ein bisschen ausdehnen, bie Tüten, etc. ist das viel mehr), über die Art und Weise, wie verpackt wurde (ist vielleicht noch Raum zur quasi gegenkraftfreien Expansion gegeben?), etc.

Wie gesagt, meiner Meinung nach solltest du - wenn dies eine Schulaufgabe ist - folgende Annahmen machen, um überhaupt zu quantitativen Ergebnissen zu kommen - oder diese als Variablen in den Gleichungen stehen lassen:

- Volumenänderung des Behälters ist vernachlässigbar (z.B. dickes Plastik, Glas, etc.)
- Im Behälter ändert sich nur das Volumen des Gases.
- Druck in Malaysia (wir glauben einfach mal, dass wir am Meer sind) und Deutschland bei Normaldruck, im Flugzeug messen wir auf dem Flughafen, also auch bei Normaldruck (hierzu: Je höher in der Atmosphäre, desto weniger Außendruck - da aber durch geringere Temperatur Druckabnahme zu verzeichnen ist, verringert eine Erhöhung der Flughöhe die Druckdifferenz. Maximum also bei maximalem Außendruck, sprich in guter Näherung bei Normaldruck auf Meereshöhe).
Ansonsten müsstest du die barometrische Höhenformel berücksichtigen...

Ich sehe gerade, dass magician4 die Annahmen als durchaus waghalsig betrachten würde (was ich für eine Aufgabe auf universitärem Niveau auch so sehen würde, auf Schulniveau ist das vielleicht von der Genauigkeit ausreichend), von daher kannst du dich natürlich auch dazu entscheiden, die entsprechenden Parameter einfach als Variablen im Endergebnis stehen zu lassen.

Gruß
MI
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
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Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 15:44    Titel: Antworten mit Zitat

Die Sache ist die...wir müssen eine Dichtigkeitsprüfung durchführen, bei dem die Verpackung mit einem Druck "beaufschlagt"wird, unter Wasser gehalten wird und dann geschaut wird, ob Blasen aufsteigen...
Unser externes Labor prüft mit 500mbar, weil Sie sagen, dass bei einer Temperaturdifferenz von 100°C (von -40 bis +60°C) eine Druckdifferenz von 370mbar zustande kommt (die 130mbar sind ein Sicherheitszuschlag). Ich will jetzt einfach wissen, ob das Sinn macht, was die da prüfen, weil ich glaub ich anderer Meinung bin - es gilt also einen (vereinfachten) Transportweg durch die Druckdifferenzen nachzustellen...und ich weiß einfach nicht, wie ich das berechnen kann...

Wenn sich mein Volumen nicht ändert sagst du, kann ich die Formel p1/T1 = p2/T2 benutzen.

p1 wäre also mein Druck beim Verpacken - also normaler Luftdruck, also 101325 Pa und T1 wären meine 293,15K, T2 dann bei -40°C 233,15K und p2 suche ich ja, also würde sich ergeben:

p2 = p1/T1 * T2 = (101325Pa/293,15K) * 233,15K = 80586,47 Pa

und somit eine Druckdifferenz von 101325 - 80586 = 20739 Pa = 207mbar ???

Wenn das richtig ist, dann bin ich zufriedengestellt für den Fall, dass sich das Volumen nicht ändert - weil dann kann ich deine vereinfachte Formel benutzen, aber was ist für den Fall, dass sich das Volumen ändert?
MI



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Beitrag MI Verfasst am: 18. Nov 2010 16:04    Titel: Antworten mit Zitat

Ah okay. Dann ist das ganze nicht so einfach...

Wie gesagt: Ohne Annahmen über den Außendruck geht dann relativ wenig, was ja auch magician4 zum Ausdruck gebracht hat.

In guter Näherung (naja...) gilt die allgemeine Gasgleichung als pV=nRT.
Die Formel kannst du natürlich immer nehmen für die Verhältnisse im Behälter. Dabei musst du dir aber im klaren sein über:

Teilchenzahl konstant (dichte Packung?) --> n konstant
Volumen konstant (Verpackung ändert Größe nicht?) --> V konstant.
Wenn dein Volumen NICHT konstant ist, musst du wie gesagt Annahmen über maximales und minimales Volumen treffen, bzw. über das Verhalten des Volumens bei Druckdifferenzen und diese Annahmen dann entsprechend in die allg. Gasgleichung füttern (es sollte dann so sein, dass dein Innendruck vom Außendruck, bzw. der Differenz zwischen Außen- und Innendruck abhängig ist, was bei Annahme eines konstanten Volumens nicht der Fall ist).
Die thermodynamischen Gleichungen werden dir da keinen Aufschluss bieten - das sind Materialeigenschaften u.ä.

In allen Fällen müsstest du dann aber, um wirklich Zahlen hinterher zu haben, Annahmen über Außendruck/Innendruck treffen.
Du kannst natürlich WorstCase-Szenarien durchführen, indem du stets versuchst die Druckdifferenz (mit Hilfe der barometrischen Höhenformel und den bekannten Schwankungen des Normaldrucks) zu maximieren...

Gruß
MI
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 16:09    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, dazu mach ich mir dann Morgen nochmal Gedanken, ich kann euch ja dann mal meine Vorschläge zu Volumen, Innen- und Außendruck nennen.

Aber wenn die Verpackung das Volumen nicht ändert, dann kann ich diese einfache Formel p1/p2 = T1/T2 nehmen und das so, wie ich das oben gerechnet habe rechnen? Dann würden die in diesem Labor ja aber auch von zwei Temperaturen ausgehen, der minimalen und der maximalen, die sagen aber, dass die min. und max. Temperatur völlig egal ist, es ist nur die Differenz wichtig, aber das kann ich doch mit dieser Formel nicht sagen, oder?
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 18. Nov 2010 16:14    Titel: Antworten mit Zitat

ok, ein praxisfall...

dann ist der flugzeugzustand (soweit ichs grad richtig uebrepeilt hab) richtig berechnet: dein druck sinkt um ~ den angegebenen wert

deine schlussfolgerung hat aber trotzdem nen kinken: der kabinen-innendruck in flugzeugen wird aus strukturintegritaetsgruenden beim aufsteigen abgesenkt. ein typischer wert auf reisehoehe -die vergleichsweise schnell erreicht wird - betraegt sodann 600 mbar auf z.b. 10.000 m
ist die luft in deinem beutel nunmehr jedoch nicht ebenso blitzartig wie der aufstieg abgekuehlt auf -40°C - was ich fuer eine bedenkenswerte sache halte: der druck sinkt wesentlich schneller als die kaelte in den frachtraum krabbelt! - hast du da worst case einen spitzen-differenzdruck von 400 mbar auffm beutel gegen frachtraum-umgebung.
und nun lass deine urspruengliche verpackung noch an nem sonnigen hochdrucktag stattfinden...

... dann hast du mit 1500 mbar pruefdruck, also delta p = 500 mbar deinen sicherheitszuschlag aber schon relevant abgespeckt. wenn da jetzt noch stapelbedingt auch nur ein hauch von zusatzdruck auffn beutel kommt machts peng (sofern der net eben noch mehr abkann)

axo, ehe ichs vergesse: die 40° mehr in malaysia sind anders zu bewerten als die kaelte, da dein beutel erweicht und bei 60° signifikant weniger spaesschen abkann als bei 20°, und in der kalte dann nochmal anders, da wird er unflexibel-sproede



gruss

ingo

btw.: kunststoffe sind ein heikles thema, die dehnen sich, die haben groessenabhaengig unterschiedliche berstdruecke, die machen den start nach ner zwischenlandung ggf. deutlich weniger gutmuetig mit als den lastwechsel beim erststart....
ueber sowas gibts dicke buecher bei den verpackungsexperten!
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
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Beitrag Maike Verfasst am: 18. Nov 2010 16:21    Titel: Antworten mit Zitat

Aber ich habe doch dann im Beutel einen Überdruck von 207mbar, oder?
Wenn mein Beutel doch bei -40°C fliegt, dann bläht er sich doch auf, also habe ich einen Überdruck? Oder habe ich einen Denkfehler? smile

Hab das gleiche noch für die 60°C berechnet:
p3 = p1/T1 * T3 = (101325Pa/293,15K) * 333,15K = 115150Pa
p1 – p3 = 101325Pa – 115150Pa = -13825Pa = -138mbar (Temp.anstieg/ Unterdruckdruck)

Stimmt das?

Doch nochmal zu meinem Praxisfall eine Frage:

Ich nehme ja dann die Formel p * V = n * R * T - d.h. R bleibt immer gleich, für T setze ich jeweils die -40°C bzw. +60°C ein und n bleibt auch konstant, weil es eine dichte Packung ist. Das Volumen ändert sich ja, da habe ich dann verschiedene Werte - woher auch immer?! Aber p ist doch dann eigentlich mein berechneter Druck in der Packung - wo fließen dann also die Außendrücke ein, die ich annehmen soll???
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 18. Nov 2010 16:57    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Aber ich habe doch dann im Beutel einen Überdruck von 207mbar, oder?
Wenn mein Beutel doch bei -40°C fliegt, dann bläht er sich doch auf, also habe ich einen Überdruck? Oder habe ich einen Denkfehler? smile

ja, hast du: du hast naemlich nur langfristig recht, dann naemlich, wenn der beutel sich im inneren auf -40°C abgekuehlt hat (und das kann gerne mal ne stunde flugzeit dauern)
und dann betraegt dein ueberdruck eben nicht nur ~ 200 mbar, sondern anfangs, wenn das flugzeig schon hoch, der kabinendruck also schon niedrig, die temperatur aber noch moderat ist... in der sptze ca. 400 mbar, und das ueber eine laengere zeit

Zitat:
Hab das gleiche (...)

Stimmt das?

ja, komme auf den gleichen wert

allerdings , nochmals explizit drauf hingewiesen: das gilt wirklich nur fuer furzknochentrockene gueter im beutel!
sobld da z.b. auch nur ein hauch von feuchtigkeit am produkt rumhaengt (sagen wir also z.b. mal ne ganz normale handelsuebliche tuete weizenmehl...sowas hat z.b. ~ 10% an feuchte an bord, und die verdampft dann), so entfaltet das bei 60°C schon nen zusaetzlichen dampfdruck von ~ 200 mbar, und dann biste schon allein von daher bei ~ 200+ 130 = 330 mbar

Zitat:
Aber p ist doch dann eigentlich mein berechneter Druck in der Packung - wo fließen dann also die Außendrücke ein, die ich annehmen soll???

Eben! genau auf diese kleine problemchen wollte ich bereits in meinem ersten beitrag hingewiesen haben: den musst du "raten / worst case abschaetzen"

und nochmal: es ist ausgesprochen FAHRLAESSIG (wenn es z.b. um medikamentenverpackung oder aehnlich wichtiges geht) NICHT zu beruecksichtigen dass kunststoffe TEMPERATURABHAENGIG ihre materialeigenschaften DRASTISCH aendern!
dein "test" muss also DRINGEND auch vor diesem hintergrund validiert werden, ehe ihr da was ggf. lebenswichtiges verpackt und meint es wuerde schon gutgehen!

gruss

ingo

(sprich mich fuer kunststoff-technische feinheiten auch gern mal drueben im chemikerboard.de unter gleichem nick an)
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
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Beitrag Maike Verfasst am: 19. Nov 2010 12:10    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo,

erst einmal, um die alle Sorgen zu nehmen: Momentan wird überhaupt nichts eingepackt, sondern nur versucht den Rechenweg des Labors nachzuvollziehen.

Ich verstehe aber immer noch nicht, wie der Außendruck im Flugzeug beachtet wird. bei Der verwendetet Fomel p1/p2 = T1/T2 betrachte ich ja nur den Normaldruck bei 20°C und errechne den Druck im BEUTEL bei -40°C - was für eine Rolle spielt dann der Außendruck im Flugzeug? Muss ich dann die errechneten 80586Pa nicht vom Normaldruck, sondern vom angenommenem Druck im Flugzeug abziehen um die tatsächliche Differenz zu bekommen? Und warum schafft es das Labor die Druckdifferenz allein aus der Temperaturdifferenz zu errechnen, ohne die min. und max. Temperatur zu beachten?

Oh je unglücklich
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 19. Nov 2010 14:50    Titel: Antworten mit Zitat

dein labor versucht dir folgenden gedanken zu verkaufen: vor dir auf dem tisch liegt ein beutel mit edelgas von 0°C und 1 bar innendruck, in einer umgebungsluft von "temperatur =egal", also sagen wir mal 20°C, jedoch mit ebenfalls 1 bar
dann ist die druckdifferenz innen-aussen = 0 bar

zwischen dem inneren des beutels und der umgebung komme es zu keinerlei waermeaustausch, d.h. insbesondere aendere der beutel nix am umgebungdruck

wenn du nun nur das beutel-innengas auf 100°C erwaermst, ohne dass der beutel eine chance hat sich auszudehnen, welchen druck bekommst du dann innen?

p2 = 1 bar * 373/273 = ~ 1,366 bar

sodann ist die druckdifferenz innen-aussen gerundet 370 mbar

das labor betrachtet insoweit also lediglich temperaturverursachte druckdifferenzen gegen einen konstanten aussendruck von 1 bar

und im flieger ist das halt kein besonders zutreffendes modell, denn da aendert sich der umgebungsdruck von 1 bar auf ~ 0.6 bar...

gruss

ingo

anm: wenn du die temperaturaenderung statt zwischen O°C und 100°C mal stattdessen zwischen -40°C und + 60°C betrachtest, bekommst du schon ~ 430 mbar druckdifferenz gegen 1 bar aussen....
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 22. Nov 2010 09:13    Titel: Antworten mit Zitat

Mh, okay, klingt logisch, aber nicht besonders gut...d.h. die 370mbar, die mir das Labor vorgibt sind eigentlich nicht sehr praxisnah.

Gut, dann habe ich jetzt die Denkweise bzw. den Rechenweg des Labors verstanden...aber wie bekomme ich nun eine praxisnahe Aussage?
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 22. Nov 2010 15:18    Titel: Antworten mit Zitat

was dich interessiert ist die stabilitaet deiner verpackung unter transportbedingungen
meiner bescheidenen 20 jaehrigen erfahrung mit kunststoffen nach ist die auftretende druckdifferenz nur eines von mehreren problemen, und selbst diese wird nur unzureichend durch das bisherige modell abgebildet

prioritaetsreihenfolge der effekte:

- was macht dein kuststoff unter den von dir genannten bedingungen, also bei -40°C und bei + 60°C in den extremen, insbesondere "wie veraendern sich seine viskoelastischen eigenschaften", "materialermuedung", "siegelnahtintegritaet"

- einfluss der beutel-fuellung: sind hier zusaetzlich druecke, durch z.-b. feuchte o.ä. zu erwarten, zusaetzliche punktlasten? (ecken, kanten--> innenverpackung--> loch reinpiksen)

- druckaenderung <--> lastaenderung
hier sollte neben einer sinnvollen ermittlung der tatsaechlich auftretenden verhaeltnisse (d.h. der beutel blaeht sich, cruncht zusammen) auch umgekehrt geguckt werden, welche berst- (und ggf. knautsch-) druecke du bei -40 und + 60°C tatsaechlich hast, um zunaechst einfach mal ganz simpel zu ermitteln wie weit entfernt ein plausibles schadensszenario von den ermittelten worst case eckwerten ist

und und und...

das ganze ist, wenn man es gruendlich machen will, ein umfangreicheres projekt.

gruss

ingo
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 23. Nov 2010 07:46    Titel: Antworten mit Zitat

Das Labor rechnet folgendermaßen:

Bei gleichem Volumen gilt:

p1/T1 = p2/T2

T1 = 0°C = 273 K, p1= 101 kPa

T2= -30°C = 243 K

T3 = 70 °C = 343 K

p1/T1 = 0.37 kPa/K = p2/T2 = p3/T3

p2 = 0.37 kPa/K * 243 K = 89.91 kPa

p3 = 0.37 kPa/K * 343 K = 126.91 kPa

p3 - p2 = 126.91 kPa – 89.91 kPa = 37 kPa

Bei dieser Rechnung ist es ja völlig egal, ob von -30°C bis +70°C oder von -40°C bis 60°C.
Bei meiner Rechnung mit

P (0°C bis 100°C)=101325Pa * 373K/273K=138440Pa
P (-40°C bis 60°C) = 101325 * 333K/233K = 144812Pa

bekomme ich ja aber unterschiedliche Ergebnisse.
Woran liegt den das nun wieder?
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 23. Nov 2010 12:43    Titel: Antworten mit Zitat

es ist fuer eine volumensaenderung ueber ein temperaturintervall weder egal wo dieses intervall absolut liegt, d.h. 0 °C bis 100°C liefert ein anderes ergebnis als -40°C bis +60°C (der erste druck sei stets der startdruck), noch ist es egal wenn du von einer temperatur innerhalb dieses intervalls ausgehst, wo diese temperatur dann liegt: 10°C liefert dir als "innere starttemperatur" ein anderes ergebnis als 20°C, sofern du den gleichen startdruck betrachtest bei diesen temperaturen (auch dein labor kaeme da zu anderen ergebnissen)

ursache ist, dass eben z.b. 373/273 ungleich 343/243 ist (obwohl beide zahlen delta = 100 auseinanderliegen) [beim schrittweisen addieren von teilvorgaengen gilt gleiches]

beim umrechnen in kelvin bricht die "scheinbare celsius-proportionaliteat" halt in diesem falle zusammen: a/b ist eben nicht gleich (a+x)/(b+x) [a,b,x >0, a ungleich b]

gruss

ingo
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 23. Nov 2010 14:53    Titel: Antworten mit Zitat

Hallo Ingo,

aber wenn ich in die Rechnung des Labors (siehe meinen vorherigen Beitrag) statt -30°C und 70°C z.B. -40°C und 60°C einsetze, dann komme ich plötzlich auf das gleiche Ergebnis, deshalb frage ich ja...
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 23. Nov 2010 15:48    Titel: Antworten mit Zitat

mathematisch betrachtet sind zwei faelle zu unterscheiden:

(a) gleiche startemperatur/-druck, gleiche intervallbreite, intervallbereich um diese temperatur herum verschieben --> gleiche druckdifferenz
die druckdifferenz wird bei z.b. delta T= 100 K stets p(start)*100K/T(start, in kelvin) betragen

(b) unterschiedliche starttemperatur, gleiche intervallbreite --> unterschiedliche druckdifferenz


--> ausgehend von stets der gleichen starttemperatur bekommst du somit immer das gleiche delta p, selbst wenn du das intervall mal nach oben oder mal nach unten verschiebst (dein befund)

meine beispiele bezogen sich jedoch auf unterschiedliche starttemperaturen (0°C und -40°C im ersten, 10°C und 20°C im zweiten fall)


allerdings: guck dir mal die unterschiede an, reisst das wirklich fuer deine fragestellung die wurst vom teller? ob das nun 313 oder 342 mbar sind... solange du gegen 1 bar aussen "weiterrechnest" ist das doch eher banane fuer dein oberthema, oder?
interessant wirds doch erst wenn du da die anderen von mir genannten aspekte mit einbeziehst

aber ok, du willst den mathematisch-physikalischen background verstehen, und ich hoffe ich konnte den rueberbringen

gruss

ingo
Maike



Anmeldungsdatum: 18.11.2010
Beiträge: 13

Beitrag Maike Verfasst am: 23. Nov 2010 16:33    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, den mathematisch-physikalischen Background habe ich jetzt verstanden...jetzt geht es um die praktische Annäherung.

Wenn ich doch eine Lebensmittelverpackung habe, die ja dicht sein muss, dann kann die nicht im Flugzeug fliegen, weil sie platzen würde?
magician4



Anmeldungsdatum: 03.06.2010
Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 23. Nov 2010 19:30    Titel: Antworten mit Zitat

ich kenne deine berstdruecke, dehnungsparameter usw. nicht

du koenntest jedoch mal folgende abschaetzung machen: du verpackst bei 20°C, 1 bar
dein lebensmittel sei feucht.

sodann waere ein moegliches horrorszenario:
dann hast du im flieger im unguenstigsten moment (beutel innen noch null gekuehlt, beutel "starr", aussen noch 600 mbar wegen hoehe: 400 mbar ueberdruck innen-->aussen
im weiteren kuehlt deine ware auf -40°C ab, du erreichst p2= 233/293 =~ 800 mbar innendruck, hast gegen aussen mithin noch 200 mbar ueberdruck, kein problem (verminderung der berstlast durch abkuehlunbg)

auf der oberflaeche deines lebensmittels bilden sich kleine eiskristalle / -nadeln (platz ist ja da, weil der beutel real ja wohl ein wenig gedehnt ist), und weil wasser sowas nunmal macht wie wir alle wissen, man werfe nur mal einen blick ins eigene tk-fach

der flieger landet, deine ware ist noch kalt: du hast innen noch immer ~ 800 mbar, aber aussen nun wieder 1 bar --> deine verpackung wird mit 200 mbar aussendruck auf deine eisnadeln gespiesst.

nun erwaermt sich das ganze auf + 60°C: p3= 333/293= ~1,14 bar, somit + 140 mbar gegen aussen
hinzu kommt nun allerdings ein druck des wasserdampfs bei 60°C, d.h. ein additiver partialdruck von ~ + 200 mbar, was dich zu einer gesamt ueberlast gegen aussen von ~ 340 mbar fuehrt, und zwar bei vorgeschwaechtem beutel (perforation?) und "weicherem" kunststoff (weil sowas halt weich wird wenn es warm wird)
--> zisch, peng

wie gesagt, eines von mehreren moeglichen szenarien, und wohl auch nicht komplett herbeiphantasiert. und von denen gibts mehrere, und da musst du halt mal alles durchspielen was dir in dieser streuung einfaellt, das auf die extreme treiben, und dann die extreme ggf. mit sicherheitszuschlaegen pruefen.

gruss

ingo
Maike



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Beitrag Maike Verfasst am: 24. Nov 2010 14:54    Titel: Antworten mit Zitat

Jaaaaa.....aber das würde ja heißen, dass ich im Flugzeug also gar keine feuechten Produkte, die in dichten Beuteln verpackt sind transportieren kann und das kann cih nicht glauben - es wird doch nicht alles mit dem Schiff hin und her transportiert....?!
magician4



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Beiträge: 914

Beitrag magician4 Verfasst am: 24. Nov 2010 16:05    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
....aber das würde ja heißen, dass ich im Flugzeug also gar keine feuechten Produkte, die in dichten Beuteln verpackt sind transportieren kann


heisst es nicht

es bedeutet lediglich, dass eine verpackung zu waehlen ist, die diesen randbedingungen rechnung traegt

es ist ja auch nicht so, das es dazu keine technisch erprobten loesungen gaebe, naeheres kann dir jeder bessere verpackungsspezialist bestimmt mal vorstellen.

in diesem thread gings schlicht darum welche druecke und druckdiffenenzen denn wohl so auftreten koennten, worauf man sonst noch achten sollte und welchen "wert" die von deinem labor vorgestellte pruefmethode angesichts dieses doch etwas komplexeren gesamtzusammenhangs haben koennte.

ich denke weiterhin, dass sodann eine professionell-kommerzielle verpackungsberatung sowohl den thread wie auch den forumsrahmen hier sprengen wuerde, sowas ist doch - wie bereits angemerkt - ggf. duchaus umfangreicher.
wie man solche verpackungen dann inline waehrend der fertigung sodann auf integritaet prueft ist ein weiteres separates thema.

manche leute verdienen mit sowas ihren lebensunterhalt. Big Laugh

gruss

ingo
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