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Auftauprozess
 
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Der Praktikant



Anmeldungsdatum: 20.09.2018
Beiträge: 1

Beitrag Der Praktikant Verfasst am: 20. Sep 2018 15:22    Titel: Auftauprozess Antworten mit Zitat

Meine Frage:
Hallo liebe Physikliebhaber,

ich stehe vor folgendem Problem.
In einem Raum von 11m² Größe und 33m³ Volumen sollen unter bestimmten Voraussetzungen mehrere kg Produkt durch die Luft bei Zimmertemperatur aufgetaut werden.
Die Fragestellung dabei ist:
Wie viel Liter Kondensat fallen bei diesem Auftauprozess an?
Wie kalt ist die Luft maximal, wenn sie den Raum verlässt?
Wie lange dauert der gesamte Auftauprozess?

Rechnungsgrundlagen:
Es handelt sich um insgesamt 21 Beutel die ein Maximalvolumen von 20 Litern haben und mit je 12 Litern Produkt befüllt sind.
Bei den Produkten kann man davon ausgehen, dass sie die physikalischen Eigenschaften von Wasser teilen.
Das Produkt liegt bei -70°C vor und soll auf eine Temperatur von 20°C aufgetaut werden.
Die Luft des Raumes wird 20 Mal pro Stunde durch kontinuierliche Luftführung ausgetauscht.
Raumvolumen wie vorher gesagt 33m³
Volumenstrom Luft: 660m³/h
Man kann von einem Normaldruck von 1Bar ausgehen.
Die einströmende Luft hat eine maximale Temperatur von 23°C und eine rel. Feuchte von maximal 65%.
Die Oberfläche eines Beutels beträgt ca. 0,2638m².
Falls ich auf die schnelle ein paar wichtige Randinformationen vergessen haben, dürft ihr ruhig selbst Annahmen treffen, da ich dies bei dieser Aufgabe selber tun musste.

Meine Ideen:
Meine Ansätze waren einmal die Gesamtenergie zu berechnen, die nötig ist um das "Eis" auf 20°C zu bringen.
Mein Ergebnis bei 12 Kg Eis (12L Produkt) =6888kJ
Dabei habe ich auch berücksichtigt, dass beim Phasenübergang sehr viel Energie gebraucht wird.
Mit dieser Wert habe ich versucht die Dauer des Auftauprozesses zu berechnen durch die Wärmeübertragung von Luft zu Wasser mit der Wärmeleitzahl bei Luft in Ruhe =7(alpha) und der angenommenen Oberfläche des Beutels =0,2638m².
Mit dem berechneten Wärmestrom habe ich mit der Gesamtwärme versucht die Auftauzeit zu berechnen und kam auf eine Dauer von 3,22 Stunden, was mir sehr unrealistisch erschien.
Dabei habe ich weder den Volumenstrom der Luft berücksichtigt, noch dass sich die Luft beim Prozess abkühlt und somit weniger Energie liefern kann.

Bei dem Thema mit dem anfallenden Kondenswasser habe ich ein Mollier-Diagramm(h-x-Diagramm) zur Hilfe gezogen.
Das Problem daran ist, da ich nicht weiß, wie weit sich die Luft an der Grenzschicht zum Beutel abkühlt, kann ich nicht genau sagen wie viel Wasser die Luft tatsächlich verliert.

Und beim Thema Luftabkühlung habe ich die Formel der Mischtemperaturen 2er Stoffe angewendet. Darf ich das bei 2 verschiedenen Aggregatszuständen machen?
Aber auch hier weiß ich nicht wie ich den Volumenstrom der Luft und die mit der Zeit steigende Temperatur des Produktes mit einbeziehen kann.

Wie ihr seht habe ich mich schon eine ganze weile damit beschäftigt, komme aber auf kein plausibles Ergebnis.
Ich hoffe ihr könnt mir mit Ratschlägen und Vorschlägen weiter helfen und hoffentlich habt ihr ein wenig Freude an diesem kleinen Rätsel.

Weiß nicht genau wie das mit den Formeln funktioniert,
deshalb hoffe ich dass sie richtig angezeigt werden:

Mischtemperatur = \frac{m1*c1*T1+m2*c2*T2}{m1*c1+m2*c2}
Energiemenge = m*c*(T2-T1)

Liebe Grüße
Der "am Ende mit seinen Nerven" Praktikant
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