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DanielV
Anmeldungsdatum: 22.10.2007
Beiträge: 4
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 DanielV Verfasst am: 22. Okt 2007 15:52 Titel: Verdampfen von 300g Wasser |
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Hallo zusammen!
Ich will errechnen, wie lange es dauert, 300g kristallines Wasser in einer Gipskartonplatte vollständig zu verdampfen. Die Gipskartonplatte ist die erste Lage einer mehrschichtigen "Wand". Ich habe einen Wärmestrom von  durch die Wand.
Ich bin wie folgt vorgegangen: zuerst habe ich berechnet, wie lange es dauern wird, bis ich die Platte von RT auf 100°C erhitzt habe:
Als Wäremek0apazität habe ich die 960 J/kgK von Gips genommen.
Als nächstes habe ich berechnet, welche Energie zum Verdampfen von 300 g Wasser benötigt wird:
Verdampfungswäreme von Wasser: 
Liege ich also richtig, wenn ich behaupte dass im idealisiertem Fall ich nach 1212 Sekunden, also 20 Minuten keine Wasser in meiner Gipskartonplatte habe?
Mein nächstes Problem ist die Frage, wieviel Wasserdampf sich denn aus den 300g Wasser bilden wird. Hier habe ich noch keinen vernüftigen Rechenansatz gefunden. Lediglich die Behauptung, dass sich das Volumen im Verhältnis 1:1700 ändert habe ich im Hinterkopf.
Eckdaten für dieses Problem: Der enstehende Wasserdampf kann entweichen -> Der Druck bleibt konstant. Die Temperatur der Luft steigt auf einen bestimmten Wert, setzen wir ihn mal mit 100 Grad an.
Danke für eure Mithilfe |
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DanielV
Anmeldungsdatum: 22.10.2007
Beiträge: 4
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| DanielV Verfasst am: 23. Okt 2007 09:09 Titel: |
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weiss denn keiner was? noch nicht mal, ob das was ich gerechnet habe hinkommen kann? |
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para
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.10.2004
Beiträge: 2874
Wohnort: Dresden
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| para Verfasst am: 23. Okt 2007 20:37 Titel: Re: Verdampfen von 300g Wasser |
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| DanielV hat Folgendes geschrieben: | | Ich will errechnen, wie lange es dauert, 300g kristallines Wasser in einer Gipskartonplatte vollständig zu verdampfen. Die Gipskartonplatte ist die erste Lage einer mehrschichtigen "Wand". Ich habe einen Wärmestrom von durch die Wand. |
Kleine Verständnisfrage: du planst eine Gipskartonplatte mit einer Leistung von 685W zu beheizen, bis das darin enthaltene Wasser "siedet" (also bis 100°C), so dass du nachher eine trockene Platte hast. Habe ich das richtig verstanden?
Was meinst du denn mit "kristallinem" Wasser? Allgemein das Wasser das als Feuchtigkeit in der Platte enthalten ist, oder tatsächlich irgendeine Form von Kristallwasser?
Die Berechnungen die du angestellt hast scheinen für den ersten Eindruck schon erstmal grob geeignet, allerdings bleiben dabei eine Menge Dinge unberücksichtigt. Als drei größere Probleme würde ich sehen:a) Die Platte gibt ja ihrerseits wieder fleißig Wärme ab, so dass sie nach der zuerst berechneten Zeit mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit noch keine 100°C erreicht hat. b) Zwar verdampft Wasser normalerweise bei 100°C, aber nur weil man die Gipskartonplatte auf 100° erhitzt, verschwindet der Wasserdampf ja noch nicht. Je nach Beschaffenheit der Platte muss die dann gasförmige Feuchtigkeit ja aber auch noch aus der Platte raus. Ansonsten kondensiert das Wasser beim Abkühlen wieder und du hast nicht viel gewonnen. Man wird also auch nach dem Erwärmen noch eine gewisse Zeit warten müssen, um der Feuchtigkeit Gelegenheit zu geben zu entweichen. c) Wasser siedet zwar bei 100°C, verdunstet ja aber schon deutlich eher. Wenn du die Platte nur in trockener Umgebung in die Ecke stellst und lange genug wartest ist sie dann auch trocken, ganz ohne aktives Durchheizen. Ich will damit sagen: es müssen nicht 100°C sein um die Platte zu trocknen. Wärme kann den Prozess definitiv beschleunigen, aber der Siedepunkt ist dabei nicht unbedingt das Maß aller Dinge. (Ich weiß nicht, wie sowas aussieht/abläuft – aber unter Umständen könnte zu schnelles Erhitzen, und damit Verdampfen des Wassers, sogar der Struktur der Platte nicht zuträglich sein, wenn der Wasserdampf nicht schnell genug entweichen kann. ^^) Ich weiß nicht wie man tatsächlich praktisch Gipskartonplatten trocknet, aber ich denke es wird auf eine Kombination von Heizen und Warten hinauslaufen. Die Zeit genauer abzuschätzen dürfte aber meines Erachtens nach schwierig werden.
| DanielV hat Folgendes geschrieben: | | Mein nächstes Problem ist die Frage, wieviel Wasserdampf sich denn aus den 300g Wasser bilden wird. Hier habe ich noch keinen vernüftigen Rechenansatz gefunden. Lediglich die Behauptung, dass sich das Volumen im Verhältnis 1:1700 ändert habe ich im Hinterkopf. |
Das ist im Vergleich zum vorigen Problem relativ einfach abzuschätzen, wenn man Wasser als ideales Gas nähert. Dann wird aus einem Mol Wasser (also etwa 18g) ein Volumen von etwa 22,4l unter Normalbedingung, bzw. bei Normaldruck und 100°C dann 30,6l. Das wären dann also für die 300g etwa 510l Wasserdampf bei 101325 Pascal und 100°C.
Die Abschätzung beginnt zu kränkeln wenn der Wasserdampf sich im Kontakt mit der umgebenden Luft (unweigerlich) beginnt abzukühlen, zu kondensieren, oder man genauer rechnen und Wasser als reales Gas betrachten will.
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Formeln mit LaTeX |
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DanielV
Anmeldungsdatum: 22.10.2007
Beiträge: 4
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| DanielV Verfasst am: 24. Okt 2007 12:59 Titel: |
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Danke für die Antwort.
Bei dem beschriebenen Wärmestrom von 685 Watt handelt es sich um einen tatsächlich in einem Versuch fest vorgeschriebenen Faktor (Annahme eines Brandes).
Wegen dem Kristallwasser, ja in Gipsliegt wohl tatsächlich solche s vor:
Mein Gips hat die folgende chemische Zusammensetzung: Ca[SO4] • 2 H2O
Es handelt sich also tatsächlich um eine Art Trocknungsprozess. Nur liehgt eben ein fester Wärmestrom vor, auf den ich keinen Einfluss habe. Das Wasser in der Gipskartonplatte, soll eigentlich den weiteren Wandaufbau (Mineralwolle) kühlen.
Zu deinen aufgeführten Punkten, die nicht beachtet sind:
Ich denke mal, dass die Energie, welche zum Herauslösen der Wassermolekühle benötigt wird, gegenüber der Verdampfungswäre vernachlässigbar ist.
In dem Punkt, dass sich die Wärme auf die anderen bauteile weiterverteilt gebe ich dir recht. Aber wie kann ich soetwas rechnen?
Bisher bin ich davon ausgegangen, dass sich erst meine Gipskartonplatte erwärmt, dann das Wasser darin verdampft und erst dann anschließend die Wärme weiter in die Mineralwolle geleitet wird. Das kommt in der Realität sicher nicht hin, aber was ist ein beserer Ansatz.
Mir geht es vorallem darum, wie lange meine Gipskartonplatte die weiteren Bestandteile der Wand schützt, indem das Wasser verdampf wird, alsi in meiner vorstellung irgendwelche Temperaturen nahe 100 Grad in der Mineralwolle herschen.
Der Teil mit dem entstehenden Dampfvolumen ist soweit klar, danke |
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para
Moderator
Anmeldungsdatum: 02.10.2004
Beiträge: 2874
Wohnort: Dresden
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| para Verfasst am: 27. Okt 2007 14:36 Titel: |
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| DanielV hat Folgendes geschrieben: | | Bei dem beschriebenen Wärmestrom von 685 Watt handelt es sich um einen tatsächlich in einem Versuch fest vorgeschriebenen Faktor (Annahme eines Brandes). |
Ahja, okay.
| DanielV hat Folgendes geschrieben: | Wegen dem Kristallwasser, ja in Gipsliegt wohl tatsächlich solche s vor:
Mein Gips hat die folgende chemische Zusammensetzung: Ca[SO4] • 2 H2O |
Ich bin kein Chemiker, und habe mich mit der Sache mit Gips auch nicht näher auseinandergesetzt, aber ist es wirklich das Kristallwasser das du betrachten willst? Oder nicht doch eher "normale Feuchtigkeit" innerhalb der Gipskartonplatte?
Im Falle des Kristallwassers ist das DTA- bzw. TG-Diagramm beim Wiki-Artikel zu Gips vielleicht ganz aufschlussreich. Offenbar scheinen da 100°C noch nicht auszureichen, um das richtig in Gang zu bringen.
| DanielV hat Folgendes geschrieben: | | Ich denke mal, dass die Energie, welche zum Herauslösen der Wassermolekühle benötigt wird, gegenüber der Verdampfungswäre vernachlässigbar ist. |
Um das zu beurteilen fehlen mir die Werte, aber es stimmt natürlich dass die spezifische Verdampfungswärme von Wasser schon sehr hoch ist.
| DanielV hat Folgendes geschrieben: | | In dem Punkt, dass sich die Wärme auf die anderen bauteile weiterverteilt gebe ich dir recht. Aber wie kann ich soetwas rechnen? |
Tja, das ist eben der Punkt an dem es schwierig wird. ;-) ... Zunächst einmal müsste man sich den genaueren Aufbau des Sachverhalts ansehen, also was die Gipskartonplatte umgibt, welche Wärme(übergangs)widerstände auftreten, und so weiter. Dann könnte man vielleicht anfangen ein vereinfachtes Modell zu berechnen. Dabei weiß ich aber nicht, wie nah man damit an die Realtität kommen würde. Sollte das zu kompliziert werden, wäre eventuell auch eine numerische Simulation (FEM o.ä.) eine Möglichkeit.
Des weiteren könnte ich mir aber vorstellen, dass das Verdunsten der Feuchtigkeit in der Platte ein sehr schwer zu berücksichtigender Faktor sein wird.
Kurzum: ich würde die Sache zu berechnen als sehr schwierig einschätzen. Allerdings gibt es sicher auch Fachmänner(, Ingenieure, ...) die sich mit solchen Sachen auseinandersetzen, und dann schon auf entsprechende Erfahrungswerte, Näherungsformeln oder geeignete Simulationsverfahren zurückgreifen können. Schließlich ist so etwas für ein Bauwerk ja schon von nicht geringer Bedeutung.
Aber wirklich nur von den physikalischen Grundlagen ausgehend, ohne weiteres spezielleres Wissen dürfte es meiner Meinung nach eben sehr schwer werden gute und verlässliche Abschätzungen zu gewinnen.
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DanielV
Anmeldungsdatum: 22.10.2007
Beiträge: 4
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| DanielV Verfasst am: 29. Okt 2007 07:53 Titel: |
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Hallo para, danke für deine Anmerkungen.
| Zitat: | | Ich bin kein Chemiker, und habe mich mit der Sache mit Gips auch nicht näher auseinandergesetzt, aber ist es wirklich das Kristallwasser das du betrachten willst? Oder nicht doch eher "normale Feuchtigkeit" innerhalb der Gipskartonplatte? |
Also denke, dass es sich schon um das Kristallwasser handelt, das ich verdampfen möchte. Es handelt sich ja um das Thema Brandschutz und somit gehe ich vom worst case aus, also dass die Platte völlig Trocken ist. Als Latente Wärme bleiben mir somit wirklich nur die Energie aus der Verdampfung des Kristallwassers.
| Zitat: | | Im Falle des Kristallwassers ist das DTA- bzw. TG-Diagramm beim Wiki-Artikel zu Gips vielleicht ganz aufschlussreich. Offenbar scheinen da 100°C noch nicht auszureichen, um das richtig in Gang zu bringen. |
Danke für den Hinweis, das Diagramm sieht interessant aus. Ich werde mir das mal intensiv ansehen, denn momentan kan ich noch nicht allzuviel damit anfangen :-)
| Zitat: | | Zunächst einmal müsste man sich den genaueren Aufbau des Sachverhalts ansehen, also was die Gipskartonplatte umgibt, welche Wärme(übergangs)widerstände auftreten, und so weiter. |
Den genauen Aufbau kann ich dir schon verraten: Auf ein 2mm starkes Stahlblech (Lambda=30 W/(mK))wird die 10mm dicke Gipskartonplatte (Lambda=0,2 W/(mK)) gelegt. Dahinter befindet sich 80mm Mineralwolle (Lambda=0,04 W/(mK)), gefolgt von 10mm Gipskarton und 2mm Stahlblech. Das ganze Paket wird konstruktiv durch die beiden Bleche zusammengedrückt -> die Materialien liegen als schön aneinander an.
| Zitat: | | Sollte das zu kompliziert werden, wäre eventuell auch eine numerische Simulation (FEM o.ä.) eine Möglichkeit. |
Genau das habe ich im rahmen meiner Diplomarbeit vor - eine FEM Simulation in Nastran. Aber wie du schon gesagt hast, die zu verdampfende "Feuchtigkeit" ist ein schwer zu berücksichtigender Faktor. Und um dies in irgendeiner Weise berücksichtigen zu können (wie weiss ich leider im Moment noch gar nicht) brauche ich diese händischen Berechnungen zur Abschätzung.
Ich hoffe, dass noch irgendjemand was dazu einfällt! Danke |
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