Die Brüdendampfkompression, Vorlesung viertes und sechstes Semester
Geschrieben von Werner am 07. Januar 2025 22:51:13:
Als Antwort auf: Pumpe zum Fördern von Wasser(dampf) geschrieben von Henzo am 07. Januar 2025 17:45:05:
kam ganz bestimmt noch in keinem Physikunterricht in der Schule, da hat Henzo Recht.
Das ist schon richtige Verfahrenstechnik, in unserer Abschlußklausur Entwurf und Planung hatten wir eine solche Aufgabe, die die Kommilitonen stark ins Schwitzen gebracht hat.
Ich habs mir leicht gemacht und nur drei Stufen berechnet, es ging um einen Kristallisationsprozeß, also z.B. Zuckerherstellung.
Dann habe ich einfach geschrieben "den Rest wieder dem Einsatzprodukt zuleiten und verwerfen"
Dann habe ich mich auf die anderen Aufgaben gestürzt.
Bei der Klausurbesprechung meinte der Prof. "meine Herren, so wird das gemacht! Sie können, wenn Sie ein Angebot erstellen sollen oder mal eben eine Machbarkeitsstudie ausarbeiten, keine genauen Berechnungen anstellen, dazu haben Sie die Zeit nicht."
Die Physik ist in diesem Fall ganz auf Deiner Seite. Der Dreh ist nur, möglichst geringe Verluste zu haben. Die Verdampfungswärme des Wassers ist gleich der Kondensationswärme abzüglich der Lösungswärme von gelösten Stoffen.
Wenn man also Zucker aus einer Zuckerlösung gewinnen will, muß man den Betrag der Lösungsenergie aufwenden, da geht kein Weg dran vorbei. Aber bei geschickter Prozeßführung kann man durch Wärmetausch den Vorgang energetisch extrem günstig gestalten. Die Zuckerwerke hatten es schon geschafft, nur mit ausgekochten Rübenschnitzeln zu heizen und damit die gesamte Prozeßenergie zu gewinnen. Dann kamen die Beschwerden, es stinkt wirklich fies. Dann kamen Filter und noch mal Filter und neue Ideen, wie das jetzt ist, weiß ich nicht, ich glaube, dass man sogar schon elektrische Energie nimmt, weil der Verbrauch nicht hoch ist und das ganze sauber und zuverlässig ist. Die Schitzel werden ans Vieh verfüttert.
Beim Aufbereiten von Brauchwasser sind die Energiemengen für Lösungsvorgänge zu vernachlässigen. Die Brüdendampfkompression ist allerdings nicht unbedingt zu empfehlen, weil Wasserdampf eine sehr geringe Dichte hat und die Maschine, also das, was Du "Pumpe für Wasserdampf" nennst, sehr groß wird.
Aber ich habe eine Idee dazu: die Klimaanlage eines Autos als Wärmepumpe nutzen und auf der Kondensatorseite das Altwasser verdampfen und auf der kalten Seite das Wasser kondensieren. Es darf für diesen Vorgang keine oder kaum Luft im System sein, deshalb wäre eine Vakuumpumpe für den Start schon besser. Es ginge auch ohne, wenn man auf der kalten Seite das System öffnet und so lange ausdampfen läßt, bis die Luft vertrieben wurde.
35 bis 50 Liter am Tag sind allerdings eine extreme Forderung. So viel Wasser verbrauche ich in einer Woche nicht.
Unabhängig davon, ob die Temperaturdifferenzen minimiert werden können, muß eine zusätzliche Wärmepumpe die Kapazität aufweisen. Sie muß also den Energiestrom, der durch Verdampfen/Kondensieren entsteht, durch ihr System leiten.
Ich rechne jetzt mal mit 43,2 Litern Wasser in 24 Stunden - der Einfachheit halber
Der Tag hat 86400 Sekunden, also muß jede Sekunde ein halbes Gramm Wasser verdampft werden. Wasser hat bei Raumtemperatur etwa 2500 kJ/kg Verdampfungswärme und bei 100 °C 2250 kJ/kg Verdampfungswärme. Für den Betrieb einer solchen Anlage wird sich das irgendwo in der Mitte befinden, ich nehme mal 2400 kJ/kg an.
Damit muß man also für ein Gramm 2400 Joule zur Verdampfung aufwenden. Das halbe Gramm brauch 1200 Joule und pro Sekunde sind das also 1,2 kW. Eine Kälteleistung, die eine Autoklima locker bringt.
Damit die Dämpfe auch strömen, muß es auf der Empfängerseite kälter sein, als auf der Verdampferseite. Also haben wir den ersten Verlust bei der Geschichte. Großzügig dimensionierte Rohre können den Verlust etwas verkleinern. Man könnte sicherlich mit einem Delta T von 5 Kelvin schon einiges schaffen.
Der echte Pferdefuß ist das Aggregat, was man benötigt. Thermodynamisch rechnet sich das ganz elegant und fast ohne eingesetzte Energie. Real aber werden Kälteverdichter, wie sie für Wärmepumpen gebraucht werden, gerade im kleinen Temperaturdifferenzbereich sehr unwirtschaflich. Sie schleusen das Medium einfach nur durch, haben aber eigene innere Verluste.
Da wäre es vielleicht einfacher, den Altwassertopf auf das Dach zu stellen und die Sonne drauf scheinenn zu lassen und den Brauchwassertopf unter das Fahrzeug zu stellen, wo es kühler ist.
Ich finde auf alle Fälle diese Idee super. Ich habe schon viel gerechnet an einer Klimaanlage für die Wohnung, die eben nicht auf konventionelle Art funktionieren soll, sondern durch einen Zimmerspringbrunnen mit extrem kaltem Wasser nahe des Gefrierpunktes. Dadurch würde die Zimmerluft ebenfalls getrocknet und zum Teil auch von Geruchsstoffen befreit. Wer einmal in der Hitze an einem kühlen Gletscherbach gestanden hat, weiß, wovon ich schreibe.
Aber die Wasserchemie hat mir ein Beinchen gestellt. Umlaufendes Wasser ist nicht ungefährlich, da können sich übelste Keim drin bilden, die sogar tödlich werden. Bei Kühltürmen muß das ständig gemessen werden. Vor Jahren sind mal Mitarbeiter einer Firma in Westfalen an so etwas gestorben, wobei sie nur in der Nähe des Kühlturms gearbetet haben.
Inzwischen werden in der Industrie trocken laufende Turboverdichter für Kälteanlagen verwendet. Es ist noch nicht Standard, weil Turboverdichter nicht gerade die ideale Kennlinie für sowas haben, aber hier in den Nähe ist 2023 eine größere Anlage in der Shell Raffinerie in Betrieb gegangen, die sowas hat.
Der Gag ist, die Motoren mit den Laufrädern laufen berührungsfrei, in der Schwebe gehalten von Magneten. Kein Öl im Kreislauf, keine Wellendurchführungen mit der Gefahr von Undichtigkeiten. Das ist an sich eine super Sache. Wenn der Strom ausfällt, wird die Drehenergie der Rotoren zur magnetischen Lagerung während des Auslaufes verwendet in zwischen sogar mit einem kleinen Speicher. Die Rotoren werden also sanft abgebremst bis zum Stillstand und dann in ihre Lager "gelegt".
Vor dem Wiederanlauf werden sie wieder angehoben und los gehts. Für Fahrzeuge sind diese Systeme noch nicht bewährt, zumindest kenne ich noch keins. Denn Schlaglöcher usw. Richtungsänderungen des Fahrzeugs, die hohe Coriolismomente erzeugen, stellen die magnetische Lagerung vor Herausforderungen.
Da bei üblichen Kälteanlagen echte Druckdifferenzen überwunden werden müssen, drehen diese Maschinchen wahnsinnig schnell. Ich habe gerade etwas im Kopf von einem Hersteller mit 92.000/min.
Aber für eine Waserverdampfung mit Kondensation wäre die Druckdifferenz sehr klein und eine Turbomaschine sicherlich gut geeignet. Menge schaufeln kann die, der Druck ist eher das Problem.
Ich bin überzeugt, wenn man an so einem System mal richtig tüfteln würde, könnte man für die Campenden sowas bauen, was mit wenig Energie große Mengen Wasser wieder brauchbar macht. Ob sich sowas durchsetzem würde, ist eine andere Frage. Ich hätte am meisten Angst vor Infektionen usw.
Sobald der erste davon getrunken hat und krank wird oder sogar stirbt, wird das verboten und das war es.
Gruß
Werner
- Technisch ja, biologisch nein laden 08.01.2025 10:00 (1)
- :)) Werner 08.01.2025 10:56 (0)