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Alt 07.03.2010, 22:51   #1   Druckbare Version zeigen
edelres Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
Erhitzen von Eschenholz

Guten Tag Herr Moterator,

Ich moechte herausfinden, welche Menge an Energie (in KW) benoetigt wird um ein Stueck Eschenholz, in einem isolierten Behaelter mittels Wasserdampf auf eine Temperatur von >95°/C zu bringen und welche Energiemenge ist notwendig die Temperatur fuer eine laengere Zeit aufrechtzu erhalten.

Ich moecht Sie bitten mir zu helfen das dafuer richtige Forum zu finden.

Mit freundlichen Gruessen

Ottmar Umhofer
edelres ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 07.03.2010, 23:34   #2   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Erhitzen von Eschenholz

Man müsste die spezifische Wärmekapazität des Holzes ermitteln.

Wie ist der Wasserdampf beschaffen? Feuchtdampf, unter Druck...?

Zitat:
welche Energiemenge ist notwendig die Temperatur fuer eine laengere Zeit aufrechtzu erhalten
Dies kommt auf die Güte der Isolierung an.
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.03.2010, 01:16   #3   Druckbare Version zeigen
edelres Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
AW: Erhitzen von Eschenholz

Vielen Dank fuer die schnelle Antwort und das verschieben in das richtige Forum.

Die Rohdichte von Eschenholz = Mittelwert 690 kg m³, die Waermeleitzahl = 0.17 W (M*K), der Porenanteil = 57%.

Ich beschaeftige mich mit Holzbiegen, und moechte herausfinden ob es sich berechnen laesst, wann das Holz im Inneren diese Hoechsttemperatur erreicht hat.

Ich benutze als Dampferzeuger einen Propangaskocher 25 000 btu (ca 7.5Kw) und einen 50 Liter Kessel, welcher bis auf den Dampfauslass abgedichtet ist. Eine Holzkiste 40 cm x 40 cm x 150 cm, mit ca 6 cm Hartschaum R12 isoliert. Der Dampf hat am Kesselausgang eine Temperatur von 100°/C in der Kiste konnte ich noch keine hoehere Temperatur als 95 - 98°/C messen

Es gibt ueber Dampfbiegen leider keine verlaessliche Anngaben welche nachvollziehbar sind. Die Daempfdauer wird angegeben pro cm Holzstaerke = 1 Stunde, manchmal auch in Inch = 25.4 mm, ohne Angaben der Waermequelle/Energiezufuhr.

Mir genuegt es herauszufinden wann in der Theorie ein Stueck Holz von den Massen 100 cm x 1 cm x 1 cm und 100 cm x 10 cm x 10 cm durch und durch erhitzt werden kann. Oder laesst sich dies ueber das Volumen berechnen. Mit genuegt eine ungefaehre Genauigkeit.

Ich bedanke mich im Voraus fuer jede Hilfe.

Mit freundlichen Gruessen.

Ottmar

PS: In meinem Beruf existiert Literatur in welcher alles moegliche bechrieben wird, ich fand nach Jahren heraus, alles Gelesene mit den Grundlagen der Physik zu vergleichen. Jeder hat ein Recht seine Meinung jedoch nicht auf eigene Fakten.
edelres ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.03.2010, 15:20   #4   Druckbare Version zeigen
JochenFo Männlich
Mitglied
Beiträge: 40
AW: Erhitzen von Eschenholz

Das Zauberwort für Deinen Anwendungsfall lautet "Instationäre Wärmeleitung ruhender Stoffe" und wird wohl in jedem halbwegs wissenschaftlichen Ansatz auf mindestens eine Differentialgleichung hinauslaufen. Am Besten wird sein, du beschäftigst dich mal mit Wärmeübertragung, da wird sich mit Sicherheit was finden lassen. Berücksichtige bei Deinen Berechnungen jedoch, dass du nur mit der halben Dicke des Körpers rechnen musst, da du ihn von 2 Seiten mit Wärme beaufschlagst.

Liebe Grüße
Jochen
JochenFo ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.03.2010, 15:30   #5   Druckbare Version zeigen
ehemaliges Mitglied  
nicht mehr Mitglied
Beiträge: n/a
AW: Erhitzen von Eschenholz

Dieser Mann kennt besser kannte die Antwort - Telefonnummer ersichtlich...

NS Die Stringer und Spanten für Holzboote werden auch in dieser Art gefertigt - persönlich griff ich damals zu Buche und Eiche, wobei aber nur 5mm dünne Holzbrettchen je zu 15 oder 20 Stück in Form verleimt wurden...
Angehängte Grafiken
Dateityp: jpg Thonet_Hoflieferant_1906.JPG (42,6 KB, 12x aufgerufen)

Geändert von bm (08.03.2010 um 18:02 Uhr)
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Alt 08.03.2010, 16:08   #6   Druckbare Version zeigen
pleindespoir Männlich
Mitglied
Beiträge: 5.106
AW: Erhitzen von Eschenholz

Leider steht die Vorwahl nicht dabei ...
pleindespoir ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 08.03.2010, 21:24   #7   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Erhitzen von Eschenholz

Nehmen wir die Angaben, die wir haben:

Energieverlust durch die Isolierung der Holzkammer ist nicht zu ermitteln.

Fakt ist:

Zitat:
Der Dampf hat am Kesselausgang eine Temperatur von 100°/C in der Kiste konnte ich noch keine hoehere Temperatur als 95 - 98°/C messen.
Setzen wir als Kammertemperatur 95°C an.

Zitat:
Die Daempfdauer wird angegeben pro cm Holzstaerke = 1 Stunde, manchmal auch in Inch = 25.4 mm, ohne Angaben der Waermequelle/Energiezufuhr.
Das sind sicher Erfahrungswerte. Ein rundes Holzstück von 10 cm Durchmesser wird sich in ca. 10 cm / 2 / (1 cm/h) ~ 5 Stunden auf die geforderte Temperatur bringen lassen. "Reale Werkstücke" lassen sich schwerer abschätzen, wenn das Höhe/Breite-Verhältnis nicht bekannt ist. Als Näherung: Dünnste Seite in cm/2 ~ Dämpfdauer in Stunden, wenn das Holz allseitig gleichen Temperaturen ausgesetzt ist.

Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit lassen sich bei Naturprodukten nur ungefähr angeben. Und aus diesen unsicheren Werten (nebst geschätzter Kammertemperatur), eine exakte Berechnung aufzustellen ist fragwürdig.
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 09.03.2010, 08:23   #8   Druckbare Version zeigen
edelres Männlich
Mitglied
Themenersteller
Beiträge: 3
AW: Erhitzen von Eschenholz

Sehr geehrte Forumsfreunde,

ich moechte mich herzlich fuer die Antworten bedanken.

Mir war nicht bewusst wie kompliziert, wenn ueberhaupt, dies zu berechnen ist.

In meiner Laienmeinung ging ich davon aus dass die Energiemenge um Wasser zu Erhitzen sich auf Holz anwenden laesst.

Nochmals vielen Dank fuer die Bemuehungen.

Mir freundlichen Gruessen

Ottmar
edelres ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 09.03.2010, 22:09   #9   Druckbare Version zeigen
JochenFo Männlich
Mitglied
Beiträge: 40
AW: Erhitzen von Eschenholz

Zitat:
Zitat von edelres Beitrag anzeigen
Mir war nicht bewusst wie kompliziert, wenn ueberhaupt, dies zu berechnen ist.

In meiner Laienmeinung ging ich davon aus dass die Energiemenge um Wasser zu Erhitzen sich auf Holz anwenden laesst.

Na wirklich schwierig ist es nicht, man muss nur einige Annahmen treffen und einen Fehler von vielleicht 10% in Kauf nehmen, was aber kein Problem ist, die Zeit gibt man zur Sicherheit obenauf.
Mir liegt die Gleichung auf der Zunge, habe nur meine Unterlagen nicht parat, um mich zu vergewissern.
Die Werte, die du brauchst sind:
- Masse des Holzstückes
- Wärmekapazität cp des Holzes
- Eingangstemperatur und Ausgangstemperatur des Holzes zur Bildung der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz Tlog= (Taus-Tein)/(ln(Taus/Tein)) ( Das ist die mittlere Temperatur des Holzes während des Wärmeübergangs)

Desweiteren Werte für den Dampf
- Massenstrom des Dampfes mpunkt
- Wärmekapazität cp des Dampfes
- Eingangstemperatur und Ausgangstemperatur des Dampfes

Vorbehaltlich lautet dann
Qdampf=Qholz
mpunkt*cpdampf*(Tein-Taus)=mholz*cpholz*Tlog/dt
Die linke Seite mit Werten des Dampfes, die rechte Seite mit denen von Holz.

Sollte dabei noch ein Phasenübergang des Dampes zu flüssigem Wasser stattfinden, kommt in den ersten Term noch ein + mpunkt*hv, wobei hv die Verdampfungsenthalpie von Wassier ist.

Diese Gleichung dann nach dt auflösen und du erhältst die Dauer der Erwärmung in Sekunden

Liebe Grüße
Jochen
JochenFo ist offline   Mit Zitat antworten
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Alt 10.03.2010, 00:24   #10   Druckbare Version zeigen
bm  
Moderator
Beiträge: 54.171
AW: Erhitzen von Eschenholz

Zitat:
Zitat von JochenFo Beitrag anzeigen
Die Werte, die du brauchst sind:
- Masse des Holzstückes
- Wärmekapazität cp des Holzes
- Eingangstemperatur und Ausgangstemperatur des Holzes zur Bildung der mittleren logarithmischen Temperaturdifferenz Tlog= (Taus-Tein)/(ln(Taus/Tein)) ( Das ist die mittlere Temperatur des Holzes während des Wärmeübergangs)
Werkstückmaße? Länge x Beite x Höhe?
bm ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.03.2010, 00:41   #11   Druckbare Version zeigen
JochenFo Männlich
Mitglied
Beiträge: 40
AW: Erhitzen von Eschenholz

Zitat:
Zitat von bm Beitrag anzeigen
Werkstückmaße? Länge x Beite x Höhe?
Ja das habe ich mich auch schon gefragt, es gibt mehrere Möglichkeiten.
Dabei würde dann die von Höhe oder Breite größere Angabe überwiegen, also die mittlere Zahl von LxBxH, denn die Wärme dringt über die Länge L ein und muss dazu die Hälfte der größeren Zahl von B*H durchdringen.
Eine weitere Möglichkeit ist die "Berechnung" über ein Kerntemperaturdiagramm. Dafür benötigt man (ohne Gewähr) zumindest die Biot-Zahl, wenn es für diese Aufgabenstellung existent ist.

Grüße
Jochen
JochenFo ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.03.2010, 12:40   #12   Druckbare Version zeigen
Schmidi01 Männlich
Mitglied
Beiträge: 161
AW: Erhitzen von Eschenholz

Hallo JochenFo
du gehst hier über die Energiebilanz. Was Ottmar aber interessiert ist die Zeit bis sein Holz innen warm ist. Also ein kinetischer Ansatz, scheibst du ja zuvor schon "instationäre Wärmeleitung" --> Differentialgleichung.

Was in deiner Bilanz fehlt sind die Wärmeverfuste nach ausse. Die dürften bei der beschriebenen Kiste grösser sein als die Energie zum Aufheizen des Holzes.

In diesem Fall würde ich zum alten Spruch greifen: "Versuch macht klug"

Grüsse Thomas
Schmidi01 ist offline   Mit Zitat antworten
Alt 10.03.2010, 20:19   #13   Druckbare Version zeigen
JochenFo Männlich
Mitglied
Beiträge: 40
AW: Erhitzen von Eschenholz

Zitat:
Zitat von Schmidi01 Beitrag anzeigen
Hallo JochenFo
du gehst hier über die Energiebilanz. Was Ottmar aber interessiert ist die Zeit bis sein Holz innen warm ist. Also ein kinetischer Ansatz, scheibst du ja zuvor schon "instationäre Wärmeleitung" --> Differentialgleichung.

Was in deiner Bilanz fehlt sind die Wärmeverfuste nach ausse. Die dürften bei der beschriebenen Kiste grösser sein als die Energie zum Aufheizen des Holzes.

In diesem Fall würde ich zum alten Spruch greifen: "Versuch macht klug"

Grüsse Thomas
In meiner ersten Antwort riet ich ihm schon zur Differentialgleichung

Desweiteren sagte ich ja, er muss vereinfachend einige Annahmen treffen. Isolation, Grenzschicht, Zweiphasenströmungen, all diese Dinge kann man hier nicht beachten. Sollte er es industriell machen wollen, muss er sich eh tiefer mit diesem Thema befassen.

Liebe Grüße
Jochen

Geändert von JochenFo (10.03.2010 um 20:37 Uhr)
JochenFo ist offline   Mit Zitat antworten
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