Druck beim erhitzen von Flüssigkeiten...

Zwar keine Robotermechanik, aber es hat ja auch was mit Druck und Kraft zu tun :-# Rechnen kann ich's ja, aber ich hab Probleme mit dem Verständnis...

Folgendes:
Ich hab ein geschlossenes Rohr. Um das Rohr ist eine Heizwendel gewickelt durch die das Rohr gleichmässig erwärmt wird.
In dem Rohr befindet sich Wasser. Das Wasser wird durch die Heizwendel erhitzt. Dadurch steigt der Druck. Soweit klar...

Jetzt kommts aber:
Das Rohr ist nun an beiden Seiten offen und vergrößert seinen Querschnitt linear in eine Richtung, es ist also z.B. die linke Öffnung kleiner als die rechte. Das Ganze soll eine Art Durchlauferhitzer darstellen.

Bsp. bei einer Temperaturerhöhung um ca. 90°K würde sich der Druck in einem geschlossenen Rohr um ca. 320 Bar erhöhen. Rauskommen sollen aber nur ca. 15 - 18 Bar.

Folglich muss sich der Querschnitt mit der Erwärmung vergrößern um den Druck nicht zu groß werden zu lassen.

Nun bin ich fest davon überzeugt, dass das Wasser dann in Richtung kleiner -> großer Querschnitt eingeleitet werden muss. Andere Leute sind fest der Meinung es muss genau anders rum sein.

Was stimmt?

Gruß, Sonic

So ganz ist die Aufgabe vielleicht doch noch nicht beschieben.

In einem geschlossenen Rohr erhöht sich der Druck durch Erwärmung.

In einem Durchlauferhitzer (waagerecht) herrscht überall gleicher Druck, denn die Druckausbreitung erfolgt mit Schallgeschwindigkeit und damit mit höherer Geschwindigkeit als der Durchlauf.

Oder erfolgt der Durchlauf mit Schallgeschwindigkeit? Dann ist meistens die Erwärmung während des Durchlaufs nicht sehr groß.

Gibt es dazu eine Erläuterung?
Manfred

Nein, das Wasser fliesst nicht mit Schallgeschwindigkeit. Es handelt sich um einen Boiler eines Kaffeevollautomaten.

Das wichtige ist der veränderliche Querschnitt des Rohres, das es funktioniert weis ich, ich soll aber erklären können wie ;-)

Und da streiten sich die Geister, hab sogar schon mit einem Dr. der Physik drüber gesprochen. Der hat meine Flussrichtung favorisiert ,-)

Es spielen die Bernoulli-Gleichungen eine Rolle und die rein mechanische Druckzunahme durch den Temperaturanstieg...beide überlagern sich...fragt sich nur wer gewinnt ,-)



Gruß, Sonic

Wie das Wasser in Kaffevollautomaten bewegt wird ist schon klar?, ohne Rohrverengung, mit Ventilklappe.
Es gibt ein kleines Blechschiffchen mir Kerzenflamme bei dem die Strömung eine Rolle spielt, es heißt wie sein Gräusch Tuck tuck oder so ähnlich geht die Frage in die Richtung?
Manfred

Naja erstmal ich würde sagen das wasser muss durch die kleinere öffnung in das Rohr komme ... da der wasserdampf der aus dem wasser entsteht ein größeres volumen einnimmt und somit würde ein höherer druck entstehen wenn das rohr gleich bleiben würde ... machen wir jetzt das rohr dicker ... also das volumen größer sinkt der druck wieder ...

Ist genau wie bei Schwarzpulver ... packen wir es im festen zustand in ein röhrchen und zünden es (es wird gasförmig) nimmt das gas ein größeres volumen ein also steigt der druck und das rohr platzt ... das könnte man verhindern indem man theoretisch den raum in dem sich das gas befindet verkleinert und dadurch den druck senkt ...

Hier also noch mal das Putt Putt Boot, das mit Erhitzen, Dampf und Strömung fährt.
Manfred

http://www.sciencetoymaker.org/boat/howBoatWorksl.html

Das PuttPutt-Boot geht schon in die Richtung, aber was passiert wenn das Boot vorne nicht zu ist sondern auch offen, nur mit einer kleineren Öffnung...

Im Prinzip stimme ich euch voll zu, waren auch meine Gedanken, nur sind Leute, die es besser wissen müssten als ich, davon überzeugt es ist andersrum ,-)

@KLucky
Ist soweit schon richtig, bis auf das mit dem Schwarzpulver, wenn man dem entstehenden Gas noch weniger Platz gibt, platzt das Rohr noch schneller. Der Punkt ist aber, dass das Wasser nicht verdampfen soll. Eigentlich soll nur heißes Wasser durch den Filter gedrückt werden. Dampf ist Gasförmig und hat wieder ein ganz anderes Kompressionsmodul. Bei dem steigenden Druck wird das auch wieder schwieriger mit dem Verdampfen...

Für mich ist es jedenfalls logisch das der Druck im Inneren steigt, es ist für mich auch logisch das der Druck dann eher durch die große Öffnung drängt als in den kleinen Querschnitt...bin mir nur nicht sicher ob ich da auch richtig liege ;-)

Gruß, Sonic

Eine Kaffeemaschine ohne Ventil bringt nicht viel Wasserbewegung.

Es gibt auch den Effekt, daß in einem senkrechten Rohr das Dampf -Wassergemisch leichter ist als das nicht so heiße Wasser im anderen Teil des kommunizierenden Röhrensystems (U-Rohr). Die Strömung die damit möglich ist, wird aber bei Kaffemaschinen nicht allein genutzt. Man nimmt eine Verntilklappe ein unaffälliges Gummiplättchen das nur unaffällig ist solange es funtioniert.

Soll ein neues Prinzip konstruiert werden? Schwingende Wassersäulen vor Trichterdüsen, dazu habe ich im Zusammenhang mit den Tibetanischen Resonnanz-Waschschüsseln etwas gelesen (meterhohe Fontänen...)

Manfred

Naja bei dem Schwarzpulver hatt ich nen kleinen dreher drin ... war aber andersrum gemeint ... naja wann das wasser nicht gasfürmig wird dehnt es sich trozdem aus ... wenn es wärmer wird. Du brauchst doch eigentlich nur ein Diagramm in dem der raum und die Temperatur bei gleichbleibendem druck in verhältnis gestellt werden ... dann haste doch schon deinen beweiß ... allerdings darf dieses diagramm dann nur auf den bereich bis 100 °C eingehen da dann das wasser verdampft ...

Mhh wenn ich das jetzt mit dem Rohr richtig verstanden hab ist es sozusagen ein kegel bei dem überall der gleiche druck herscht ... dann fließt das ganze in die richtung der kleineren öffnung ... weil druck ist ja kraft pro fläche und dann währe die flache auf der seite mit der kleineren öffnung kleiner und auf der anderen seite größer ... und genau so würd sich das mit den kräften verhalten oder sehe ich da was falsch?

Zitat:

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Zitat von Manf

Eine Kaffeemaschine ohne Ventil bringt nicht viel Wasserbewegung.

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Eben, daran hänge ich ja. Dahinter ist *angeblich* nur eine Pumpe, welche aber nur fördernde Wirkung hat, also keinen Druck aufbaut.
Eigentlich bin ich mir auch sicher das da ein Ventil drinn sein muss...
Vielleicht liegt es am Wasserdruck der Wasserleitung?

Zitat:

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Zitat von Manf

Soll ein neues Prinzip konstruiert werden? Schwingende Wassersäulen vor Trichterdüsen, dazu habe ich im Zusammenhang mit den Tibetanischen Resonnanz-Waschschüsseln etwas gelesen (meterhohe Fontänen...)
Manfred

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Nein, es war ein Beispielteil das kaputt gegangen ist. Es muss also irgendwann mal funktioniert haben...solangsam glaub ich aber das uns wesentliche Teile des Systems verschwiegen wurden ;-)

@KLucky: Das hab ich mir schon gedacht das das so nicht gemeint war =P~

Gruß, Sonic

Zitat:

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vergrößert seinen Querschnitt linear in eine Richtung

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Zitat:

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ein kegel bei dem überall der gleiche druck herscht ... dann fließt das ganze in die richtung der kleineren öffnung ... weil

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Es gibt die kommunizierenden Röhren und die Beschreibung des hyrostatischen Paradoxons, das besagt, dass die Form der Röhre den Druck nicht ändert. Sollen wir das diskutieren?
Letztenendes kommt heraus, dass man das Rohr dicker dünner oder trichterförmiger machen kann, ohne dass sich was bewegt, was auch ganz gut mit der Erfahrung übereinstimmt.

Bei angeregten Strömungen speziell beim Pulsieren mit Laufzeiteffekten läßt sich dagegen einges verblüffendes machen.

Manfred

Hier noch die Bilder zu Kommunizierende Röhren
Bild hier  
und zu Saugheber auch ganz nett aber kaum in Kaffeemaschinen angewendet, ganz im Gegenteil.
Bild hier  

Zitat:

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Das PuttPutt-Boot geht schon in die Richtung, aber was passiert wenn das Boot vorne nicht zu ist sondern auch offen, nur mit einer kleineren Öffnung...

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Ich weiss zwar nicht ob das weiterhilft, aber es gilt in diesem Zusammenhang ja auch die Kontinuitätsgleichung (ich konnte nicht lesen dass diese so diskutiert wurde) die besagt das was links reingeht rechts raus muss. Konkret bedeutet dies, dass das Produkt aus Massenfluss und Querschnittsfläche konstant sein muss, d.h. links und rechts identisch (angenommen die Temperaturerhöhung reicht nicht um die Dichte merklich zu beeinflussen).

Vielleicht hilft dir das ja weiter
Gruss
cyberbot

ich glaube, das Rohr ist eben nicht beidseitig offen, zumindest nicht vollständig. Am kalten Ende befindet sich ein Rückschlagventil (Manf's Gummiplättchen), welches das sich bei Erwärmung ausdehnende Wasser daran hindert, wieder in den Vorratstank zurück zufließen. Stattdessen kann es nur noch am anderen Ende blubbernd und sprudelnd heraus und durch das Kaffeepulver tröpfeln...
RG

Ich glaube das irgendwas in dieser Systemkette fehlt die uns beschrieben wurde. Ich bin ja genau der gleichen Meinung wie ihr, alle Effekte die beschrieben worden sind kenn ich und hab ich mir auch angeschaut, es kommt aber immer auf's gleiche raus...

Also stimmt wahrscheinlich in der Aufgabe was nicht, mal sehn vielleicht lasse ich mich diese Woche durch die Lösung eines besseren belehren ;-)

Danke für den Einsatz,
Gruß, Sonic

Bsp. bei einer Temperaturerhöhung um ca. 90°K würde sich der Druck in einem geschlossenen Rohr um ca. 320 Bar erhöhen. Rauskommen sollen aber nur ca. 15 - 18 Bar.

Folglich muss sich der Querschnitt mit der Erwärmung vergrößern um den Druck nicht zu groß werden zu lassen.[/color]

Nun bin ich fest davon überzeugt, dass das Wasser dann in Richtung kleiner -> großer Querschnitt eingeleitet werden muss. Andere Leute sind fest der Meinung es muss genau anders rum sein.

Hallo,
es scheint, als seien Deine Angaben unvollständig.
Wenn Du nur 15 - 18 Bar haben möchtest, warum erwärmst Du dann nicht dementsprechend weniger?
Was den Druck im System angeht, haben einige Recht: In einem geschlossenen System hast Du generell auch überall den selben Druck (vorausgesetzt alles waagerecht). Dann ist es auch egal ob das Rohr sich auf der Strecke verjüngt oder nicht.
Entscheident vorerst ist die Einflussrichtung der Flüssigkeit, da sich hierbei ein zusätzlicher Staudruck im System entwickelt. Dieser ist abhängig von den Querschnittsflächen und der Geschwindigkeit.

A1 * V1 = A2 * V2

Der Fehler bei Deinem Versuch liegt schon in der Definition.
Würde das nämlich so funktionieren, dann könnte ich ein Rohr gefüllt mit Wasser einem Druck aussetzen und mit verschiedenen Querschnitten ein Perpedoummobile bauen, da die Entropie verletzt wird und an den Druckschwankungen, verschiedene Ströme entstehen, die ich zur Stromgewinnung nutzen könnte.

Gruß
Sebastian

http://www.iu-bremen.com (schau mal hier)

Moment, ein PM wäre nicht möglich. Das Wasser bewegt sich, abgesehen von der Pumpe, ja auschliesslich dadurch fort, das es erwärmt wird.

Hi all,
Wie funktioniert eine Kaffeemaschine...
Das Wasser wird vom Vorratsbehälter in den Filter "gepumpt".
Dazu wird das Rückschlagventil benötigt, das ich allerdings bislang nur als Kügelchen in Kaffeemaschinen gefunden habe. (Und das Gummistückchen als "Dichtung").

Wenn Wasser eingefüllt wird, steigt das Wasser im Vorratsbehälter und in der Steigleitung zum Filter auf die gleiche Höhe. Wenn das Kügelchen schwimmfähig ist, läuft nur die Heizung voll Wasser.
Die Heizung wird eingeschaltet, das Wasser im "Durchlauferhitzer" erwärmt sich und beginnt zu kochen. Das Kügelchen verhindert, dass der Dampf in den Vorratsbehälter entweicht, der Druck kann sich also nur in Richtung Filtertüte abbauen und drückt das restliche Wasser aus der Heizung und dem Steigrohr in die Filtertüte.
Wenn der Druck abgebaut ist, befindet sich nur noch Dampf in der Heizung, das Kügelchen "fällt runter", es strömt neues Wasser in die Heizung und das Spiel beginnt von vorne.

Das Ganze kann man als eine "normale" Kippschwingung ansehen.

Zur Beantwortung der Frage: Das dicke Ende gehört in Richtung Vorratsbehälter. Das Kügelchen ist so umscheinbar, dass es leicht übersehen wird, wenn eine Kaffeemaschine zerlegt wird, es ist so klein, dass es in das Rohr hineinpasst....
BTW. Die 15-18 Bar würden das Kaffeepulver gewaltig in die Gegend pusten, kann es sein, dass da zweimal Null und ein Komma oder ein Milli vergessen wurden??
(1Bar = 10m Wassersäule)
0,015 Bar= 15 mBar = 15 cm Wassersäule was ziemlich gut mit der Größe einer Kaffeemaschine harmoniert.


Gruß SeaGull
(der hier neu ist :-), aber auch mal was posten möchte.)

Nix "Kaffeemaschine" -> Kafeevollautomat, das sind die mit der "genialen" Brühgruppe, hatten wir aber schon weiter oben ;-)
Da ist keine Kugel drinn...

Gruß, Sonic

Zitat:

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bislang nur als Kügelchen in Kaffeemaschinen gefunden habe.

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Wenn man durch einen Verkaufsraum mit vielen verschiedenen Kaffeemaschinen geht und die Maschinen umdreht und schüttelt kann man vielleicht hören, wo ein Kügelchen drin ist und wo mit Ventilklappe gearbeitet wird, und wie lange man solche wissenschflichen Reihenuntersuchungen in Verkaufsräumen machen darf.

Wie auch immer, was wissen wir den sonst noch von der Aufgabenstellung? Ist das der Krups, der seinen gasamten in dem Fall abgeschlossenen Wasservorrat mit Dampfdruck durch ein Steigrohr durch den Filter pustet?

btw: Ein echter Vollautomat ist vielleicht einer, der den Kaffe auch selber trinkt, da wäre ich wäre ich vorsichtig. O:)
Manfred

Zitat:

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Zitat von Manf

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btw: Ein echter Vollautomat ist vielleicht einer, der den Kaffe auch selber trinkt, da wäre ich wäre ich vorsichtig. O:)
Manfred

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Da hast du wohl recht! ;-)

Gruß, Sonic