Thema: Pavoni-Physik

Moin moin,

ich habe mir ein bischen den Kopf über die Vorgänge in meinem Pavoni-Hebelmaschinchen zerbrochen. Ich würde mich freuen, wenn ihr da mal
drübergucken könntet, um eventuelle Denkfehler/-fallen auszumerzen.

1.) Metall, welches mit erhitztem Wasser umspült wird -- egal welcher Menge -- kann nicht heißer werden, als das Wasser selber.
2.) 1bar entspricht in etwa dem Umgebungsdruck der irdischen Atmosphere.
3.) Oftmals werden als anzusrebender Druck im Boiler Werte unter 1bar angegeben.
4.) Bei 1bar ist kochendes Wasser 100°C heiß.
5.) Bei Drücken unter 1bar ist kochendes Wasser kälter.
6.) Man kann kochendes Wasser bei konstantem Druck nicht weiter erhitzen -- die zusätzlich zugeführte Energie wird zum Verdampfen des Wassers verwendet anstelle die Temperatur des Wasser zu erhöhen.
7.) Im Folgenden wird ersteinmal von einer Pavoni mit Pressostat ausgegangen, der korrekt auf einen Druck unter 1bar eingestellt ist und dass das Wasser folglich bei diesem Unterdruck (im Verhältnis zum Atmospherendruck von 1bar) bei 94°C kocht und entsprechend 6.) nicht heißer werden kann.

Aus den obigen Vorraussetzung stellen sich die folgenden Fragen:
A.) Warum tritt trotz Unterdurck Dampf aus der Cappu-Lanze an der Seite der Pavoni, wenn das Ventil aufgedreht wird?
B.) Warum überhitzt der Brühkopf (siehe 1.) oben) dennoch?
C.) Warum tritt kochendes Wasser trotz Unterdruck aus dem Brühkopf bei entferntem ST und hochgezogenem Hebel?

Ohne jetzt Pavoni oder irgendjemand anderen kritisieren zu wollen und aus der Kenntnis nur einer einzigen Pavoni ergibt sich eigentlich meiner Meinung nach nur eine Schlußfolgerung:
Der Pressostat wird ab Werk zu hoch eingestellt, damit Dampf aus der Cappu-Lanze treten kann. Bei Druckwerten unter einem Bar und folglich ~94°C heißem Wasser darf es eigentlich nie zu einer Überhitzung des Brühkopfes kommen (siehe oben) -- aber es käme aufgrund des Unterdrucks kein Dampf aus der Lanze....

Das ist allerdings graue Theorie und ich würde mich sehr freuen, wenn da mal eine/einer mit einem fundierterem Physik-Wissen drübersehen könnte um die sicherlich vorhandenen Denkfehler auszumerzen....

Ein schoenes Wochenende!
Gruß
mcc

Auch wenn der schulische Physikunterreicht sehr lange her ist...

Denkfehler: Der angegebene Brühdruck des Kessels gibt die Differenz zwischen Innendruck im Kessel und Außendruck der Umgebung an. Damit sind die weiteren Überlegung hinfällig.

Moin silverhour,

...da muss ich nochmal nachhaken, damit ich das richtig verstehe:
Umgebungsdruck = 1 bar
Innendruck zum Zeitpunkt des Ansprechens des Pressostaten 0.7-0.9bar.

Da das wie Du sagst ein relativer Druck ist, müsste -- in absoluten Bar --
der Druck im Kessel 1.7 - 1.9 Bar sein.

Das Wasser käme dann mit weit über 100°C in den Brühkopf.

Wenn ich ein Thermometer in den Wasserstrahl des Brühsiebes bei abgenommenen ST halte, bis die hochgeheizte Maschine nahezu leer
ist, komme ich nicht über 85°C.

Das ist mir -- selbst wenn man die der Metallmasse des Brühkopfes in Betracht zieht -- nach einer Durchlaufmenge von nahezu 400ml überhitzem
Wasser zu wenig, denn die Expansion/Druckentlastung des Wassers geschieht ja erst im Brühkopf.

Oder wieder ein Denkfehler

Gruß
mcc

Grüß dich mcc.

Im Prinzip hast du recht, nur wird meines Wissens mit einem Kesselmanometer nicht der echte Druck, sondern die Druckdifferenz zum Außendruck gemessen. Das erklärt schonmal die Punkte A und C.
(Interessant wäre mal der Versuch einen Espresso auf nem Berggipfiel zu ziehen, wo der Umgebungsdruck ja unter 1013 mbar ist...)

Zu Punkt B, da liegt meiner Meinung nach der Irrtum bei Punkt 6.
Warum soll man Wasser nicht weiter erhitzen können? Siehe z.B. auch Schnellkochtöpfe. In einem Kessel ist ja auch nicht nur Wasser, sondern auch Luft, und diese lässt sich ziemlich gut komprimieren, so steigt durch die Ausdehnung des Wassers (verdampfen) der (Luft-)Druck im Kessel.

Hoffe das ist ein Ansatz.

Schönes Wochenende,

possi

Wie kommt der Druck in den Kessel?
Erst kocht das Wasser, dann steigt der Druck durch den Wasserdampf und das blubbernde Kochen hört auf - der Boiler wird nur noch auf möglichst konstantem Druck gehalten.

Im Kessel gibt es ein Temperaturgefälle: Oben der heiße Wasserdampf (130Grad?), unten heißes Wasser (<100Grad). Beim Bezug wird das Wasser über ein Steigrohr von unten gefördert.

Grüße, Olli

Moin Possi,

...Ha! Wo Du gerade den Berggipfel erwähnst: *WO* ist eigentlich
die Firma Pavoni angesiedelt (ja, ich weiß: "In Italien" ). Wenn
die nämlich wesentlich höher über Normal Null ihre Maschinen justieren,
habe ich als norddeutscher Flachlandtiroler ("Unn was is mit Tee-ee?" -- Ja, gern und immer wieder: Thiele & Freese Silberpack -- es kann nur einen geben! ) natürlich schlechte Karten.

In einem geschlossenen Thermodynamischen System kann Wasser bei konstantem Druck nicht über den zu dieser Druck gehörender Temperatur
erhitzt werden. In einem Schnellkocher STEIGT der Druck, bis das Sicherheitsventil anschlägt. Die Pavonis (die neueren) haben einen Druckkonstanter ("Pressostat"). Gesetze der Thermodynamik...

Das wird ja langsam richtig interessant hier ...

Bitte mehr Input! )))

Neugierig und gespannt...
Gruß
mcc

Moin Olli,

Dein Posting kam rein, als ich gerade die Antwort an Possi schrieb:

Der Wasserdampf kann nicht heißer sein, als das Wasser, aus dem es
er entsteht.
Und:
Der Druck ist überall gleich (geschlossenes System): Im Wasser wie über dem Wasser. Natürlich nur solange, wie alles "zu" ist. Beim Bezug fällt dieser schnell und rapide auf 1Bar. (Diesmal habe ich an die Relativitätstheorie des Drucks
gedacht

Wie heisst es so schön:"Bleiben sie neugierig!"

Gruß
mcc

Im Kessel gibt es ein Temperaturgefälle: Oben der heiße Wasserdampf (130Grad?), unten heißes Wasser (<100Grad). Beim Bezug wird das Wasser über ein Steigrohr von unten gefördert.

Es gibt sicher ein Temperaturgefälle im Kessel, der Kessel wird oben heisser sein als unten. Das liegt daran, das heisses Wassder eine geringere Dichte hat als kaltes und daher aufsteigt. Das aber das Wasser unten im Kessel unter 100°C haben soll ist ein grober Denkfehler.
Gruss Roger

Zitat von mcc

1.) Metall, welches mit erhitztem Wasser umspült wird -- egal welcher Menge -- kann nicht heißer werden, als das Wasser selber.

Richtig

Zitat von mcc

2.) 1bar entspricht in etwa dem Umgebungsdruck der irdischen Atmosphere.

Richtig

Zitat von mcc

3.) Oftmals werden als anzusrebender Druck im Boiler Werte unter 1bar angegeben.

Wann wo?

Um Drücke unter einen Bar im Boiler zu erreichen, muß man zusehen das keine Luft im Boiler ist.

Zitat von mcc

4.) Bei 1bar ist kochendes Wasser 100°C heiß.

Richtig

Zitat von mcc

5.) Bei Drücken unter 1bar ist kochendes Wasser kälter.

Richtig.

Der Siedepunkt vom Wasser hängt vom Druck (hier Dampfdruck) ab. Deshalb ist es auch möglich Wasser bei Raumtemperatur zum sieden zu bringen (bei entsprechend niedrigen Druck). In der Technik wird dies auch beim Gefriertrocknen angewendet. Somit verdampft dann das Wasser aus dem Gefriertrockengut bei niedrigen Temperaturen, was dann im Endeffekt die Aromen im Gefriergut schont.

Zitat von mcc

6.) Man kann kochendes Wasser bei konstantem Druck nicht weiter erhitzen -- die zusätzlich zugeführte Energie wird zum Verdampfen des Wassers verwendet anstelle die Temperatur des Wasser zu erhöhen.

Richtig

Das gilt für alle Phasenänderungen. (Als Phase gilt hier der Aggregatzustand des Wassers.)

Zitat von mcc

7.) Im Folgenden wird ersteinmal von einer Pavoni mit Pressostat ausgegangen, der korrekt auf einen Druck unter 1bar eingestellt ist und dass das Wasser folglich bei diesem Unterdruck (im Verhältnis zum Atmospherendruck von 1bar) bei 94°C kocht und entsprechend 6.) nicht heißer werden kann.

Das gilt unter der Voraussetzung das ein Manometer verwendet wird was den absoluten Druck anzeigt, wenn der Boiler ohne Luft ist und nicht ganz gefüllt ist, und wenn der Boiler ausreichend geschlossen ist (keine Luft mehr hineinläßt und kein Wasser(Dampf) hinaus) und ausschließlich Wasser enthält. Erreichen kann man das (in Grenzen), in dem man das frisch aufgefüllte Wasser zum kochen bringt und dann so lange Dampf aus der Dampfdüse läßt, bis man sich sicher sein kann das jegliche Luft entwichen ist.

Wenn ein Differenzdruckmanometer verwendet wird, gilt das nicht mehr. Dann hat das Wasser im Boiler eine höhere Temperatur, weil man zum angezeigten Druck noch den Umgebungsdruck (hier 1 Bar) dazu addieren muß.

Zitat von mcc

Aus den obigen Vorraussetzung stellen sich die folgenden Fragen:
A.) Warum tritt trotz Unterdurck Dampf aus der Cappu-Lanze an der Seite der Pavoni, wenn das Ventil aufgedreht wird?

Das wird wohl daran liegen, das lediglich der Differenzdruck im Boiler angegeben wird und nicht der absolute Druck. Also hat das Wasser eine Temperatur die höher als 100°C ist.

Zitat von mcc

B.) Warum überhitzt der Brühkopf (siehe 1.) oben) dennoch?

Weil das Wasser eben (dank des Differenzdruckbarometers) eben keine 100°C hat, sondern eine höhere Temperatur.

Zitat von mcc

C.) Warum tritt kochendes Wasser trotz Unterdruck aus dem Brühkopf bei entferntem ST und hochgezogenem Hebel?

Hast Du die Temperatur gemessen? Wenn ja, womit?

Das Wasser dürfte sich beim Weg durch die Brühgruppe abkühlen. Und wenn man jetzt davon ausgeht, das die Pavoni ein Manometer hat was lediglich den Differenzdruck anzeigt, dann befindet sich im Boiler kein Unterdruck, sondern gegenüber der Atmosphäre ein Überdruck.

Zitat von mcc

Ohne jetzt Pavoni oder irgendjemand anderen kritisieren zu wollen und aus der Kenntnis nur einer einzigen Pavoni ergibt sich eigentlich meiner Meinung nach nur eine Schlußfolgerung:
Der Pressostat wird ab Werk zu hoch eingestellt, damit Dampf aus der Cappu-Lanze treten kann. Bei Druckwerten unter einem Bar und folglich ~94°C heißem Wasser darf es eigentlich nie zu einer Überhitzung des Brühkopfes kommen (siehe oben) -- aber es käme aufgrund des Unterdrucks kein Dampf aus der Lanze....

Das Wasser wird wohl eine höhere Temperatur haben, bevor sie in die Brühgruppe eintritt. In der Brühgruppe und den Kolbenwänden und am Kolben kühlt das Wasser dann ab. Wenn das in zu kurzen Abständen passiert, dann kann das Metall der Brühgruppe das Wasser nicht mehr ausreichend kühlen und es gelangt zu heißes Wasser ans Kaffeemehl.

Zitat von mcc

Das ist allerdings graue Theorie und ich würde mich sehr freuen, wenn da mal eine/einer mit einem fundierterem Physik-Wissen drübersehen könnte um die sicherlich vorhandenen Denkfehler auszumerzen....

Ach, da finden sich sicherlich einige Leute im Forum.

Leider komme ich immer noch nicht an meinen "Willi Bohl" (Strömungslehre) ran (gleiches gilt für meinen Dubbel), so das ich dann eine exakte Dampfdrucktabelle habe ...

Zitat von possi

Interessant wäre mal der Versuch einen Espresso auf nem Berggipfiel zu ziehen, wo der Umgebungsdruck ja unter 1013 mbar ist...)

Wenn Du in das Thema weiter einsteigen möchtest:

jimseven - Brewing Espresso at Altitude