Thema: Physik: Ausdehnung von Wasser

Mich beschäftigt seit Wochen folgende Frage:

Wasser dehnt sich beim Erhitzen aus. Die Vergrößerung des Volumens
ist in Tabellen abzulesen (0 auf 100 Grad etwa +5%). Um wieviel steigt da der Druck ?

Grund meiner Frage ist: Der Heizkreislauf zum Erwärmen der E61 ist doch geschlossen bzw dicht.
Wohin expandiert das Wasser ??? Oder reichen die etwa 10 - 12 Bar, die der HX ja aushalten MUß.

Und wenn der das aushält ... wie ist das bei den Vollautomaten, die haben ja das gleiche Problem.

Grund meiner Frage ist eine Bastelei, bei der es mir aus meinem Verschulden einen Schlauch zerfetzt hat, aber eigentlich hätte es anders kommen müssen, weil:
Folgende hydraulische Reihenfolge war gegeben (etwas umgebaute Butterfly) :

Festwasser - Druckminderer - Vibrationspumpe - Thermoblock einer Saeco mit Regelung - Rückschlagventil - Expansionsventil - Kessel, HX

Der Tempsensor des Thermoblocks hat sich abgelöst, dadurch hat dieser ewig geheizt, bis der Schlauch vom Thermoblock zum Rückschlagventil
geplatzt ist. Hat einen netten Wasserschwall und Kurzschluss gegeben

Eine Möglichkeit ist, daß einfach die Temperatur des Dampfes dem Schlauch zu groß war, ist auch legitim.
Das sind die PTFE Schläuche, die bei 70 Grad Celsius 20 Bar Druck aushalten.
Doch, hätte bzw wäre das Expansionsventil angesprungen? Was wäre, wenn das kein Schlauch sondern ein Kupferrohr gewesen wäre ???
Was wäre dann mit dem ExpVentil passiert??

Meine Frage rührt daher, da es bei den Magnetventilen eigene Spezifikation für Dampf gibt !
Bei den Magnetventilen scheint also Dampfdruck und Wasserdruck 2erlei zu sein ... wieso ?
Ist das bei den Expansionsventilen auch so, und wenn Ja, Warum ??

Kann mich da jemand erleuchten ??


Mario

Zitat von MarioAtJazz

Mich beschäftigt seit Wochen folgende Frage:

Wasser dehnt sich beim Erhitzen aus. Die Vergrößerung des Volumens
ist in Tabellen abzulesen (0 auf 100 Grad etwa +5%). Um wieviel steigt da der Druck ?

Wenn Du einen Kochtopf nimmst: gar nicht, er bleibt gleich. Entweder das Wasser kann sich ausdehnen oder der Druck steigt bei Erhöhung der Temperatur und Beibehaltung des Volumens,

einfache antwort: je starrer der behälter, desto stärker steigt der druck. wasser ist praktisch inkompressibel, daher kann auch eine volumenzunahme von wenigen promill den behälter sprengen, wenn dieser nicht vorher nachgibt und etwas mehr platz schafft.
in der espressomaschine gibt es deshalb ein expasionsventil, das bei ~ 12 bar öffnet und einge tropfen wasser ablässt. entweder, das ding ist bei dir kaputt, oder du hast einen fehler beim anschließen gemacht. davon abgesehen ist ptfe kein gutes material im heißwasserbereich. die druckfestigkeit nimmt mit steigender temperatur rasch ab. mir ist neulich erst ein schlauch angerissen, den ich zum messen des pumpendruck benutzt habe. er führt eigentlich gar kein heißes wasser, läuft aber direkt über dem brühkopf lang und erreicht dadurch punktweise bis zu 90°C. mangels kupferrohr habe ich zum reparieren wieder das gleiche material genommen, aber diesmal etwas länger und weiter weg vom kopf. für das nächste projekt muss aber definitiv kupfer her...

gruß, max

Im Kessel der Espressomaschine ist ja noch genügend Platz für Dampf, der kann ja als Gas komprimiert werden und wenn das Expansionsventil(Sicherheitsventil) kommt zischt der halt ab, Wasser wird da nicht abgelassen, das Ventil ist ja oben am Kessel.

Gruß Lutz

Bei Betriebstemperatur entspricht einein Drucksteigerung um 0,1 bar etwa einem Anstieg der Kesseltemperatur um 1°C. Bei einem Kesseldruck von 1,2 bar liegt die Temperatur bei etwa 125°C.

Zitat von MarioAtJazz

Und wenn der das aushält ... wie ist das bei den Vollautomaten, die haben ja das gleiche Problem.

Nö, haben sie nicht. Wobei man unterscheiden muss zwischen den Maschinen für den Haushalt und den großen Gastroautomaten.

Die meisten Haushaltsmaschinen haben heutzutage i.d.R. Durchlauferhitzer eingebaut und keine Boiler mehr. Das heißt, das Wasser wird zum Bezugszeitpunkt erhitzt und da fliesst es sowieso schon. Es kann sich also kein Überdruck aufbauen. Bei den wenigen Haushaltsautomaten, die noch mit Boiler im Umlauf sind, beträgt das Wasservolumen maximal 300ml und die meisten Maschinen schaffen es sowieso nicht, den Boiler luftleer zu bekommen. Da besteht also auch keine akute Gefahr, dass sich ein unkontrollierter Druck aufbaut. Und bei den Maschinen mit vollem Boiler (z.B. Solis Master Pro etc) gibts Überdruckventile, falls es doch mal, z.B. bei technischen Defekten im Regelkreis, kritisch werden sollte.

Bei den großen Gastromaschinen mit Boilern sind die Wassermengen zwar größer, aber auch die Boiler sehr stabil gebaut und als Druckbehälter geprüft und zugelassen. Auch da ergibt sich keine Gefahr, zumal alle mir bekannten Boilermaschinen mit hervorragend funktionierenden Überdruckventilen ausgestattet sind.

Die Dampfboiler in solchen Maschinen sind ohnehin nur maximal zu 2/3 mit Wasser gefüllt, damit sich überhaupt Dampf entwickeln kann, der dann durch seinen Eigendruck entnommen werden kann/wird.

Zitat von Lutzzz

Im Kessel der Espressomaschine ist ja noch genügend Platz für Dampf, der kann ja als Gas komprimiert werden und wenn das Expansionsventil(Sicherheitsventil) kommt zischt der halt ab, Wasser wird da nicht abgelassen, das Ventil ist ja oben am Kessel.

mit dem expansionsventil ist idr nicht das sicherheitsventil am kessel gemeint, auch wenn das technisch ein expansionsventil ist. das expansionsventil ist mit dem wärmetauscher verbunden, in dem sich normalerweise kein dampf befindet, da der brühdruck deutlich höher ist als der dampfdruck des wassers bei brühtemperatur und selbst bei kesseltemperatur. wenn beim bezugsende das magnetventil umschaltet, steht noch der volle brühdruck im wärmetauscher. daher kann dort auch die expansion des wassers nicht durch die kompression von dampf ausgeglichen werden. das expansionsventil lässt also nach jedem bezug ein wenig wasser ab, während der wärmetauscher sich wieder aufheizt. funktioniert das nicht, wird sich der druck auf jeden fall einen anderen weg nehmen und an der schwächsten stelle wird etwas bersten...

Zitat von espresso-addict

Bei Betriebstemperatur entspricht einein Drucksteigerung um 0,1 bar etwa einem Anstieg der Kesseltemperatur um 1°C. Bei einem Kesseldruck von 1,2 bar liegt die Temperatur bei etwa 125°C.

die steigerung des stattdampfdrucks (im kessel mit dampfphase) mit der temperatur hat nichts zu tun mit der druckentwicklung bei erwärmung eines abgeschlossenen, flüssigen wasservolumens.

gruß, max

@meister eder, du hast Recht, ich hatte da die Ventile verwechselt, ich dachte das Sicherheitsventil war gemeint...

Zitat von meister eder

in der espressomaschine gibt es deshalb ein expasionsventil, das bei ~ 12 bar öffnet und einge tropfen wasser ablässt. entweder, das ding ist bei dir kaputt, oder du hast einen fehler beim anschließen gemacht. gruß, max

Hast recht, hätte nur genauer schauen müssen. Der Heißwasserkreislauf des HX kann ja über das ExpVentil ablassen ...
Ich hab die Position der Rückschlagventile falsch gesehen.

Danke an alle, Mario