Dampfdruck <-> Temperatur

Genau das ist auch der Punkt, über den ich vor meinem Post ein bisschen nachsinniert habe, weil mir genau dieser Gedankengang auch kam. Und ich bin beim oben Geschilderten gelandet. Im Grunde genommen ist es egal, ob eine Feder oder Hg im Pressostaten verbaut ist: beide Bauarten addieren zum Differenzdruck noch ein bisschen, um den Schaltvorgang zu bei einem anderen Differenzdruck auszulösen. Bei der Feder ist es offensichtlich, beim Hg ist es das Eigengewicht des Quecksilbers.

Nehmen wir einfach mal ein frei herumflappendes Plättchen, quasi eins ohne Feder. Das wird bei geringsten Druckänderungen hin- und herflappen und den Heizungsschalter betätigen, egal bei welchem Aussendruck. Eine Feder nun stellt sicher, dass eine gewisse Mehrkraft notwendig ist um den Schalter zu betätigen. Wohlgemerkt Mehrkraft und nicht absolut. Wenn man das absolut halten möchte, müsste der Pressostat auf der dem Kessel abgewandten Seite vakuumiert sein. Was er natürlich nicht ist. Also ist ein Pressostat auch nur ein Differenzdruckmesser und gegenüber Aussendruckschwankungen genauso ausgesetzt wie es das Manometer ist. Genau da, beim Vergleich mit dem Manometer, hat es bei mir "klick" gemacht. Denn, ob ich nun Weg anzeige oder mit dem Weg schalte ist eigentlich egal.

Von daher unterschreibe ich vollkommen Ullis Darstellung, wobei ich die absoluten Temperaturen einfach glaube. Wobei sich mir allerdings die Frage stellt, ob die amerikanischen Maschinenlieferanten in ihrer Bedienungsanleitung auch die Pressostateinstellung in der Bedienungsanleitung erwähnen. Zwischen Orten and der Küste und Denver liegen ja schon ein paar Höhenmeter...

Gruss,

Goglo

 

genau so ist es...*g* daß ihr noch zwei seiten lang diskutieren musstet um mir und meinen vorrednern zu glauben - unglaublich

in den us-foren ist auch irgendwo in der tiefe ein bericht von jemand, der eben solch ein problem hatte - die freundlichen herren, welche die kiste aufgestellt haben, mussten feststellen, daß der espresso nicht mehr schmeckt und auch weniger dampfpower vorhanden war. als sie gemessen haben, hatten sie auch eine niedrigere temperatur (hätten sie uns gefragt, hätten wir ihnen das ja gleich sagen können, daß sie den niedrigeren außendruck kompensieren müssen :mrgreen - ergo haben sie den pstat nachgestellt und schon hat es gepasst.

 

Tja, die Frage war ja nicht ob Du recht hast, sondern eher warum Und da hat es nochmal ein paar Windungen gebraucht. Ich finde solche Diskussionen durchaus erbaulich - von daher Danke für den Ruck in die richtige Richtung.

Gruss,

Goglo

 

"It isn’t over until the fat lady sings..." :mrgreen:

Schauen wir uns einmal einen kleinen Druckkochtopf an - denn unser Kessel ist ja eigentlich nichts anderes (der wäre erstens leichter zu tragen und außerdem könnten wir den am Mt. Everest wahrscheinlich besser brauchen als die Espressomaschine). Im geschlossenen Zustand muß der Innendruck größer als das Gewicht des Ventilzapfens plus Federdruck plus Luftdruck sein, damit sich das Ventil bewegt. Und nur wenn die durch den Luftdruck ausgeübte Kraft in der selben Größenordnung ist, wie Gewicht des Zapfens plus Federkraft wird sich das Ventil am Mt. Everest anders verhalten als am Meeresstrand...

 

die Temperatur hängt vom Differenzdruck ab nicht der Umgebungsdruck heb sich in seiner Wirkung auf. Im kessel befindet sich das Wasser in einem Zweiphasengebiet (Wasser/Dampf) und darin ist die Isobare gleich der Isothermen.

 

Das Ventil wird auf einen gewissen Druck ausgelegt: Multipliziert man diesen Solldruck mit dem druckwirksamen Flächeninhalt des Zapfens erhält man die Kraft, die auf den Zapfen ausgeübt werden muss, wenn das Ventil öffnet. Zu dieser Kraft trägt unvermeidlich auch die Gewichtskraft des Zapfens bei. Man muss aber auch noch einen wegabhängigen Anteil (Feder) hinzufügen. Das heißt: die Kraft von Feder und Zapfen liegt im Bereich dessen, was ein Druck auf eine Fläche liefert. Und zwar innen der Absolutdruck des Dampfes und außen der Absolutdruck der Umgebung.

Pressostaten messen immer Differenzdruck. Man kann lediglich, wie oben beschrieben, den Referenzdruck umgebungsunabhängig machen, indem man auf seiner Seite eine evakuierte Kammer vorsieht.

Gruß, Andreas

 

Die Aussage ist gar nicht so unpräzise. "In der selben Größenordnung" heißt, daß ein bestimmter Wert signifikant in die Berechnung eingeht.

Denk dir einen Kanaldeckel. Wenn ein 100kg Gewicht d'rauf steht, geht ein zusätzliches 10dkg Gewicht nicht signifikant in die Kraft ein, die der Mann darunter aufbringen muß, um den Deckel zu öffnen. Wenn hingegen ein zusätzliches 20kg Gewicht d'rauf steht schon, weil das 20kg Gewicht "in der selben Größenornung" ist wie das 100kg Gewicht...

Ich will sagen: Wenn die von Feder und Eigengewicht des Zapfens ausgehende Kraft in der selben Größenordnung ist, wie die des äußeren Luftdrucks, dann muß dieser signifikant in die Berechnung eingehen, sonst nicht.

Die Dampfdruckanzeige zeigt in jedem Fall den Differenzdruck an (außer es wird eine Druckanzeige verwendet die tatsächlich gegen Vakuum mißt, die Frage ist lediglich, welche Temperatur im Topf herrscht...

Nun ja, einerseits haben wir Dampfdrucktabellen (die Theorie dahinter ->Clausius-Clapeyron, etc., erschien mir zu der Zeit als ich mich nolens volens damit beschäftigen mußte - also in den 70-ern, noch etwas "wackelig"), aus denen die Werte für gesättigten Wasserdampf recht klar hervorgehen und die einen eindeutigen Zusammenhang zwischen Temperatur und Dampfdruck ergeben. Die kann man mMn nicht so einfach vom Tisch wischen.

Jetzt wäre es interessant zu wissen ob sich der absolute Druck für eine bestimmte Temperatur in Abhängigkeit von der Seehöhe ändert. Wenn ja, würde das - meiner Meinung nach zwangsläufig - bedeuten, daß die Partialdrücke von Luft (als Summe der Partialdrücke der einzelnen Gase) und Wasserdampf unterschiedlich sind. Es wäre ja nicht ganz unplausibel, daß sich durch den unterschiedlichen Siedpunkt des Wassers dann beim Schließen des Entlüftungsventils eine unterschiedliche Zusammensetzung des Wasserdampf-/Luft-Gemisches ergibt.

Wenn der absolute Druck aber konstant bleibt, sich also nur der Differenzdruck für eine bestimmte Temperatur - oder vice versa - ändert, müßte der Luftdruck tatsächlich signifikant in das Kräfteverhältnis beim Manometer und Pressostaten (oder Dampfventil beim Kelomat) eingehen, d.h. die durch den Luftdruck ausgeübte Kraft liegt in der selben Größenordnung wie die von Feder und/oder Gewicht...

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P.S.: Hier noch eine Seite - der für uns interessante Bereich - der Dampfdrucktabelle aus dem Handbook of Chemistry and Physics . Leider nur in Fahrenheit und psia, aber dafür in Ein-Grad-Schritten...

 

Auf der einen Seite wirkt der Absolutdruck des Dampfes, auf der anderen der der Luft. Das sind 2 bar absolut gegen 1 bar absolut. Die Kraft, die der Umgebungsdruck auf den Zapfen ausübt, ist also etwa halb so hoch, wie die des Dampfes. Wenn die Differenz der beiden Druckkräfte der Summe aus Feder- und Gewichtskraft des Zapfens entspricht, ist also die Kraft des Umgebungsdruckes in diesem Fall sogar gleich groß, wie die Gewichtskraft des Zapfens und die Federkraft. Die Kraft des Umgebungsdruckes ist bei keinem Schnellkochtopf oder keiner Espressomaschine zu vernachlässigen!

Partialdruck gibt es übrigens im Kessel auch nicht (Es sei denn man hat eine Oscar und das Dampfventil nach dem Anschalten noch nicht geöffnet), dafür hat man ja das Entlüftungsventil.

Gruß, Andreas

 

Danke, DierdeDipstrick, aber wie muß ich mir das jetzt vorstellen?

Meinst du wirklich daß die ganze Luft hübsch brav zuerst beim Entlüftungsventil rausgeht, damit der Wasserdampf Platz hat? Oder wartet das Entlüftungsventil so lange bis alle N2, O2, CO2 und weiß nicht was alles beim Türchen draußen sind, bevor es zumacht?

Funktioniert das Entmischen von Gasen tatsächlich so einfach?

Bisher dachte ich, daß das was man nach dem Schließen des Entlüftungsventil hat gesättigter Wasserdampf ist, das heißt nicht, daß von der Luft nichts mehr übrig ist. Und demzufolge gibt es natürlich noch Partialdrücke. Außer naturlich, man setzt zuerst eine Vakuumpumpe an den Kessel, erzeugt damit ein absolutes Vakuum, was schwierig sein dürfte, schließt dann das Entlüftungsventil manuell oder automatisch und beginnt dann erst mit dem Erhitzen....

 

Ja sicher, etwas Luft wird noch übrig bleiben. Die hat aber schon durch die Erhitzung auf über hundert Grad an Dichte stark eingebüßt und wird dann noch von Wasserdampf verdrängt, der sich bildet, bevor dann das Entlüftungsventil schließt. Ein paar Millibar Partialdruck gehen sicher noch an Restluft. Das wird aber zu vernachlässigen sein.

Gruß, Andreas

 

was aber nichts damit zu tun hat, daß wasser bei geringerem umgebungsdruck schneller anfängt zu sieden und eben die athmosphäre einen nicht zu vernachlässigenden einfluss auf die messungen (p-stat und manometer) hat.

 

Tatsächlich wird ein Teil der Luft vom sich bildenden Wasserdampf verdrängt, d.h. entweicht über das Entlüftungsventil. Das Wasserdampf-/Luftgemisch entweicht allerdings im selben Mischungsverhältnis in dem es in der Gasphase vorhanden ist. Nachdem aber die Zeitspanne vom Beginn des Siedens bis zum Schließen des Entlüftungsventils relativ kurz ist, liegt mMn auch bei geschlossenem Ventil der Partialdruck der Luft in der selben Größenordnung wie der des Wasserdampfes, ist also keineswegs vernachlässigbar klein...

Das Argument mit der verringerten Dichte greift isofern überhaupt nicht, als Wasserdampf und Luft gleichermaßen in der gemäß der Temperatur expandierten Form vorliegen, sich also durch die höhere Temperatur alleine, das Konzentrationsverhältnis ja nicht verschiebt...

 

Natürlich hast du damit Recht, der Text war ja lediglich die Erwiderung auf Dripstick's Einwurf es gäbe im geschlossenen Kessel keinen Partialdruck der Luft mehr...

 

Und wo ist jetzt der Mount Everest?
Mal im Ernst: Natürlich wird sich bis zum Erreichen der 100°C-Marke lediglich expandierende Luft durch das Entlüftungsventil bewegen. Erst danach beginnt ja die nennenswerte Produktion von Wasserdampf (auf Seehöhe). Das meinte ich mit verringerter Dichte.

Deswegen regelt der Pressostat trotzdem immer einen Differenzdruck gegenüber dem Umgebungsdruck ein.

Das eventuelle Vorhandensein von Luft in dem Zweiphasensystem Kessel entscheidet dann nur noch über die Temperatur, die bei dem eingeregelten Druck erreicht wird.

Gruß, Andreas

 

Als ich zuletzt nachgesehen habe, lag er im Himalaya-Massiv, zwischen Nepal und Tibet, das leider von China annektiert wurde...

Ganz so natürlich ist auch das nicht. Einerseits wird sich durch die relativ langsame Erwärmung der Luft - ausgehend vom sich erwärmenden Wasser - die Expansion in Grenzen halten, andererseits beginnt mit der Erwärmung des Wassers auch ein verstärkter Übergang von Wassermolekülen in die Gasphase (der allerdings auch bei Zimmertemperatur vorhanden ist, die Luftfeuchtigkeit im gefüllten Kessel bei Zimmertemperatur ist ja nie gleich Null). Insgesamt dürfte der Gasstrom durch das Ventil recht mager ausfallen, bevor das Wasser zu sieden beginnt...

Nun, das habe ich - denke ich - auch nirgendwo bestritten, die Frage war lediglich ob der Außendruck signifikant in die Berechnung eingeht...

Und deine Argumentation, daß das so sein muß ist keineswegs unplausibel, das gebe ich gerne zu!

Allerdings mag für manche auch eine kategorische Behauptung es gäbe keinen Partialdruck der Luft im geschlossenen Kessel (mit Ausnahme der Oskar) nicht unplausibel gewesen sein. Oder eine - seinerzeitige - Aussage man könne über getimte Leerbezüge die Bezugstemperatur meiner Butterfly nicht steuern. Und trotzdem sind beide Behauptungen schlicht und ergreifend falsch...

 

Die Antwort war klar :lol:

Nur: wenn eine Pressostat einen Druck einregelt, der um eine Differenz über dem Umgebungsdruck liegt, muss der Umgebungsdruck eine Rolle spielen, oder?

Ich finde, auch Du argumentierst sorgfältig und richtig. Ob man das zugeben muss, weiß ich nicht. Hier im Forum diskutiert man ja eigentlich immer nur Details, um gemeinsam dazu zu lernen.

Ich glaube, ähnlich wie in dem von Dir genannten Thread (der mir auch die ganze Zeit im Kopf herumspukt), haben wir ein wenig aneinander vorbeiargumentiert. In dem Thread habe ich nicht angezweifelt, daß man die Temperatur über die Länge des Leerbezuges steuern kann. Es ging mir um die Konstanz und Reproduzierbarkeit. Wie Du schreibst 'steuerst' Du die Temperatur, Espressomaschinen sind aber aus gutem Grund 'geregelte' Geräte. Wenn Du aber Deine Maschine so intuitiv beherrschst, daß Du reproduzierbar die Temperatur genau einsteuern kannst: Herzlichen Glückwunsch, ich bezweifel das nicht (eher bewundere ich das). Ich würde trotzdem zur Temperaturveränderung immer die Schraube am Pressostaten bemühen und vielleicht irgendwann mal auf eine DC upgraden, da finde ich die Temperaturregleung am elegantesten.

Vielleicht meine ich aber auch nur, das damals gemeint zu haben - ich muss den alten Thread nochmal hervorkramen. Manchmal schreibt man in Foren etwas unpräzise. Trotzdem sollten wir aufpassen, daß wir nicht gegeneinander argumentieren, nur des Gegeneinanderargumentierens wegen.

Für schlicht und ergreifend falsch halte ich meine Äußerungen allerdings nicht.

Gruß, Andreas

 

das kommt natürlich ganz drauf an, wie signifikant der unterschied zu, sagen wir, dem luftdruck bei 0NN ist. ein bisschen wird wohl in der schalthysterese des p-staten verloren gehen. aber wenn du den druck um ein paar 100mbar verringerst oder erhöhst, so ist das eine mehr als bedeutende änderung in diesem system! somit ergibt sich dann auch ein einfluß auf das restliche system - in diesem fall in direkter abhängigkeit. ob da dann noch luft im system ist oder nicht spielt eine untergeordnete rolle. auch die oscar wird luft im kessel haben, wie du schon geschrieben hast: wenn ich etwas entlüfte, um es zu betreiben, ergibt sich für mich die logische schlußfolgerung, daß ich es belüften muss, um es außer betrieb zu nehmen

@ andreas: in erster linie ist die regelung einer dc anders - ob eine kontinuierliche regelung eleganter (und für dich damit gleichbedeutend mit besser - so interpretiere ich das mal) ist, als eine zweipunktregelung, wage ich zu bezweifeln. in der regeltechnik gilt: immer nur dem zweck angemessen reagieren. man könnte auch einen digitalen regler montieren, die maschine mit temperaturfühlern spicken und einen pc mit einem passenden mathematischen programm die regelparameter ständig neu berechnen lassen (gibt es wirklich, funktioniert, kostet ein vermögen) - ob das noch eleganter ist?

 

Ich weiß, was Du meinst, schließlich arbeite ich tagtäglich mit Matlab, Simulink & Co. Trotzdem meine ich mit eleganter etwas anderes: Bei einem Zweikreiser gibt es zwei Temperaturen, aber nur ein Stellglied (Heizelement). Die Systeme müssen aufeinander abgestimmt werden, da sie gekoppelt sind. Will man die Brühtemperatur senken, muss man Kompromisse beim Dampfdruck hinnehmen. Das ist bei der DC anders. Außerdem hat die DC Mini doch auch nur einen (allerdings einstellbaren) Zweipunktregler mit Hysterese - der bewährte Klassiker bei Temperaturreglern, in fast jedem Einkreiser zweifach zu finden, oder?

Gruß, Andreas