Überhitzung von HX Maschinen

Diskutiere Überhitzung von HX Maschinen im Grundsätzliches Forum im Bereich Fragen und Tipps; AW: Überhitzung von HX Maschinen Moin, ich habe vor langer Zeit mal mit einfachem Equipment auf die Schnelle folgende Messungen an meiner...

  1. #21 ottensen01, 25.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Moin,
    ich habe vor langer Zeit mal mit einfachem Equipment auf die Schnelle folgende Messungen an meiner Vibiemme Domobar Super mit HX gemacht:


    [​IMG]
    Gemessen hatte ich damals mit einem Sensor im Ablauftrichter des Siebträgers mit Sieb und ohne Kaffee. Das Messgerät schrieb nur ganze Grad-Zahlen, deshalb springen die Kurven, solange ab und an eine "Dampfblase" am Sensor vorbeikommt. Aufgetragen sind Temperaturen in Grad Celsius über Sekunden (nach Einschalten der Pumpe). Ich habe durch die Messungen damals folgendes gelernt:
    1) Wenn die Maschine noch "spratzelt", hat das Brühwasser ca. 97 Grad.
    2) Ab Start des ruhigen Wasserlaufs beim Cooling-Flush fällt die Temeratur alle 5 Sekunden um 1,5 Grad.
    3) Das ganze gilt, wenn der Siebträger gut durchgewärmt ist. Schlampereien machen hier 3-4 Grad aus.
    4) Brüht man Espressi in relativ dichter Folge, ist das Wasser beim jeweils folgenden Espresso ca. 1,5-2 Grad kälter.
    5) Das ganz gilt jeweils am oberen Punkt des Heizzyklus bei 1,2 Bar Kesseldruck. :cool:

    Ohne Nachdenken flushe ich, bis das "Spratzeln" aufhört. Dann habe ich also ca. 96 Grad.
    Der Siebträger kühlt beim Mahlen ein wenig ab. Die Maschine heizt ein wenig nach.
    Ich werde den Espresso in diesem Fall daher etwa bei 94-96 Grad brühen, denke ich. :roll:
    Grüße
     
  2. #22 meister eder, 25.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    interessant ist doch, wie sich die tatsächliche brühtemperatur nach einem bestimmten leerbezugsvolumen und einer bestimmten wartezeit danach verhält. so kann man herausfinden, wie man iene stabile temperatur reproduzieren kann.
    ließe man einfach das wasser solange laufen, bis es die gewünschte temperatur hat, würde die temperatur gegen ende des bezugs abfallen. wartet man nach dem leerbezug zu lange, steigt sie gegen ende langsam an.
    man bestimmt also über das volumen des leerbezugs die starttemperatur und über die wartezeit danach die tendenz während des bezugs.
    ein funktionierendes, landläufiges verfahren ist, bis zum ende des spratzelns das wasser laufen zu lassen und dann zügig des st zu füllen, zu pressen und einzuspannen. man sollte dies nur immer nöglichst gleich schnell machen. unterschiede ergeben sich auch durch langwierige verteilungsverfahren ("wdt") oder unterschiedliche schnelle mühlen (demoka: knapp 20s, istantaneo etwa 2s). die eigentliche temperatureinstellung geschieht dann über den pressostaten. theoretisch kann man aber ohne druckverstellung durch kenntnis des zusammenhangs von leerbezugsvolumen und wartezeit jede beliebige temperatur innerhalb eines bestimmten intervalls repoduzieren. dafür müsste man bei jedem leerbezug und der wartezeit danach die sekunden zählen. mir persönlich wäre das zu aufwändig....
    gruß, max
     
  3. #23 ottensen01, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Auf >Home Barista< gab's mal sehr viele Kurven zum Thema HX und Flushing. Möglicherweise hat dort jemand auch die Antwort der Brühtemperaturkurve auf Flush- und Nachheizzeit gemessen.

    Es gibt eben doch Argumente für einen geregelten Doppelkessel. :-?

    Ideal wäre möglicherweise ein elektrisch auf Brühtemperatur geheizter Messingklotz mit einer sehr langen Wasserdurchführung mit geringem Querschnitt. Der müsste dann am Ausgang immer Wasser mit der korrekten Temperatur bereitstellen können.
     
  4. #24 meister eder, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    kannst ja statt der e61 mal einen alten quickmill-thermoblock mit nachgerüsteter pid-regelung an deine domo schrauben. wäre nur optisch nicht so der bringer...
    gruß, max
     
  5. #25 ottensen01, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Die Thermoblöcke sind ja alle eher thermische Leichtgewichte. Ich dachte an nach aussen gut isolierte 2 kg Messing mit einer schnell geregelten 3kw-Heizung. Oder so :roll:. Das müsste schon von Grund auf gebaut werden, zumal die Wasserführung so lang sein muss, dass das Wasser am Ausgang auf jeden Fall die Klotztemperatur angenommern hat.
    Wahrscheinlich kommt dann jemand und sagt, dass so eine Wärmekapazität einfacher und billiger mit Wasser zu lösen ist. Uns schon ist man wieder beim Doppelkessel mit ausreichend grossen Brühwasserkessel. Die Marzoccos und ihre Derivate sind wohl nicht umsonst ziemlich weit vorne.:-|
     
  6. #26 meister eder, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    nee, mal ernsthaft, wenn man das wasser per hx auf knapp 5°c passend vorheizt und durch einen perfekt temperierten thermoblock schickt, müsste die ausgangtemperatur recht stabil sein. und so leicht sind die blöcke von qm nun auch wieder nicht. das ganze wäre dann die verbesserte version einer bz07
    gruß, max
     
  7. Stefan

    Stefan Mitglied

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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Die schnelle Regelung wäre in diesem Fall witzlos, weil die hohe Masse der Brühgruppe der Regelung nicht einmal ansatzweise so schnell folgen könnte.
     
  8. #28 koffeinschock, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    der regler an sich muß schnell arbeiten, wegen der großen masse und dem langsamen ansprechen grundsätzlich jedes temperaturregelkreises. davon wird die regelstrecke aber nicht wirklich schnell...
     
  9. #29 gunnar0815, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Hat jemand eine Ahnung wie lang eine Strecke bzw. ein Kupferrohr sein müsste. Z. B. so bei 20 cm Länge und 40°C Umgebungstemperatur fallt die Temperatur um X°C ? Gibt es da eine Formel die man auch verstehen kann?
    Gunnar
     
  10. Stefan

    Stefan Mitglied

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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Für so einr Formel fehlen noch ein paar Angaben: Rohrquerschnitt, Durchflussgeschwindigkeit.
     
  11. #31 gunnar0815, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Rohrquerschnitt sind wohl Standard 6 mm innen dann 4 mm Durchflussgeschwindigkeit 1 oder 2 ml die Sek. auch wie immer.
    Mit den Formeln auf Wikipedia komme ich nicht so recht klar (Thermodynamik)
    Wird wohl auch nicht ganz so einfach sein
    Thermodynamik ? Wikipedia
    Gunnar
     
  12. #32 meister eder, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    ist eigentlich nicht so schwer, man muss sich nur ein paar sinnvolle näherungen einfallen lassen. wenn man alles möglichst genau haben will, geht's bald nicht mehr analytisch auf'm papier und muss per simulation berechnet werden.
    nimmst du die temperatur des rohrs als gegeben und konstant an und vernachlässigstverwirbelungen im rohr, kannst du über die wärmeleitfähigkeit des wassers, die oberfläche eines infinitesimal kurzen rohrstücks und die verweildauer im rohr eine mittlere ausgangstemperatur berechnen.
    tatsächlich kühlt sich dabei aber auch das rohr ab, sodass die heizleistung ein wenig abnimmt und du dir überlegen musst, wo die wärme herkommt und wie schnell sie zum rohr transportiert wird. wenn das noch unter halbwegs konstanten und einfachen bedingungen stattfindet, könnte ich das uU noch berechnen.
    für jede variable, die du zusätzlich mit eingerechnet haben willst, steigt der aufwand deutlich weiter, sodass man bald wirklich ein simulationsprogramm schreiben müsste...
    gruß, max
    edit: oh, hab grad in die falsche richtung gedacht, du willst ja kühlen und nicht heizen. wäre aber nur ein vorzeichenfehler, sonst bleibt alles gleich...
     
  13. #33 meister eder, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    eigentlich macht's die sache noch leichter:
    die lufttemperatur kann man als gegeben ansehen, durch die konvektion wird immer frische luft mit der angegebenen temperatur nachgeliefert. die gehäusetemperatur liegt auch um einiges höher, was mögliche fehler noch weiter verringert. bei mir sind's rund 70°c im gehäuse.
    wenn man jetzt annimmt, dass das wasser nur in flussrichtung im rohr seine temperatur ändert und im querschnitt eine gleichbleibende temepratur hat (zb durch ausreichende verwirbelung und einen geringen rohrinnendurchmesser), muss man nur für jedes beliebig kleine rohrstück berechnen, wie groß die temperaturdifferenz zwischen luft und wasser ist und kann dann unter berücksichtigung des dazwischneliegenden kupfers (leitfähigkeit und geometrie bekannt) bestimmen, welche wärmemenge auf diesem teilstück abgegeben wird. daraus bestimmt man die temperatur des wassers beim verlassen des betrachteten teilstücks und kann die rechnung am nächsten teilstück wiederholen. um einen guten näherungswert zu bekommen, muss man das rohr aber schon in ein paar hundert stücke teilen, also sind wir hier schon bei numerischen lösungsverfahren von differentialgleichungen angelangt. ist also schon keine exakte wissenschaft mehr. ließe sich aber mit den programmen, die ich zur verfügung habe, noch berechnen...
    gruß, max
     
  14. #34 gunnar0815, 26.03.2009
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    Ja hast recht bei mir sind es auch er 60°C na dann rechne mal von 102°C auf 92°C soll es runter gehen wie lang da das Rohr so den sein müsste. Interessant ist ja eigentlich ob man da noch in cm, dm oder m Bereich ist. Vielleicht auch noch mal auf 82°C
    Gunnar
     
  15. #35 meister eder, 26.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    wenn ich's nicht vergess, setz' ich mich in ein paar tagen mal ran. morgen muss ich erstmal ne klausur bewältigen, nächsten do noch eine. sowas braucht wahrscheinlich doch ein paar stunden, irgendwelche fallstricke gibt's doch immer. erinner mich mal, dran, fall's ich's vergesse...
    gruß, max
     
  16. #36 gunnar0815, 26.03.2009
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    Mache ich. Wäre es viel komplizierter das in Excel zu intrigieren so das man Anfangstemperatur und Endtemperatur eingibt (Lufttemperatur, Rohrdurchmesser usw.) und dann die Länge bekommt?
    Gunnar
     
  17. boing

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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Bei einem dünnen Kupferrohr (innen strömendes Wasser, außen Luft mit natürlicher Konvektion) entsteht der mit Abstand größte Wärmewiderstand am Übergang Luft-Rohr und ist extrem stark von der Strömungsgeschwindigkeit der Luft abhängig und vermutlich auch davon, ob das Rohr senkrecht oder waagerecht verläuft. Wenn man diesen Effekt berechnen kann (geht das?) lässt sich der Rest simulieren.

    Ein weiteres Problem wäre, dass man immer das nur ca. 70°C warme Wasser im Rohr ablassen müsste und vermutlich relativ lange flushen muss bis sich der simulierte statische Zustand eingestellt hat.
     
  18. #38 meister eder, 26.03.2009
    meister eder

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    naja, bei thermosyphon-maschinen zirkuliert das wasser ja ständig durch dieses rohr, die flussgeschwindigkeit dürfte der beim realen bezug recht ähnlich sein. bei meiner maschine wird das problem des "abgestandenen" wassers im rohr dadurch umgangen, das im hinteren teil des brühkopfes ein ausreichend heißes volumen in einer kammer steht, das zuerst auf den kaffee kommt bzw. sich im weiteren verlauf mit dem "rohrwasser" vermischt.
    mit der übertragung auf die luft hast du wahrscheinlich recht, das könnte einen koeffizienten geben, der nur durch messungen zu ermitteln ist. na mal sehen...

    gruß, max
    ps: intrigiert wird hier nicht, wir ham uns doch alle lieb :lol:!
     
  19. #39 subholon, 27.03.2009
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    AW: Überhitzung von HX Maschinen

    Hallo werte Berechnergemeinde,

    im Prinzip ist das ein klassische Wärmeübertragungs-Berechnung - ist beispielsweise im "Buch Wärmeüberetragung - Grundlagen und Praxis" / Böckh gut beschrieben. Bei den Beispielen, die ich im Kopf hab, wird die Wärmeübergangszahl aber gemittelt weil das sonst ziemlich kompliziert wird (eigentlich hängt die Wassertemperatur von der Kühlleistung und die Kühlleistung von der Temperatur ab)

    Bei Eurem Problem wird es aus meiner Sicht nochmal komplizierter, weil das ja keine erzwungene sondern eine freie Konvektion ist. Hab letztens auch was einfacheres, stationeres für mein Pavoni-Projekt gerechnet. Wenn mich recht erinnere, muss man da zur Berechnung der ganzen Variablen (Nußeltzahl, Grashofzahl... ) immer in irgendwelche Tabellen reinspringen und Werte raussuchen. Darum ist das - wie schon beschrieben - analytisch nicht möglich. Wenn man iterativ rechnen will, müßte man die Tabellen in den Rechner reinkriegen und die Werte in Abhängigkeit der Temperatur auslesen und nach irgendwelchen Konvergenzkriterien rumrotteln ... ist dann ein "einfaches" nichtlineares Problem - da bin ich schon bei weniger gescheitert... :-?

    Wenn man eine mittlere Temperatur für die freie Konvektion annimmt, dann ist das denk ich gut machbar. Allerdings würde es schon super helfen, wenn schon mal einer so ein System vergemessen hätte. Dann könnte man das als Stützpunkt nehmen und zumindest grob extrapolieren.

    Frage 1: Hat wer Messwerte ?
    Frage 2: Welche Richtung soll das Rohr haben horizontal?

    Habe da keine wirklich große Erfahrung aber die Tabellenwerte sind sicher nur ne grobe Hausnummer , Ach ja, Strahlung ist bei einem dunkleren Kupferrohr auch zu berücksichtigen ...

    Habe die Konvektionsformeln eigentlich schon im MathCad - kanns mal probieren...wenn einer im Forum solche Sachen professionel berechnet und das aus dem Ärmel schüttelt - bitte gern vordrängeln... :)

    Grüße, Markus
     
  20. boing

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    Irgendwie stehe ich gerade auf dem Schlauch...:oops: Hier mal mein aktueller Gedankengang: Wenn über das Thermosyphon der Brühkopf in Ruhe die korrekte Temperatur erreicht und die Flussrate dabei der bei einem Bezug entspräche gäbe es doch gar kein Problem mit einer Überhitzung. Und wenn dem nicht so wäre (weil die Flussrate bei der Zirkulation z.B. geringer ist) müsste im Umkehrschluss die Variante mit dem Rohr für einen zu kühlen Brühkopf sorgen...:-?

    Mal eine ganz andere Betrachtung zur Plausibilisiierung: 2ml/s Wasser bei einer Temperaturdifferenz von 10k ergibt eine abzuführende Leistung von ca. 80W bei einer Lufttemperatur die im Mittel nur 27K geringer ist. Wenn ich mich nicht verrechnet habe benötigt man dann ca. 3g Luft/s was etwa 2,5l/s sind und ohne Lüfter in einer Espressomaschine nicht erreichbar ist (selbst mit Lamellen auf dem Rohr).


    Im übrigen meine ich, dass Kartha^b^b^b^b^b^b ein schwerer Brühkopf (oder/und ein sich auf passender Temperatur befindender Wasservorrat) die bessere Lösung wäre.;-)
     
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