Wasserfüllstand im Boiler optimieren

AW: Wasserfüllstand im Boiler optimieren

hi gunnar,
etwas vorsichtig muss man beim spielen jedoch sein: nicht, dass aus versehen die heizelemente frei liegen und sterben. man muss also aufpassen, dass die fuellstandssonde nicht zu tief hineingeschoben wird!
lg blu

 

AW: Wasserfüllstand im Boiler optimieren

hi gunnar,
danke! hatte dich schon verstanden, wollte dennoch einen warnhinweis geben. man muss ja wissen, bei welcher mindesttiefe man anfangen darf (sich also z.b. die werkseinstellung merken).
haengt es eig. (neben der temperatur bzw. dem kesseldruck) hauptsaechlich von der oberflaeche des wassers ab, wie viel dampfpower zur verfuegung steht? wuerde ich ja aus dem bauch raus vermuten (ok, bei maschinen mit stehendem zylinderfoermigen kessel gibt's wohl andere gruende).
lg blu

 

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Guten Morgen,

zwar noch früh, aber ich versuch mich mal mit einer Erklärung. Von der Oberfläche eher weniger, sondern von der Masse des Wassers hängt das ab.

Wasser benötigt beim Phasenwechsel eine beträchtliche Energie, um bei 100°C vom flüssigen in den gasförmigen Zustand überzugehen. Unter Normaldruck beträgt diese Verdampfungsenthalpie 2,26MJ/kg. Im Kessel befindet sich nun ( durch thermostatische oder pressostatische Steuerung ) Wasser und Wasserdampf im Gleichgewicht bei höherem Druck und höherer Temperatur.
Die in der Temperturzunahme des Wassers über 100°C gespeicherte Energie kann nur bei höherem Druck gehalten werden.

Wird nun die Dampfdüse geöffnet, fällt der Druck und die in der Flüssigphase zusätzlich gespeicherte Energie wird spontan frei. Durch das Freiwerden aber geht weiteres Wasser in den gasförmigen Zustand über, ohne das eigentlich die Heizung anspringen müsste. Die Temperatur des Wassers fällt dabei auf 100°C. Durch den Druckabfall wird der Pressostat nun schalten und zusätzliche Energie durch den Heizstab nachliefern.

Der Betrag dieser "inneren" Energie hängt nun kaum vom Dampfvolumen über dem Wasser, sondern vielmehr von der Masse des Wassers selber ab.

Gelegentlich kann man diesen Effekt beobachten, wenn das Teewasserventil geöffnet wird. Statt reinem Wasser entsteht hier oft erst einmal Dampf, weil das entspannte Wasser spontan anfängt zu sieden, da es die Überschussenergie bei Normaldruck nicht mehr halten kann.

Cryonix

 

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hallo und guten morgen cryonix,
vielen dank fuer deine erklaerung! ich haette gedacht, dass bei einer groesseren oberflaeche mehr wasser ueberhaupt die chance bekommt zu verdampfen.
aus deiner aussage folgt ja im prinzip, dass man den kessel "moeglichst voll" machen soll, was ja auch dem innenliegenden heizkoerper entgegenkommt. kennst du (oder jmd. anderes) eine erklaerung, warum dann manche hersteller die sonde so platzieren, dass der kessel "nur" zu etwa 50% - 60% gefuellt ist?
lg blu

 

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Die Betrachtung oben beruhte natürlich erst einmal nur auf der Funktionsweise dieser "inneren" Heizung des Wassers selber. Das würde zu dem unzulässigen Schluss führen, viel hilft viel. Demnach Kessel möglichst randvoll machen...

Für einen ausgeglichenen Zustand ist das Verhältnis Wasservolumen zu Dampfvolumen, aber auch die Oberfläche, an der überhaupt etsprechende Mengen zum Sieden kommen können, wichtig.

Der über dem Wasser liegende Dampf hat ja schon die beträchtliche Enthalpie inne. Verringere ich hier zu sehr, fällt die Bilanz wieder. Das Problem liegt vermutlich bei den viel zu kleinen Heizungen der Haushaltsmaschinen, hier entsprechend nachzuliefern. 1..1,5 kW nehmen sich eher bescheiden aus, bei bis zu 6kW bei großen Gastrogeräten. Deswegen die beschriebene Möglichkeit, hier etwas mehr "Energie auf Vorrat" vorzuhalten.

Man kann das sicher auch mathematisch optimieren, etwa die Summe aus Wasser und Dampfenthalpie bei einem zylindrisch liegendem Kessel in Abhängigkeit vom Füllstand einem Maximum zuzuführen. Über einer idealen Füllhöhe wird die Bilanz aber wieder fallen.

Vermutlich hängt das Ganze dann noch von der Kesselgeometrie ab. Stelle ich den gleichen Kessel aufrecht, ergibt sich vielleicht ein anderes Optimum. Und ich kann mir denken, dass die meisten Hersteller solche Berechnungen in ihre Sondeneinstellung mit haben einfliessen lassen.

Grüsse Cryonix

 

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Das ist ein interessantes Thema. Vielen Dank für die erhellenden Ausführungen, Cryonix! Wäre das nicht etwas für das Kaffeewiki?

Ich kann mir vorstellen, dass die Hersteller den Füllstand insbesondere im Hinblick auf den HX festlegen und weniger darauf achten, die Dampfpower zu optimieren.

@Gunnar
Hast Du eine Temperaturveränderung des Brühwassers feststellen können?

Viele Grüße
Steffen

 

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Höherer Wasserstand im Boiler bedeutet zwar mehr gespeicherte Energie und damit mehr Dampf, gleichzeitig wird der Dampf aber auch feuchter. Ich mache meine Milchmixgetränke mit Ristretti, da möchte ich beim Schäumen nicht unnötig viel verdünnen. Ich schlage folgenden Versuch vor:
1. Einstellung nach Gunnar-Methode, 3 Min lang Dampf ablassen in ein gekühltes ( Wasserbad ) Milchkännchen, anschliessende Messung des Kondensats.
2. Einstellung der Niveausonde minimal oberhalb der Heizung, obigen Ablauf in der Einstellung wiederholen.

Gruss Roger

 

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Dampf und Wasser sind gleich heiss, einzig die Wärmeübertragung auf das Metall des HX ist bei dem Wasser besser.
Gruss Roger

 

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Hallo cryonix,

bis hierher kann ich Dir zwar folgen, aber es drängen sich ein paar Fragen auf: Warum wird "in der Flüssigphase zusätzlich gespeicherte Energie" spontan frei? Und was bedeutet in unserem Fall "Energie wird frei", wie wird sie frei?

Der Konjunktiv ist hier richtig. Bei einem durch Pressostat geregelten Kessel löst der fallende Druck die Heizung aus sobald der Druck den unteren Schaltpunkt unterschreitet...

Das wäre nur dann der Fall, wenn der Druck tatsächlich rasch auf Atmosphärendruck abfallen würde. In der Praxis schaltet der Presso- oder Thermostat viel früher und wir haben den Übergang von einem statischen Gleichgewicht (im geschlossenen System) in ein dynamisches (im offenen System). Zumindest wenn die Maschine sauber durchkonstruiert ist, stellt sich bei offenem Dampfhahn ein dynamisches Gleichgewicht (irgendwie geistert in dem Zusammenhang noch Clausius-Clapeyron in meinem Hinterkopf herum, aber vielleicht irre ich mich da) ein, bei dem pro Zeiteinheit gleich viel Wasser verdampft, wie über den Dampfhahn entweicht, d.h. der (Über-)Druck bleibt - zumindest über einen gewissen Zeitraum - nahezu konstant. Vorausgesetzt Kesselgröße, Wasserstand, Heizleistung und Öffnungsquerschnitt der Düse sind aufeinander abgestimmt. Im Optimalfall verkraftet das System auch ein Anspringen der Kesselbefüllung, ohne daß der Druck auf Atmospärendruck absinkt und die Wassertemperatur auf die o.a. 100°C absinkt.

Das ist zwar korrekt aber ich bin mir nicht sicher ob es in der Praxis auch relevant ist (s.o.). Die Praxis zeigt, daß bei gleichem Boiler ein größeres Dampfvolumen einen trockeneren Dampf ergibt (was man übrigens einfach gemäß Roger's Anregung nachprüfen könnte). Das könnte man nun zwar auch durch den größeren Abstand zwischen Wasseroberfläche und Ausgang des Dampfrohres erklären, aber ich denke, daß dies als Erklärung allein nicht ausreicht.

Würde man nämlich Gunnar's Hypothese (und Deiner Erklärung derselben) folgen würde das - ed: wie in Deinem Folgebeitrag richtig angemerkt - bedeuten, daß ein prall mit Wasser gefüllter Kessel die größte Dampfpower hätte.

edit:

Deinen zweiten Beitrag halte ich schon für wesentlich zutreffender auf die herrschende Problematik

doch der relativiert natürlich Gunnars Hypthese wieder ein wenig findet...

Walter

 

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1.Das ist ziemlicher Quatsch. Wenn der Dampf feuchter wird heißt das, der relative Anteil an transportierten Wasser im Dampf wird größer, gleichzeitig bedeutet mehr Dampfpower nur mehr Wasserdampf in einer gewisssen Zeit. Die Effekte addieren sich. Wenn die " Dampfpower " um 20 % zunimmt wird einfach 20% mehr Dampf/Min transportiert, Du kannst dann 20% schneller Schäumen ( bei gleichem Dampfvolumen ), hast aber entsprechend der Zunahme der rel. Feuchte effektiv mehr Wasser im Cappu !!!
2. Der feuchtere Dampf hat eine höhere Wärmespeicherfähigkeit, bei gleichem Dampfvolumen wird die Milch schneller heiss, aber nicht schneller geschäumt.
3. Das Kesselwasser ist nicht von der schmackhaftesten Sorte, feuchterer Dampf trägt eher zu einem unangenehmen Subgeschmack bei.
4.

Alle Welt schwärmt vom trockenen Dampf der größeren Gastros ( mit niedrigem Kesselstand ) und bemängelt den feuchten Dampf der kleinen Haushaltszweikreiser ( erst recht der Einkreiser ala Silvia ). Mach mal das Gegenteil und versenk die Sonde soweit wie möglich, auch wenn Du dann ein wenig länger Schäumen müsstest solltest Du bei objektiver Beurteilung einen positiven ( geschmacklichen und schaumqualitativen ) Effekt bemerken. Die Konstrukteure der Gastros mit größerem Kesselvolumen senken genau aus diesem Grund das Wasserniveau so weit wie möglich.
Gruss Roger

 

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Du kannst es gerne halten wie Du magst, aber bei meiner zweigruppigen nehm ich den niedrigsten Wasserstand, bei dem die Heizung noch im Wasser ist. Da hab ich trockenen Dampf ohne Ende...

Ich versteh' ja, daß Du meinen Interpretationen keinen Glauben schenken magst, aber wenn Du Cryonix' zweiten Beitrag aufmerksam durchliest, sollte Dir eigentlich da auch auffallen, daß das Deine Hypothesen doch ein wenig relativiert...

 

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Für dich vielleicht, für viele andere reale Erfahrung.

Nicht man sondern Gunnar.
Gruss Roger

 

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Aufpassen - je nach Bauart (Einbaulage!) beenflusst ein veränderter Kesselstand auch die Temperatur bzw. das Temperaturverhalten des Wärmetauschers!

Gruss
Stefan

 

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Kann ich gerne machen, wenn ich das nächste Mal in der Rösterei bin, aber Vergleich haben wir dann leider trotzdem keinen. Für den bräuchten wir nämlich auch die Menge des in den 30 sec. ausgeströmten Dampfes...