Analyse der thermischen Eigenschaften von Flüssigkeiten

Physikalische Eigenschaften von Arbeitsflüssigkeiten

Die F&E-Abteilung von SACOME bietet ihren Kunden weiterhin einen Service zur Analyse der physikalischen Eigenschaften ihrer Arbeitsmedien an. Ziel dieser Analyse ist die korrekte Charakterisierung der Eigenschaften, die einen direkten Einfluss auf den Prozess der Wärmeübertragung haben. Die Eigenschaften, auf die wir uns beziehen, sind: spezifische Wärme, Wärmeleitfähigkeit und Viskosität.

Ausgangspunkt bei der Konstruktion jedes Wärmeaustauschsystems ist die Definition, wie sich diese thermischen Eigenschaften während des Prozesses entwickeln, sei es beim Erwärmen oder Kühlen. Eine falsche Definition dieser Eigenschaften kann zu einer ineffizienten oder ungeeigneten Konstruktion führen.

Von den thermischen Eigenschaften beeinflusste Konstruktionsparameter

Insbesondere bei Rohrwärmetauschern gibt es zwei Konstruktionsparameter, die direkt von den berücksichtigten thermischen Eigenschaften beeinflusst werden:

• Erforderliche Austauschfläche. Die thermischen Eigenschaften bestimmen (zusammen mit anderen Prozessparametern) den Betriebszustand der Anlage, der sich aus verschiedenen dimensionslosen Zahlen wie der Reynolds-Zahl, der Prandtl-Zahl oder der Rayleigh-Zahl ergibt. Die Wärmeübergangskoeffizienten unterscheiden sich stark davon, ob die Strömung laminar, im Übergang oder turbulent ist. Daher ermöglicht eine angemessene Charakterisierung der Eigenschaften eine Optimierung der Austauschfläche des Geräts. Dies hilft dem Konstrukteur bei der Anpassung der Größe des Wärmetauschers und damit auch seines Preises.

• Geschätzter Druckverlust. Obwohl dessen Ermittlung auch vom Betriebszustand (laminar, turbulent oder im Übergang) abhängt, ist in diesem Fall die Viskosität der entscheidende Parameter. Im Allgemeinen hängt die Viskosität stark von der Temperatur ab, sodass die Annahme eines konstanten Temperaturwertes zu einer falschen Berechnung des Druckverlusts führen kann, wenn der Heiz- oder Kühlbereich groß ist. Die direkte Folge ist eine falsche Dimensionierung des Rohrwärmetauschers sowie der übrigen Anlagenteile wie Pumpen, Ventile usw.

Charakterisierung der thermischen Eigenschaften von Flüssigkeiten

Bei SACOME haben wir Zugang zu Messgeräten und hochqualifiziertem Personal. Dadurch können wir die thermischen Eigenschaften von Flüssigkeiten anhand einer kleinen Produktprobe zuverlässig und präzise charakterisieren:

• Spezifische Wärme. Dank eines Differential-Sweep-Kalorimeters können wir eine modulierte Temperaturmethode anwenden, bei der die Probe in verschiedenen Stufen um einige Grad, getrennt durch isotherme Perioden, und mit einer in °C/min ausgedrückten Heizrampe erwärmt wird. Die Kalibrierung der Wärmeströmung ermöglicht eine genaue Messung der spezifischen Wärme bei niedrigen und hohen Temperaturen.

• Wärmeleitfähigkeit. Diese kann durch indirekte Messung der Wärmediffusionsfähigkeit unter Anwendung der Laser-Flash-Technik (LFA) oder durch direkte Kontaktmessung mit einem invertierten Sensor ermittelt werden, der zusätzlich Effusivitätsmessungen durchführt. Das Gerät ermöglicht auch Messungen bei verschiedenen Temperaturen.

• Viskosität. Eine Vielzahl von Produkten, die in der Lebensmittelindustrie verarbeitet werden, sowie viele Abfallstoffe aus allen Industriezweigen weisen ein nicht-newtonsches Verhalten auf. Daher variiert die Viskosität nicht nur mit der Temperatur, sondern auch mit der Scherkraft (die in direktem Zusammenhang mit der Durchflussgeschwindigkeit und dem Rohrdurchmesser steht). Für eine korrekte Charakterisierung dieser Flüssigkeiten ist eine rheologische Untersuchung mit einem Rheometer mit geeigneter Geometrie und einem Schergeschwindigkeits-Sweep erforderlich. Unter Einhaltung der vorgeschriebenen Vorsichtsmaßnahmen, damit die Probe nicht austrocknet, kann diese Untersuchung in einem breiten Temperaturbereich durchgeführt werden.