Kuehner - Glossar

Bezugstemperatur

Temperatur, auf die sich der angegebene Volumenstrom bezieht. Fluide ändern mit der Temperatur die Dichte, dies beeinflusst den resultierenden Massenstrom. Die Einheit beträgt üblicherweise [°C].

Europäische Druckgeräterichtlinie

(pressure equipment directive PED 97/23/EG)

Die europäische Druckgeräterichtlinie 97/23/EG vom 29. Mai 1997 regelt die Anforderungen an Druckgeräte sowie das Inverkehrbringen derselben.
Die einzelnen Mitgliedsstaaten der europäischen Union müssen diese Richtlinien in nationales Recht umsetzen. Dies geschieht in Deutschland durch das Geräte- und Produktsicherheitsgesetz (GPSG) und die zugehörige Druckgeräteverordnung (GPSGV).

Für die Erfüllung der Anforderungen entsprechend der Druckgeräterichtlinie können unterschiedliche Normen, Regelwerke und Spezifikationen verwendet werden. So kann beispielsweise das AD-2000 Regelwerk angewendet werden oder die harmonisierte Norm DIN EN 13 445 für unbefeuerte Druckbehälter. Die Wahl des jeweiligen Systems ist dabei offen.

Quellennachweise:
http://de.wikipedia.org/wiki/Druckger%C3%A4terichtlinie (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)
http://www.vdtuev.de/publikationen/ad2000 (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Korrosion

Das Wort Korrosion lehnt sich an das lateinische Wort corrodere an, was so viel bedeutet wie „zerfressen, zernagen“. Bei Korrosion handelt es sich um eine Veränderung des Werkstoffes in Folge von Zeit- und Umgebungseinflüssen. Korrosion kann bei unterschiedlichen Werkstoffen auftreten. Die wohl bekannteste Art der Wechselwirkung findet zwischen Eisen und Sauerstoff statt, im Alltag auch „rosten“ genannt. Im schlimmsten Fall können Bauteile durch Korrosion unbrauchbar werden. Daher erhält der Korrosionsschutz eine große Bedeutung.

Die Unterscheidungsarten von Korrosion können unter anderem auch in der DIN EN ISO 8044 „Korrosion von Metallen und Legierungen – Grundbegriffe und Definitionen“ entnommen werden.

Quellennachweise:
http://de.wikipedia.org/wiki/Korrosion (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Massenstrom

Masse, die bezogen auf eine Zeiteinheit einen Strömungsquerschnitt (Länge x Breite) passiert.

Quellennachweise:
Ebertshäuser H. / Helduser S.: Fluidtechnik von A bis Z, 2. Überarbeitete Auflage 1995, Vereinigte Fachverlage, Mainz, ISBN 3-8023-0420-9
http://de.wikipedia.org/wiki/Massenstrom (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Nusselt-Zahl

Wird auch als dimensionsloser Wärmeübergangskoeffizient bezeichnet. Die Nusselt-Zahl gibt an, in welchem Verhältnis die thermische Grenzschicht zur charakteristischen Abmessung des wärmeübertragenden Körpers steht.

Quellennachweise:
VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang, Hrsg. Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC), 9. Auflage 2002, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Tokio, ISBN 3-540-41201-8
Wagner, W.: Wärmeaustauscher, 3. Auflage 2005, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN-10: 3-8343-3026-4
Wagner, W.: Wärmeübertragung, 6. Überarbeitete und erweiterte Auflage 2004, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN: 3-8023-1974-5
http://de.wikipedia.org/wiki/Nusselt-Zahl (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Prandtl-Zahl

Ein dimensionsloses Stoffwert-Verhältnis von der kinematischen Viskosität und der Temperaturleifähigkeit eines Fluids. Die Prandtl-Zahl kann als Maß für das Dickenverhältnis von Strömungs- und Temperaturgrenzschicht angesehen werden.

Reynolds-Zahl

Dimensionslose Kennzahl, mit deren Hilfe die Frage nach der Turbulenz einer Strömung beantwortet werden kann. Ein Literaturwert für die kritische Reynolds-Zahl ist 2300. Das bedeutet, dass die Strömung von laminarer Strömung in einen Übergangsbereich übergeht, da es keinen abrupten Übergang von laminarer auf turbulente Strömung gibt. Bei einer Re-Zahl > 10000 spricht man in der Regel von einer (hoch)turbulenten Strömung. Die Reynolds-Zahl gibt das Verhältnis der Trägheitskraft zur Reibungskraft.

Rohrtypen

Für den Bau von Wärmetauschern können in Abhängigkeit zum jeweiligen Einsatz unterschiedliche Rohrarten zum Einsatz kommen. In der Regel handelt es sich im Bereich von Rippen und Glattrohrwärmetauschern um:

Glattrohre
Lamellenrohre
Spiral- oder Bimetallrippenrohr

Thermische Grenzschicht

Die thermische Grenzschicht ist der Bereich eines strömenden Fluids, der z.B. durch Einflüsse zweier Fluidtemperaturen oder einer Fluidtemperatur und einer Wandtemperatur beeinflusst wird.

Wird eine ausgebildete Rohrströmung betrachtet, so hat das Fluid eine bestimmte Fluidtemperatur und das begrenzende Rohr eine bestimmte Wandtemperatur. Der Bereich, in dem der Übergang von der einen auf die andere Temperatur stattfindet, ist der Bereich der thermodynamischen Grenzsicht.

Quellennachweise:
Wagner, W.: Wärmeaustauscher, 3. Auflage 2005, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN-10: 3-8343-3026-4
Wagner, W.: Wärmeübertragung, 6. Überarbeitete und erweiterte Auflage 2004, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN: 3-8023-1974-5
http://de.wikipedia.org/wiki/Thermische_Grenzschicht (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Verdampfung / Kondensation

Verdampfung ist der Übergang eines Stoffes von seinem flüssigen in seinen gasförmigen Zustand. Dazu wird in der Regel Energie in Form von Wärme benötigt. Nach Siedebeginn läuft ein isothermer Prozess ab, bei dem die Flüssigkeit verdunstet. Ist die gesamte Flüssigkeit verdunstet, wird bei weiterer Wärmezufuhr die Temperatur des Fluids wieder ansteigen.

Durch den Phasenübergang (flüssig – gasförmig) nimmt das Volumen des Fluids stark zu, was auf einer Entfernungsänderung der Moleküle beruht. Die zugeführte Energie in Form von Wärme wird dabei zur Überwindung der vorliegenden Kohäsionskräfte benötigt.

Kondensation ist der gegenteilige Vorgang, folglich der Übergang vom gasförmigen in den flüssigen Zustand.

Quellennachweise:
Frohn, A.: Einführung in die Technische Thermodynamik, 3. Auflage 1998, Verlag Konrad Wittwer GmbH, Stuttgart, ISBN 3-87919-263-4
Wagner, W.: Wärmeübertragung, 6. Überarbeitete und erweiterte Auflage 2004, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN: 3-8023-1974-5
http://de.wikipedia.org/wiki/Verdampfen (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)
http://de.wikipedia.org/wiki/Kondensation (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Volumenstrom

Volumen eines Fluids, das bezogen auf eine Zeiteinheit einen Strömungsquerschnitt (Länge x Breite) passiert.

Wärmekapazität

Ein bestimmter Stoff kann bezogen auf eine Temperaturänderung thermische Energie speichern. Die Wärmekapazität gibt eine quantitative Aussage über das Speichervermögen / die Eigenschaft des jeweiligen Stoffes bei einer zugehörigen Temperatur und Aggregatzustand.
Gleichung der Wärmekapazität: C = dQ/dT [J/K]

In der Regel wird die Wärmekapazität eines Stoffes bezogen auf dessen Masse angegeben. Man spricht dann von seiner spezifischen Wärmekapazität. Die Einheit ist hier in der Regel [J/(kgK)].
Auf Grund unterschiedlicher Abhängigkeiten dieser Stoffeigenschaft werden oftmals zwei Größen angegeben:

Cp – spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck

Cv – spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen

Beide spezifischen Wärmekapazitäten unterscheiden sich wenig voneinander, in der Regel gilt Cp >= Cv. Vor allem bei festen und flüssigen Stoffen kann Cp ~ Cv angenommen werden.

Quellennachweise:
VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang, Hrsg. Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC), 9. Auflage 2002, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Tokio, ISBN 3-540-41201-8
Frohn, A.: Einführung in die Technische Thermodynamik, 3. Auflage 1998, Verlag Konrad Wittwer GmbH, Stuttgart, ISBN 3-87919-263-4
Wagner, W.: Wärmeaustauscher, 3. Auflage 2005, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN-10: 3-8343-3026-4

Wagner, W.: Wärmeübertragung, 6. Überarbeitete und erweiterte Auflage 2004, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN: 3-8023-1974-5
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmekapazit%C3%A4t (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Wärmeträgermedien

Bei indirekten Heiz- bzw. Kühlkreisläufen werden Wärmeträger eingesetzt. Dabei transportieren die Medien Wärme von einer Quelle (z.B. Erhitzer) zu einer Senke (z.B. Kühler). Eingesetzt werden meist Wärmeträger im flüssigen oder gasförmigen Zustand. Gasförmige Systeme sind meist aufwändiger zu betrieben, weshalb flüssige Medien bevorzugt werden. Die Entscheidung ist jedoch vom jeweiligen Einsatzfall abhängig.

An ein Wärmeträgermedium werden folgende Ansprüche gestellt:

gute Wärmeübertragungseigenschaften, wie bspw. hohe spezifische Wärmekapazität, großer Wärmeübergangskoeffizient, gute Wärmeleitfähigkeit, …
später Siedebeginn
tiefe Erstarrungstemperatur
über den gesamten Temperaturbereich gleichmäßige und niedrige Viskosität
thermische Stabilität
möglichst geringes Korrosionspotential
träges Verhalten / unempfindlich gegenüber anderen Stoffen (z.B. Luft, …)
möglichst geringes Gefährdungspotenzial (Gesundheit, Umwelt, Entflammbarkeit, …)
einfach zu entsorgen
so drucklos als möglich im Betrieb

Ein idealer Wärmeträger, der in allen Belangen sehr gute Eigenschaften aufweist, wurde bisher noch nicht gefunden oder entwickelt. Daher muss entsprechend jeglichem Einsatzbereich ein guter Wärmeträger ausgewählt werden. Oftmals sind bei dieser Auswahl Kompromisse einzugehen.

Zur Auswahl stehen:

Wasser
Thermoöle
Gase (z.B. Luft)
Salzschmelzen
Flüssige Metalle

Wasser und Wasserdampf:

Ist eigentlich das beste Wärmeträgermedium. Mit einer Wärmekapazität von ca. 4,2 kJ/(kgK), einer hohen spezifischen Verdampfungsenthalpie von ca. 2.100 kJ/kg und einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,65 W/(mK) ist Wasser ein sehr guter Wärmeträger und kann auch in den meisten Fällen genutzt werden. Hinzu kommt, dass Wasser im Regelfall keine Umweltgefährdung darstellt. Lediglich bei hohen Temperaturen benötigt Wasser einen hohen Druck, um im flüssigen Aggregatzustand zu bleiben, was zu einem hohen Anlagen- und Sicherheitsaufwand führt.

Weitere Nachteile bei Wasser und Wasserdampf sind die Neigung zu Korrosion und Verkrustung, welche einen gewissen Aufwand für die Wasser- und Dampfaufbereitung bedeuten.

Bei Anlagen, die mit Wasser oder Wasserdampf betrieben werden, ist auf Frostschutz hinzuweisen. Sollten Anlagen mit diesen Betriebsmedien, aus welchen Gründen auch immer, im Winter im Stillstand sein, so besteht massive Frostgefahr. Folge sind oftmals erhebliche Schäden an der Anlage, wie beispielsweise geplatzte Wärmetauscher. Daher ist sorgfältig auf den jeweiligen Frostschutz zu achten.

Anmerkung: Frostschutzmittel können die guten Wärmeträgereigenschaften von Wasser negativ beeinflussen, jedoch den Korrosionsschutz verbessern.

Wasser wird daher meist bis ca. 150°C eingesetzt.

Wasserdampf wird in der Regel in Temperaturbereichen bis 200°C eingesetzt.

Thermoöle:

Vorteile von organischen Wärmeübertragern liegen in einem hohen Temperaturspektrum von ca. 0°C bis 400°C bei sehr niedrigem Betriebsdruck. So können beispielsweise „drucklose“ Anlagen bis zu einer Betriebstemperatur von 350°C realisiert werden. Ein weiterer Vorteil liegt in gutem Korrosionsverhalten gegenüber den klassisch verwendeten Werkstoffen, und bei Frost ist keine wesentliche Ausdehnung des Mediums zu erwarten.

Nach ihrer Herkunft gliedern sich organische Wärmeträger in Wärmeträgeröle auf Mineralölbasis und in synthetische Wärmeträgeröle. Entsprechend ihrem Aufbau und der chemischen Zusammensetzung ergeben sich unterschiedliche Eigenschaften, wie beispielsweise die thermischer Stabilität, Alterung und Löslichkeit von Gasen.

Die bei Thermoölen wichtigen Zersetzungsvarianten sind die Molekülverkleinerung und die Bildung von größeren Molekülen. Molekülverkleinerung hat zumeist eine unerwünschte Senkung der Siedetemperatur zur Folge. Die Bildung von größeren Molekülen führt meist zur Verkokung des Systems.

Beim Einsatz von Thermoölen ist in jedem Fall eine intensive Abstimmung mit dem Öllieferanten in Bezug auf den jeweiligen Einsatz zu treffen. Organische und anorgansiche Wärmeträger haben Einsatzgrenzen, werden diese überschritten, kann nicht nur die Anlage schwerwiegend beschädigt, sondern auch die Betriebssicherheit massiv gefährdet werden.

Gase:

Gase haben im Allgemeinen einen großen Temperatureinsatzbereich. Konkret kann der Einsatz von Gasen bis 1.000°C gehen.

Unterschiedliche Gase haben Ihre jeweiligen Eigenschaften und Verfügbarkeiten. So hat beispielsweise Helium grundsätzlich gute Wärmeübertragungseigenschaften – eine Wärmekapazität von ca. 5,0 kJ/(kgK) und eine Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,3 W/(mK). Dementgegen steht beispielsweise Luft mit einer verhältnismäßig schlechten Wärmeübertragungseigenschaft – Wärmekapazität von ca. 1,0 kJ/(kgK) und einer Wärmeleitfähigkeit von ca. 0,03 W/(mK).

Luft ist in der Regel gut verfügbar und kann auch in offenen Systemen üblicherweise problemlos eingesetzt werden.

Salzschmelzen:

Salzschmelzen können in einem Temperaturbereich bis ca. 550°C eingesetzt werden. Im Betrieb können Zersetzungen der Schmelze sowie Oxidation an sauerstoffberührten Oberflächen auftreten. Letzteres kann z.B. durch Inertgasabdeckung des Sammelbehälters vermieden werden.

Generell ist bei Salzschmelzen erhöhte Vorsicht gegenüber der jeweiligen Werkstoffauswahl geboten.

Flüssige Metalle:

Werden gerne in Temperaturbereichen bis 800°C eingesetzt. Im Einzelfall können auch 800°C überschritten werden. Hohe Siedepunkte und hohe Wärmeleitfähigkeiten ergeben tendenziell gute Eigenschaften der Wärmeübertragung.

Kritisch müssen bei flüssigen Metallen die Umweltverträglichkeit und die notwendigen Sicherheitsvorkehrungen betrachtet werden. Explosionsgefahr ist bei Einsatz von Natrium gegeben. Insgesamt müssen für Wärmeträger in Form von flüssigen Metallen hohe Aufwände betrieben werden.

Quellennachweise:
VDI-Wärmeatlas: Berechnungsblätter für den Wärmeübergang, Hrsg. Verein Deutscher Ingenieure, VDI-Gesellschaft Verfahrenstechnik und Chemieingenieurwesen (GVC), 9. Auflage 2002, Springer Verlag Berlin Heidelberg New York Barcelona Hongkong London Mailand Paris Tokio, ISBN 3-540-41201-8
Wagner, W.: Wärmeträgertechnik, 7. Überarbeitete und erweiterte Auflage 2005, Vogel Buchverlag, Würzburg, ISBN-10: 3-8343-3033-7
http://de.wikipedia.org/wiki/W%C3%A4rmetr%C3%A4ger (Stand 07.03.2011 – 12:00 Uhr)

Man muss nicht alles wissen. Wenn man weiß, wo man es nachlesen kann.