Physikfrage: Automatischer Kreislauf

[CS74ES]

Nabend zusammen,

ich hoffe die Frage ist hier nicht fehl am Platz, aber ich versuche es mal:

Angenommen man würde eine Art Destilator bauen, mit einem geschlossenen Kreislauf, also einen Kessel in dem z.B. Wasser erhitzt wird, was dann durch Kühlrohre zurück laufen kann. Wenn man nun vor und nach dem Kessel Ventile in die gleiche Richtung setzt, würde dann ein automatischer Kreislauf entstehen?
Sorry, wenns vielleicht total simpel ist, aber ich habe von sowas nie gehört.

Danke CS74ES

 

[de la Cruz]

Leider beschreibst Du Deine Versuchsanordnung sehr ungenau und unvollständig.

Ich gehe daher einfach mal davon aus, dass Du Dir einen heizbaren Kessel vorstellst, aus dem eine Leitung oben etwa auf der einen Seite herausgeführt und dieselbe Leitung dann oben auf der anderen Seite etwa wieder eingeführt würde. In die herausführende Leitung soll ein eingebaut eingebaut werden, bei dem es sich um ein Rückschlagventil handeln müsste, das durch den Dampfdruck des kessels geöffnet werden würde und Dampf in die Leitung strömen ließe; in die wieder hereinführende Leitung soll ebenfalls ein Rückschlagentil eingebaut werden, das vom durch die Leitung fließenden Dampfdruck geöffnet würde und den Dampf aus der Leitung wieder in den Kessel einfließen lassen sollte.

Wenn Du die Versuchsordnung nun so gesehen hast, dann würde Folgendes passieren: Sobald der Dampf im Kessel genügend Druck aufgebaut hätte, würde sich das Ventil des ausströmenden Rohres öffnen und der Dampfdruck würde in der Leitung steigen, bis der Leitungsdruck dem Kesseldruck entspricht. Danach würde nix mehr passieren, bis der Kessel gegebenenfalls bei immer höher ansteigenden Druck wohl irgendwann einmal explodieren würde.

Jedenfalls würde sich das Ventil an der ausströneden Leitung nicht öffnen, weil dort Druck und Gegendruck gleich groß wären. Auch wenn man das einführende Ventil manuell öffnen würde, würde nix passieren, denn der Druck im Kessel wird immer gleich groß oder höher bleiben als der in der Leitung. Allenfalls würde sich das einführende Ventil ganz oder teilweise schließen, solange der Druck in Kessel und Leitung gleich blieben.

Jetzt hattest Du aber oben konkret von Kühlleitungen gesprochen; wenn das heißt, dass in dem Rohr oder der Dampf herabgekühlt werden sollte oder würde, würde das trotzdem nichts an dem eingetretenen Prozeß ändern. Der Druck in der Leitung würde gegenüber dem Kesseldruck durch das Abkühlen des Dampfes absinken, sich möglicherweise bildendes Wasser durch das Einlaufrohr und durch das bei sinkendem Rohrdruck durch den höheren Kesseldruck wieder oder weiter geöffnete Einlaßventil zurückfließen, bis der Druck im Rohr wieder den Kesseldruck erreicht hätte.

Ein unechter Kreislauf käme insofern bei gekühlten Rohren allenfalls dadurch zustande, dass Dampf durch das Einlaufventil in das Rohr strömt und Wasser durch das selbe Ventil wieder zurückströmte; das Auslassventil am anderen Rohrende bliebe weiterhin ohne Bedeutung.

 

[Chicken-Nugget]

Wenn ich mich nicht täusche, müsste etwas ähnliches durchaus möglich sein:

____A______
| ................ |
| ................ B
D .............. |
| ............... |
|____C____|

D ist geheizt, B ist gekühlt. B liegt etwas höher als D.
Wird nun Wasser in D zum sieden gebracht, breitet sich der Dampf gleichmäßig über A aus. Da B gekühlt ist, kondensiert das Wasser hier.
Dadurch ist in B ein minimal höherer Druck als in D, Wasser fließt also von B über C nach D.
Die Entropie wird hier vergrößert, weil man Wärme von warm nach kalt transportiert, prinzipiell ist dies also eine Wärmekraftmaschine.
Momentan schaffe ich es aber nicht, ein gescheites p-V-Diagramm zu zeichnen, kann also gut sein dass ich gerade Blödsinn erzähle.

 

[hallo7]

Das ist möglich, ich hab auch ein Heizungssystem das so funktioniert (sprich ohne Verteilerpumpe, falls der Strom ausfällt - geheizt wird dann mit Holz).

Wichtig ist das Fallrohr am Ende, sprich den Druck im Heizkessel übertrifft man mit Schwerkraft damit das Wasser zurückgelangt, wie es auch Chicken-Nugget aufgezeigt hat.

Funktioniert als Heizung nicht besonders, da es nicht gleichmäßig warm wird, aber für den Nofall gehts.

 

[ThomasK_7]

Das ganze nennt sich auch Schwerkraftheizung und kommt sogar ohne Ventile aus!

 

[de la Cruz]

Schwerkraftheizung funktioniert so - das ist ja auch logisch und eine Binsenweisheit. Eine Schwerkraftheizung braucht aber keine Ventile ! Der TE hat aber Ventile vorgesehen und nicht genau beschrieben, wie seine Leitungen verlaufen.

Das Problem aber ist, dass der TE seine Versuchsanordnung nicht wirklich präzisiert beschrieben hat. Und wenn im Kreislauf des TE Ventile vorgesehen sind, können das ja nur Rückschlagventile sein, die den Fluss in nur eine Richtung gewährleisten. Davon bin ich oben ausgegangen.

Unter dieser Voraussetzung, dass Rückschlagventile vorgesehen sind, funktioniert der Kreislauf in der Versuchsanordnung nicht !

 

[CS74ES]

Danke, ich meinte einfach einen Destillierapparat (kennt jeder), bei dem der Auslass in den beheizten Kessel zurückgeführt wird. Die Ventile sollen Rückschlagventile sein, ja, die jeweils direkt vor und nach dem Kessel, in der Zu- und Rückleitung zu den Kühlspiralen sitzen, also quasi wie eine Diode im Elektronikbereich (vielleicht reicht sogar ein Ventil?). Also wie der Blutkreislauf im Körper. Das Herz wäre versinnbildlicht und vom Schema her der Kessel und die Lungen die Spiralen, wo das Wasser wieder abkühlt, die Ventile quasi die Herzklappen, nur halt alles in waagrechter Anordnung.
Wenn ich ein Programm hätte, würde ich es auch zeichnen.

Die Frage kam mir, weil hier vor einiger Zeit ein Wasserkühlsystem ohne Pumpe vorgestellt wurde.

 

[de la Cruz]

Für den Kreislauf brauchst Du überhaupt kein Ventil, im Gegenteil, mit Ventilen würde der Kreislauf nicht funktionieren. Entscheiden wäre vielmehr, dass die Ausgangsleitung oben am Kessel angebracht ist und die Rückkleitung ganz unten in den Kessel einmündet, dann wird der kreislauf durch die Schwerkraft in Bewegung kommen. Das ist dann allerdings das Prinzip der Schwerkraftheitzung, das weiter oben scvhon beschrieben wurde, und hat mit Destillation eigentlicvhnichts zu tun.

 

[CS74ES]

Ok, danke. Ich dachte einfach der Druck der im Kessel erzeugt wird, würde dann quasi die Pumpe ersetzen und die Rückschlagventile die Richtung vorgeben, vielleicht ähnlich wie bei einem Gleichrichter.
Gut, dann hat sich das geklärt. Danke.

 

[de la Cruz]

Doch noch eine Anmerkung: Der Druck, der im Kessel entsteht oder herrscht, ist an allen Stellen im gesamten Sytem, also sowohl im Kessel, als auch in der Leitung bzw. dem Wärmetauscher, immer der gleiche, weil es sich ja um einen geschlossenen Kreislauf handelt !

Schon von daher kann durch den Druck keine Bewegung im System entstehen. Die Bewegung entsteht dadurch, dass das wärmere Wasser eine geringere Dichte hat als das kältere Wasser, damit leichter ist und durcch die Steigleitung nach oben steigt, das kältere Wasser quasi vor sich her nach oben schiebt, dabei abkühlt und auf der anderen Seite wegen seines beim Abkühlen zunehmenden Gewichtes durch die Fallleitung wieder nach unten in den Kessel hinabsinkt.

 

[Müs Lee]

Falsch, ohne Druckunterschied keine Fluidbewegung. Lies dir mal den Wikipediaartikel zur natürlichen Konvektion durch.

 

[de la Cruz]

Nein, Du irrst, und Deine Meinung bestätigt auch die zitierte Quelle nicht ! Bei der vorliegenden Versuchsanordnung handelt es sich um ein geschlossenes System und in einem solchen ist der Druck an allen Stellen gleich.

Was Du beschreibst und auch Dein Link darstellt, ist ein druckloses System, bei dem die Verhältnisse anders sind.

 

[Chicken-Nugget]

Das System is nicht im "quasistatischen" Zustand, daher muss der Druck auch nicht überall gleich sein. Der Dichteunterschied durch den Temperaturunterschied sorgt dafür, dass an verschiedenen Stellen verschiedene Drücke herschen. (Zugegebenermaßen ist der Unterschied klein). Ohne diesen Druckgradienten wäre das Wasser ja ohne äußere Krafteinwirkung (Druck = Kraft/Fläche) und würde durch Reibungseffekte schnell stehen bleiben.

 

[de la Cruz]

Eben, der Druckunterschied ist so klein, dass er gegen NULL tendiert und deshalb bei der Betrachtung hier völlig vernachlässigt werden kann - wobei wir wieder bei quod erat demonstrandum angekommen sind !

 

[simpsonsfan]

Aber wäre dort kein Druckunterschied (bspw. weil ich eben keine Schwerkraft habe, die einen Unterschied beim hydrostatischen Druck verursacht), dann gäbe es auch keine Bewegung.
Zu sagen, der Druckunterschied hier ist klein und kann vernachlässigt werden ist wie wenn man sagt der Schub bei einem Ionentriebwerk ist sehr klein und kann vernachlässigt werden. Dann ginge aber das Funktionsprinzip verloren.

 

[Müs Lee]

@ de la Cruz: Den Druckunterschied ausgelöst durch Dichte- oder Höhendifferenzen kann man nur vernachlässigen, wenn es nicht die einzige Bewegungsquelle ist, zB bei erzwungener Konvektion. Wie gesagt, ohne Druckdifferenz keine Fluidbewegung. Insofern ja, QED.