Mit Trockeneis kühlen
Kühlung einmal anders…….? Wir zeigen Ihnen wie
z.B. einfach mit Trockeneis?
Einfache Handhabung, keine langen Kühlzeiten, schnelle Arbeitsschritte
Grundlagen Kühlung
Eine Abkühlung erfolgt, wenn einem Bauteil eine Wärmemenge (Q1), innerhalb einer bestimmten Zeit einem entzogen wird, indem ein Energieträger (Q2) diesem gegenübersteht. Ein einfaches Beispiel ist die Kühlung eines Getränkes. Fügt man einer Flüssigkeit ein Stück Eis hinzu so entzieht das Eis der Flüssigkeit die Wärme, indem es seinen festen Zustand aufgibt und schmilzt. Das Eis hat eine Kältemenge (Q1) gespeichert und entzieht diese äquivalent der Flüssigkeit eine Energie (Q2). Entsprechend kann auch ein Kühlmittel wie Stickstoff, Trockeneis oder andere Kühlflüssigkeiten in Abhängigkeit der spezifischen Kälteleistung, eine bestimmte Wärmemenge/Zeit abführen. Dabei ändert das Kühlmedium oft seinen Aggregatzustand, indem der Molekülverbund durch Erreichen z.B. der Siedetemperatur aufgehoben wird.
Das bedeutet: Die Wärmeströme fließen immer von warm nach kalt – wodurch, wie erwähnt, dem zu kühlenden Bauteil die Wärme entzogen wird und nicht, wie man vielleicht annehmen mag, die Kälte eindringt. So friert der menschliche Körper auch nicht, weil die Kälte in uns eindringt, sondern weil dem Körper Wärme entzogen wird, was wir durch das dann eintretende Zittern des Körpers (Bewegungsenergie) zu kompensieren versuchen.
Die Kühlung mit Trockeneis ist vom Handling etwas einfacher, als die Kühlung mit flüssigem Stickstoff. Trockenes kann bereits in einer einfachen Styroporbox gelagert und transportiert werden.
Stickstoff hingegen kann nur mit einem vakuumisolierten, in der Regel aus Edelstahl bestehenden Behälter gelagert werden. Der Transport ist bei Stickstoff dazu auch etwas schwieriger, da die Gefahrstoffverordnung der Straße und der Behälter selbst (Druckstufe) beachtet werden muss. Leider kann auch das Trockeneis nicht unbegrenzt aufbewahrt werden. So geht Trockeneis wieder in die Gasphase über, wenn es Wärme aufnimmt. In einer Styroporbox verdampfen etwa 4 kg /24 h. Je wärme die Außentemperatur je mehr verdampft also.
Automatisierte Prozesse, im Tieftemperaturbereich, lassen sich aber wiederum mit Stickstoff flüssig besser und einfacher regeln. Hier wäre das Handling mit CO2-Pellets zu aufwendig. Man müsste auf CO2-Flüssig ausweichen. Trockeneis wir d über sogenannte Pelletierer hergestellt. Dabei wird flüssiges CO2 in einen Kolbenraum versprüht und verdichtet. So können Pellets Nuggets oder Platten hergestellt werden.
Benötigen Sie aber für die Gartenparty oder für einen gekühlten Transport ein Kältemittel, ist CO2 ein idealer Kälteträger mit ca. 600 kJ/kg.
Will man eine bestimmte Menge an Getränken kühlen, so fragt man sich natürlich wie viel Trockeneis benötigt wird. Die Frage ist nicht ganz einfach zu beantworten, da viele Faktoren in die Verbrauchswerte einfließen. Es beginnt schon bei der Box, in der das Trockeneis gelagert wird und welchem Wärmeinfluss die Box ausgesetzt ist, wie oft sie geöffnet wird und wie schließlich gekühlt wird. Nutzt man den gesamten Kälteinhalt des CO2 aus indem man z.B. ein kaltes Wasserbad erzeugt, so setzt man die spezifische Wärme von Wasser mit ca. 4 KJ/KG an. Die Menge des Wassers wird nun berechnet zuzüglich der Einhausung z. B. einer Wanne ergibt sich eine zu kühlende Masse. Hinzu kommen die eigentlichen Getränke, also Flaschen und Inhalt.
Verwendet man eine Überschlagsrechnung mit einer Abkühlung von 25 oC auf 0oC so ergibt sich folgende Bilanz:
- Spezifische Wärme für Wasser und Flasche cw= 4 KJ/KG
- Masse/ Flasche 1,5 KG 50 Flaschen = 75 KG + 30 kg (Kühlbecken und Wasser)
- 4 KJ/KG * 105 KG * 25 K = 10.500 KJ
- 1 KG Trockeneis hat 600 kJ/KG also 500 KJ / 600 KJ/KG = 17,5 KG Trockeneis
- Verdampfungsverluste eingerechnet = 20 – 25 KG Trockeneis für 50 Liter Flaschen
Die Angaben sind natürlich ohne Gewähr da es sich hier um eine sehr grobe Betrachtung handelt.
Gerne erstellen wir aber eine genaue Berechnung bezogen auf Ihren Anwendungsfall.
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