Tulostusversio

Ole hyvä ja kirjaudu tai rekisteröidy.
1 tunti 1 päivä 1 viikko 1 kuukausi Ikuisesti
Kirjautuaksesi anna tunnus, salasana ja istuntosi pituus

[akallio]

Pohdiskelin tuossa vähemmän kiinnostavan palaverin aikana, että miksiköhän nykypäivänäkin maidonvaahdotus perustuu höyryboileriin? Tarkoituksena kuitenkin on tuottaa kuivaa höyryä, joten eikö olisi sama pumpata pelkkää kuumaa ilmaa?

Kuuman ilman etu - sen lisäksi ettei se vesitä maitoa ollenkaan - on paineen ja lämmön tuoton erottaminen. Tällöin voisi vaikka nappaista vaahdottaessa lämmön pois, jos vaahto kaipaa vielä tasoittelua, mutta on jo riittävän kuumaa. Tai säätää molemmat parhaiten omaa tekniikkaa, kuppia ja määriä vastaaviksi. Ja tietenkin olisi oikein kätevä, kun ei erikseen tarvitse boileria höyryntuottoon.

Iso ongelma teoriatasolla (monien käytännön ongelmien lisäksi) voisi olla se, että riittävän lämpöenergian siirto ei onnistuisi. Ensinnäkin ilman lämmittäminen saattaisi vaatia aika paljon tehoa - jos kaivaisi sen MAOL:in, niin äkkiäpä tuon laskisikin. Toisaalta boilerin puskurointiominaisuuksia voisi käyttää hyväksi tässäkin tapauksessa: ilma voitaisiin lämmittää uuttoboilerin sisällä olevan lämmönvaihtajan avulla.

Lisäksi voi olla, että kuivakin höyry on sen verran tehokkaampi energian siirtäjä, että samaan pääseminen vaatisi erittäin kuumaa ilmaa?

Helppo kokeilu olisi askarrella fööniin vaahdotuspilli päähän. Ja sitten vaan patenttihakemusta jättämään...

[Esa]

Kuumassa ilmassa ei ole energiaa paljonkaan, höyryssä aivan valtavasti. 120-asteista ilmaa saisit puhallella maitoon todella kauan saadaksesi sen lämpimäksi, ja mitä lämpimämmäksi se tulee, sitä hitaammin lämpenee, koska vesi haihtuu ilmakuplien mukana ja jäähdyttää maitoa. Höyry sen sijaan tiivistyy maidon joukkoon ja luovuttaa koko höyrystymisenergiansa, joka vedellä on todella suuri. Lisäksi ilman puhaltaminen maitoon tekisi vaahdosta suunnilleen tiskivaahdon näköistä. Höyrylläkin kuplat tehdään ilmaa lisäämällä. mutta sitä lisätään vain jokunen kuutiosenttimetri. Ilmapuhalluksessa ilmamäärä olisi kymmeniä ellei satoja litroja.

[akallio]

No niin, nyt on taulukkokirja kädessä, joten jatketaan laskuharjoituksia.

Valitettavasti MAOL ei tunne minkäänlaisen höyryn ominaislämpökapasiteettia, ja sen kauempaa en jaksa ruveta kaivelemaan. Eli helppoa vastausta ei nyt löydy...

Sen sijaan asiaa voisi ajatella niin, että meidän pitää lämmittää maito tietyssä ajassa ja laskea paljonko siihen tarvitaan tehoa.

Tehtävä: desi maitoa, 30 sekuntia aikaa, lämmitys 5C -> 80C asteeseen, siis 75C astetta lämpimämmäksi.

Aluksi oletetaan että maito on vettä. Veden ominaislämpökapasiteetti on 4,2 kJ/(kg * K).

Energiaa tarvitaan siis:

4,2 kJ/(kg * K) * 0,1 kg * 75K = 31 500 J

Joka vastaa:
31 500 J = 0.00875 kWh = 31.5 kWs

Tämän energian tuottaminen 30 sekunnissa vaatii seuraavan tehon:
31.5 kWs / 30s = 1,05 kW.

Lukema vaikuttaa aika oikealta. Nimittäin kun ajattelen omaa konetta, niin lämmityselementti kytkeytyy päälle muutama sekunti vaahdotuksen aloittamisen jälkeen ja sammuu kun vaahdotus loppuu tai vähän jälkeen. Eli on about vaahdotusta vastaavan ajan päällä. Elementin teho on 1,2 kW, mikä siis täsmää melko lähelle.

Kilowatti on varsin paljon. Meillä on esimerkiksi lämminilmapuhallin, jonka teho on 1,2 kW. Puhallin on halkaisijaltaan ehkä 20 cm ja ilma virtaa sen läpi kohtuullisen laiskasti, mutta jos kaiken ohjaisi ohueen pilliin, niin kyllä siinä olisi jo aika reilu paine. Lentelisi maidot seinille...

Mietitäänpä vielä energiamäärää kuumana ilmana. Ilman ominaislämpökapasiteetti on 1 kJ / (kg * K). Maidon ja ilman lämpötilaero on 120C - 5C = 115C. Ratkaistaan massa, kun energia 31 500 J:

31,5 kJ / ( 1 kJ / (kg * K) * 115K ) = 0,27 kg

Jos ilma olisi normaalilämpöistä, vastaisi tuo 0,27 kg / 1,3 kg/m3 = 0,21 m3 = 210 litraa ilmaa. Kuumaa ilmaa menee vielä enemmän, mutta MAOL ei kerro ilman tilavuuden lämpötilakerrointa.

Eli ehkäpä ei vielä sitä patenttihakemusta sisään...

[akallio]

Ja vielä lisää... Jos halutaankin, että ilmaa pitää puhaltaa vain vähän ja määritellään nyt vähän tarkoittamaan yhtä litraa, niin voidaan ratkaista tarvittava lämpötila:

1,3 kg/m3 * 0,001 m3 = 0,0013 kg

31,5 kJ / ( 1 kJ / (kg * K) * 0,0013 kg) = 24 230 K

MAOL ei tunne yhtään ainetta, jota 24 000 Kelviniä yli huoneenlämmön ei sulattaisi. Auringon pintalämpötilakin on reilusti pienempi, ytimessä sentään vielä kuumempi...

[Esa]

Höyryn ominaislämpökapasiteettia ei tarvita. Höyryhän on kylläistä, 100-asteista eikä siis jäähdy. Höyrystymisenergia on se juju. Veden höyrystäminen sitoo valtavasti energiaa, höyryn tiivistyminen vapauttaa sen. Olisikos se ollut vedellä 2400 kJ/kg. Voin muistaa väärin, en ole moneen vuoteen tarvinnut. Lisäksi tietysti se höyry on tiivistyttyään 100-asteista vettä, mikä vielä pikkuisen luovuttaa lämpöä, mutta sen osuus on hyvin pieni. Ei ole sattumaa, että juuri vesihöyryllä pelataan niin paljon energiatekniikassa ydinvoimaloita myöten.

[akallio]

Höyryn ominaislämpökapasiteettia ei tarvita. Höyryhän on kylläistä, 100-asteista eikä siis jäähdy. Höyrystymisenergia on se juju. Veden höyrystäminen sitoo valtavasti energiaa, höyryn tiivistyminen vapauttaa sen. Olisikos se ollut vedellä 2400 kJ/kg.

Totta! Se on noin 2250 kJ/kg, eli tuhannen kertaluokkaa suurempi. Saman näkee tietysti myös laskelmasta: vastaavan energian välittäminen ilmalla vaatii tolkutonta tilavuutta tai lämpötilaa.

[Pisketti]

Mielenkiintoinen ajatus.
Insinöörit Italiassa ovat varmaan suorittaneet samat laskutoimitukset jossain vaiheessa.
Harmillista, että fyysikan lait eivät tule yhtään vastaan.
:mrgreen: