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Taupunkt von technischen Gasen

Technology-Consulting

Autor: Herr Olaf Babel - Unternehmensberater, verfasst am 10.02.2012 (2773 Zugriffe)

Feuchte in technischen Gasen kann zum Problem werden. Doch nicht immer ist die Qualität des Gases verantwortlich. Oft kommt es vor, dass Feuchtigkeit über ein unsachgemäß ausgelegtes Leitungsnetz nachträglich ins Gas gelangt. Hersteller technischer Gase geben die Restfeuchte der Gase in Form des Taupunktes an. Oft sind auch Angaben in ppm zu finden.

Doch was bedeutet der Taupunkt eigentlich.

Der Taupunkt wird als Maß für die Feuchtigkeit eines Gases verwendet. Der Feuchtegehalt drückt aus, dass es sich um ein Gemisch aus dem eigentlichen Gas (oder Gasgemisch) und Wasserdampf handelt. Ist der Feuchtegehalt sehr gering, also der Wasseranteil sehr klein, werden meist Werte in ppm (parts per million [1/1000000]) angegeben.

Allgemein kann gesagt werden, dass der Taupunkt der Punkt ist, wo das Gas / Dampfgemisch mit dem Dampf gerade gesättigt ist. Bei Abkühlung, also unterhalb dieser Temperatur, tritt Kondensation ein. Zur individuellen Ermittlung des Taupunktes werden seitens der Industrie verschiedenste Taupunktmessgeräte angeboten. Ein Funktionsprinzip ist z.B. die Abkühlung einer Spiegeloberfläche bis zu der Temperatur, wo der Spiegel anfängt zu beschlagen was der Taupunkttemperatur entspricht.

Für ein ungesättigtes feuchtes Gas gilt das Daltonsche Gesetz:

Die Summe der Teildrücke entspricht dem Gesamtdruck eines Gasgemisches.

 

P(ges) = p(gas) + p(wasserdampf)

 

Die relative Feuchte   ϕ  gibt die im Gas enthaltene Wasserdampfmenge an.

 

    ϕ  = p(wasserdampf) / p(sättigung)

 

Die Absolute Feuchtigkeit wird berechnet mit:

 

 ρ(wasserdampf) = p(wasserdampf) / (R(wasserdampf) * T

 

R(wasserdampf) : spezielle Gaskonstante für Wasserdampf=  461,5 KJ/KgK

ρ(wasserdampf) : Dichte von Wasserdampf in Kg/m3

 

 

Der Feuchtegehalt x wird berechnet mit:

 

x =(R(gas) / R(wasserdampf)) * (ϕ*p(sättigung)/(p-ϕ*p(sättigung))

  

R                : Spezielle Gaskonstante [J/KgK]

p                 : Druck [N/m2]

 

In der Literatur wird zur Berechnung des Sättigungsdruckes auf die Gleichung von Clausisus-Clapeyron verwiesen. Diese Gleichung ist jedoch mit mehr oder weniger großen Ungenauigkeiten behaftet.

  

Wir verwenden zur Bestimmung des Sättigungsdruckes  für Wasserdampf im Bereich +100°C bis -100°C folgende Funktion:

 

P(sättigung)= 10^-4 * 61 EXP(17,1 * t / (235 + t))

 

mit :

 

p(sättigung)                         : Wasserdampfdruck Sättigungszustand in [bar]

t                                     : Temperatur bei Sättigungszustand in [°C]

   

Die Tabelle zeigt den Feuchtegehalt von Gasen mit verschiedenen Taupunkten. Werte unterhalb 0°C wurden mit dem Dampfruck über Eis gerechnet:

 

Taupunkt   [°C]

Taupunkt   [K]

Feuchte   [vpm]

Feuchte   [mg/m3]

-100

173,15

0,014

0,011

-90

183,15

0,095

0,076

-80

193,15

0,537

0,432

-70

203,15

2,568

2,064

-60

213,15

10,620

8,535

-50

223,15

38,709

31,109

-40

233,15

126,371

101,559

-30

243,15

374,474

300,948

-20

253,15

1018,868

818,818

-10

263,15

2571,019

2066,211

0

273,15

6072,440

4880,144

10

283,15

12276,041

9865,695

20

293,15

23641,308

18999,444

50

323,15

138832,892

111573,679

80

353,15

878734,507

706198,946

99

372,15

27457471,083

22066320,369


Autor:
Herr Olaf Babel - Unternehmensberater, Rocholzallee 17c, 58285 Gevelsberg, Deutschland
Telefon: 02332-609018, Telefax: 02332-609023, E-Mail: olaf.babel@unternehmensberatung-babel.de
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