Forum: Mechanik, Gehäuse, Werkzeug Dampfdiffusion durch kleines Loch in Behälter


von Bernd K. (prof7bit)


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Gegeben sei ein Behälter mit einem gegebenen Luftvolumen und undichte 
Stellen von insgesamt einigen zehn mm² Fläche (lange aber schmale Spalte 
am Rand des Deckels).

Temperatur innen wie außen ist konstant 20°C, außen herrscht 50% 
relative Luftfeuchtigkeit, innen zunächst 5%, jetzt wird der Deckel 
undicht wie oben beschrieben. Der Partialdruck des Wasserdampfs ist 
unterschiedlich und der Dampf aus der Außenluft ist bestrebt in das 
Innere der Box zu gelangen um das auszugleichen.

Jetzt kann ich mir natürlich vorstellen daß es NICHT so ist daß jetzt 
einfach Dampf mit einer Druckdifferenz von zehn Millibar ungehindert 
durch das Loch pfeift und in wenigen Sekunden oder Minuten der Druck 
ausgeglichen ist, immerhin muß die selbe Menge Luft auch in die andere 
Richtung durch das selbe Loch passieren um dem Dampf Platz zu machen. 
Ich habe allerdings nicht die geringste Idee wie ich auch nur 
ansatzweise abschätzen könnte wie lange sowas wirklich dauert, also 
wieviel Wasserdampf pro Sekunde bei gegebener Öffnung, gegebenem 
Luftdruck und Temperatur, bei einer gegebenen Partialdruckdifferenz von 
der einen auf die andere Seite gelangt.

Das liegt wahrscheinlich auch daran daß ich nicht so recht weiß wonach 
ich überhaupt googeln muß um den Einstieg in das Thema zu finden oder 
gar irgendwelche fertige Faustformeln, Messungen, Tabellen oder 
dergleichen die ich einfach entsprechend skalieren könnte um zumindest 
ne grobe Intuition davon zu bekommen, zumindest mal ne Größenordnung, 
wieviel Wasser an einem Tag durch ein Loch gegebener Größe wandern kann 
und wie undicht es für einen gegebenen Zweck also maximal sein darf. 
Kann mich jemand mit der Nase in die Richtige Richtung stoßen?

: Bearbeitet durch User
von Egon D. (Gast)


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Bernd K. schrieb:

> Das liegt wahrscheinlich auch daran daß ich nicht so
> recht weiß wonach ich überhaupt googeln muß um den
> Einstieg in das Thema zu finden [...]

Ich weiss es auch nicht, würde aber wohl nach
Konzentrationsausgleich durch Diffusion suchen.
Das sollte eigentlich ein Standardproblem sein.

Vielleicht auch mal in der Richtung "chemische
Verfahrenstechnik" suchen; die werden bei
Destillierkolonnen und ähnlichem wohl auch mit
diesem Problem zu tun haben.

von nachtmix (Gast)


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Messen!
Das Ergebnis hängt sicher auch vom Volumen des Behälters und der Tiefe 
der Risse sowie deren Rauhigkeit ab.
Auch Konvektion, die die feuchte Luft an den Riss heranbringt und im 
Innern des Behälters abtransportiert, kann eine Rolle spielen. Feuchte 
Luft ist leichter als trockene!

von nachtmix (Gast)


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von Bernd K. (prof7bit)


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Hab was gefunden mit dem wohlklingenden Namen 
Wasserdampfdiffusionsleitkoeffizient.

Den scheint man mal experimentell bestimmt zu haben mit einem Rohr von 
gegebenen Abmessungen an dessen einen Ende Wasser verdunstet (100%) und 
an dessen anderem Ende trockene Luft (0%) vorbeizieht, dann wiegt man 
das Wasser vorher und nachher.

Die Bauphysiker scheinen die überwiegende Mehrheit derer zu stellen die 
sich überhaupt für diese Thematik interessieren oder im täglichen Leben 
einen praktischen Nutzen aus solchen Berechnungen ziehen können, 
zumindest legen die Suchtreffer das nahe.

von Michael B. (laberkopp)


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Bernd K. schrieb:
> wieviel Wasser an einem Tag durch ein Loch gegebener Größe wandern kann

Der wesentliche Transport findet durch "atmen" des Behälters auf Grund 
von schwankender Temperatur statt:

Hat es im Behälter (noch) 20 GradC und aussen (schon) 18, geht ein 
Luftvolumen von (anfangs 0%) Trockenheit nach draussen, hat es dann 
aussen wieder 20 GradC und innen 18, geht eine Luftmenge mit 100% nach 
innen. Dabei ist die Lochgrösse fast egal, notfalls pfeift es.

Das ein paar (hundert) mal nacheinander, und die Luftfeuchte ist innen 
wie aussen.

von c.m. (Gast)


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Bernd K. schrieb:
> Hab was gefunden mit dem wohlklingenden Namen
> Wasserdampfdiffusionsleitkoeffizient.

da gehts aber um diffusion durch ein material hindurch, inklusive 
adsorption und resorption des wassers an der materialoperfläche, z.b. 
glas- oder steinwolle.
du hingegen hast ein loch (hihi).

ich hatte in ähnliches problem beim lagern von 3d druckfilament in einer 
"luftdichten" box, die aber nicht wirklich dicht ist. alleine durch die 
tag/nacht temperaturdifferenz (~21-23°C)im raum würden jeden tag ~2l 
feuchte frischluft in die box gelangen wenn ich mich recht erinnere.
ich hab das dann so gelöst, dass ich einen großen müllsack in die box 
pachte, da hinein das filament und 2kg silica-gel, und die tüte vorm 
verschließen der box zusammen drehe.
das silica gel musste ich erst nach etlichen monaten regenerieren - 
hilft also anscheinend.

von nachtmix (Gast)


Angehängte Dateien:

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Bernd K. schrieb:
> Luft (0%) vorbeizieht

Bernoulli-Effekt!

Bei deinem Problem stellt sich auch die Frage, ob das Spalte sind, dann 
wahrscheinlich Gasaustausch durch Konvektion, oder feine  Risse, die nur 
Diffusion zulassen.
Bei feinen Rissen kann auch das Material eine Rolle spielen, weil u.U. 
eine Adsorption des Wasserdampfes an der Wandung erfolgt.

Also ist wirklich Messen angebracht, zumal dann auch die Forderung nach 
gleicher Temperatur entfällt, die wahrscheinlich nur schwer zu erfüllen 
ist.
Bedenke, dass sich der Luftdruck bei einer Temperaturänderung um nur 1°C 
schon um etwa 0,3% ändert und auch durch das Wetter regelmäßig 
Luftdruckschwankungen von 3% oder mehr auftreten.
Das pfeift dann wirklich durch die Ritzen von deinem Topf. ;-)

von Bernd K. (prof7bit)


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Michael B. schrieb:
> Hat es im Behälter (noch) 20 GradC und aussen (schon) 18, geht ein
> Luftvolumen von (anfangs 0%) Trockenheit nach draussen, hat es dann
> aussen wieder 20 GradC und innen 18, geht eine Luftmenge mit 100% nach
> innen. Dabei ist die Lochgrösse fast egal, notfalls pfeift es.

Das ist ein interessanter Einwand, das habe ich überhaupt nicht bedacht.

Nach ersten überschlägigen Schätzungen mit dem Diffusionsleitwert den 
ich gefunden habe müsste ich nämlich schon überraschend lange warten, da 
wandern angeblich pro Stunde nur wenige Milligramm Wasser durch wenn mir 
nicht irgendwo das Komma verrutscht ist, ich könnte monatelang auch mit 
einem relativ großen Leck auskommen, kaum zu glauben. Da hätte natürlich 
so ein temperaturbedingtes Atmen selbst durch die kleinste Ritze 
sicherlich schon einen um Größenordnungen höhere Effekt und ich müßte es 
tatsächlich komplett luftdicht bekommen.

Ich muß die ganze Konstruktion noch mal überdenken. Vielleicht nehme ich 
doch lieber einzelne Ziplock-Tüten und keine große starre Box, die Tüten 
werden nicht atmen können weil sie flexibel sind.

von Bernd K. (prof7bit)


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c.m. schrieb:
> Bernd K. schrieb:
>> Hab was gefunden mit dem wohlklingenden Namen
>> Wasserdampfdiffusionsleitkoeffizient.
>
> da gehts aber um diffusion durch ein material hindurch

Den Wert gibts auch für Luft. Für die ganzen Materialien ist jeweils 
eine relative Konstante µ angegeben, ein Multiplikator der sich auf Luft 
bezieht die per Definition dann ein µ von 1 hat. Und der absolute 
Diffusionswiderstand (oder Leitwert) von Luft nach dem man lange googeln 
muß findet sich dann doch irgendwo tief vergraben in einem Tabellenbuch.

von Bernd K. (prof7bit)


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c.m. schrieb:
> ich hatte in ähnliches problem beim lagern von 3d druckfilament in einer
> "luftdichten" box, die aber nicht wirklich dicht ist

Wie es aussieht beschäftigen wir uns mit der selben Aufgabenstellung mit 
den selben Lösungsansätzen und stoßen auf die selben Probleme ;-)

von U. M. (oeletronika)


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> Bernd K. schrieb:
> Gegeben sei ein Behälter mit einem gegebenen Luftvolumen und undichte
> Stellen von insgesamt einigen zehn mm² Fläche (lange aber schmale Spalte
> am Rand des Deckels).
Oben steht was von kleinen Löchern?
Damit sind die Undichtheiten aber nicht vollständig definiert.
> Temperatur innen wie außen ist konstant 20°C,
Ist das nur eine Annahme oder ein Fakt.
So konstante Temp. sind in normaler Umgebung überhaupt nicht realistisch 
und wie weiter unten schon beschrieben, kann der Luftaustausch infolge 
Temp-Schankungen einen erheblichen Einfluss haben.

> außen herrscht 50% relative Luftfeuchtigkeit,
Auch das wohl nur eine Annahme, oder? Praktisch ist das nicht mal in 
einer geregelten Klimakammer zu erwarten.

> innen zunächst 5%, jetzt wird der Deckel
> undicht wie oben beschrieben.
Warum?  Worum geht es überhaupt?

> Der Partialdruck des Wasserdampfs ist
> unterschiedlich und der Dampf aus der Außenluft ist bestrebt in das
> Innere der Box zu gelangen um das auszugleichen.
Bei solchen Indichtheiten braucht es nicht mal die Diffusion.
Je nach Umgebungsbedingungen wirken auch Luftstömungen und Temp.- 
differenzen.

> Ich habe allerdings nicht die geringste Idee wie ich auch nur
> ansatzweise abschätzen könnte wie lange sowas wirklich dauert, also
> wieviel Wasserdampf pro Sekunde bei gegebener Öffnung, gegebenem
> Luftdruck und Temperatur, bei einer gegebenen Partialdruckdifferenz von
> der einen auf die andere Seite gelangt.
Das wird dir auch niemand auf der Welt sagen könne, schon gar nicht, 
wenn die Aufgabenstellung so verklausuliert wird, dass eh niemand weiß, 
um was es geht.
Aber unter der Annahme tatsächlich recht stabiler Umgebungsbedingungen, 
kann den Gesetzmäßigkeiten eines normalen Ausgleichsvorganges folgen.
Dann wäre eine einfache Messung der Feuchte über einen Zeitraum 
ausreichend, um z.B. die Halbwertszeit zu bestimmen.
Damit kann man dann leicht jeden anderen Zielwert abschätzen.

Überhaupt, um welche Zeiträume geht es konkret?
Sekunden? Minuten? oder doch eher um Tage und Wochen?

> Das liegt wahrscheinlich auch daran daß ich nicht so recht weiß wonach
> ich überhaupt googeln muß um den Einstieg in das Thema zu finden oder
> gar irgendwelche fertige Faustformeln, Messungen, Tabellen oder
> dergleichen die ich einfach entsprechend skalieren könnte um zumindest
> ne grobe Intuition davon zu bekommen, zumindest mal ne Größenordnung,
> wieviel Wasser an einem Tag durch ein Loch gegebener Größe wandern kann
> und wie undicht es für einen gegebenen Zweck also maximal sein darf.
Da das ganze ein System mit sehr vielen Parametern ist, welche du nicht 
mal ansatzweise genau genug bestimmen kannst, wird das mit rechnen wohl 
nix.

> Kann mich jemand mit der Nase in die Richtige Richtung stoßen?
Ja, mache keinen akademischen Overkill daraus. Gehe einfach pragmatisch 
an die Sache ran.

Abgesehen davon steht die Frage, warum da diese Spalte sein müssen?
Wird das ein großer Raum nur mit paar Brettern abgedeckt oder was?
Welcher Art Mat. und Struktur habe den die Wandungen?

Deine Anfrage läßt viel mehr Frage offen, als du bisher an Infos gegeben 
hast.
So was läuft immer in die gleiche Richtung:
Nach jeder Runde werden dem TO ein paar kleine Info-Brocken aus der Nase 
gezogen. Nach ca. 50 Threads labern nur noch die Leute mit, welche ein 
hohes Sendungsbewußtsein habe. Die Fachleute sind aber längst weg.
Gruß Öletronika

: Bearbeitet durch User
von Jackass (Gast)


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U. M. schrieb:
> Die Fachleute sind aber längst weg.

Die waren nie hier. Zumal die Frage hochkomplex ist. Selbst echte 
Fachleute greifen da auf Tabellen oder Richtwerte für ihre Berechnungen 
zurück. Um mit Glück das halbwegs richtige Ergebnis zu präsentieren.

Was hier alles für abwegige Dinge genannt, und vom TO auch noch gelobt 
wurden...einfach lächerlich! Die übliche Selbstdarstellung von Leuten 
mit Halbwissen.


99% des Austauschs finden durch den Dichteunterschied statt, der dadurch 
auftritt, daß feuchte Luft leichter als Trockene ist. Oben hat das EIN 
User auch gesagt, ist aber in den viel spektakulärer klingenden Effekten 
glatt untergegangen...

Aber nur mal diesen Hauptaustauschgrund betrachtet, dabei handelt es 
sich um z.B. 1 Pascal oder so. Bei solch kleinen Drücken ist schon die 
Lochgröße WESENTLICH für die Durchtrittsmenge. Hat man beispielsweise 1 
Loch mit 2mm Durchmesser, so findet vielleicht ein Austausch statt. Hat 
man stattdessen 10 kleinere Löcher mit insgesamt aber dem gleichen 
Querschnitt, so kann es sein, daß plötzlich gar kein Austausch mehr 
stattfindet, null. Aufgrund Adhäsionskräften/Grenzschichteffekten. Die 
Atome der Luft bilden dabei quasi Ketten, die sich am Material der 
Wandung festhalten.

Kurz, es ist absolut nicht zu berechnen. Von den üblichen 
Selbstdarstellern hier schon gleich gar nicht. Ihr werdet anderer 
Meinung sein, aber seid ja auch sonst immer ein sattes Stück von der 
Realität entfernt...

von Gerd E. (robberknight)


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Bernd K. schrieb:
[...]
> und ich müßte es
> tatsächlich komplett luftdicht bekommen.
>
> Ich muß die ganze Konstruktion noch mal überdenken. Vielleicht nehme ich
> doch lieber einzelne Ziplock-Tüten und keine große starre Box, die Tüten
> werden nicht atmen können weil sie flexibel sind.

Alternativer Vorschlag:

Mach absichtlich ein dickes Loch rein, über das der Druckausgleich 
stattfinden kann. Dann verbarrikadiere dieses Loch für Wassermoleküle 
mit Hilfe einer Goretex-Membran. Dann kann der Druckausgleich 
stattfinden, aber es kommt kein zusätzliches Wasser rein.

Das gibt es fertig zum Einschrauben:
https://www.bopla.de/gehaeusetechnik/product/kabelverschraubungen-allgemeines-zubehoer/kabelverschraubungen/dae-m12-7035.html

von butsu (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Vielleicht nehme ich doch lieber einzelne Ziplock-Tüten und keine große
> starre Box, die Tüten werden nicht atmen können weil sie flexibel sind.

Wenn du dann noch großzügig Silikagel mit in die Tüten packst, bleibt 
das Lagergut wirklich trocken.

Alternativ zum Ziplock könntest du auch Packsäcke aus dem Outdoorbereich 
nehmen, oder Weithalsfässer mit Schraubverschluss. Das Silikagel würde 
ich trotzdem rein tun.

Was willst du denn nun lagern? Wirklich Druckfilament?

von nachtmix (Gast)


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Gerd E. schrieb:
> Dann verbarrikadiere dieses Loch für Wassermoleküle
> mit Hilfe einer Goretex-Membran.

Woher hast du diese Weisheit?

Gore-Tex (Aussprache: ['go:ɐ̯tɛks], auf Deutsch verbreitet auch 
['go:rɛtɛks]) ist der Handelsname der W. L. Gore & Associates für eine 
mikroporöse Membran aus gerecktem (expandiertem) Polytetrafluorethylen 
(ePTFE), die winddicht, wasserdicht, aber wasserdampfdurchlässig und 
damit atmungsaktiv ist

Weiss Wikipedia.

von Bernd K. (prof7bit)


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butsu schrieb:
> Was willst du denn nun lagern? Wirklich Druckfilament?

Ja. Insbesondere PETG-Filament welches extrem schnell Feuchtigkeit aus 
der Luft adsorbiert und dann ganz erhebliche Probleme beim Druck 
verursacht.

Nach nicht viel länger als etwa einer Woche hat der Wassergehalt im 
Filament das Gleichgewicht mit der Umgebungsluft bereits nahezu 
erreicht. Was die Auswirkungen auf den Druck angeht merkt man bereits 
einen Tag herumliegen im Freien sehr deutlich, nach einem Tag hat es 
schon etwa die Hälfte des bei der betreffenden Luftfeuchtigkeit 
aufzunehmenden Wassers aufgenommen.

Ich hab mir jetzt wiederverschließbare Toppits-Gefrierbeutel in der 
XL-Variante (8 Liter) besorgt, da passt jeweils eine 1kg-Rolle bequem 
hinein. Dazu je 200g Silica-Gel und eins von diesen Indikatorkärtchen 
die bei >5% von Blau nach Rosa umschlagen.

Der Vorgang ist umkehrbar und PETG gibt das Wasser auch wieder ab wenn 
es in trockener Luft gelagert wird, selbst bei Zimmertemperatur scheint 
das recht schnell zu gehen, wie schnell das tatsächlich geht versuche 
ich im Augenblick mit ein paar halbwegs kontrollierten Messungen zu 
quantifizieren.

Idealerweise will ich wirklich sehr trockene Luft haben so daß meine 
Spulen stets in einem Zustand sind als wären sie frisch aus dem 
Trockner. Die große starre Box ist das was viele andere verwenden aber 
es gelang mir nur schwer in so einer Box mein Indikator-Kärtchen blau zu 
bekommen, daher scheint die Box tatsächlich ungeeignet zu sein. Das 
erklärt auch warum viele Leute standhaft behaupten man bräuchte zwingend 
einen Trocknungsofen: es gelingt ihnen mit ihren undichten Boxen und 
auch mit ihrem Geiz an Trockenmitteln anscheinend einfach nicht 
ausreichend trockene Luft herzustellen und zu halten.

von Bernd K. (prof7bit)


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Jackass schrieb:
> Was hier alles für abwegige Dinge genannt, und vom TO auch noch gelobt
> wurden...einfach lächerlich!

Zum Beispiel? Welches "Halbwissen" wurde genannt und wo wurde es von mir 
gelobt? Kannst Du mal konkret werden?

von spess53 (Gast)


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Hi

>Ja. Insbesondere PETG-Filament welches extrem schnell Feuchtigkeit aus
>der Luft adsorbiert und dann ganz erhebliche Probleme beim Druck
>verursacht.

Halte ich für maßlos übertrieben. Ich habe mein Filament (allerdings 
PLA) in, halbwegs abgedichteten, Plastikboxen zusammen mit den 
elektrisch regenerierbaren Luftentfeuchtern von Norma:

https://www.norma-online.de/de/angebote/ab-mittwoch,-16.01.19/fuer-ihre-werkstatt-t-77401/luftentfeuchter-kompakt-i-77488

schon seit 2016. Und das funktioniert immer noch.

MfG Spess

von c.m. (Gast)


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spess53 schrieb:
> Hi
>
>>Ja. Insbesondere PETG-Filament welches extrem schnell Feuchtigkeit aus
>>der Luft adsorbiert und dann ganz erhebliche Probleme beim Druck
>>verursacht.
>
> Halte ich für maßlos übertrieben. Ich habe mein Filament (allerdings
> PLA) in, halbwegs abgedichteten, Plastikboxen zusammen mit den
> elektrisch regenerierbaren Luftentfeuchtern von Norma:

Ja super! Ich habe mein Filament (allerdings Sn96Ag3.5Cu) in einer 
Holzschatulle.

PLA nimmt auch Feuchtigkeit auf, aber bei weitem nicht so viel wie PETG 
oder gar Nylon.
Meine grade benutzte Rolle PLA steht seit Wochen einfach so rum, kein 
Problem, eine andere Rolle ABS musste ich trochnen, weil sie beim 
Drucken knisterte und Bläschen warf.

von Bernd K. (prof7bit)


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spess53 schrieb:
> Halte ich für maßlos übertrieben. Ich habe mein Filament (allerdings
> PLA)

Ich schrieb PETG.

Ich habe kein Wort über PLA gesagt weil ich für PLA erstens noch keine 
Zahlen habe und auch allgemein sowieso noch keine Probleme mit PLA 
hatte.

Bei PETG jedoch habe ich sowohl erhebliche Feuchtigkeitsprobleme 
beobachtet als auch schon ein paar vorläufige Zahlen (oben genannt) was 
die Zeit angeht die es dauert bis es soweit ist.

> in, halbwegs abgedichteten, Plastikboxen zusammen mit den
> elektrisch regenerierbaren Luftentfeuchtern von Norma:

Da haben wir wieder das ursprüngliche Problem: Halbwegs! Ich wollte 
zuerst auch so eine Box aber die Argumente die oben genannt wurden (ein 
bisschen undicht ist immer noch undicht) lassen eine wirklich luftdichte 
Verpackung attraktiver erscheinen. Ich hab auch keine Lust alle paar 
Wochen das Trockenmittel backen zu müssen um wieder unter meine 
angepeilten 5%RH zu kommen weil die Box immer noch Feuchtigkeit rein 
lässt.

Seit ich den Unterschied zwischen trockenem und feuchtem PETG am eigenen 
Drucker erlebt habe und all die ganzen frustrierenden Probleme die ich 
mit PETG immer hatte von denen ich immer dachte (weil es vielerorts 
behauptet wurde) das sei völlig normal für PETG sich plötzlich allesamt 
komplett in NICHTS aufgelöst haben als die Rolle mal testweise 
getrocknet aus dem Ofen kam bin ich wild entschlossen das Zeug in 
Zukunft so trocken wie nur irgend möglich zu halten und nicht nur 
"halbwegs" trocken.

: Bearbeitet durch User
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