Die physikalischen Gesetzmäßigkeiten zur Formstoffkühlung von bentonitgebundenen Formstoffen unter Umgebungsbedingungen können in einem Nomogramm (Bild 1) übersichtlich dargestellt werden. Eine einfache praktische Nutzung ist gegeben.
Aus einer kombinierten Energie-Wasser-Bilanz können über drei Bestimmungsgleichungen die zu verdunstende Wasser- und der abzuführenden Luftmengen dargestellt werden:
1. Schritt – die Energiebilanz
Die abzuführende Energiemenge berechnet sich aus der linearen Gleichung
Q = m · ΔT · c
mit
m – Masse in kg,
ΔT – Temperaturdifferenz in K,
c – Materialeigenschaft spezifische Wärmekapazität in KJ/ kg · K.
Für das Beispiel mit einen Altsanddurchsatz von 80 t/h, einer Abkühlung von 100 °C auf 40 °C (ΔT = 60 K) und der spezifischen Wärmekapazität (Basis Quarzsand) mit c = 0,85 kJ/kgK berechnet sich eine abzuführende Wärme-Energie von Q = 4,08 GJ.
2. Schritt – der Wasserbedarf für die Verdunstungskühlung
Der Energiebedarf für die Verdunstung von einem Liter Wasser bei 15 °C beträgt 2613 kJ. In einem einfachen Dreisatz ergibt sich für den Altsanddurchsatz von 80 t/h ein Wasserbedarf von 1561 l.
Zum Vergleich: näherungsweise gilt die Faustformel: für die Abkühlung um 30 K wird ein Wasserbedarf von 1 % erforderlich. Übertragen auf das obige Beispiel ergibt sich ein Wasserbedarf von 1600 l.
3. Schritt – der Luftbedarf für den Abtransport des verdunsteten Kühlwassers.
Die Luftbedarfsbestimmung, die temperaturabhängig ist, zeigt, dass mit steigender Temperatur das Wasseraufnahmevermögen der Luft sich nichtlinear verhält (Bild 2). Das Molière-Diagramm gibt Aufschluss, wieviel verdunstetes Wasser die Luft bis zur Sättigungsgrenze 100 % aufnehmen kann. Dabei kann bei Ablufttemperaturen über 40 °C hinter dem Kühler von einer Sättigung der Luft mit Wasser ausgegangen werden.
In Multiplikation mit der Luftdurchsatzmenge lassen sich die Gesamtmengen des verdunsteten Wassers darstellen. Ausgehend von dem im Beispiel berechneten Wasserbedarf für die Verdunstung von 1561 Liter ergibt sich exemplarisch für drei Ablufttemperaturen der Luftbedarf nach Tabelle.
Kühlernomogramm des Durchlaufkühlers im stationären Betrieb
Diese drei Berechnungsschritte sind im Nomogramm (Bild 1) grafisch verknüpft, indem in jedem Quadranten über eine lineare Beziehung die Berechnung grafisch umgesetzt wurde. Im Quadranten links oben sind drei Temperaturgeraden aufgetragen, die die Abkühlung darstellen. Sie unterscheiden sich durch die zu erreichenden Abkühltemperaturen 40 °C, 45 °C und 50 °C. Der einzutragende Arbeitspunkt ist dann die Eingangstemperatur. In Anlehnung an das obige Beispiel, wird die Gerade gewählt, die bei 40 °C Austragstemperatur endet und bei Eingangstemperatur 100 °C startet. In dem Kühlerdiagramm sind das die Punkte 1 und 2.
Im zweiten Quadranten sind Geraden verschiedener Durchsatzmengen eingetragen. Sie werden mit der waagerechten Geraden zum Schnitt gebracht, wobei der Schnittpunkt auf der y-Achse das Ergebnis für den Bedarf der Abkühlfeuchte ist. Diese Gerade endet in der gewählten Sandmenge (Punkt 3).
Im dritten Quadranten sind die Verdunstungsgeraden für die Ablufttemperaturen 40 °C, 45 °C und 50 °C aufgetragen. Über die senkrecht fallende Gerade, die die x-Achse an dem Punkt A schneidet, der den Wasserbedarf für die Verdunstung angibt, werden die drei Verdunstungsgeraden geschnitten. Über die y-Achse lässt sich dann im Punkt B der Luftbedarf ermitteln.
