Hallo,
für ein Schulprojekt (Industriemechanik Praktikum) möchte ich
eine Maschine bauen, die einen Eiswürfel aus Wasser (8cm³)
frieren kann.
Die Wärmepumpe soll recht einfach gehalten werden.
Schema: http://www.fischer-bohr.de/erd_waermepumpe.htm
Hallo auch.
Ich hab mich schon ein wenig mit der Thematik beschäftigt.
Man könnte darauf hinweisen, das das was Du bauen möchtest sehr wahrscheinlich eine Kältemaschine werden soll.
Den Aspekt Wärmepumpe, das ist das generieren(pumpen) von Wärme mittels erwähnter Maschine sollte möglichst unterdrückt werden, weil dafür zusätzliche Energie benötigt wird.
Oder in anderen Worten, die Kompressionswärme sollte zwar aus viel Wärme bestehen, jedoch nicht aus hoher Temperatur, weil warmes Kältemittel schwerer zu kondensieren ist.
Nun stellt sich die Frage, was als Fluid benutzt werden kann.
Es wird oft Ammoniak erwähnt, nur möchte ich nicht unbedingt
mit zu hohen Drücken arbeiten müssen.
Ammoniak hat noch weitere Schwierigkeiten in der Anwendung zu bieten(z.B. Probleme bei Materialauswahl und Dichtigkeit), ist jedoch z.B. leicht beschaffbar. Ammoniak spielt eine größere Rolle bei industriellen Maschinen wegen Vorteilen bei Verdampfung und Kondensation.
Die Apperatur soll mit einer Handkurbel zu betreiben sein und
wird wohl aus Messing gebaut werden.
Messing geht ja schon ganz gut. Ich meine, gute Werkstoffe für den Heimwerker sind Messing, Bronze, Aluminium, Stahl sowie Epoxid und Silikon als Dichtmittel und flexibel anwendbare Werkstoffe.
O-Ringe quellen oder verspröden zuweilen.
Man beachte auch passende Gleitpaarungen(Bronze-Stahl) und Erstellbarkeit von guten Oberflächen.
Wie sähe die Sache mit Aceton aus? Ginge das? Bekommt man
damit Temperaturen am Wasser mit ca -5° bis -10°C hin? Oder
was könnte man sonst nehmen?
Aceton geht schon, aber…
Eine erste nutzbare Kältemaschine benutzte Diethylether als Kältemittel, was sowas ähnliches wie Aceton ist.
Aceton geht im Prinzip auch für den genannten Temperaturbereich.
Bei Verwendung von Aceton must Du alle Luft entfernen und über dem Aceton ein Vakuum erzeugen.
Das bedeutet, Deine Kältemaschine hat im Inneren einen Unterdruck, den Du vor Inbetriebnahme zuerst herstellen musst.
Dein Kompressor wäre also eine Vakuumpumpe.
Das hat den Nachteil, das der Kompressor nur wenig gefüllt ist.
In anderen Worten, der braucht hohe Drehzahlen um dieselbe Masse zu fördern.
Diesem Problem kann man mit dem richtigen Kältemittel begegnen.
Problem dann: welches andere Kältemittel?
Tja, ich hab zuerst gedacht, Feuerzeugpropan wäre geeignet, aber da ist leider Butan mit drin, und das ganze ist somit eher undefiniert.
Es gibt aber auch Kältemittel in Kältespray, wie es in der Elektronik verwendet wird. Ethantetraflourid.
Dafür muss der Kompressor und die Fülleitung leergepumpt werden und danach das Kältemittel eingesprüht werden.
Das bedeutet auch, das kein Gas von innen entweichen darf.
Reines Propan bekommt man so nicht so leicht, es sei denn, man ließe sich die Maschine von einem Kältemaschienenhersteller auffüllen.
Dafür müßte man wahrscheinlich vordefinierte Füll- und Entleerungsstutzen vorsehen.
Als Schmiermittel würde ich etwas(nicht zuviel) Kriechöl beigeben.
Wenn Du noch irgendwie weitere Fragen hast, Du kannst auch mal googlen.
Man findet alle notwendigen Details wie Kompressorbauarten, Siedenomogramme, bzw. Zustandsdiagramme der entsprechenden Kältemittel, Bauarten von Wärmetauschern usw. usw…
MfG Matthias
Gruß, Gerd