Wärmeübertragung

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wärmeübertragungsvorgänge spielen häufig bei der Lebensmittelverarbeitung eine wichtige Rolle. Wärme wird für verschiedene Zwecke genutzt:

  • Haltbarmachung durch Erhitzung (Pasteurisierung, Sterlisation)
  • Haltbarmachung durch Kühlung (Reduzierung des MO Wachstums)
  • Erzeugung von bestimmten Produkteigenschaften (Trocknung, Aufbacken etc.)

Arten der Wärmeübertragung[Bearbeiten]

Wärmeleitung[Bearbeiten]

Bei der Wärmeleitung kommt es zum Transport einer Wärmemenge Q unter Wirkung eines Temperaturgefälles. Der Wärmestrom

Der Wärmestrom Q

Ist der Zustand dann findet auch kein wärmetransport statt. Bei der Wärmeleitung mit überlagerter Konvektion kommt es zusätzlich zur Durchmischung. Durch Strömungsvorgänge wird Energie von einem Ort zu einem anderen transportiert.
Anschaulicher: Stellt man einen Topf mit Wasser auf den Herd wird Wärme vom Wasser aufgenommen und das warme Wasser steigt ``nach oben``. Das darüberliegende kalte Wasser wird verdrängt und geht in einer kreisförmigen Bewegungen nach unten, wo es ebenfalls erwärmt wird. Diese Bewegung, auch Konvektion genannt für zu einem verbesserten Wärmeaustausch.
Bei der Wärmeleitung mit überlagerter Konvektion kann man sich ein beheiztes Rohr vorstellen, in dem die aufzuheizende Flüssigkeit transportiert wird. Durch die Bewegung wird die Verteilung der Wärme verbessert.

Strahlung[Bearbeiten]

Diese Art der Wärmeübertragung kennt wohl jeder. Prinzipiell kann man sich einen Heizkörper vorstellen, der Wärme abstrahlt. Die Wärme wird in Form von elektromagnetischen Wellen abgegeben. Aufgenommen wird die Wärme durch Absorption. Der Wellenlängenbereich liegt bei ca. 0,2 bis 150 µm.

Über die Stefan-Boltzmann-Gleichung kann der Wärmestrom berechnet werden.

Wobei = Stefan-Boltzmann-Konstante = 5,669 * 10-8
= Emissionsgrad (zwischen 0 und 1)

Je nach Absorption kann man schwarze, weiße und bunte Körper unterscheiden. Schwarze Körper absorbieren alle Strahlen, weiße reflektieren alle. Bunte Körper absorbieren entsprechend der Farbe dazupassende Wellenlängen.

Wärmeübergang / Wärmedurchgang[Bearbeiten]

Wärmeübergang[Bearbeiten]

Wärmeübergang von einer Flüssigkeit an eine Wand

Beim Wärmeübergang handelt es sich um Wärmeübertragung von einem flüssigen oder gasförmigen Medium auf einen Festkörper. An der Wand kommt es zur Ausbildung einer Grenzschicht (; hellblau in der Grenzschicht). Die Wärme wird durch Konvektion oder Strahlung transportiert. Der Kern des Fluids bleibt ideal vermischt (dunkel blau in der Abbildung).

Wärmedurchgang[Bearbeiten]

Wärmedurchgang durch eine Wand

Dies ist wohl der am häufigsten anzutreffende Fall. Es kommt zur Wärmeübertragung zwischen 2 Flüssigkeiten oder Gasen durch eine Wand hindurch. Dies ist häufig bei der Erhitzung von Lebensmitteln der Fall (z.B. Milch).
Die gesamte übertragene Wärme ist die Summe aus Wärmeübertragung an der Wand und Wärmeleitung in der Wand. Das Heizmittel kann kondensierter Dampf oder eine Heizflüssigkeit sein. Es kann sich aber auch um das (schon) erwärmte Produkt halten, welches im Gegenstrom läuft.

Stationäre und instationäre Wärmeübertragungsvorgänge[Bearbeiten]