Kunden, die sich für industrielle Mikrowellensysteme interessieren, wissen verständlicherweise nicht genau, wie viel Energie sie für ihre spezielle Anwendung benötigen. Je nachdem, ob es um Garprozesse, das Temperieren von Tiefkühlprodukten oder das Trocknen von Materialien geht – der Energiebedarf ist je nach Material und Anwendung sehr unterschiedlich.
In diesem Beitrag konzentrieren wir uns auf eine häufige Anwendung: das Verdampfen von Wasser.
Wir haben eine Zusammenfassung des allgemeinen Prozesses und der Berechnungen zusammengestellt, die zur Bestimmung der für die Trocknung Ihres Materials erforderlichen Energiemenge notwendig sind.
Die Mikrowellentrocknung ist schneller und häufig energieeffizienter als herkömmliche Methoden wie Trockenräume und Konvektionsöfen. Nutzen Sie diese Informationen, um die langfristigen Betriebskosten im Zusammenhang mit der Trocknung mit Mikrowellenenergie zu ermitteln.
Das erwartet Dich hier
Energieabschätzung zur Trocknung mit Mikrowellen
Bestimmung der zu verdampfenden Wassermenge
Bestimmung, wie Ihr Material auf Mikrowellen reagiert
Berechnung des Energiebedarfs
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1. Bestimmung der zu verdampfenden Wassermenge
Bei jedem beliebigen Material müssen Sie zunächst feststellen, wie viel Wasser es vor dem Trocknen enthält. Zudem müssen Sie einen Zielwert für den Wassergehalt nach dem Trocknungsprozess festlegen.
Wenn Sie zum Beispiel 100 Kilogramm Material mit einem Wassergehalt von 60 % haben, das Sie auf 10 % Sättigung bringen müssen, lautet die Berechnung einfach:
Zu verdampfende Menge Wasser [kg] = 100 kg *(0,6 – 0,1) = 50 kg
Im Allgemeinen geben Sie auch eine Trocknungszeit vor, in der Sie das Material den Mikrowellen aussetzen wollen, um dieses Ziel zu erreichen.
2. Bestimmung, wie Ihr Material auf Mikrowellen reagiert
Häufig ist Wasser das mikrowellenaktivste Molekül in dem feuchten Grundmaterial und absorbiert durch seine hohen dielektrischen Verluste den Hauptteil der eigespeisten Energie. Daher ist die Energiemenge, die durch Absorption an den Rest des zu trocknenden Materials verloren geht minimiert.
Die folgenden Berechnungen beziehen sich auf die Energiemenge, die erforderlich ist, um das Wasser allein zu verdampfen, und sollten daher als grobe Schätzung der einzusetzenden Gesamtenergie dienen, die Sie benötigen werden, da ein geringer Teil der Energie für die Erwärmung des restlichen Materials benötigt wird.
Dieser Verlust ist häufig gering. Bei einem Grundmaterial mit einem hohen dielektrischen Verlust kann die Mikrowellenabsorption des Nicht-Wasseranteils allerdings nennenswert werden. Wenn Sie ein solches Material in der Mikrowelle prozessieren wollen, sollten Sie eine längere Trocknungszeit einplanen, um eine zu starke Erwärmung des Grundmaterials zu vermeiden.
3. Berechnung des Energiebedarfs
Für eine Beispielrechnung nehmen wir nun einmal an, dass wir 50 kg Wasser in einer Stunde verdampfen wollen. Weiterhin nehmen wir an, dass die Ausgangstemperatur des Materials Zimmertemperatur, also 20°C, beträgt.
Die Formel zur Berechnung der Energiemenge, die zum Verdampfen von Wasser erforderlich ist, basiert auf der spezifischen Wärmekapazität von Wasser:
Es ist eine Energie von 4,19 Kilojoule (kJ) erforderlich, um ein Kilogramm Wasser um ein Grad Celsius zu erhitzen.
Sobald diese Energie das Wasser auf seinen Siedepunkt (100 °C) erhitzt hat, sind weitere 2257 kJ erforderlich, um ein Kilogramm flüssiges Wasser in Dampf umzuwandeln.
Die Energiebedarfsberechnung für unser Beispiel (50 kg Wasser in einer Stunde) ergibt folgendes:
Energieaufwand für das Erhitzen von Wasser bis zum Sieden:
Energie_Siedepunkt = 50 kg * 4,19 kJ/(kg*K)*(100 – 20)K = 16.760 kJ
Energieaufwand für die Verdampfung des Wassers:
Energie_Verdampfung = 50 kg * 2.257 kJ / kg = 112.850 kJ
Die benötigte Gesamtenergie für die Verdampfung von 50 kg Wasser beträgt somit
Energie_gesamt = Energie_Siedepunkt + Energie_Verdampfung = 129.610 kJ
Da wir diese Energiemenge innerhalb einer Stunde (3.600 Sekunden) aufbringen wollen (wir erinnern uns: Trocknungszeit soll eine Stunde betragen), ergibt sich aus dem Energiebedarf und der gewünschten Trocknungszeit folgende benötigte Leistung:
Leistung P = Energie_gesamt / Trocknungszeit = 129.610 kJ / 3.600 s = 36 kW
4. Sprechen Sie mit uns
Im Gespräch mit unserem Technischen Vertrieb sind diese ermittelten Grunddaten für die Wahl des richtigen Hochleistungsmikrowellengenerators ein erster Anhaltspunkt. Unsere Produktmanager berücksichtigen in einem weiterführenden Gespräch weitere Ihrer Parameter, die eventuell eine Leistungskorrektur mit sich bringen können.
Im obigen Beispiel könnte die benötigte Heizleistung von einem 50 kW-Standardgenerator geliefert werden. Müsste die Trocknung jedoch in 30 Minuten statt in einer Stunde erfolgen, wären zwei Generatoren je 50 kW erforderlich, oder gegebenenfalls ein Generator mit 75 kW oder 100 kW Ausgangsleistung.
Auf unserer Website finden Sie weitere Informationen zu unserem 50 kW-Mikrowellengenerator.
Falls Sie Fragen haben, rufen Sie uns gerne an oder senden Sie uns eine Email.
5. Kontakt
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