Gibbs-Energie bei Verdunstung

Wissenschaft Naturwissenschaften allgemein
#1

Hallo Zusammen,

zur Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchte wird Energie benötigt. Mich interessiert wieviel Energie, physikalisch betrachtet, minimal nötig ist um 1m³ flüssiges Wasser bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck zu erhalten. Dies sollte der frei werdenden Gibbs-Energie bei umgekehrtem Vorgang, also der Verdunstung entsprechen. Ganz allgemein:
dG = dH - T x dS

Beim Verdunsten muss Verdampfungsenthalpie zugeführt werden (dH >0). Aufgrund der Parialldruckdifferenz (Wasserdampfdruck) findet aber gleichzeitig eine Entropie Zunahme statt (T x dS >0). Da die Verdunstung bis zum Gleichgewichtszustand (100% rel Luftfeuchte) spontan ist muss dabei in obiger Formel der Entropie-Therm größer als der Enthalpie-Therm sein.

Mich würde nun interessieren wie groß ganz genau!
Also: Wieviel Energie wird min. benötigt um 1m³ Wasser aus der Luft zu kondensieren?

Dies in Abhängigkeit von Temperatur, Druck (1bar), Luftfeuchte (vor und nach) bzw. bei Standardwerten dafür.

Falls ich in einen der Annahmen falsch liegen sollte freue ich mich um Aufklärung :smile:!

Vielen Dank für Eure Hilfe!

Gebo

#2

Moin,

zur Trinkwassergewinnung aus Luftfeuchte wird Energie
benötigt.

wie kommst Du darauf?

Beim Verdunsten muss Verdampfungsenthalpie zugeführt werden

Richtig.

Also: Wieviel Energie wird min. benötigt um 1m³ Wasser aus der
Luft zu kondensieren?

Es wird genau so viel Energie frei! wie man zum Verdampfen benötigte.

Oder übersehe ich hier irgend etwas grundlegendes?!

Gandalf

#3

Hi!

Also: Wieviel Energie wird min. benötigt um 1m³ Wasser aus der
Luft zu kondensieren?

Es wird genau so viel Energie frei! wie man zum Verdampfen
benötigte.

Oder übersehe ich hier irgend etwas grundlegendes?!

Meiner Meinung nach schon, zumindest wenn die Luft nicht tropfnass ist, und es reicht, Netze in den Wind zu stellen - wie in der Atacama, oder war’s die Namib?

Ich hatte die Ursprungsfrage so verstanden, dass man die Luft kühlt, um den Wasserdampf auskondensieren zu lassen. Dann ist gerade die freiwerdende Konsensationswärme eher eine Belastung, denn diese muss ja von der niedrigeren Kondensationstemperatur auf die höhere Pumptemperatur gefördert werden.

Du erkennst, ich bin innerlich von einer Wärmepumpe ausgegangen. Und ich hatte und habe keine Lust, dass genau zu recherchieren und durchzurechnen.

Wenn ich dabei den Carnot-Prozess zugrunde lege, müsste ich bei 15 K Abkühlung und 300 K Umgebungstemperatur ca. das 20fache an Wärme pumpen können als ich reinstecke. Sag ich mal so auf die Schnelle, und bin für Korrekturen dankbar.

Gruß, Zoelomat

#4

Hallo,

benötigt. Mich interessiert wieviel Energie, physikalisch
betrachtet, minimal nötig ist um 1m³ flüssiges Wasser bei
Raumtemperatur und Umgebungsdruck zu erhalten. Dies sollte der

dein Problem kannst du sehr elegant mit Hilfe des
„Mollier-h-x-Diagramms“ lösen.
Siehe z.B.
http://de.wikipedia.org/wiki/Mollier-h-x-Diagramm

darin ist das Diagramm mit der Bezeichnung:

„h,x-Diagramm mit Darstellung relevanter Luftbehandlungsprozesse“

ganz praktisch für deine Zwecke zu verwenden und die Verwendbarkeit für die Lösung verschiedener Fragen wird dort auch gut erklärt.

Wenn du als Maschinenbaustudent so eine Frage stellst, kennst du sicher dieses Diagramm und seine Anwendung bereits.

Vielen Dank für Eure Hilfe!

Bitte

watergolf

#5

Hallo Zusammen,

erstmals vielen Danke für Eure Antworten!!

Ich muss Euch allerdings sagen, dass ich meine Frage noch nicht ganz zur zufriedenheit erklärt finde! :smile:

Deshalb versuch ich es nochmal!

Um auf das h-x-Mollier Diagramm (wie in Wiki) zu kommen:

Es ist natürlich möglich Wasser aus der Luft durch abkühlen bis zum Taupunkt zu gewinnen, sprich Kondensation. Sowohl Luft, als auch das Wasser werden hierbei allerdings gekühlt, sprich die aufgewendete Energie wird auch hierfür und nicht nur zur „Wassergewinnung“ verwendet.

Die Frage ist allerdings wieviel Energie minimal benötigt (+ oder -) wird um eine gewisse Menge Wasser aus Luft mit einer gewissen absoluten Luftfeuchte und Temp zu gewinnen. Rein das pysikalische Minimum, unahängig von einem technischen Prozess, bzw der Frage ob ein solcher überhaupt schon realsiert wurde.

Theoretisch ist es natürlich möglich im h-x Diagramm von einem Ausganszustand isotherm (waagrecht) Richtung Ordinade zu gehen. Bei gleicher Temperatur würde dann Wasser ausgeschieden. Dies ist mit einer Entalphie Differenz Verbunden. Ist es möglich diese Entalphie als Energie zu gewinnen? Oder muss diese Entalphie im Sinne von Wärmeenergie abgeführt werden?

Spontan (also von alleine) passiert dieser Vorgang ja nunmal nicht. Genausowenig wie sich der Zustandspunkt von alleine enlang der Isenthalpen hin zu einer höheren Lufttemperatur und geringerer Luftfeuchte, also auskondensierterm Wasser, verschiebt. Obwohl die Enthalpie erhalten bliebe!
Liegt dies nicht einfach am 2ten Hauptsatz der Thermodynamik, sprich der damit verbundenen Entropieänderung (welche nicht im h-x-Diagramm zu finden ist)?
Anderst gesagt, dass sich die Entropie in einem System nicht verringern kann. Letzer Vorgang würde dies allerdings, oder?
Sprich erst wenn mittels Energieaufwand Entropie aus dem System transportiert wird, das ist der erwähnte T x dS Anteil bzw die (Ent)-Mischungsenthalpie kann eine Verschiebung nach „Links“ im Diagramm erfolgen.

Dabei nun die Frage ob der Energiegewinn durch die Kondensationsentalphie größer ist als die Energie die zur Entropieänderung gebraucht wird (bzw Werte dafür).

Oder befinde ich mich komplett auf dem Holzweg?
So ganz durchgestiegen bin ich irgendwie noch nicht…

Nochmals vielen Dank für Eure Hilfe!!!

Viele Grüße
Gebo