Welche Bedeutung hat der Taupunkt in der Kunststofftrocknung?

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Folge 21 - Mo erklärt den Zusammenhang zwischen Taupunkt und (Rest-)Feuchte.

In Folge 15 wurde er bereits erwähnt - der Taupunkt. Um ihn ranken sich zahlreiche Gerüchte sowie teils auch Missverständnisse, weshalb er in dieser Folge etwas genauer betrachtet werden soll.

Kurzer Rückblick: Für das Trocknen von Kunststoffen sind die vier Parameter Trocknungstemperatur, Trockenluftmenge, Taupunkttemperatur und Trockenzeit ausschlaggebend. Diese vier Parameter müssen aufeinander abgestimmt sein, denn jeder beeinflusst den Trocknungsprozess und dessen Ergebnis. Das bedeutet, Änderungen eines Parameters müssen zwangsläufig mit Änderungen anderer Parameter einhergehen, um den gleichen Trocknungsgrad zu erreichen.

Bevor wir näher auf den Taupunkt eingehen, ist folgendes zum besseren Verständnis zu berücksichtigen:

  • Je höher die Temperatur von Luft ist, desto mehr Wasser(dampf) kann von ihr aufgenommen werden.
  • Der maximale Wassergehalt ist also von der Lufttemperatur abhängig
  • Das Verhältnis von real vorhandener Wassermenge (mH2O in g/m³) in der Luft zu der maximal bei dieser Temperatur möglichen (m max(T)) wird als relative Luftfeuchtigkeit bezeichnet (siehe Bild)

Formel der relativen Luftfeuchtigkeit Foto: Motan

Wird Luft abgekühlt, kann weniger Wasser in ihr gebunden werden, dh. mit kleiner werdendem mmax steigt die relative Feuchte der Luft an (siehe Formel). Erreicht bei weiterer Abkühlung die relative Feuchte 100 % kann der Wasserdampf nicht mehr gebunden werden und kondensiert als Wassertröpfchen (Tau, Nebel, Regen) Die Temperatur, bei der dies geschieht, wird als Taupunkttemperatur bezeichnet. Bei 100 % Luftfeuchte haben die Lufttemperatur und die Taupunkttemperatur den gleichen Wert. Erwärmt man diese (nunmehr abgeregnete) Luft wieder, bleibt deren Taupunkttemperatur - und damit ihr absoluter Feuchtegehalt - konstant, die relative Feuchte nimmt ab.

Der Taupunkt, genauer die Taupunkttemperatur, ist also ein Maß für den absoluten Feuchtegehalt der Luft (g Wasserdampf je m³ Luft). Die Taupunkttemperatur wird in °C angegeben. Zu berücksichtigen ist, dass die Taupunkttemperatur als Maß für die Luftfeuchtigkeit keine real vorliegende Temperatur ist. Es handelt sich vielmehr um die Temperatur, bei der Luft zu 100 % mit Wasserdampf gesättigt ist. Folglich gehört zu jeder Taupunkttemperatur ein spezifischer Wassergehalt (siehe Tabelle).

Jeder kennt den Effekt, dass kalte Brillengläser in warmen Räumen beschlagen können. Wir wissen nun, dass die Temperatur der Brillengläser in diesem Fall gleich oder niedriger ist, als die Taupunkttemperatur der Raumluft. An Flächen deren Temperatur die Taupunkttemperatur unterschreitet kondensiert das Wasser (Taubildung).

Bleibt festzuhalten: Je geringer der Wasserdampfgehalt der Luft ist, desto niedriger (tiefer) ist deren Taupunkttemperatur. Das heißt also, je trockener Luft ist, desto tiefer ist ihr Taupunkt oder besser ihre Taupunkttemperatur. Um eine Vorstellung über die maximal mögliche Wasseraufnahme von Luft zu erhalten zwei Werte: bei 100 °C heißer Luft sind es 600 g/m³, bei 0 °C lediglich 4,8 g/m3.

Bei der Warmlufttrocknung schwankt der Taupunkt abhängig von den aktuellen Klimabedingungen der Umgebung, während er bei der Trockenlufttrocknung in vorgegebenen Grenzen wetterunabhängig stabil gehalten wird. Berücksichtigt werden sollte aber, dass sehr tiefe Taupunkttemperaturen mit einem erheblichen Energieaufwand bei der Luftaufbereitung (Trocknung der Luft) verbunden sind.

Für das Trocknen der meisten hygroskopischen Kunststoffe genügt eine Taupunkttemperatur von ca. -20 °C. Bei gleichbleibender Trocknungstemperatur bewirken unterschiedliche Taupunkttemperaturen erfahrungsgemäß nur kleine Geschwindigkeitsunterschiede beim Trocknen, während sie zusammen mit der Trocknungstemperatur die minimal erreichbare Restfeuchte (Gleichgewichtszustand zwischen Granulatfeuchte und Trockenluft) bestimmen.

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