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Physikalische Grundlagen

Was ist Nebel und welche physikalischen Effekte können damit genutzt werden ?

Ohne hier auf die verschiedenen Nebelarten einzugehen, die von der Meteorologie unterschieden werden, versteht man unter Nebel, einfach erklärt,  feinste Wassertröpfchen, die so klein sind, daß sie in bereits gesättigter Luft (Siehe Relative Feuchte) schweben können.

In der Natur liegt die Tröpfchengröße bei etwa 0,12 mm (120 micron), zur technischen Anwendung in den verschiedensten Fachbereichen sollten die Wasserpartikel einen Durchmesser von 30 micron (30 Tausendstel eines Millimeters) nicht übersteigen.

Im häufigsten Anwendungsfall wird Nebel zur Befeuchtung genutzt, um das ganz allgemein auszudrücken.
Dabei ist als einziges Kriterium die „Verdampfungsoberfläche“ maßgeblich.
Das heißt, je kleiner die Tröpfchen gemacht werden können, desto größer wird ihre gesamte Oberfläche und umso schneller kann das Wasser in der Umgebungsluft verdampfen (verdunsten).

Dadurch werden Steuer- und Regelvorgänge stark erleichtert. (Siehe Anmerkung 1)

Auch zur Benetzung wird Nebeltechnik sehr oft angewendet (zB Gießen mit Nebel, Staubbindung), wobei entweder nur Wasser vernebelt wird, Wasser als Trägermedium für verschiedenste Zusatzstoffe dient (zB Desinfektantien, Fungizide usw), oder einfach andere flüssige Medien für technische Anwendungen zerstäubt werden (zB Säurenebel)

Allgemein bekannt ist noch der physikalische Effekt der Verdampfungskühlung, im Volksmund "Verdunstungskälte" genannt. Durch die Verdampfung von Wasser in heißer, trockener Luft wird Wärme gebunden und kann so zur Kühlung verwendet werden. (Siehe Verdunstungskühlung)

Der physikalische Effekt der "Erstarrungswärme", also die Wärmebildung bei der Umwandlung von Wasser zu Eis ist sicher bereits weniger geläufig. Dieses Phänomen kann zur Verhinderung von Frostschäden in Obstkulturen (bei auftretenden Spätfrösten) wirkungsvoll angewendet werden
(Siehe Frostschutz)

In der Architektur und Kunst wird Nebel in den letzten Jahren gern zur Erzielung gewisser Showeffekte herangezogen, wobei allerdings nicht nur reiner Wassernebel, sondern auch Kohlensäureschnee (Trockeneis) oder Alkoholnebel (Diskonebel) verwendet wird.

Die künstliche Erzeugung von Nebel:

Damit ein schwebefähiger Nebel eines flüssigen Mediums gebildet werden kann, müssen große Tropfen in Feinstpartikel zerteilt werden. Um dies zu erreichen ist eine nicht unbedeutende Energiemenge erforderlich (Siehe Anmerkung 2). Diese Energie kann auf verschiedene Weise eingebracht werden:

  • In Spitälern wird - hauptsächlich aus Gründen der erforderlichen Sterilität - mit Heissdampf befeuchtet, die aufwendigste und damit auch teuerste aller Methoden.
  • Haushaltsbefeuchter mit kleinen Leistungen arbeiten mit dem sogenannten piezoelektrischen Effekt (schwingende Kristalle) und erzeugen "Kaltdampf".
  • Andere Systeme bedienen sich eines starken Luftstromes, der mit Hilfe eines Ventilators über eine stehende, kalte Wasseroberfläche geführt wird.
    Bei der "Mattenbefeuchtung" und bei herkömmlichen Luftwäschern (meist in Klimageräten zu finden) wird ein Luftstrom durch eine Wasserwand, bestehend aus dicken Tropfen geblasen.
    Hier besteht allerdings das sehr grosse Risiko, dass sich Keime und Bakterien in den Wasserreservoirs bilden, die später in den Luftkreislauf geblasen, ernste Krankheiten und Allergien auslösen können (zB. die Legionärskrankheit).
  • Zweistoffdüsen verwenden zur Vernebelung des gewünschten Mediums (zB. Wasser, aber auch Schlämmen, Säuren und dgl.) ein Trägermedium, meist Luft oder technische Gase und arbeiten teilweise nach dem Venturiprinzip (Selbstansaugung durch Bildung eines Unterdruckes)
  • Einstoffdüsen hingegen arbeiten mit meist recht hohen Drücken (bis zu 120 bar) und zerstäuben das Medium direkt in sogenannten Nebeldüsen, die je nach Hersteller sowohl aus Kunststoff, Nichteisenmetallen, Edelstählen oder Keramik bestehen können.
    Die wichtigsten Bauformen hierbei sind Prall- oder Dralldüsen.

 

Welche Verfahren nutzt Plantfog zur Nebelerzeugung?

Die Plantfog-Produktpalette der Hochdruckvernebelung erzeugt die zur Zerteilung des Mediums in Feinstpartikel notwendige Energie in den meisten aller Anwendungsfälle durch motorisch angetriebene Hochdruck-Pumpen.
Je nach Größe und Anwendung der Anlagen stehen dafür Pumpen der Druckklasse

zur Verfügung.

Zur Vernebelung dienen im Jahr 1986 von uns selbstentwickelten Nebeldüsen (Dralldüsen) aus hochlegiertem Edelstahl mit unterschiedlichen Durchsatzleistungen.

Für gewisse Anwendungen in der Landwirtschaft, im Feld- und im Obstbau wird eine Sonderdüse nach dem Unterdrucksystem (Venturiprinzip) verwendet, deren Entwicklung im Jahr 2003 erfolgte
(Siehe Anwendung von Löschkalk im Obstbau).

Für spezielle Anwendungen in der Medizin und Pharmazeutik bieten wir Anlagen an, in denen der erforderliche Düsendruck durch Beaufschlagung technischer Gase in Hochdruckzylindern (also strom- und pumpenlos) erzielt wird.

 

Anmerkung 1:

Ein Wassertropfen (Kugelform) mit einem Durchmesser von 1 mm hat ein rechnerisch bestimmbares Volumen und eine Oberfläche von 3,1415mm².
Wird dieser Tropfen nun durch Nebeldüsen in Partikel von durchschnittlich 20 Tausendstel Millimeter Durchmesser (20 micron) zerstäubt, so entstehen ca 125.000 Tröpfchen, deren Gesamtvolumen zwar dem Volumen des 1 mm großen Tropfens entsprechen, deren Oberflächensumme aber mit 157,07 mm² etwa fünfzigmal so groß ist !

Anmerkung 2:

Für Einstoffdüsen gilt : Je höher der Betriebsdruck einer qualitativ guten Nebeldüse ist, desto feiner wird der damit erzielte (Sprüh-) Nebel sein.

Wir erwähnen diesen Umstand deswegen so dezidiert, weil es Anbieter gibt, die vorgeben, Nebel bereits mit Wasserleitungsdruck (4-6 bar) oder nur sehr geringen Drücken (unter 10 bar) herstellen zu können.

Bis zu einem gewissen Grad stimmt das sogar.

Jede bessere Nebeldüse produziert bei jedem Wasserdruck einen gewissen Anteil von Feinstpartikeln (Aerosole). Maßgeblich für die Qualität des Nebels ist aber ein Tropfenspektrum, in dem die schwebefähigen Kleinst-Tröpfchen dominieren.
Und dies läßt sich eben nur mit hohen Drücken erreichen.
Es sei somit hervorgehoben, daß oben genannte Niederdrucksysteme den Begriff Nebelanlagen nicht verdienen, sondern treffender Sprüh- oder Sprinklersysteme heißen müssen, weil die große Mehrheit aller Tröpfchen infolge des Mangels an erforderlicher Energie die notwendige Kleinheit zur Schwebefähigkeit nicht erreichen können.
Unsere Bemerkung möge bitte
nicht als Abwertung dieser Systeme ausgelegt werden, die klare Anwendungsgebiete haben. Es soll nur hervorgehoben werden, daß hier die Unwissenheit vieler Kunden in mechanischem und physikalischem Grundwissen ausgenutzt werden könnte.
Andererseits werden bei Beschreibungen der Qualitätsmerkmale von Nebelsystemen und der verwendeten Düsen extrem kleine Partikeldurchmesser mit fast ausschließlichem Aerosolcharakter (1...10 micron Durchmesser) angegeben.
Da die Verfahren zur Ermittlung des Tropfenspektrums jedoch ausnahmslos sehr aufwendig und dementsprechend teuer sind, werden jene in den wenigsten Fällen durchgeführt.
Ohne eine von einem physikalischen Institut zertifizierte Analyse bleiben solche Angaben meist nur unbelegte Behauptungen und sind daher mit Vorsicht zu betrachten....
 

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