Rheologie inhomogener hochviskoser nicht-Newtonscher Medien der Biogasapplikationen

Teil der erneuerbaren Energieträger ist die Biogastechnik. Mit diesem Ansatz wird mit Hilfe gärfähiger Substrate ein brennbares Gasgemisch erzeugt, das entweder in nahe gelegenen Blockheizkraftwerken in Strom und Wärme umgewandelt wird, oder zur späteren Nutzung - nach entsprechender Aufbereitung - in Erdgasnetzwerke eingespeist wird.

Eine zentrale Rolle in der Biogastechnik stellen verschiedene Misch- und Rührvorgänge dar. Diese Vorgänge werden beispielsweise benötigt, um einen geeigneten Homogenisierungsgrad des Substrats und einen optimalen Wärmeübergang im Biogasreaktor zu realisieren.

Je weniger Energie zum Betrieb der Rührwerke verbraucht wird, desto höher ist der Gesamtwirkungsgrad der Anlage. Der Leistungsanspruch an die Rührtechnik ist in großem Maße an die Rheologie der eingesetzten Substrate gekoppelt. Je nach verwendeten Substraten ändern sich jedoch nicht nur Viskosität und Fließcharakter, sondern auch Konzentration und Größe der Feststoffanteile.

Daher wurden am Lehrstuhl für Strömungsmechanik und Strömungsmaschinen verschiedene Verfahren entwickelt, um die Rheologie inhomogener und hochviskoser, nicht-Newtonscher Medien zu untersuchen. Weiterhin steht dem Institut ein Versuchsstand zur Verfügung, mit dessen Hilfe Modellversuche von vertikalen Fermentern der Biogastechnik durchgeführt werden können.

Auf Basis des Rieger-Novak-Verfahrens und der Metzner-Otto Korrelation kann mit Hilfe des Propeller-Viskosimeters auf die scheinbare Viskosität eines Substrats und damit auf die entsprechende Fließ- und Viskositätskurve geschlossen werden.

Zusätzlich kann zur Messung das Propeller-Viskosimeter schwimmfähig zum Direkteinsatz oder mit einem separaten Kessel neben der Biogasanlage verwendet werden. Als weitere Möglichkeit steht dem Lehrstuhl ein PMMA-Kessel zur Verfügung um in Laborversuchen den Freistrahl zu untersuchen.

• langsam drehender Gleichstrommotor mit Planetengetriebe (n=1..60 min^-1)
• Drehmomentmessung (0..0,5 Nm)
• Drehzahlmessung
• Temperaturmessung
• verschiedene Messaufstellungen
• Kesselvolumen: 30 bzw. 60 l (je nach Kesselart)

Der Versuchstank ist mit einem Tauchmotor-Rührwerk ausgestattet, mit dem der Rührprozess nach den Gesetzen der Ähnlichkeitsmechanik untersucht werden kann. In den Versuchsstand ist ein Ultraschall-Doppler-Anemometer integriert, mit dem das Geschwindigkeitsfeld im Innern des Tanks aufgenommen werden kann.

Weiterhin besteht die Möglichkeit, das Tauchmotor-Rührwerk flexibel zu positionieren, um verschiedene Aufstellungskonzepte zu untersuchen (in Planung).

• Maximale Spiegelhöhe: 2000 mm
• Maximales Kesselvolumen: ≈10 m³
• Rührerdrehzahlen bis 2000 1/min
• Propeller-ø bis 250 mm
• Antriebsleistung bis 2,2 kW
• Beobachtungsmöglichkeiten durch 15 Fenster
• Geschwindigkeitsmessung mittels Ultraschall-Doppler-Anemometrie
• flexible Rührerpositionierung (in Planung)