Hallo!
Hab ich durch einen Druckminderer Verluste? Angenommen ich betreibe ein 8 bar Druckluftnetz und möchte an meinen angeschalteten Komponenten einen Eingangsdruck von 5 bar haben.
Ich benutze einen Druckminderer und regel den Druck auf 5 bar runter. Hab ich dort in irgend einer Art Verluste?
Viele Grüße
jack
Kurze Antwort :
Ja, du hast (Reibungs-)Verluste.
Da diese Druckminderer mehr oder weniger einfach eine
Drossel darstellen, wird Energie vernichtet. Die vernichtete
Energiemenge ist von der Temperatur sowie von dem Druck selbst
abhängig, bei niederigen Drücken aber nicht so wild.
Diese Reibungsverluste werden in Wärme freigesetzt?
Kann man das irgendwie in Zahlen ausdrücken?
Viele Grüße
jack
Hallo!
Ist doch klar: Wenn ein Druckminderer aus 8 Bar 5 Bar macht, dann hast du 3 Bar Verlust. Das ist eine ganze Menge.
Der Druck wird kleiner, aber die Luftmenge wird nicht größer.
Auf Elektrische Energie übertragen ist das so, als ob ein Widerstand aus 8 Volt 5 Volt macht.
Besser wäre es, man würde einen Transformator verwenden statt eines Widerstandes, dann sinkt die Spannung, aber dafür erhöht sich die Stromstärke.
Einen Transformator für Druckluft kenne ich aber leider nicht.
Grüße
Andreas
Guten Tag,
Hallo!
Ist doch klar: Wenn ein Druckminderer aus 8 Bar 5 Bar macht,
dann hast du 3 Bar Verlust. Das ist eine ganze Menge.
So klar ist mir das nicht!
Der Druck wird kleiner, aber die Luftmenge wird nicht größer.
Durch den Druckminderer kommt weniger Luftmenge durch, d.h. weniger Luftmenge wird benötigt um 5 bar zu erzeugen, die restliche Luftmenge bleibt doch auf der 8 bar Seite und ist somit doch nicht verloren.
Auf Elektrische Energie übertragen ist das so, als ob ein
Widerstand aus 8 Volt 5 Volt macht.
Ein Widerstand wandelt die Energie in Wärme um, ein Druckminderer wandelt die Energie in „was“ um? Da sind die 3 bar auf einmal inkl. Luftmenge futsch? Das kann nicht sein.
Ich denke deine Analogie kann so nicht richtig sein.
Besser wäre es, man würde einen Transformator verwenden statt
eines Widerstandes, dann sinkt die Spannung, aber dafür erhöht
sich die Stromstärke.Einen Transformator für Druckluft kenne ich aber leider nicht.
Grüße
Andreas
Viele Grüße
jack
Hallo jack,
Diese Reibungsverluste werden in Wärme freigesetzt?
Im Prinzip ja …
… aber durch das Expandieren des Gases (Druckverringerung) wird gleichzeitig auch Wärme entzogen.
MfG Peter(TOO)
Hallo!
Durch den Druckminderer kommt weniger Luftmenge durch, d.h.
weniger Luftmenge wird benötigt um 5 bar zu erzeugen, die
restliche Luftmenge bleibt doch auf der 8 bar Seite und ist
somit doch nicht verloren.
Stimmt. Das hatte ich nicht bedacht. Aber die Luftmenge, die 5 Bar hat, egal wie viel das ist, muss durch den Druckminderer und verliert dabei Druckenergie.
Ein Widerstand wandelt die Energie in Wärme um, ein
Druckminderer wandelt die Energie in „was“ um?
Auch in Wärme. Die geht aber verloren, weil durch die Drucksenkung Kälte entsteht.
Ich denke deine Analogie kann so nicht richtig sein.
Na ja, nicht ganz. Aber ein Druckminderer hat innen tatsächlich einen Widerstand. Das ist eine kleine, geregelte Öffnung, wo der Druck in Geschwindigkeit umgewandelt wird. Die Geschwindigkeit wird dann über Turbulenzen in Wärme (und ewas Schall) umgewandelt. Durch die Wärme erwärmt sich die Luft, was aber keine Auswirkung hat, weil sie ja durch den Druckabfall abkühlt.
Grüße
Andreas
Jein, hier wird es etwas kompliziert.
Zum einen hast du kein Ideales Gas. Daher ist der sog.
Joule-Thomson-Koeffizient ungleich null. Für Luft bei
Umgebungsdruck bedeutet dies: Die Luft wird durch den Druckverlust
kälter. Dieser Effekt ist dem folgenden allerdings größenmäßig
unterzuordnen.
Durch den „Druckverlust“ wird die Luft beschleunigt (Bernoulli-Gl)
Da im „Druck“ keine nennenswerte „Energie“ ( Enthalpie, siehe oben)
gespeichert ist, muss die Energie für die Beschleunigung wo anders
herkommen. Sie kommt aus der einzigen anderen Möglichen
„partiellen Energie“ der Luft, aus der Temperatur nämlich.
Daher wird die Luft beim Drosseln zunächst kälter. Einen Teil der
zusätzlichen Bewegungsenergie (der größte Teil…) wird wieder in
Wärme umgewandelt.
Daher hast du sozusagen keinen NENNENSWERTEN Energieverlust.
Einzig die Entropie nimmt zu (komischer Begriff, noch blöder zu
erklären). Zusammengefasst bedeutet es : Du kannst Luft bei
solch niedrigen Drücken durch einen Druckminderer jagen, es wird
quasi keine Energie verbraucht (die Energie der Luft ist am Eingang
FAST die selbe wie am Ausgang, im Fall eines Idealen Gases sogar
genau die selbe. Allerdings bekommst du die Luft am Ausgang des
Druckminderers nicht mehr auf den hohen Druck (ohne zusätzliche
Energie). Dies ist übrigens der Zweite Hauptsatz der Thermodynamik.
Anders sieht die Sache aus strömungstechnischer Sicht aus. Dort gibt
es eine einfache Formel, die die AUFZUWENDENDE Energie
beschreibt: Q = delta_P * Volumenstrom .
Wenn du also von 10 Bar auf 8 Bar reduzierst und dabei 1000 Liter/s
Luft entnimmst, brauchst du nach dieser Formel
200.000 Pascal * 1 m^3/s = 200 Kilowatt.
1 bar = 100.000 Pascal übrigens.
Diese Energie geht übrigens
nicht flöten, wie man nach meinen Vortrag über den zweiten
Hauptsatz meinen könnte, sondern die Luft wird durch diese
Energie (Annahme : id. Gas) einfach nur erwärmt.
Ich hoffe es war halbwegs verständlich.
Gruß
Nope, er „wandelt“ sie in Entropie um.
Bzw schon in Wärme, aber wenn du die Schritte
Luft vorher -->DM–> Luft nachher vergleichst, dann
hast du keinen Energieunterschied. Wohl aber einen Entropieuntesch.
Hier liegt der Unterschied zwischen einem Druckminderer und einem
el. Widerstand. Ersterer erzeugt nichts Nutzbares, zweiteres schon,Wärme nämlich.
Anschaulich : Wenn du die Luft mit 10 Bar durch eine Turbine jagst,
dann kommt hinten Luft mit sagen wir 10 Grad raus. Wenn sie vorher
20 Grad warm war, dann steckt die Energie, die an die Turbi
abgegeben wurde, in der Temperaturdifferenz der der Luft.
Wenn nun vor der Turbi ein Druckminderer liegt, dann liefert die
Turbine weniger Leistung, klar. Aber die hinten aus der
Turbine austretende Luft hat dann vielleicht auch 13 Grad,
also weniger Energie an die Turbine abgegeben, die Luft hat
aber (auf z.b. 0 Grad bezogen) mehr Energieinhalt.
Ich hoffe dies war klar…
Hallo Diggi!
Danke für die Ausführungen, die das ganze noch genauer erklären.
Hätte ich auch schreiben können, war aber zu faul dazu.
Grüße
Andreas
Also wir können festhalten, dass wir Verluste bei der Druckreduzierung von Drücken durch einen Druckminderer haben. Wie groß ist der Verlust, zum Beispiel in Prozent?
Nehmen wir an wir betreiben Pneumatikzylinder die mit 5 bar betrieben werden sollen. Wir haben ein 8 bar Netz zur Verfügung.
Wir reduzieren den Druck durch einen Druckminderer der vor den Zylindern geschaltet wird.
Jetzt stellt sich die Frage, ist es nicht sinnvoller kleinere Zylinder zu nehmen und diese bei 8 bar zu betreiben? (investitionsaufwand lassen wir außen vor) Klar ist, dass der Verbrauch an Normlitern bei gleicher Zylindergröße bei 8 bar Betrieb um ca. 30% größer ist ggü einem Betrieb bei 5 bar.
[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]
Zwei Sachen : Am Druckminderer entstehen KEINE Energieverluste.
Zumindest keine bei einer „klassischen“ Definition der Energie.
Zweitens:
Ich hab sowas schon ewig nichtmehr gerechnet, daher versuche ich es
jetzt mal.
Annahmen : Luft --> perfektes Gas (ist bei den Drücken vertretbar),
Prozesse adiabat und reversibel (vertretbar wenn die Kolben recht
schnell sind, aber für eine erste Näherung …).
Kompression der Luft im Kompressor:
Eingangstemp 20 Grad C , Isentropenexponent k = 1.4
P1 = 1 bar
P2 = 8 bar
T2 = T1 * (P2/P1)^((k-1)/k) = 257 Grad C
Zugeführte Energie : e1 = cp * delta_T = 238,2 KJ/Kg
Expansion im Kolben genau das selbe, da Annahme reversibel adiabat.
Nun setzten wir willkürlich fest, dass in den Kolben 1 KG Luft
bei 8 bar passen, thermische Ausdehnung etc. wird vernachlässigt (ich
will mich hier nicht für nix totrechnen).
Sprich, wir suchen jetzt die Masse an Luft bei 5 bar, die bei der
Expansion 238,2 KJ freisetzt.
Wieder wie oben, Temperatur am Zylindereinlass 257 Grad C,
Temperatur nach Expansion :
T3 = T2*(P1/P3)^((k-1)/k) = 61 Grad C.
e2 = cp * delta_T = 196.49 KJ/Kg
äquivalente Menge an Luft bei 5 bar : 1.21 Kg .
„Verlust“ an der Drossel : 21 %
Die wäre jetzt der Verlust bei einer isenthalpen ( keine Energie
geht verloren, d.h. ideal) Drossel, einem perfekten Gas ( gewagt,
aber kommt so pi*daumen hin) und adiabatem (anderes rechne ich mich
tot) Prozess.
Du siehst, wenn die Prozesskosten in erster Linie von den
Energiekosten bei der Kompression bestimmt werden, dann wäre hier
eine Optimierungsmöglichkeit. Du siehst aber auch, im
Fall 2 ist die austretende Luft 41 Grad wärmer als bei Fall 1,
eventuell kann hiermit auch was Sinnvolles gemacht werden.
Nur sinkt eben der (idealisierte) Wirkungsgrad von 100% auf 82 %.
Hallo Jack
alles was weiter unten steht ist nicht richtig!!
In einem Druckminderer gibt es keine kleinen Blenden oder ähnlichen Schnickschnack!
Wenn man aus dem System nämlich keine Luft entnimmt, dann würde sich innerhalb kurzer Zeit auch auf der Niederdruckseite der höhere Druck aufbauen und dein System, das auf 5 bar ausgelegt ist wird auseinanderplatzen.
In einem Druckminderventil wird eine Ventilplatte durch eine Feder belastet, die dem Durchgang eine Kraft entgegensetzt und somit aus den 8 bar 5 bar macht. Bist Du auf der Primärseite bei 4 bar, dann bleibt das Ventil zu.
Jede Campinggasflasche hat ein fest eingestelltes Druckminderventil, das aus dem hohen Flaschendruck einen schwachen Pups macht (50mm Wassersäule).
Ich empfehle mal die Gurgel- oder Wikimaschine anzuwerfen. Mit Blenden kann man nur den Durchfluss begrenzen, niemals den statischen Druck.
So, das musste mal gesagt werden.
Gruß vom Klugscheisser
Nachtrag:
Beispiel: Du hast einen Tank mit 100 l. Inhalt, der unter einem Druck von 8 bar steht. Darin sind also 800 l Luft. Dein Pressluftmotor, der - zunächst vereinfacht zur Anschauung- mit 1 bar anläuft und 100l in der Minute braucht- konsumiert die 800 l in 8 Minuten. Fazit, der Motor wird kalt durch die Expansion der Luft von 100l auf 800l (DER VERDICHTER WURDE AUCH HEISS!!). Weiter unten hat das einer ausgerechnet.
Wenn Du die Pressluft in Flaschen kaufst, wird dein Motor 8 Minuten laufen, bis der Tank leer ist. Bei Deinem Druckminderer wird er nur 3 Minuten nachlaufen, wenn der Kompressor abgeschaltet wird, Im Tank bleiben 5 bar stehen.
Im Druckminderventil wird es nicht nennenswert kälter bei Luftverbrauch.
Vereisen tun die Gasflaschen (Propan)!
Gruß vom Ks
Du hast prinzipiell recht, ABER:
Wenn man einen kontinuierlichen Prozess betrachtet, bei dem der
Druck aus einem großen Vorratesgefäß mit einem im Verhältniss
zu Vorratsdruck/Vorratsmenge geringem Volumenstrom und Druck ausströmt,
dann hat man quasi eine Blende. Der Austrittsquerschnitt dieser
Blende ist natürlich abhängig vom eingestellten Druck
sowie vom tatsächlich vorherrschenden Druck,aber unter o.g.
Voraussetzungen ist der Blendendurchmesser weitestgehend konstant.
Wie dieser Mechanismus nun aufgebaut ist war niemals Thema der
Diskussion, wir haben eine „Blackbox“ betrachtet,
die einfach den Druck runterregelt. Wie ist im Endeffekt egal,
Ergebniss ist dasselbe.
Übrigens, die Propanflasche wird primär deshalb kalt, weil das darin
enthaltene flüssige Propan verdampft.Ein Druckregler wird dann
kalt, wenn die Geschwindigkeit des ausströmenden Gases höher ist als
die des einströmenden Gases. Nichidealitäten wie angesprochen mal
aussen vor.
Gruß ,
der Dummscheißer xD
Hallo Olschi!
alles was weiter unten steht ist nicht richtig!!
Das ist Quatsch!
Musste mal gesagt werden.
Grüße
Andreas
Hausfrauenphysik ?
Hallo,
Im Druckminderer gibt es keine kleinen Blenden oder ähnlichen Schnickschnack!
…wird eine Ventilplatte durch eine Feder belastet …
Und der Spalt, der offensichtlich einen so großen Strömungswiderstand
darstellt, dass daran der Differenzdruck zw. Ein-/Ausgang abfällt
ist also etwas ganz anderes als eine Düse oder Blende???
Das musst du noch mal genauer erklären!
somit aus den 8 bar 5 bar macht. Bist Du auf der Primärseite
bei 4 bar, dann bleibt das Ventil zu.
Wenn man aus dem System nämlich keine Luft entnimmt, dann würde sich :innerhalb kurzer Zeit auch auf der Niederdruckseite der höhere Druck :aufbauen …
Und das passiert bei dem federbelasteten Ventil nie!
Meinst du, das ein solche Ventil per Definition perfekt dicht sein muss?
Ich empfehle mal die Gurgel- oder Wikimaschine anzuwerfen. Mit
Blenden kann man nur den Durchfluss begrenzen, niemals den statischen Druck.
So, das musste mal gesagt werden.
Ah ja, und der Druckverlust über ein Ventil eines Druckminderers ist also
etwas ganz anders als der Druckverlust über eine Düse, Nadelventil oder
Messblende??? Das mußt du mir auch nochmal genauer erläutern.
Gruß Uwi
hallo UWI und andere
Stell deine Antwort mal in die TECHNOLOGIE Mechanik & Konstruktion.
Dort sind die Leute, die Dir besser als ich etwas über Blenden, Durchflussreduzierventile und Druckreduzierventile erklären können.
Wenn Du Glück hast, dann gerätst Du an einen von FESTO, RECTUS oder Spezialisten aus dem Metier.
Ich bin nur schlichter Anwender von Pneumatik und habe mir alles aus den Schriften von FESTO verinnerlicht.
Mit anwendungspraktischem Gruß
Ks