Formel zur Korrelation von Druck und Durchfluss bei Druckluftkompressoren

Grundbegriffe zu Druck und Durchfluss von Druckluftkompressoren

In Druckluftsystemen sind Druck und Volumenstrom die beiden zentralsten Leistungsparameter. Der Druck bezeichnet in der Regel den Druck des vom Kompressor abgegebenen Gases, während der Volumenstrom das innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit vom Kompressor abgegebene Gasvolumen angibt. Ein präzises Verständnis der Wechselbeziehung zwischen beiden bildet die Grundlage für die Auswahl der Anlagenausrüstung sowie für die energetische Optimierung des Systems.

Grundlagen der Theorie: Ideales Gasgesetz

Die Umrechnung zwischen Druck und Durchfluss einer Druckluftmaschine beruht auf der idealen Gasgleichung. Bei konstanter Temperatur ist der Druck eines Gases umgekehrt proportional zum Volumen, was als Boyle‑Mariotte‑Gesetz bezeichnet wird. Die grundlegende Formel lautet:

P1 × V1 = P2 × V2

• P1, P2: stehen für den absoluten Druck des Gases im Zustand 1 bzw. im Zustand 2.
• V1, V2: stehen jeweils für das Volumen oder den Volumenstrom des Gases im Zustand 1 bzw. im Zustand 2.

Es ist zu beachten, dass der Druck in der Formel unbedingt … sein muss.Absoluter Druck, das heißt der Überdruck plus der örtliche Atmosphärendruck.

Umrechnungsformel für den Durchfluss unter realen Betriebsbedingungen

In der praktischen industriellen Anwendung sind aufgrund des Einflusses von Temperatur und Gasverdichtbarkeit präzisere Umrechnungsformeln erforderlich. Berücksichtigt man Temperaturschwankungen, ist die allgemeine Zustandsgleichung für Gase heranzuziehen:

(P1 × V1) / T1 = (P2 × V2) / T2

• T1, T2: steht für die thermodynamische Temperatur; bei der Berechnung ist zur Umrechnung von Grad Celsius in Kelvin 273,15 hinzuzufügen.

Für Hochdruck‑ oder Spezialgase ist zudem die Berücksichtigung des Gas‑Kompressionsfaktors erforderlich. In der Regel bei der Kompression von Luft im mittleren und niedrigen Druckbereich wird dieser Faktor jedoch häufig als nahezu 1 angenommen, was die Berechnungen vereinfacht.

Unterschied zwischen Standarddurchfluss und Freiluftdurchfluss

Bei der Einsicht in die Parameter von Druckluftkompressoren stößt man häufig auf unterschiedliche Darstellungsweisen des Durchflusses; deren Umrechnung ist von entscheidender Bedeutung:

• Standardzustandsdurchfluss: Bezeichnet den Volumenstrom eines Gases unter Standardbedingungen (in der Regel 0 °C und 1 Atmosphäre).
• Freie Luftdurchflussmenge (FAD): Bezeichnet den Luftvolumenstrom des Kompressors unter den tatsächlichen Umgebungsbedingungen am Einlass (lokalem Atmosphärendruck, Umgebungstemperatur und tatsächlicher Luftfeuchtigkeit).

Die Umrechnung zwischen beiden Größen beruht ebenfalls auf der oben genannten Gaszustandsgleichung. Bei der Auswahl der Geräte ist unbedingt zu klären, ob die vom Hersteller angegebene Durchflussmenge eine Normdurchflussmenge oder eine Freiluftdurchflussmenge ist, um zu vermeiden, dass aufgrund von Betriebsbedingungsunterschieden die tatsächliche Luftversorgungsmenge nicht ausreicht.

Ingenieuranwendungen und Empfehlungen zur Auswahl

Nachdem die entsprechende Formel für den Zusammenhang zwischen Druck und Durchfluss beherrscht wird, sind im praktischen Ingenieurbetrieb folgende Punkte zu beachten:

• Klare Festlegung der Gasnachfrage am VerbrauchsortBerechnung der Druckverluste im Rohrleitungssystem, um sicherzustellen, dass der Auslassdruck des Kompressors den minimalen Betriebsdruck der am weitesten entfernten Anlagekomponente erfüllt.
• Vermeiden Sie übermäßiges Design: Mit jeder zusätzlichen Erhöhung des Abgasdrucks steigt der Energieverbrauch deutlich an. Der Druck sollte entsprechend dem tatsächlichen Bedarf eingestellt werden, um Energieverschwendung zu vermeiden.
• Berücksichtigung von Leckagen und ToleranzenBei der Berechnung des Gesamtdurchflussbedarfs sind ein angemessener Leckagekoeffizient des Rohrnetzes sowie ein zukünftiger Ausbauspielraum einzubeziehen.