Formel zur Berechnung des Luftdurchsatzes eines Druckluftkompressors

Was ist der Luftdurchsatz eines Druckluftkompressors?

Die Luftdurchflussmenge eines Druckluftkompressors bezeichnet in der Regel das Volumen der von dem Kompressor pro Zeiteinheit angesaugten oder abgegebenen Luft. In der Technik sind folgende Einheiten üblich: m³/min, L/min Oder Nm³/min. Da das Gasvolumen sich mit Druck und Temperatur ändert, ist bei Vergleichen oder der Auswahl zunächst die jeweilige Bezugsbedingung für Druck, Temperatur und Zustand des Durchflusses klarzustellen.

Theoretisches Auslassvolumen nach Schätzung anhand der Zylinderparameter

Einwirkender Kolbenluftkompressor:Das theoretische Verdrängungsvolumen lässt sich näherungsweise durch Q = π/4 × D² × S × n × z darstellen.

• D: Zylinderdurchmesser.
• S: Kolbenhub.
• n: Drehzahl oder Anzahl der Hin- und Herbewegungen pro Zeiteinheit.
• z: Anzahl der Zylinder.

Das tatsächliche Ausstoßvolumen liegt in der Regel unter dem theoretischen Wert und lässt sich wie folgt darstellen:Tatsächliche Ausstoßmenge = Theoretische Ausstoßmenge × VolumenwirkungsgradDie volumetrische Effizienz wird durch das Restvolumen, den Ansaug‑ und Ausstoßwiderstand, den Zustand der Ventile sowie durch Temperatur und Leckagen beeinflusst.

Schätzung basierend auf der Befüllungszeit des Gasspeichers

Schätzung der Entlüftungsmenge im Ansaugzustand anhand der Füllzeit des vor Ort verfügbaren Gasbehälters:Q ≈ V × (P2 – P1) / (t × P0).

• V: Volumen des Druckluftbehälters.
• P1: Der absolute Druck zu Beginn der Befüllung.
• P2: Absoluter Druck am Ende der Aufpumpung.
• t: Aufblaszeit.
• P0: Referenzatmosphärendruck oder Normdruck auf der Saugseite.

Weist das Messgerät einen Überdruck aus, ist dieser zunächst in einen absoluten Druck umzurechnen. Bei der Berechnung sind zudem Entlastungs‑, Entlüftungs‑ sowie Störungen durch die Parallelschaltung mehrerer Geräte möglichst zu minimieren.

Umwandlung zwischen tatsächlichem Durchfluss und Durchfluss im Normzustand

Wenn der tatsächliche Durchfluss im Betriebszustand in den Standarddurchfluss umgerechnet werden muss, kann die ideale Gasgleichung herangezogen werden:QN ≈ Q × (P / PN) × (TN / T).

• F: Volumenstrom unter tatsächlichen Betriebsbedingungen.
• QN: Volumenstrom im Normzustand.
• P: Tatsächlicher absoluter Druck.
• PN: Druck im Normzustand.
• T: Tatsächliche thermodynamische Temperatur.
• TN: Thermodynamische Temperatur im Standardzustand.

Die Definition des Standardzustands kann je nach Branche unterschiedlich ausfallen; bei der Berechnung ist auf eine einheitliche Bezugsbasis zu achten, um eine unmittelbare Mischung verschiedener Standards zu vermeiden.

Berechnung des erforderlichen Gasdurchflusses gemäß den gasverbrauchenden Geräten

Bei der Auswahl wird häufig die Methode der Gesamtgasverbrauchssumme angewendet:Benötigter Luftdurchsatz ≈ Σ Luftverbrauch pro Gerät × gleichzeitiger Betriebsfaktor × Sicherheitszuschlag.

• Gasverbrauch eines einzelnen Geräts: Maßgeblich sind die technischen Unterlagen des Geräts oder die gemessenen Daten.
• Gleichzeitigkeitsfaktor: Wird in Abhängigkeit davon festgelegt, ob die Geräte gleichzeitig betrieben werden oder nicht.
• Sicherheitskoeffizient: Berücksichtigt Leckagen, zukünftige Erweiterungen sowie Schwankungen der Betriebsbedingungen.

Hinweise zur Berechnung

• Der Druckanzeigewert eines Manometers ist in der Regel ein Überdruck; bei der Berechnung von Gasvolumenänderungen ist der absolute Druck zu verwenden.
• Eine Erhöhung der Temperatur führt bei einer konstanten Gasmenge zu einer Vergrößerung des Volumens; bei Umrechnungen ist daher ein einheitlicher Temperaturbezugspunkt zu verwenden.
• In großen Höhen herrscht ein niedrigerer Ansaugdruck, was die tatsächliche Ausstoßmenge und das Verdichtungsverhältnis beeinflusst.
• Leckagen in Rohrleitungen, der Widerstand des Filterelements sowie der Verschleiß von Ventilen führen alle zu einem Rückgang des verfügbaren Durchflusses.
• Bei der Auswahl sollte ein angemessener Leistungsüberschuss vorgesehen werden, jedoch sollte eine übermäßige Überdimensionierung vermieden werden, um den Energieverbrauch nicht zu erhöhen.