Druckabfall

Der Druckabfall ist der Druckunterschied zwischen zwei Punkten in einem System. Sie wird häufig durch Reibung oder Strömungswiderstand von Rohrwänden, Armaturen oder Hindernissen wie Ventilen verursacht. In diesem Artikel werden die Druckverlustformel, ihre Bedeutung und ihre Auswirkungen in verschiedenen Situationen erörtert.

Inhaltsübersicht

• Was ist Druckabfall?
• Bedeutung des Druckabfalls
• Formel für den Druckverlust
• Druckabfall und Durchflussmenge
• Druckabfall in verschiedenen Situationen
• FAQs

Was ist Druckabfall?

Druckabfall ist die Verringerung oder der Verlust des Flüssigkeitsdrucks auf dem Weg durch ein System. Druckabfall tritt in verschiedenen Situationen auf, z. B. wenn Flüssigkeit durch ein Rohr, über eine Düse oder ein Ventil fließt. Dies wird in der Regel verursacht durch:

• Reibung zwischen der Flüssigkeit und der Innenfläche des Rohrs
• Verstopfung von Rohrleitungen
• Änderung der Richtung der Leitung

Bedeutung des Druckabfalls

Die Berechnung des Druckabfalls ist für die Auslegung und die Aufrechterhaltung der Integrität des Systems von entscheidender Bedeutung. Der Druckabfall ist ein Diagnoseinstrument, mit dem sich Probleme in einem Rohrleitungssystem feststellen lassen. Zum Beispiel:

• Ein plötzlicher Druckabfall kann auf eine Verstopfung, ein teilweise geschlossenes Ventil oder ein Leck in der Rohrleitung hinweisen.
• In einem Heizungssystem steuert ein Ventil den Durchfluss von Warmwasser, um eine bestimmte Temperatur aufrechtzuerhalten. Der Druckabfall am Ventil wirkt sich auf die Menge des durch das System zirkulierenden Warmwassers aus und beeinflusst damit die Fähigkeit des Systems, die Zieltemperatur zu erreichen und zu halten.

Im Allgemeinen spielt die Berechnung des Druckabfalls von Ventilen eine entscheidende Rolle bei den folgenden Punkten:

• Ventilgröße: Um das Ventil genau zu dimensionieren, ist eine Druckverlustberechnung erforderlich. Ein großes Ventil kann zu hohen Durchflussraten führen, was den Verschleiß des Ventils beschleunigen kann. Umgekehrt kann ein kleines Ventil zu einem unnötigen Druckabfall führen, was Energieverschwendung und eine geringere Systemeffizienz zur Folge hat.
• Vorhersage der Systemleistung: Die Berechnungen bestimmen den Leistungsbedarf der Pumpe und den Flüssigkeitsdurchsatz.
• Systementwurf und -integrität: Die Berechnungen sind ein Diagnoseinstrument zur Ermittlung von Problemen in den Rohrleitungen.
• Voraussichtliche Wartung: Die Verfolgung des Druckabfalls im Laufe der Zeit hilft bei der Planung von Inspektionen und Reinigung.

Lesen Sie unseren Artikel über die Planung eines netzunabhängigen aufgeständerten Wassersystems, um mehr über den Aufbau und die Funktionsweise eines netzunabhängigen gravitationsgestützten Wassersystems für eine Hütte zu erfahren.

Formel für den Druckverlust

Der Druckabfall in einem Rohr entsteht durch die Reibung zwischen der Flüssigkeit und der Rohrwand, Änderungen der Strömungsrichtung, Verstopfungen und Änderungen des Rohrdurchmessers. Der Druckverlust kann mit der Darcy-Weisbach-Formel berechnet werden. In einem Rohrleitungssystem, das aus mehreren Rohren, Ventilen und Armaturen besteht, ist der Gesamtdruckverlust die Summe der Druckverluste in jeder Komponente.

Die Gleichung für den Druckabfall (Darcy-Weisbach-Formel) lautet wie folgt,

• ΔP: Druckverlust
• f: Darcy-Reibungsfaktor
• L: Länge des Rohrs
• V: Fließgeschwindigkeit
• D: Durchmesser des Rohrs
• 𝜌: Dichte der Flüssigkeit

Der Darcy-Reibungsfaktor wird in erster Linie durch die Art der Strömung (laminar oder turbulent) und die Rauheit der Rohrinnenfläche bestimmt. Sie kann mithilfe von Nachschlagetabellen, Korrelationen oder Software aus experimentellen Daten ermittelt werden.

Beispiel

Bestimmen Sie den Druckverlust von Wasser in einem 100 m langen Rohr mit einem Durchmesser von 0,1 m. Nehmen Sie einen Reibungsfaktor von 0,03 und eine Fließgeschwindigkeit von 30 m/s an.

• L = 100 m
• D = 0,1 m
• f = 0.03
• V = 30 m/s
• 𝜌 = 1000 ^kg/m3

Setzt man diese Werte in die obige Gleichung ein, so ergibt sich ein Druckabfall von 13,5 MPa, was recht beachtlich ist. Dies erfordert starke, hochwertige Geräte, die dem Druck standhalten und einen effizienten Betrieb gewährleisten. Das bedeutet auch, dass die Pumpe einen Druck von deutlich über 13,5 MPa erzeugen muss, um den gewünschten Wasserdurchfluss aufrechtzuerhalten. Dies erfordert einen hohen Energieverbrauch und erhöht die Betriebskosten. Daher ist es wichtig, den Druckverlust bei der Planung und dem Betrieb des Systems zu berücksichtigen.

Druckabfall in Armaturen

In langen Rohrleitungen ist der Druckabfall aufgrund der Reibung im geraden Rohr viel größer als der Druckabfall, der durch die Armaturen und Ventile verursacht wird. Dies liegt daran, dass die Reibungsverluste proportional zur Länge des Rohrs sind.

Je kürzer die Rohre werden, desto größer wird der Anteil der Verluste durch Armaturen und Ventile. Doch selbst bei einer kurzen Leitung ist der Druckabfall aufgrund der Reibung in der geraden Leitung immer noch viel größer als der Druckabfall aufgrund der Armaturen und Ventile. Aus diesem Grund wird der durch die Armaturen und Ventile verursachte Druckabfall immer noch als "geringe Verluste" bezeichnet. Einzelne kleine Verluste mögen zwar gering erscheinen, aber sie können sich summieren, insbesondere in komplexen Systemen mit vielen Armaturen und Windungen.

Der Druckabfall durch Armaturen wird nach der Methode der äquivalenten Länge berechnet. Die Methode der äquivalenten Länge ermöglicht es dem Benutzer, den Druckverlust durch eine Armatur als Länge des Rohrs zu beschreiben. Nehmen wir ein Winkelstück mit einem Durchmesser von 0,05 m. In vielen Rohrmaterialspezifikationen gibt es Tabellen, die die äquivalente Länge für verschiedene Arten von Fittings angeben. Ein Standard-Winkelstück kann beispielsweise eine Länge von 30 Rohrdurchmessern haben.

Die entsprechende Länge für einen Bogen mit 0,05 m Durchmesser wäre 30 * 0,05 m = 1,5 m. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 2 m/s, einem Reibungskoeffizienten von 0,025 und unter Verwendung der Darcy-Weisbach-Formel beträgt der Druckabfall durch die Armatur 1,5 kPa.

Druckabfall und Durchflussmenge

Der Durchflusskoeffizient Cv oder Kv und der Druckabfall stehen in umgekehrter Beziehung zueinander. Ein Ventil mit einem hohen Cv-Wert ermöglicht einen größeren Durchfluss und verursacht somit einen geringeren Druckabfall über das Ventil bei einer bestimmten Durchflussmenge. Umgekehrt verursacht ein Ventil mit einem niedrigen Cv-Wert bei gleichem Durchfluss einen höheren Druckabfall.

Es ist wichtig, dass diese beiden Faktoren bei der Dimensionierung und Auswahl der Ventile berücksichtigt werden. Wenn ein Ventil zu klein für das System ist, hat es einen niedrigen Cv-Wert und kann einen hohen Druckabfall verursachen, was zu einer schlechten Systemleistung führt. Andererseits kann ein zu großes Ventil die Durchflussmenge nicht ausreichend regeln.

Druckabfall in verschiedenen Situationen

In diesem Abschnitt werden die verschiedenen Fälle erörtert, in denen ein Druckabfall beobachtet werden kann.

• Druckabfall über eine Blende: Wenn die Flüssigkeit durch eine Öffnung fließt, ändert sie ihre Geschwindigkeit und ihren Druck, was zu einem Druckabfall führt. Die Größe dieses Abfalls hängt von den Eigenschaften der Flüssigkeit, der Größe der Blende und der Strömungsgeschwindigkeit ab.
• Druckabfall über ein Ventil: Ventile tragen zum Druckabfall bei, während sie den Flüssigkeitsdurchfluss eines Systems steuern. Das Ausmaß dieses Abfalls wird durch die Konstruktion des Ventils, die Größe, die Durchflussmenge und die Eigenschaften der Flüssigkeit beeinflusst.
• Wasserdruckabfall pro 100 ft: Dieses Maß wird üblicherweise in Rohrleitungssystemen verwendet, um den Druckverlust aufgrund von Reibung über eine bestimmte Rohrlänge zu ermitteln. Sie hängt vom Material des Rohrs, dem Durchmesser, der Geschwindigkeit des Wassers und der Temperatur ab.
• Druckverlust des Filters: Filter tragen zum Druckabfall bei und entfernen unerwünschte Partikel aus Flüssigkeiten. Der Druckabfall hängt von der Filterkonstruktion, der Sauberkeit, den Flüssigkeitseigenschaften und der Durchflussmenge ab.

Lesen Sie unseren Artikel über Druckabfall in einem Schwerkraft-Wassersystem, um mehr über den Druckabfall in einem Schwerkraft-Wassersystem, seine Ursachen und Wartungslösungen zu erfahren.

FAQs

Warum ist die Berechnung des Druckabfalls wichtig?

Die Berechnung des Druckabfalls hilft bei der effizienten Systemauslegung und Durchflussregelung und gewährleistet die Sicherheit und Langlebigkeit der Geräte.

Wie wirkt sich die Rohrgröße auf den Druckverlust aus?

Größere Rohrdurchmesser verringern den Druckabfall, indem sie die Flüssigkeitsgeschwindigkeit und die Reibung reduzieren. Kleinere Rohre erhöhen den Druckverlust.