Bei der Planung einer hydraulischen Anlage ist es besonders wichtig, Druckverluste zu berücksichtigen, da sie sowohl die hydraulische Effizienz als auch die Energieeinsparung beeinflussen.
- Die Fluiddynamik führt zwangsläufig zu einem Druckverlust entlang des Netzes.
- Länge und Durchmesser der Rohre, Geschwindigkeit und Reibungskoeffizient: Es gibt viele Faktoren zu berücksichtigen.
- Es ist wichtig, sowohl die verteilten als auch die konzentrierten Druckverluste zu berücksichtigen.
- Diagramme und Tabellen helfen bei der Berechnung von Druckverlusten und der praktischen Planung der Anlage.
Tabellen und Diagramme für Druckverluste: eine Hilfe für den Planer
Druckverluste sind ein Phänomen, das in jedem hydraulischen Kreislauf auftritt. Die Fluiddynamik selbst führt zu einem Druckverlust, sowohl aufgrund der allgemeinen Reibung entlang des gesamten Strömungsnetzes als auch aufgrund von Elementen - wie zum Beispiel einem Ventil oder einer Biegung -, die einen Widerstand gegen den Fluss verursachen. Im ersten Fall spricht man von verteilten Druckverlusten, im zweiten von lokalisierten Druckverlusten.
Bei der Planung einer hydraulischen Anlage ist es entscheidend, Druckverluste zu berücksichtigen und sie genau zu berechnen. Nur so ist es möglich, die Anlage korrekt zu dimensionieren und die erforderliche Durchflussmenge zu gewährleisten.
Zu diesem Zweck gibt es Tabellen und Diagramme, die es ermöglichen, die Druckverluste zu messen und die Anlage entsprechend effizient zu gestalten.
Verteilte Druckverluste: Bestimmende Faktoren
In Bezug auf verteilte Druckverluste lassen sich einige Grundkonzepte identifizieren. Druckverluste stellen einen Druckabfall dar, der der potenziellen Energie entspricht, die der Fluid zur Überwindung der entlang der Leitung auftretenden Reibung als Wärme verloren geht.
Druckverluste hängen von den Abmessungen der Rohre (Länge und Durchmesser), der Viskosität und Geschwindigkeit des Fluids sowie der Rauheit der Innenfläche der Rohre ab. Insbesondere sind Druckverluste:
- Direkt proportional zur Länge des Rohrs: Sie nehmen mit der Länge der Leitung zu;
- Umgekehrt proportional zum Quadrat des Radius des Querschnitts: Wenn der Durchmesser abnimmt, nehmen die Druckverluste bei gleichem Durchfluss erheblich zu;
- Direkt proportional zur Geschwindigkeit des Fluids: Je schneller das Fluid fließt, desto mehr Energie wird dissipiert. Bei gleichem Rohrdurchmesser nimmt der Druckverlust mit zunehmender Geschwindigkeit zu;
- Direkt proportional zur Viskosität der Flüssigkeit und zur Rauheit der Rohre.
Reibungskoeffizient und Moody-Diagramm.
Die Formel, die all diese Elemente kombiniert, ist das Darcy-Gesetz. Laut dieser Formel wird der Druckverlust durch das Verhältnis des Produkts aus dem Quadrat der Geschwindigkeit und einem Widerstandskoeffizienten oder Reibungsfaktor zum Doppelten des Leitungsdurchmessers berechnet. Der Widerstandskoeffizient hängt wiederum von der Rauheit des Rohrs und der Reynolds-Zahl ab, einem dimensionslosen Wert, der proportional zum Verhältnis zwischen Trägheitskräften und Viskosekräften ist. Die Reynolds-Zahl ermöglicht es, zwischen laminarer und turbulenter Strömung zu unterscheiden.
Um den Reibungskoeffizienten zu ermitteln, kann das Moody-Diagramm verwendet werden. In diesem Diagramm stehen die Abszissen für die Werte der Reynolds-Zahl, die Ordinaten für den Reibungskoeffizienten, und die verschiedenen Kurven zeigen die Rauheitswerte.
Wozu dient also das Moody-Diagramm?
Kennt man den Wert der Reynolds-Zahl und die relative Rauheit der Leitung, ermöglicht das Diagramm die Bestimmung des Reibungsfaktors, der wiederum die Berechnung der verteilten Druckverluste ermöglicht.
Natürlich wurden zur Erleichterung der Berechnung von Druckverlusten, basierend auf physikalischen Gesetzen und zugehörigen Formeln, gebrauchsfertige Tabellen und Diagramme erstellt. Im Allgemeinen werden die Diagramme für Druckverluste auf einer logarithmischen Skala entwickelt und zeigen die Druckverluste auf der Abszisse und die Durchflussmengen auf der Ordinate. Die Rohrdurchmesser und Wassergeschwindigkeiten werden durch Bündel von zueinander senkrechten Geraden dargestellt.
Wenn die Druckverluste lokalisiert sind
Neben den verteilten Druckverlusten müssen auch die lokalen oder konzentrierten Druckverluste berücksichtigt werden. Die physikalischen Prinzipien, die den Druckverlust bestimmen, ändern sich nicht, und die Methode der äquivalenten Längen kann für die Berechnung verwendet werden. In der Praxis wird der konzentrierte Druckverlust der Rohrlänge gleichgesetzt, die den gleichen Druckverlust verursachen würde. Eine genauere Methode ist jedoch die Verwendung des Kv-Koeffizienten oder Durchflusskoeffizienten.
Dieser Koeffizient definiert den Wasserfluss durch die Komponente bei einem Differenzdruck von 1 bar und setzt damit Durchflussmenge und Druckverlust in Beziehung.
Es stehen Tabellen mit den Durchflusskoeffizienten der Hauptkomponenten von hydraulischen Netzen zur Verfügung. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass der Produkttyp den Unterschied ausmachen kann. Nicht alle Ventile haben beispielsweise den gleichen Durchflusskoeffizienten. Es gibt Ventile, die minimale Druckverluste garantieren und somit erheblich zur Energieeinsparung beitragen können.
