Der Druckabfall ist eine wichtige physikalische und finanzielle Überlegung, wenn mit subatmosphärischen und Vakuumanwendungen gearbeitet wird. Der Druckabfall ist der Verlust des Leitungsdruckes, der durch den Reibungswiderstand im Strömungsweg verursacht wird. Alles verursacht ein gewisses Maß an Reibungswiderstand an dem strömenden Fluid, wie etwa einem Ventil, Armaturen und Schläuchen, und dies führt zu einem Druckverlust. Indem Sie bestimmen, wie viel Druckverlust jedes Teil verursacht, können Sie berechnen, wie viel Druck Sie für den Prozess benötigen. Je niedriger der Gesamtdruckverlust des Systems ist, desto weniger Gas wird benötigt, um es zu betreiben, was Ihnen Geld spart.

Wie der Druckabfall funktioniert

Statischer Druck beeinflusst die Höhe des Druckabfalls über einen Alicat-Massendurchflussmesser, und dies ist wichtig bei der Auswahl einer Vorrichtung zur Verwendung bei unteratmosphärischen Drücken. Alicat-Geräte berechnen Durchflussraten, indem sie den Differenzdruck über einen Laminar-Durchfluss-Stack messen. Da die Strömung laminar ist, können wir die Hagen-Poiseuille-Gleichung verwenden, um den Druckabfall zu berechnen, der durch ein Alicat-Gerät verursacht wird. Die Gleichung ist wie folgt notiert:

∆P= 8ηLQ/(πr^4)

Woher:
ΔP = Druckabfall
L = Länge des Rohres
η = Viskosität der Flüssigkeit
Q = Volumenstromrate
r = Radius des Rohres
π = mathematische Konstante Pi

Seither messen Alicat Massendurchflussmesser den Druckverlust intern, L und R sind konstant für jede Durchflusseinrichtung. Unter der Annahme, dass die Gasviskosität (η) gleich bleibt, steigt der Druckabfall proportional zum Volumenstrom an.

ΔP ∝ Qη

In einem früheren Blogpost haben wir erklärt, dass die Verringerung des statischen Leitungsdrucks das Volumen des Gases, das durch Ihr System fließt, und somit Ihren Volumenstrom erhöht. Unter Berücksichtigung dieses Gedankens zeigt die obige Beziehung, dass ein zunehmender Volumenstrom (als Ergebnis unserer Abnahme des statischen Drucks) auch den Druckabfall erhöht.

Um dieses Konzept zu vereinfachen, werde ich vorgeben, dass die Temperatur konstant bleibt oder im folgenden Beispiel nicht existiert. Sagen wir, ich fülle einen aufgeblasenen Ballon durch eine Röhre. Ich mache dann mit demselben Ballon und der gleichen Röhre einen Ausflug in die Berge und versuche, den Ballon durch die Röhre zu stecken. Da ich auf einer höheren Höhe bin, verdichten die Moleküle im Ballon weniger Druck, was dazu führt, dass der Ballon an Größe und Volumen zunimmt. Ich kann den Ballon immer noch durch die Röhre stecken, aber ich muss mehr Kraft aufbringen, da er jetzt mehr Volumen aufnimmt und mehr Widerstand gegen die Rohrwände erzeugt. Der Druckabfall steigt, wenn der statische Druck abnimmt.

Dimensionierung von Durchflussmessern für subatmosphärische Anwendungen

Wenn Sie dieses Verhältnis zwischen statischem Druck und Druckabfall verstehen, können Sie das geeignete Massendurchflussgerät für Ihre subatmosphärische Anwendung auswählen. Die Produktspezifikationsblätter auf unserer Website liefern die Druckverluste für die Durchflussmesser und Regler von Alicat bei Atmosphärendruck. Nehmen wir an, wir müssen einen Durchflussmesser finden, der bei einer halben Atmosphäre (½ atm) Druck (ca. 7,4 psia) maximal 500 sccm messen kann. In unserem vorherigen Beitrag haben wir gesehen, dass 500 sccm 1000 ccm at½ atm werden. Da unsere Geräte standardmäßig auf den Massendurchfluss und nicht auf den Volumenstrom ausgelegt sind, müssen Sie das Gerät entsprechend dem erhöhten Gasvolumen erweitern.

Die Lösung besteht darin, ein 1000-sccm-Gerät (Alicat-Teilenummer M-1SLPM-D) anstelle eines 500-sccm-Geräts (M-500SCCM-D) auszuwählen und dann einen benutzerdefinierten Bereich von 500 sccm für den Massenfluss und 1000 anzufordern ccm für den Volumenstrom. Beide Instrumente haben Druckverluste von 1 psid bei 1 atm. Bei ½ atm würde sich der Druckabfall des M-500SCCM-D Massendurchflussmessers theoretisch auf 2 psid im vollen Maßstab verdoppeln, da sich das Volumen des Gases verdoppelt hat. Bei Verwendung des größeren M-1SLPM-D-Meters bei 1/2 atm ergibt sich jedoch der Druckabfall im vollen Bereich von 1 psid. Im Wesentlichen verdoppeln wir die Röhrengröße, um sie an einen doppelt so großen Ballon anzupassen. Bei ¼ atm benötigen Sie das Messgerät M-2SLPM-D mit einem Bereich von 500 SCCM für den Massenstrom und 2000 für den Volumenstrom, da der Volumenstrom jetzt das Vierfache des Massenstroms beträgt.

Massendurchflussmesser mit niedrigem Druckverlust

Nun, das funktioniert, wenn Sie genug Druck in Ihrem subatmosphärischen System haben, um einen ganzen Psi durch den Durchflussmesser zu verlieren. Wenn wir den verfügbaren Druck bei ½ atm betrachten, beschränkt der Druckabfall über das übergroße M-1SLPM-D-Messgerät 1 psid oder ungefähr 14% Ihres verfügbaren Drucks. Es wird noch dichter bei ¼ atm, wo das übergroße M-2SLPM-D-Messgerät wieder einen Druckabfall von 1 psid induziert, was nun 27% des verfügbaren Drucks ist. Dies ist nicht optimal, vor allem, wenn Ihr verfügbarer Druck begrenzt ist.

Der Druckabfall steigt mit sinkendem statischen Druck. Wählen Sie einen Massendurchflussmesser mit niedrigem Druckverlust zur Verwendung in subatmosphärischen Anwendungen.

Whisper-Serien-Massendurchflussmesser, dargestellt mit optionalem Farbdisplay

Ah-ha! Alicat hat eine Lösung: Unsere “Whisper” -Messgeräte mit niedrigem Druckverlust eignen sich hervorragend für diese Art von Szenario, da ihre Druckverluste im Vergleich zu unseren Standardmessgeräten der M-Serie sehr niedrig sind. Ein übergroßes MW-1SLPM-D Whispermeter hat einen Druckabfall von nur 0,07 psid bei ½ atm und 500 sccm, was jetzt nur 1% des verfügbaren Drucks ist. Sowohl der Standard-Massendurchflussmesser als auch das Whisper-Messgerät werden unter diesen Bedingungen mit der gleichen Genauigkeit arbeiten. Durch die Verwendung eines niedrigen Druckverlusts wird Whisper jedoch bei der Entwicklung Ihres subatmosphärischen Systems viel mehr Spielraum für Druckverlust bieten.

Wenn Sie Fragen zu Ihrer subatmosphärischen oder Vakuumanwendung haben, wenden Sie sich bitte an Alicat (info@alicat.com oder 888-290-6060), damit einer unserer Anwendungsingenieure Ihnen helfen kann, die richtige Lösung zu finden.