Energiemenge beim Kompressor
Matthias Taube
ich bin gerade beim Versuch gescheitert, mir die Energiemenge beim
Füllen - oder Leeratmen einer Tauchflasche auszurechnen.
Annahme: Eine 12 Liter-Flasche wird auf 200 Bar gefüllt.
Also:
Anfangsvolumen V1 = 2400 l, Endvolumen V2 = 12 l.
Anfangsdruck p1= 1 Bar, p2 = 200 Bar.
Anfangstemperatur = 293 K (20 Grad C)
Gesetz von Charles: V1 / T1 = V2 / T2
Ergibt eine Endtemperatur von 1,465 K ????
Gesetz von Gay Lussac: p1 / T1 = p2 / T2
Ergibt eine Endtemperatur von 58600 K
Kann mir mal jemand auf die Sprünge helfen?
Eigentlich wollte ich ja nur ausrechnen, welche Heizleistung
notwendig ist, um die Temperatur der Flasche beim
Leeratmen konstant zu halten.
--
mfg
Matthias Taube
Michael Ohlhorst
>
> Annahme: Eine 12 Liter-Flasche wird auf 200 Bar gefüllt.
> Also:
> Anfangsvolumen V1 = 2400 l, Endvolumen V2 = 12 l.
> Anfangsdruck p1= 1 Bar, p2 = 200 Bar.
> Anfangstemperatur = 293 K (20 Grad C)
>
> Gesetz von Charles: V1 / T1 = V2 / T2
> Ergibt eine Endtemperatur von 1,465 K ????
>
eine thermoskanne aufgebaut ist.
Die Luft wird im Kompressor zwischen den Stufen und danach gekühlt es fällt
also nur ein Teil der Wärme in der Flasche an.
> Gesetz von Gay Lussac: p1 / T1 = p2 / T2
> Ergibt eine Endtemperatur von 58600 K
>
Wie gesagt ohne Kühlung. Der Kompressor hat ein sehr großes Lüfterrad, mit
dem er eine mehrfaches der Leistungsaufnahme an wärme abtransportieren kann.
> Kann mir mal jemand auf die Sprünge helfen?
> Eigentlich wollte ich ja nur ausrechnen, welche Heizleistung
> notwendig ist, um die Temperatur der Flasche beim
> Leeratmen konstant zu halten.
>
Dazu fehlt mir die Spezifische Wäremkapazität der Luft die ist hier noch
nicht vorgekommen.
mfG
Michael Ohlhorst
Gerd Martin
> ich bin gerade beim Versuch gescheitert, mir die Energiemenge beim
> Füllen - oder Leeratmen einer Tauchflasche auszurechnen.
Ich bin auch gerade gescheitert, als ich die Thermodynamik für dieses
Problem in meinen alten Vorlesungsskripten nachschlagen wollte ;-(
>
> Annahme: Eine 12 Liter-Flasche wird auf 200 Bar gefüllt.
> Also:
> Anfangsvolumen V1 = 2400 l, Endvolumen V2 = 12 l.
> Anfangsdruck p1= 1 Bar, p2 = 200 Bar.
> Anfangstemperatur = 293 K (20 Grad C)
>
> Gesetz von Charles: V1 / T1 = V2 / T2
> Ergibt eine Endtemperatur von 1,465 K ????
>
> Gesetz von Gay Lussac: p1 / T1 = p2 / T2
> Ergibt eine Endtemperatur von 58600 K
>
Bei der ersten Berechnung (Verdichtung) ist der erste Fehler: Annahme
ideales Gas. 2. Nicht berücksichtig die Verdichtungsgeschwindigkeit, sowie
die Reibungswärme des Kompressors.
Spielt aber in der 2. Berechnung (Entspannung/Heizleistung keine Rolle)
> Kann mir mal jemand auf die Sprünge helfen?
> Eigentlich wollte ich ja nur ausrechnen, welche Heizleistung
> notwendig ist, um die Temperatur der Flasche beim
> Leeratmen konstant zu halten.
Das hängt auch wieder davon ab: wie schnell leere ich, durch welche
Querschnittsgeometrie (Joule-Thompson Effekt).
Dabei ist die Problemstellung die Temperatur in der Flasche konstant zu
halten weniger problematisch. Die kühlt in aller Regel im Wasser (zumindest
jetzt in Deutschland) ab - d.h. Du müsstest isolieren. Ich denke aber, daß
es Dir um Vereisungsschutz geht - den kannst Du nich über Flaschenerwärmung
in den Griff bekommen - höchstens über Erwärmung der ersten Stufe(n).
Gruß
Gerd >der bestürzt ist, wie schnell er vergisst< Martin
Matthias Taube
> Bei der ersten Berechnung (Verdichtung) ist der erste Fehler: Annahme
> ideales Gas.
Für eine Überschlagsberechnung sicher vernachlässigbar
> 2. Nicht berücksichtig die Verdichtungsgeschwindigkeit, sowie
> die Reibungswärme des Kompressors.
Nehmen wir der Einfachheit halber an, das der Kompressor ideal ist (keine
Reibungswärme) und 1h braucht ... ich komme da trotzdem nicht weiter.
> Dabei ist die Problemstellung die Temperatur in der Flasche konstant zu
> halten weniger problematisch. Die kühlt in aller Regel im Wasser (zumindest
> jetzt in Deutschland) ab - d.h. Du müsstest isolieren. Ich denke aber, daß
> es Dir um Vereisungsschutz geht - den kannst Du nich über Flaschenerwärmung
> in den Griff bekommen - höchstens über Erwärmung der ersten Stufe(n).
Es geht mir bei der Berechnung weniger darum das Ergebnis gleich technisch
umsetzen zu können - ich wollte halt einfach nur mal ein Gefühl dafür bekommen,
welche Energiemenge in so einer Flasche steckt bzw. welche Leistung die der Atemregler
beim Leerschnüffeln der Flasche dem Wasser entzieht.
> Gerd >der bestürzt ist, wie schnell er vergisst< Martin >
Die Aufgabe scheint offenbar doch nicht so trivial zu sein.
In meinem alten Physikbuch finde ich noch zur notwendigen Arbeit
bei Gleichgewichtsexpansion vom Volumen V1 zum Volumen V2:
V2
A = S p dV (Mit S ist das Integral gemeint)
V1
Vielleicht kann mir ja doch hier einer der jüngeren Tauchfreunde
helfen - bei mir ist das Abi schon 17 Jahre her ...
--
mfg
Matthias Taube
Stefan Franz
Matthias Taube schrieb:
> Es geht mir bei der Berechnung weniger darum das Ergebnis gleich technisch
> umsetzen zu können - ich wollte halt einfach nur mal ein Gefühl dafür bekommen,
> welche Energiemenge in so einer Flasche steckt bzw. welche Leistung die der Atemregler
> beim Leerschnüffeln der Flasche dem Wasser entzieht.
du vermengst da IMHO zwei unterschiedliche Dinge miteinander: Das eine
ist die Energie, die aufgewendet werden muss, um die Luft mit 200 bar
in die Flasche zu bekommen. Je nach Kompressordaten, Aussentemperatur,
Füllgeschwindigkeit... unterschiedlich und kaum exakt nachzuvollziehen
(höchstens über den Energieverbrauch (Stromaufnahme) des Kompressors.
Die andere Seite ist der Prozess der adiabatischen Expansion, auf den
du in diesem Posting anspielst(?). Die dem Wasser entzogene
Energiemenge ist dabei unabhängig von der Art der Füllung, weshalb der
Betreff nach meinem Verständnis in die Irre leitet.
Viele Grüße
Stefan
Matthias Voss
es gab mal hier eine Diskussion zum Energieinhalt, ausgelöst durch die
Frage, was mehr Energie beinhälte, eine Westenflasche oder eine
Tauchlampe.
Autoren waren, wenn mich meine Erinnerung nicht trügt, u.a. Silvio Kosse
und Thorsten Roesch ( toro wasserbau). Vielleicht nützt ja google was.
Ansonsten Entropie ausrechenn ;-)
Gruß
Matthias
Matthias Taube schrieb:
Sylvio Kosse
> es gab mal hier eine Diskussion zum Energieinhalt, ausgelöst durch die
> Frage, was mehr Energie beinhälte, eine Westenflasche oder eine
> Tauchlampe.
habe ich ich auch schon ein paar Gedanken gemacht. Doch zum
Aufschreiben bin ich noch nicht gekommen. Morgen ist ja Feiertag,
vielleicht finden sich ja ein paar Minuten und dann versuche ich
auszurechnen, welche Energiemenge man benoetigt, um die Beispiel-
flsche zu fuellen.
Viele Gruesse, Sylvio
Frank Riffel
> ich bin gerade beim Versuch gescheitert, mir die Energiemenge beim
> Füllen - oder Leeratmen einer Tauchflasche auszurechnen.
[snip]
> Kann mir mal jemand auf die Sprünge helfen?
Eine kernerknenntnis der Thermodynamik ist, dass die äußere Arbeit
und die Änderung der Wärmemenge hängen nicht nur vom Anfangs - und
Endzustand, sondern explizit vom Weg abhaengt. Beide sind keine
Zustandsgrößen! D.h. du musst wissen WIE der Zeitliche Druck/Volumen-
aenderung ist um berechnen zu koennen welche Energiemengen dabei
umgesetzt werden.
Allgemein gilt delta U = delta Q + delta W
/V2
mit delta W = - | p dV
/V1
> Annahme: Eine 12 Liter-Flasche wird auf 200 Bar gefüllt.
> Also:
> Anfangsvolumen V1 = 2400 l, Endvolumen V2 = 12 l.
> Anfangsdruck p1= 1 Bar, p2 = 200 Bar.
> Anfangstemperatur = 293 K (20 Grad C)
>
Wenn du wissen willst welche mechanische Energie du benoetigst
um 12*200 l Luft bei gleichbleibender Temperatur (=isotherm)
auf 200bar zu komprimieren ist dies:
T=const => delta U = 0 = dQ - p dV
n*R*T
mit der idealen Gasgleichung ist dQ = ----- dV
V
/V2 n*R*T V2
daraus ergibt sich | ----- dV = n*R*T*ln(--)
/V1 V V1
mit
n = 2400l/ 22.4 mol/l = 107.14 mol,
R = 8.314510 J/(mol*K),
T = 293K,
ln(12l/2400l) = - 5,3
ergibt sich eine benoetigte Energiemenge von ca. 4540J
MfG Frank
Michael Ohlhorst
ergibt sich eine benoetigte Energiemenge von ca. 4540J
Wenn man bedenkt, das sich mein Kompressor dafür 3KW * (2400L/160/min)
=15minuten gönnt was also 900000 Joule entspicht wissen wir nun also das der
Kompressor es auf einen Wirkungsgrad von 0,5% bringt. Nun komme ich langsam
dahinter warum ein 260 Liter Kompressor schon 11KW verfeuert und über 500
Liter Kompressoren schon einen Diesel oder Benzinmotor beschäftigen können.
mfG
Michael Ohlhorst
Matthias Taube
Ich werde mich nun ersmal hinsetzen müssen und zusehen,
dass ich das ganze nachvollziehen kann ...
--
mfg
Matthias Taube
"Frank Riffel" <frank....@dlr.de> schrieb im Newsbeitrag news:3BDE8D4D...@dlr.de...
Karl Kramer
<michael...@yahoo.de> wrote:
>Wenn man bedenkt, das sich mein Kompressor dafür 3KW * (2400L/160/min)
>=15minuten gönnt was also 900000 Joule entspicht wissen wir nun also das der
>Kompressor es auf einen Wirkungsgrad von 0,5% bringt.
Hmm, hat mal jemand Daten von einem "Langsamläufer"?
Die müßten doch schon etwas näher an der isothermen
Kompression sein.
Was auch einen schlechten Wirkungsgrad erzeugt ist
die Notwendigkeit ein Druckhalteventil hinter dem
letzten Filter haben zu müssen. Ohne jenes Ventil verkürzt
sich die Filter-Standzeit dramatisch, mit muß der Kompressor
immer gegen mindestens ~150bar anarbeiten.
Gruß,
Karl
--
Http://www.Wir-Warten.de Bürgerinitiative für raschen
und nicht diskrimierenden Ausbau der Breitbandnetze
sowie werbefreies Technik- und Softwareforum zu allen Breitband-Themen!
Michael Ohlhorst
>
> Hmm, hat mal jemand Daten von einem "Langsamläufer"?
> Die müßten doch schon etwas näher an der isothermen
> Kompression sein.
> Was auch einen schlechten Wirkungsgrad erzeugt ist
> die Notwendigkeit ein Druckhalteventil hinter dem
> letzten Filter haben zu müssen. Ohne jenes Ventil verkürzt
> sich die Filter-Standzeit dramatisch, mit muß der Kompressor
> immer gegen mindestens ~150bar anarbeiten.
>
mit den Mitteldrücken sind die proportional ebenfalls kleiner?
Sonst kann das ja so dramatisch mit dem Wirkungsgrad nicht sein wenn immer
über 150 Bar erzeugt werden müssen.
mfG
Michael Ohlhorst
Frank Riffel
>
> Wenn man bedenkt, das sich mein Kompressor dafür 3KW * (2400L/160/min)
> =15minuten gönnt was also 900000 Joule entspicht wissen wir nun also das der
> Kompressor es auf einen Wirkungsgrad von 0,5% bringt.
>
Sieh's mal anders rum: Wie lange glaubst du kannst du einen 3 KW Motor
mit
ner 12'er antreiben :-?
MfG Frank
----
P.S. Fast so wie dieser: :-)
Postulate 1: Knowledge is Power
Postulate 2: Time is Money
As every engineer knows: Work / Time = Power
Since Knowledge = Power, and Time = Money we have: Work / Money =
Knowledge
Solving for Money we get: Work / Knowledge = Money
Thus, as Knowledge approaches zero, Money approaches infinity regardless
of the Work done.
Conclusion 1: The less you know the more Money you make.
Conclusion 2: You're doing the wrong job.
Working out the socioeconomic implications of this breakthrough
is left as an exercise for the reader.
Michael Ohlhorst
Sieh's mal anders rum: Wie lange glaubst du kannst du einen 3 KW Motor
mit
ner 12'er antreiben :-?
Ich sehe du hast es verstanden.;-)))
Es gibt ein Auto was mit einer Verbundflasche zwischen 50 und 100 Liter
inhalt mit respektabelen Leistungen rund 100Km weit fahren soll. Wenn der
Druck nicht astronomisch hoch ist und die knapp 5000 J stimmen, kann da
etwas anderes nicht stimmen, wenn die Energimenge bei weniger als 0,1 KWh
beträgt, und damit deutlcih niedriger als in einem Bleiakku liegt.
mfG
Michael Ohlhorst
Frank Riffel
> Ich sehe du hast es verstanden.;-)))
Danke, jetzt hab ich's (endlich?!) gesehn! Hier die errata:
/V2 n*R*T V2
daraus ergibt sich | ----- dV = n*R*T*ln(--)
/V1 V V1
mit
n = 2400l/ 22.4 mol/l = 107.14 mol,
R = 8.314510 J/(mol*K),
T = 293K,
ln(12l/2400l) = - 5,3
damit ergibt sich
delta W = 107.14 mol * 8.31451 J/(mol*K) * 293 K * 5.3 = 1380 kJ
========
... Hab wohl T vergessen in den Taschenrechner zu tippen...
peinlich...
Immerhin bin ich nicht der einzige dem sowas passiert ;-)
> wenn man bedenkt, das sich mein Kompressor dafür 3KW * (2400L/160/min)
> =15minuten gönnt was also 900000 Joule entspicht
3 kW * 15*60sec = 2700 kJ
========
MfG Frank
Michael Ohlhorst
Danke, jetzt hab ich's (endlich?!) gesehn! Hier die errata:
/V2 n*R*T V2
daraus ergibt sich | ----- dV = n*R*T*ln(--)
/V1 V V1
mit
n = 2400l/ 22.4 mol/l = 107.14 mol,
R = 8.314510 J/(mol*K),
T = 293K,
ln(12l/2400l) = - 5,3
damit ergibt sich
delta W = 107.14 mol * 8.31451 J/(mol*K) * 293 K * 5.3 = 1380 kJ
========
... Hab wohl T vergessen in den Taschenrechner zu tippen...
peinlich...
Das kannst du viel besser als ich aber die Größenordnung scheint mir jetzt
eher zu stimmen.
Immerhin bin ich nicht der einzige dem sowas passiert ;-)
> wenn man bedenkt, das sich mein Kompressor dafür 3KW * (2400L/160/min)
> =15minuten gönnt was also 900000 Joule entspicht
3 kW * 15*60sec = 2700 kJ
========
siehe oben....
nobody is perfekt.
mfG
Michael Ohlhorst
PS. Immerhin ließe sich ja doch ein Scooter mit 300W Motorleistung recht
passabel damit betreiben...