Wassergehalt in der Luft / Kondensatbildung

Unsere Luft besteht aus verschiedenen Gasen. Hauptsächlich sind dies Stickstoff und Sauerstoff. Aber neben diesen sind auch noch andere Gase enthalten. Eines davon ist Wasserdampf. Wie viel Wasser die Luft aufnehmen kann ist unter anderem maßgeblich von der Temperatur abhängig. Je wärmer sie wird, desto mehr Wasserdampf kann die Luft enthalten.

relative Luftfeuchtigkeit

Die relative Luftfeuchtigkeit gibt an, wie viel Prozent des maximal möglichen Wasserdampfes die Luft im Augenblick enthält. Da warme Luft mehr Wasserdampf aufnehmen kann sinkt die relative Luftfeuchtigkeit bei steigender Temperatur.

Atmosphärischer Taupunkt

Als atmosphärischen Taupunkt versteht man die Temperatur, auf die atmosphärische Luft (1 bar) abgekühlt werden kann, ohne das Wasser ausfällt.

Absolute Luftfeuchtigkeit

Aus Temperatur und relativer Luftfeuchte bzw. Temperatur und Taupunkt lässt sich auch der absolute Feuchtegehalt der Luft in Gramm Wasserdampf pro Kubikmeter ausrechnen.

Maximale Feuchte

Die maximale Feuchte wird in g/m³ angegeben und gilt für 100% relativer Luftfeuchtigkeit in Abhängigkeit der Temperatur. Sie kann entweder aus Tabellen oder Diagrammen abgelesen oder errechnet werden.

Praxissituation

Vorgaben

Wie oft muss eine Kondensatleerung für den Betrieb eines Druckluftkompressor eingeplant werden?

Bedingungen

In 8 h werden 1720 m³ Luft angesaugt.
Ansaugtemperatur beträgt 18°C
Die relative Luftfeuchtigkeit beim Ansaugen beträgt 75%
Der Umgebungsdruck beim Ansaugen p_amb beträgt 1 bar.
Temperatur der Luft im Kessel nach Kältetrocknung 5°C
Überdruck im Kessel p_e = 10 bar

Wie viel l Kondensat bilden sammeln sich in 24 h im Kessel?
Der Kessel verfügt über ein Volumen von 2,5 m³. Der Luftaustritt liegt auf einer Höhe, die 18% des Kesselvolumens entspricht. Über diese Höhe darf kein Kondensat steigen, da es ansonsten in die Rohrleitung gelangt. Wie oft muss das Kondensat abgelassen werden?

Berechnungen

Aufgabe 1

Zunächst lesen wir die maximale Feuchte bei 100 % Luftfeuchtigkeit und 18°C aus einer Tabelle oder einem Diagramm ab. Diese beträgt 15,246 g/m³. Umgerechnet auf 75% relative Luftfeuchtigkeit sind das 11,435 g/m³.

Wir haben eine Angabe zu 1720 m³ Luft in 8 h. 1720 m³ · 11,435 g /m³ = 19668,2 g ≙ 19,6682 L

Jetzt müssen wir das Volumen der komprimierten Luft berechnen um herauszufinden wie hoch der Wasserdampfgehalt nach dem komprimieren ist. Da wir die relative Luftfeuchtigkeit im Kessel nicht kennen. Dazu benutzen wir die Allgemeine Gasgleichung und stellen diese nach V₂um.

Formelzeichen

p_abs	absoluter Druck [bar]
p_e	Überdruck [bar]
p_amb	Umgebungsdruck [bar]
V	Volumen [m³]
T	Thermodynamische Temperatur [K]
t	Temperatur [°C]

Achtung! Es ist genau darauf zu achten, welche Werte gegeben sind. Gegeben sind die Temperaturen in °C. Sowie der Umgebungsdruck p_amb und der Überdruck im Kessel p_e. Die Temperaturen müssen also zunächst in Kelvin umgerechnet werden. Der Überdruck muss in den absoluten Druck umgerechnet werden.

Formeln

Thermodynamische Temperatur

$T = t + 273, 15$

Absoluter Druck

$p_{a b s} = p_{a m b} + p_{e}$

Allgemeine Gasgleichung

$\frac{p_{a b s 1} \cdot V_{1}}{T_{1}} = \frac{p_{a b s 2} \cdot V_{2}}{T_{2}} u m g e s t e l l t n a c h V_{2} V_{2} = \frac{p_{a b s 1} \cdot V_{1} \cdot T_{2}}{T_{1} \cdot p_{a b s 2}}$

Nun können wir einsetzen:

$V_{2} = \frac{1 b a r \cdot 1720 m ³ \cdot (273, 15 + 5)}{(273, 15 + 18) \cdot (10 b a r + 1 b a r)} V_{2} = \frac{1 b a r \cdot 1720 m ³ \cdot 278, 15 K}{291, 15 K \cdot 11 b a r} V_{2} = 149, 38 m ³$

Jetzt kennen wir das Volumen der komprimierten Luft. Nun lesen wir für die Temperatur 5°C wieder den Wasserdampfgehalt aus einer Tabelle oder einem Diagramm ab. Dieser beträgt 6,79 g/m³. Bezogen auf das Volumen V₂ macht das 149,38 m³ · 6,79 g/m³ = 1027 g ≙ 1,027 L

Der resultierende Menge an Kondensat in L ist also:

$m_{K} = m_{W 1} - m_{w 2} m_{K} = 19, 668 L - 1, 027 L m_{K} = 18, 641 L$

Diese Menge basiert auf dem Volumen für 8 h. Auf 24h bezogen ist es also:

$m_{K 24 h} = 18, 641 L / 8 h \cdot 3 m_{K 24 h} = 55, 93 L$

Aufgabe 2

Der Speicher hat ein Volumen von 2,5 m³ und darf maximal zu 18% mit Kondensat gefüllt werden.

$\frac{2500 L \cdot 0, 18}{55, 93 L / T a g} = 8, 05 T a g e$

Schreibe einen Kommentar