Leistungsdichte Druckluft

[Steve Völler]

Hallo!

Ich suche die Leistungsdichte (von-bis Werte) von Druckluft, im Netz
konnte ich dazu keine Angaben finden. Am besten in W/kg, wenn möglich.
Die Energiedichte geht von 10-300Wh/kg, ich hoffe die Werte stimmen in etwa.


Steve

[Hans-Christian Grosz]

Post by Steve Völler
Ich suche die Leistungsdichte (von-bis Werte) von Druckluft, im Netz
konnte ich dazu keine Angaben finden. Am besten in W/kg, wenn möglich.
Die Energiedichte geht von 10-300Wh/kg, ich hoffe die Werte stimmen in etwa.

Ich versuchs mal ;)

Die spez. Enthalpieänderung bei der Verdichtung lautet:

h2s -h1 = k/(k-1) * R * T*((p2/p1)^(k-1)/k-1)

mit Isentropenkoeffizient k = 1,4, Eintrittstemperatur T = 293 K,
spez. Gaskonstante R = 29, p2/p1 = 10 bar = 1 MPa.

errechnet sich als isentrope Verdichtungenergie ein delta h von 1500
kJ/kg bei 10 bar, bzw. in deinen Einheiten 416 Wh/kg.

Mit dem inneren Wirkungsgrad des Verdichters wird das Verhältnis von
isentroper zu polytroper Verdichtung angegeben. Schuss ins Blaue: Der
Wirkungsgrad sei 0.7, damit wäre durch Reibung, Strömungsverluste u.ä.
die tatsächliche Enthalpieänderung auf 1500/0,7 = 2150 kJ/kg erhöht.

Dabei erhitzt sich unter Annahme eines Polytropenkoeffizienten von n =
1,6 die Luft auf T2 = T1 * (p2/p1) ^ (n-1)/n = 694 K.

Unter der Annahme, dass die Luft im Druckkessel wieder auskühlt, sinkt
die spezifische Enthalpie wieder um delta h = delta T * cp = 400 * 1 =
400 kJ/kg, resultiert also in 1750 kJ/kg, das sind 490 Wh/kg.

Wobei 10 bar schon eine sehr hohe Annahme sein dürfte, "Druckluft"
kann ja alles über 1 bar sein.

HC

[Hans-Christian Grosz]

Post by Steve Völler
Ich suche die Leistungsdichte (von-bis Werte) von Druckluft, im Netz

Ah, seh grad... man sollt halt die Fragen genauer lesen, sorry :)

HC

[Steve Völler]

Post by Hans-Christian Grosz
Ah, seh grad... man sollt halt die Fragen genauer lesen, sorry :)

Macht nichts, mit Deiner Rechnung bestätigt sich ja mein gefunder Wert
für die Energiedichte :-)
Aber zur Leistungsdichte ist aboslut nix zu finden (unter der Annahme
der richtigen Suchbegriffe).


Steve

[Uwe Hercksen]

Post by Steve Völler
Ich suche die Leistungsdichte (von-bis Werte) von Druckluft, im Netz
konnte ich dazu keine Angaben finden. Am besten in W/kg, wenn möglich.
Die Energiedichte geht von 10-300Wh/kg, ich hoffe die Werte stimmen in etwa.

Hallo,

mach doch mal ein Gedankenexperiment, stelle Dir eine Druckflasche und
ein Ventil mit einem bestimmten Querschnitt vor. Die gespeicherte Luft
kann in einer bestimmten Zeit ausströmen. Macht man den
Ventilquerschnitt grösser wird die Ausströmzeit kleiner, macht man ihn
kleiner wird die Zeit grösser. Bei kleiner Ausströmzeit errechnet sich
eine hohe Leistung, bei grosser Zeit eine niedrige Leistung.
Wie willst Du da dann Druckluft eine bestimmte Leistungsdichte zuordnen?

Bei Akkus und Batterien ist das was anderes, da bestimmt ihr Aufbau den
Innenwiderstand und dieser bestimmt die sinnvoll abgebbare Leistung.
Versucht man den Akku so zu bauen das der Innenwiderstand möglichst
klein wird so wird dadurch die Energiedichte kleiner.

Bye

[Steve Völler]

Post by Uwe Hercksen
Wie willst Du da dann Druckluft eine bestimmte Leistungsdichte zuordnen?

Daß es von vielen Bedingungen abhängt weiß ich, aber hätte ja sein
können, es gib irgendwo eine "Norm".
Ich wollte die Druckluft nämlich in ein ähnliches Diagramm wie dieses
<Loading Image...> einbinden.


Steve

[Hans-Christian Grosz]

Post by Steve Völler

Post by Uwe Hercksen
Wie willst Du da dann Druckluft eine bestimmte Leistungsdichte zuordnen?

Daß es von vielen Bedingungen abhängt weiß ich, aber hätte ja sein
können, es gib irgendwo eine "Norm".

Die schrägen Linien geben die Dauer an, über die das Leistungsniveau
beibehalten werden kann, bzw. danach die Energiequelle aufgebraucht
ist?

Dann kannst Du ja auf der Abszisse mit dem Gesamtwert, d.h. der
Energiedichte beginnen und entsprechend Leistung = Energie / Zeit
weitere Punkte mit Leistung auf der Ordinate und der Zeit
entsprechenden schrägen Linien einschneiden.

Beispiel: Werden die von mir letztens bei 10 bar errechneten 1750
kJ/kg in 1h verbraucht, dann wäre das ein Leistung von 1750/3,6 = 490
W/kg. Und schon hast Du einen weiteren Punkt

Begrenzend kannst Du noch annehmen, dass eine bestimmte maximale
Strömungsgeschwindigkeit die Leistungsabgabe begrenzt. Es ist zwar
theoretisch denkbar, dass der Kessel berstet, und die Energie in
Sekundenbruchteilen abgegeben wird, aber neben hohen Verlusten dürfte
es auch technisch wenig Sinn machen.

HC

[Steve Völler]

Post by Hans-Christian Grosz
Die schrägen Linien geben die Dauer an, über die das Leistungsniveau
beibehalten werden kann, bzw. danach die Energiequelle aufgebraucht
ist?

Ja, in etwa. Es ist ein sogenanntes Ragonediagramm und zeigt die
Einsatzgebiete der Speicher.

Post by Hans-Christian Grosz
Beispiel: Werden die von mir letztens bei 10 bar errechneten 1750
kJ/kg in 1h verbraucht, dann wäre das ein Leistung von 1750/3,6 = 490
W/kg. Und schon hast Du einen weiteren Punkt
Begrenzend kannst Du noch annehmen, dass eine bestimmte maximale
Strömungsgeschwindigkeit die Leistungsabgabe begrenzt. Es ist zwar
theoretisch denkbar, dass der Kessel berstet, und die Energie in
Sekundenbruchteilen abgegeben wird, aber neben hohen Verlusten dürfte
es auch technisch wenig Sinn machen.

Danke, ich werde das mal evaluieren :-)


Steve

[Steve Völler]

Post by Hans-Christian Grosz
Dann kannst Du ja auf der Abszisse mit dem Gesamtwert, d.h. der
Energiedichte beginnen und entsprechend Leistung = Energie / Zeit
weitere Punkte mit Leistung auf der Ordinate und der Zeit
entsprechenden schrägen Linien einschneiden.

Ich habe es mal gemacht und mit einigen Randparametern sieht es ganz gut
aus.


Danke,


Steve

[Hans-Christian Grosz]

Post by Steve Völler
Ich habe es mal gemacht und mit einigen Randparametern sieht es ganz gut
aus.

Dann poste uns doch bitte nochmal einen Link zu dem Diagramm, diesmal
eine aktuallisierte Version :)

HC

[Steve Völler]

Post by Hans-Christian Grosz
Dann poste uns doch bitte nochmal einen Link zu dem Diagramm, diesmal
eine aktuallisierte Version :)

Hier mein Diagramm, in der Hoffnung das alles stimmt :-)
<Loading Image...>

Ich habe einfach mal angenommen, daß die Druckluft nicht schneller als
in einer Sekunde abgegeben werden kann.
Wenn ich Energiedichten von 30-400Wh/kg annehme und dann halt immer die
Zeit in der entladen wird nehme, komme ich auf Leistungsdichten von
1-10^6W/kg.


Steve

[Uwe Hercksen]

Post by Steve Völler
Ich habe einfach mal angenommen, daß die Druckluft nicht schneller als
in einer Sekunde abgegeben werden kann.
Wenn ich Energiedichten von 30-400Wh/kg annehme und dann halt immer die
Zeit in der entladen wird nehme, komme ich auf Leistungsdichten von
1-10^6W/kg.

Hallo,

eine sehr optimistische Annahme. Vor etlichen Jahren war ich mal dabei
als jemand eine 10 Liter 200 bar Flasche komplett leeren musste, das
dauerte etliche Minuten. Deine geschätzten Leistungsdichten dürften um
einen Faktor von etwa 100 zu gross sein.

Bye

[Hans-Christian Grosz]

Post by Uwe Hercksen
eine sehr optimistische Annahme. Vor etlichen Jahren war ich mal dabei
als jemand eine 10 Liter 200 bar Flasche komplett leeren musste, das
dauerte etliche Minuten. Deine geschätzten Leistungsdichten dürften um
einen Faktor von etwa 100 zu gross sein.

Hat er auch das Ventil abgeschlagen?

Oder nur aufgedreht? Und warum gehst Du davon aus, dass beim Motor
auch nur so eine kleine Ausströmöffnung vorliegt?

Ich finde, wer sich solche Diagramme ansieht, sollte sich bewusst
sein, dass die Randzonen oft problembehaftet sind, in dem Fall eben
der obere Bereich. Im praktischen Betrieb wäre es ja eher sinnlos,
wenn die Gesamtleistung beim Wegfahren verblasen wird. :)

HC

[Hans-Christian Grosz]

Post by Hans-Christian Grosz
Oder nur aufgedreht? Und warum gehst Du davon aus, dass beim Motor
auch nur so eine kleine Ausströmöffnung vorliegt?

FYI: Da hatte ich jetzt den Fall eines Druckluftbetriebenen Autos im
Kopf...

HC

[Steve Völler]

Post by Uwe Hercksen
eine sehr optimistische Annahme. Vor etlichen Jahren war ich mal dabei
als jemand eine 10 Liter 200 bar Flasche komplett leeren musste, das
dauerte etliche Minuten. Deine geschätzten Leistungsdichten dürften um
einen Faktor von etwa 100 zu gross sein.

Das sind ja auch nur rein theoretische Werte. Bei den anderen
Technologien spielen ja auch Faktoren wie Wirkungsgrad, Temperatur usw.
eine Rolle. Und das farbliche Verbleichen der Vierecke soll ja
verdeutlichen, daß es gewisse Grauzonen gibt.



Steve

[Martin Lenz]

Am Mon, 05 Jul 2004 12:32:32 +0200 hat Uwe Hercksen

Post by Uwe Hercksen

Post by Steve Völler
Ich habe einfach mal angenommen, daß die Druckluft nicht schneller als
in einer Sekunde abgegeben werden kann.
Wenn ich Energiedichten von 30-400Wh/kg annehme und dann halt immer die
Zeit in der entladen wird nehme, komme ich auf Leistungsdichten von
1-10^6W/kg.

Hallo,
eine sehr optimistische Annahme. Vor etlichen Jahren war ich mal dabei
als jemand eine 10 Liter 200 bar Flasche komplett leeren musste, das
dauerte etliche Minuten. Deine geschätzten Leistungsdichten dürften um
einen Faktor von etwa 100 zu gross sein.

Bin sicher, daß das bei gewaltsamer (=plötzlicher) Entfernung des Ventilis
viel schneller geht :-) Die techn. Nutzbarkeit sei dahingestellt. Ich habe
auch mal eine Website gefunden, wo ein Amerikaner gewerblich diese
"Kartoffelkanonen" anbietet (so mit Haarspray oder Gas betrieben) - oder
eben mit Druckluft. Das waren natürlich besondere Konstruktionen, teilw.
mit mehreren parallegeschalteten Membran-Magnetventilen von
sprinkleranlagen oder so (großer Durchfluß). Da wurden teilw.
Speichervolumina voneinigen zig Litern freigegeben. Es gab auch durchaus
techn. ernstere Anwendungen als das Verschießen von Erdäpfeln oder
sonstigem Gemüse und Obst (Wassermelone), es gab auch Modelle um
Drahtantennen (Amateurfunkwettbewerb) elegant auf hohe Bäume zu befördern.