Leistungsdichte Druckluft

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

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

HC

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

Steve V=F6ller schrieb:

Hallo,

mach doch mal ein Gedankenexperiment, stelle Dir eine Druckflasche und=20 ein Ventil mit einem bestimmten Querschnitt vor. Die gespeicherte Luft=20 kann in einer bestimmten Zeit ausstr=F6men. Macht man den=20 Ventilquerschnitt gr=F6sser wird die Ausstr=F6mzeit kleiner, macht man ih= n=20 kleiner wird die Zeit gr=F6sser. Bei kleiner Ausstr=F6mzeit errechnet sic= h=20 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=20 Innenwiderstand und dieser bestimmt die sinnvoll abgebbare Leistung. Versucht man den Akku so zu bauen das der Innenwiderstand m=F6glichst=20 klein wird so wird dadurch die Energiedichte kleiner.

Bye

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 einbinden.

Steve

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

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

Danke, ich werde das mal evaluieren :-)

Steve

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

Danke,

Steve

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

HC

Hier mein Diagramm, in der Hoffnung das alles stimmt :-)

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

Steve V=F6ller schrieb:

Hallo,

eine sehr optimistische Annahme. Vor etlichen Jahren war ich mal dabei=20 als jemand eine 10 Liter 200 bar Flasche komplett leeren musste, das=20 dauerte etliche Minuten. Deine gesch=E4tzten Leistungsdichten d=FCrften u= m=20 einen Faktor von etwa 100 zu gross sein.

Bye

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

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

HC

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

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

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.