Höhe auf Luftdruck und Siedetemperatur
Auf der Höhe des Meeresspiegels beträgt der absolute Druck ungefähr 1 bar = 105 N/m². Je höher sich ein Ort über dem Meeresspiegel befindet, desto geringer ist der Luftdruck und die Siedetemperatur.
Zusammenhang zwischen Druck und Förderhöhe
In einer statischen Flüssigkeit ist die Druckdifferenz zwischen zwei Punkten abhängig vom Höhenunterschied. Die Druckdifferenz wird berechnet, indem die jeweilige Höhe mit der Dichte multipliziert wird.
Im Folgenden sind die wichtigsten druckrelevanten Begriffe definiert:
| Statischer Druck | Druck der ruhenden Flüssigkeit im System |
| Reibungsverlust | VerlustDruckverlust (Druck und Energie) der während der Strömung im System aufgrund von Reibung zwischen Flüssigkeit (Fluid) und Rohrinnenwand entsteht. |
| Dynamischer Druck | Druck, der aufgrund der fließenden Strömung der Flüssigkeit entsteht |
| Förderdruck | Summe aus statischem und dynamischem Druck im System |
| Förderhöhe | Der umgerechnete Förderdruck in Meter Wassersäule [mWS] |
| Differenzdruck | Druck zwischen zwei Punkten in der Rohrleitung der Anlage |
Reibungsverluste
Das Auftreten von Reibungsverlusten in Pumpsystemen beeinflusst die Auswahl einer Pumpe. Der Reibungsverlust ist proportional zur Länge der Leitung, dem Förderstrom, dem Rohrdurchmesser und der Viskosität. Verluste in den Komponenten, verursacht durch Strömungen im Rohrleitungssystem – laminare und turbulente Strömung – sind durch Kennwerte bestimmt. Bei turbulenter Strömung kommt es durch erhöhte Geschwindigkeit zu starken Vermischungen und Verwirbelungen.
ReynoldszahlReynoldszahl
Laminare und turbulente Strömung werden mit Hilfe der Reynoldszahl definiert. Diese dimensionslose Zahl Re ist abhängig von der Strömungsgeschwindigkeit, dem Rohrdurchmesser und der kinematischen Viskosität. Sie ergibt sich durch die Berechnung:
Re = V ▪ DN / ν
| Re | = | Reynoldszahl | |
| V | = | Strömungsgeschwindigkeit (m/s) | |
| DN | = | Rohrdurchmesser (mm) | |
| ν | = | kinematische Viskosität Nü (m²/s) |
Allgemeine Richtwerte:
Laminare Strömung, wenn Re < 2320
Turbulente Strömung, wenn Re ≥ 2320
Auslegung
Um eine Pumpe auszuwählen, bzw. auszulegen, ist es wichtig die Anlagen-Kennlinie zu ermitteln. Erst dann kann über die Pumpenkennlinie die richtige Pumpe gewählt werden. Die Kennlinie der Pumpe gibt Aufschluss über ihr Betriebsverhalten. Die Pumpenkennlinien sind definiert durch den Förderstrom Q (in m³/h) und die Förderhöhe H (in m) der Pumpe.
Die Förderhöhe einer Pumpe ist unabhängig von der Dichte (ρ) der Förderflüssigkeit, d.h. eine Kreiselpumpe fördert Flüssigkeiten unabhängig von der Dichte auf gleiche Förderhöhen. Die Dichte muss jedoch bei der Bestimmung des Leistungsbedarfs (P) der Pumpe berücksichtigt werden. Die Förderhöhe ist der umgerechnete Förderdruck (bar) in m Wassersäule.
Druckverlustberechnung
Der DruckverlustDruckverlust bzw. der Druckabfall ergibt sich aus den Reibungsverlusten der Flüssigkeit oder des Fluids durch Reibung in Rohrleitungen, Formstücken und Armaturen. Der Druckverlust ist abhängig von der Geometrie des Systems, der Rauigkeit der Oberfläche, dem Volumenstrom und der Reynoldszahl. Zur Berechnung stehen zwischenzeitlich verschiedene Berechnungsprogramme, viele auch online zur Verfügung. Beispielsweise unter:
www.druckverlust.de/online-Rechner
www.nussbaum.ch/de/druckverlustberechnung
DrehzahlregelungDrehzahlregelung
Die exakte Anpassung der Pumpenleistung an den tatsächlichen Bedarf mittels Drehzahlregelung durch Frequenzumrichter ist Stand der Technik. Alleine schon durch gesetzliche Vorgaben der Europäischen Union (EU) bezüglich der Energieeffizienz, ist die Optimierung des Energieverbrauchs beim Betrieb von Pumpen festgeschrieben. Neben teilweise hohen Energieeinsparpotentialen liegen verschiedene Vorteile auf der Hand:
optimale Leistungsanpassung
schonender Pumpenbetrieb
gleichmäßige Strömung, wenig Druckstöße
hoher Gesamtwirkungsgrad der Anlage
weniger störende Ein-/Ausschaltvorgänge
1.1.2. Elektrotechnische Grundlagen
Der Betrieb von Maschinen mit elektrischen Antrieben ist sehr weit verbreitet und hat viele Vorteile. Die elektrische Energie ist die hochwertigste Energieform. Sie ist sauber, energieeffizient und in industrialisierten Ländern fast überall verfügbar. Sie lässt sich leicht transportieren, ist umwandelbar und speicherbar. Elektrische Antriebe lassen sich einfach regeln und verursachen relativ niedrige Geräusch-emissionen. Basierend auf diesen Vorteilen werden die meisten Pumpen mit Elektromotoren angetrieben. Elektromotoren sind elektromechanische Energie-wandler, die elektrischen Strom in Bewegungsenergie bzw. Rotationsenergie umwandeln. Die Drehbewegung bewirkt den Antrieb des Pumpenlaufrades über die Welle. Die Motoren sind geprägt durch folgende Einflussfaktoren: Strom, Spannung, elektromagnetisches Feld, mechanische Abmessungen, Drehmoment, Drehzahl, Kraft, Geschwindigkeit, Materialien, Verluste in Leitern und magnetischen Werkstoffen, sowie Kühlung. Die Basisparameter beim elektrischen Strom und ihre jeweiligen Einheiten sind:
| Strom (I): Spannung (U): Widerstand (R): Leistung (P): Frequenz (f): |
Ampere (A)
Volt (V)
Ohm (Ω)
Watt (W)
Hertz
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