Eine Einführung zum Druckabfall im Flüssigkeitssystem und zur Auswahl einer geeigneten Pumpe
Technologische Fortschritte treiben die Komplexität und Funktionalität neuer Produkte weiter voran. Da diese Produkte immer komplexer werden, fügen OEMs weitere Komponenten hinzu, um den steigenden Anforderungen ihrer Kunden an die Funktionalität gerecht zu werden, was zusätzliche Kosten in den Bereichen Materialien, Fertigung, logistische Komplexität und Montage mit sich bringt.
Boyd entwickelt thermische Systeme für maximale Leistung bei einer bestimmten Durchflussmenge. Ein zu geringer Druck führt dazu, dass das System nicht die gewünschte Leistung erbringt. Die Durchflussrate hängt von dem Druckabfall des Systems und dem Druck des Pumpenkopfes ab. In diesem Anwendungshinweis erfahren Sie, wie Sie den Druckabfall ermitteln und eine perfekt für Ihr System geeignete Pumpe auswählen. Darüber hinaus erhalten Sie Empfehlungen, wie Sie den Druckabfall minimieren können.
Ermittlung des Druckabfalls des Systems
Der Druckabfall bezeichnet den Differenzdruck, den eine Flüssigkeit überwinden muss, um durch ein System fließen zu können. Der Druckabfall ergibt sich aus dem durch Reibung (Scherbelastungen) und anderen Kräften (z. B. Schwerkraft) entstehenden Widerstand, der auf eine Flüssigkeit wirkt. Der Druckabfall ist exponentiell proportional zur Durchflussrate. Bei einer Verdopplung der Durchflussrate erhöht sich der Druckabfall um das Vierfache. Der Druckabfall eines Systems entspricht der Summe des Druckabfalls jedes Bauteils innerhalb des Systems. Dazu zählen unter anderem Schläuche und Kühlkomponenten. Um die Druckabfallkurve eines Systems zu bestimmen, muss der Druckabfall bei verschiedenen Durchflussraten berechnet und aufgezeichnet werden.
Beispiel: Ein System bestehend aus einem 6105 Wärmetauscher aus Kupfer mit 10 Fuß 3/8"-Schläuchen mit einer montierten Rohrkühlplatte CP10. Addieren Sie den Druckabfall der CP10, des 6105 und der Schläuche. 1 bis 2 psi sind eine gute Annahme für den Standard-Druckabfall bei 10 Fuß Schläuchen bei 1 bis 2 gpm. Bei einer Aufzeichnung der Ergebnisse sollte der Graph dem der Abbildung 1 ähneln.
Auswahl einer Systempumpe
Allgemein ist die Durchflussrate einer Pumpe umgekehrt proportional zum Druck. Das bedeutet, dass die Durchflussrate steigt, wenn der Druck abnimmt (siehe Abbildung 2). Um eine Pumpe mit einem angemessenen Druck des Pumpenkopfes auszuwählen, sollte die vom Pumpenhersteller bereitgestellte Kurve der Pumpe über die Druckabfallkurve des Systems platziert werden. Das Systems wird am Schnittpunkt dieser beiden Kurven arbeiten. In unserem Beispiel wird die Pumpe bei 1,6 gpm und 13,5 psi (siehe Abbildung 3) arbeiten, da sich die beiden Linien an dieser Stelle überschneiden.
Sollte der Druckabfall des Systems an dieser Stelle bekannt sein, kann die Kurve geschätzt werden, indem vom 0-Punkt der Durchflussrate und des Druckabfalls eine gerade Linie zum Punkt mit dem bekannten Druckabfall gezogen wird. Der Schnittpunkt der Linie mit der Kurve der Pumpe ermöglicht eine gute Schätzung der zu erwartenden Durchflussrate. In unserem Beispiel gehen wir von einer Durchflussrate von 2 gpm aus, darüber hinaus ist ein Druckabfall von 18 psi bekannt (siehe Abbildung 4). Mit dieser Methode beträgt die geschätzte Durchflussrate 1,5 gpm und liegt damit nahe an den 1,6 gpm, die die präzisere Methode ergeben hatte.
Minimierung des Druckabfalls
In den meisten Systemen ist ein minimaler Druckabfall wünschenswert. Hier sind einige Empfehlungen, wie Sie den Druckabfall reduzieren können:
- Falls realisierbar, nutzen Sie eine minimale Anzahl an 90°-Bögen. Scharfe Bögen verursachen einen Druckabfall, vergleichbar mit einem Knick in einem Gartenschlauch.
- Halten Sie die Schläuche so kurz wie möglich. Längere Schläuche oder Rohre sorgen für eine größere Kontaktfläche mit der Flüssigkeit sowie zusätzliche Reibung und Druckabfall.
- Nutzen Sie Schläuche mit einem großen Durchmesser. Haben Sie je versucht, durch einen extrem schmalen Trinkhalm zu trinken? Aufgrund des geringen Durchmessers würde Ihnen das Trinken wesentlich schwerer fallen als mit einem herkömmlichen Trinkhalm.
- Nutzen Sie, falls möglich, Flüssigkeit mit niedriger Viskosität. Die Viskosität bezeichnet die Fähigkeit einer Flüssigkeit, fließen zu können (denken Sie nur einmal an den Vergleich zwischen Wasser und Sirup). Die Nutzung einer Flüssigkeit mit hoher Viskosität wird den Druckabfall Ihres Systems beeinträchtigen.
- Sich schnell lösende Fassungen sollten vermieden werden, da diese oftmals zu einem unnötigen Druckverlust führen.
Denken Sie immer an die enorme Bedeutung des Druckabfalls und daran, die Kurve der Pumpe an die Druckabfallkurve Ihres Systems anzupassen. Der Druckabfall kann durch Entfernung der Bögen minimiert werden. Denken Sie immer daran, auf lange und enge Schläuche zu verzichten und das System auf dem gleichen Level zu halten. Wenn Sie diese einfachen Empfehlungen beachten, wird Ihre Wärmelösung die gewünschte Leistung erbringen.
