Drukverhoging door warmte.

Moderator: physicalattraction

Reageer
Berichten: 7

Drukverhoging door warmte.

Ik moet de druk berekenen onderin in een stalen tank van een hydraulische powerpack/aggregaat.
Deze berekeningen dienen bij verschillende temperaturen plaats te vinden.
 
De situatie is als volgt:
- De helft van de tank is voorzien van hydraulische olie, de overige ruimte is voorzien van lucht.
- De tank is volledig dicht, er kan geen lucht ontsnappen.
- Het olie niveau blijft gelijk, aangezien de powerpack een cilinder aanstuurt met een doorlopende zuigerstang
- De temperatuur loopt op van 20 graden tot +/- 90 graden.
 
Vraag 1: Klopt het dat ik dan het vloeistofkolom en de ruimte die gevuld is met lucht, apart van elkaar kan berekenen?
 
Voor het vloeistofkolom kan ik de hydraulische druk als volgt meten:
p = p0 + rho*g*h
 
De ruimte met lucht lijkt mij te berekenen met de ideale gaswet: (kookpunt van olie is +/- 180 graden en speelt hierdoor geen rol)
 
P*V=m*R*T        p = (m * R * T)/V
 
Vraag 2: Is het correct dat ik de druk op deze wijzen kan berekenen?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

Ik weet niet wat je met p0 bedoelt, maar de bijdrage van de vloeistofkolom is rho*g*h
 
De absolute druk in de gasruimte zal bij 90 oC een factor (273+90)/(273+20) = 1,24 groter zijn dan bij 20 oC.
 
De absolute druk op de bodem van de tank is de som van beiden.
 
Let op het verschil tussen absolute druk en overdruk.

Berichten: 7

Re: Drukverhoging door warmte.

Beste Pinokkio,
 
Het geen wat ik graag zou willen weten is wat de overdruk in de tank zal worden, maar tot op heden kom ik er
nog steeds niet uit.
 
De overdruk zal naar mijn mening worden gecreëerd door de ruimte met lucht, niet door het oliebad. Alleen in de testopstelling
zit de manometer onder in de tank, vandaar dat ik de druk van de vloeistofkolom erbij op tel (vergeten te vermelden). 
 
De olie wordt rondgepompt, maar het olie en luchtvolume in de tank veranderd niet. Dit lijk mij een
Isochoor proces:
 
p/T = (m*R)/V of p1/T1 = p2/T2 
 
T1 = 20 graden
T2 = 90 graden
 
De tank wordt afgesloten op 20 graden, p1 zal dan dus 1 Atm zijn. Nu kan T2 worden uitgerekend, maar wat als ik de zelfde test doe en de tank
voor 60% vul met olie en dus de luchtkamer kleiner wordt? De waarden die ik meet komen totaal niet overeen met de theorie, waar ga ik fout?

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

Ik weet niet wat je bedoelt met "een hydraulische powerpack/aggregaat" en weet ook niet hoe het hele systeem eruit ziet.
Maak eens een simpele schets van de tank met oliehoogte en positie van de manometer.
 
Het is mij ook niet duidelijk waarom het vloeistofniveau in de tank altijd hetzelfde zou zijn. Als de olie opgewarmd wordt van 20 naar 90 graden zal die in ieder geval uitzetten en dus zal het niveau in de tank stijgen, lijkt me.
 
Bovendien heeft de olie een dampspanning die zal stijgen als de olie naar 90 graden gaat. Het zal niet spectaculair zijn, maar toch.
 
Hoe groot is het luchtvolume in de tank?
 
Hoe groot is het totale olievolume in het hele systeem?

Berichten: 7

Re: Drukverhoging door warmte.

  Beste Pinokkio,
 
Hierbij een kleine tekening. De hydraulische olie volgt de rode lijn, gaat de cilinder in en komt vervolgens weer retour in de tank (cilinderverhouding is 1 op 1, olie in is olie uit)
 
De manometer zit linksonder aan de zijkant van de tank (nagenoeg tegen de bodem). De tank heeft een volume van 12L, waarvan 6 liter olie is en 6 liter lucht.
Zodra de temperatuur binnen in de tank 20 graden is, wordt de tank afgeplugt.
 
Uitgaande dat de olie in de kanalen en de cilinder bij elkaar +/- 1,5 liter is.  
 
Ps, de olie wordt in de test verwarmd door het overstort ventiel. Bij eindeslag van de cilinder gaat alle olie via het ventiel (Nr. 4 150 bar) retour naar tank. Door de drukval van 150 bar ontstaat een hoop warmte.Afbeelding

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

In de tekening meet de manometer niet de druk onder in de tank, maar de druk in de rode leiding van de pomp naar de cilinder.

Berichten: 7

Re: Drukverhoging door warmte.

Beste Pinokkio,

Dit heeft u goed gezien, deze verbinding had ik moeten weghalen. De manometer zit direct op de tank en meet echt de druk in de tank. Mijn fout.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

Wat wijst de manometer aan bij 20 oC ?
 
En wat bij 90 oC ?

Berichten: 7

Re: Drukverhoging door warmte.

Beste Pinokkio,

Bij 20 graden wijst de manometer 0,01 bar aan, bij 90 graden 0,22 bar.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

Dat is overdruk, dus bij een atmosferiche druk van zeg 1,01 bar was de absolute druk in de tank dan 1,23 bar bij 90 oC.
 
Dat klopt toch vrijwel met wat te verwachten is? Zie mijn bericht #4.
Om het exacter te berekenen moet men ook rekening houden met de uitzetting en de dampspanning van de olie. Ik kan me overigens niet voorstellen dat de olie een kookpunt van slechts 180 oC zou hebben. Dat zou dan wel erg lichte "olie" zijn, vergelijkbaar met zware nafta of lichte kerosine.
 
Dat kleine verschil in de tweede decimaal kan het gevolg zijn van de onnauwkeurigheid van de manometer, of omdat de atmosferische druk ten tijde van de aflezing hoger was dan 1,01 bar.
In ieder geval niet iets om wakker van te liggen.

Berichten: 7

Re: Drukverhoging door warmte.

Beste Pinokkio,

U zat zeker in de buurt van wat de waarde is die ik gemeten heb, maar als ik de tank voor 90% vul met olie, en dus maar 10% lucht heb, dan kom ik op een waarde in de buurt van 0,4 bar. Zal dit komen door de dampspanning?

En de manometer zit onder het oliebad, dus neem aan dat de 0,22 bar de absolute druk + vloeistofkolom is.

Na het weekend zal ik eens berekenen wat het gewicht van de vloeistofkolom doet, lijkt me sterk dat dit resulteert in de verhoging tot 0,4 bar.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

dan kom ik op een waarde in de buurt van 0,4 bar.
Wat bedoel je?
Heb je die 0,4 bar berekend of gemeten?
 
Het tankje is slechts 12 liter, dus de vloeistofhoogte kan nooit echt hoog zijn.
Misschien 0,2 meter? Dat is dan ruwweg 0,02 bar statische druk.
 
Wat voor olie zit er in die tank? Heb je daar een fabrikant en typenummer van?

Berichten: 7

Re: Drukverhoging door warmte.

Beste Pinokkio,

Zodra ik de tank voor 90% vul met olie, dan meet de manometer ongeveer 0,4 bar bij 90 graden. (exacte cijfer heb ik nu niet bij de hand helaas).

Dat klopt helemaal, het lijkt mij ook sterk dat het oliekolom een grote impact heeft op de statische druk. Zal het dan toch de dampspanning zijn?

De olie die ik gebruik voor de test is hydrauliek olie HLP 32.

Gebruikersavatar
Pluimdrager
Berichten: 2.343

Re: Drukverhoging door warmte.

HLP 32 heeft een dichtheid van ongeveer 0,88 g/mL bij 15 oC wat duidt op een kookpunt in de orde van 380 oC, dus de dampspanning bij 90 oC is dan minder dan 0,00001 bar, oftewel nul.
De eerder door jou genoemde 180 oC is wellicht het vlampunt (flash point), in ieder geval zeker niet het kookpunt.
 
Als de olie opwarmt van 20 naar 90 oC zal zijn volume met ongeveer 5 % stijgen. Dat lijkt misschien niet veel maar als de tank voor 90 % gevuld is met olie is dat een extra 0,6 liter terwijl het luchtvolume 1,2 liter was, dus dat leidt tot extra drukverhoging door compressie van de lucht. De metalen tank zal bij stijgende temperatuur natuurlijk ook uitzetten waardoor de lucht weer wat minder gecomprimeerd wordt door de stijgende vloeistofhoogte. Daar kun je ook nog eens lekker aan rekenen.

Reageer