Druckenergie von Luft
Hallo! Wenn ich 100 l Druckluft mit 10bar habe, also insgesamt 1000 l, wie lange kann ich damit einen generator, der 50w strom produziert, betreiben? Gilt das analog für 100 l mit 10 bar und 10 l mit 100 bar?
Danke für die Mühe
3 Antworten
Für die als Luftdruck gespeicherte Energie gilt: Energie = Druck mal Volumen.
Dementsprechend die Einheiten: 1 Pascal mal 1 Kubikmeter = 1 Newton pro Quadratmeter mal Kubikmeter = 1 Newtonmeter = 1 Joule.
So gesehen ist in 100 l mit 10 bar genausoviel Druckenergie wie in 10 l mit 100 bar.
Aber:
Beim Erzeugen der Druckluft wird ein Teil der aufgewandten Energie nicht zu Druck sondern zu Wärme. Frisch komprimierte Preßluft ist warm. Läßt man sie gleich wieder ab, so wird die Wärmeenergie wieder zu kinetischer Energie und kann genutzt werden.
Nun kühlen warme Körper ab, wenn man sie eine Weile stehen läßt. Kühlt der warme Drucklufttank ab, verliert er damit einen Teil der hineingesteckten Energie und das verringert den Wirkungsgrad des Speichers.
Daraus folgt: Je größer der Druckluftspeicher ist, um so effizienter ist er. Denn die Oberfläche, durch die Wärme entweicht, wächst nur mit dem Quadrat des Durchmessers, das Volumen aber mit der dritten Potenz.
Eine ausführliche Beschreibung und Beispielrechnungen zum Druckluftspeicher findest Du in diesem Buch: Jochen Fricke / Walter L. Borst, Energie, Ein Lehrbuch der physikalischen Grundlagen, Oldenbourg Verlag. Ich habe hier die erste Auflage von 1981, da ist das Thema in Kapitel 14.1.2 abgehandelt.
Die erreichbaren Wirkungsgrade, steht da, entsprechen denen von Pumpspeicher-Kraftwerken. Die auftretenden Temperaturen liegen bei 300°C und darüber. Praktisch erreichbare Druckwerte liegen bei 70 bar.
So gesehen ist in 100 l mit 10 bar genausoviel Druckenergie wie in 10 l mit 100 bar.
Oder in 1000 l mit 1 bar?
Richtig ist, dass genausoviel Energie "drin" ist. Aber nutzen könnte man die nur im Vakuum, auf der Erde lässt sich nur die Druckdifferenz zu 1 bar nutzen.
Stimmt, das gehört noch dazu. Danke an Dich und TomRichter.
Zur letzten Frage zuerst: Wenn Du einen Druckminderer/regler einsetzt schon. Zur ersten Frage: Eine Dampfmaschine ist doch nichts anderes als eine Vorrichtung, die mit einem unter Druck stehenden gasigen Medium mechanische Arbeit verrichten kann, oder nicht? Man kann das Teil ja mit der Druckluft betreiben anstatt mit Dampf... nur mal so als Beispiel. Ebenso wäre eine Turbine denkbar (wenn diese auch wahrscheinlich eher einen schlechteren Wirkungsgrad haben dürfte). Also kehrt man das Prinzip des Kolbenkompressors einfach um - gewissermaßen.
Stimmt. Wie lange braucht ein 100l Kompressor, um sich auf 10 bar aufzubauen?
Diese Zeit, multipliziert mit dem Faktor, um den die Kompressorleistung größer ist
als 50W, könnte bei Wirkungsgrad 100% Dein Generator laufen.
Das können nur wirkliche Spezialisten (Physiker) aus der Lameng beantworten. 10 L mit 100 bar sind auf jeden Fall etwas effektiver als 100 L mit 10 bar. Zur Erzeugung der Druckluft wird aber wesentlich mehr Energie benötigt, als aus ihr per Generator herauszuholen ist.
Es ist aber zu beachten, dass nur der Überdruck Arbeit verrichten kann. Die Rechnung mit E=pV stimmt nicht ganz. Das muss heißen E=(pi-pa)V; pi=Innendruck, pa=Außendruck.