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wird durch innere Reibungskräfte hervorgerufen. Bei idealen Flüssigkeiten treten diese Reibungskräfte nicht auf, bei realen muß man sie beachten. Viskosität ist ein Maß dafür wie groß die Kraft ist um Flüssigkeitsschichten zu verschieben. Durch Adhäsionskräfte(Haftkräfte) wird an der Rohrwand die Geschwindigkeit gleich null. Die Fluide setzen der gegenseitigen Verschiebung einen Widerstand entgegen, der durch den Impulsaustausch der Moleküle hervorgerufen wird und als innere Reibung bezeichnet wird. Viskosität ist ein Maß für die innere Reibung. Zähflüssige Stoffe haben eine hohe Viskosität.
Dynamische Viskosität (η): leitet sich von der Kraft ab die notwendig ist, um zwei Flüssigkeitsschichten gegeneinander zu verschieben.
A F Ein Geschwindigkeitsprofil liegt vor. Geschw. nimmt am Rand ab.
y ω X
F...Kraft die man braucht um die Schichten zu verschieben
η...dynamische Viskosität (Stoffkonstante) [Pas]
A...Fläche
∆ωX...Änderung der Fließgeschwindigkeit
Beispiele für η: Luft...1,81.10-5 Pas ; H2O...1.10-3 ; Ethanol...1,2.10-3 Pas ; Glyzerin...1,5 Pas
Temperaturabhängigkeit der Viskosität: η Gase
Bei Temperaturerhöhung wird die Viskosität bei Flüssigkeiten niedriger.
Bei Gasen wird die Viskosität höher. Moleküle beginnen bei Gasen stärker
zu schwingen und Teilchen stoßen stärker zusammen. Flüssigk.
t
Druckabhängigkeit der Viskosität:
Bei einem Druck von 100-200 bar kommt es erst zu einer Viskositätsänderung. Bei Normaldruck ändert sich nichts. Bei Gasen steigt auch die Viskosität bei erhöhtem Druck, weil Gase kompressibel sind. Je höher die Temperaturabhängigkeit, desto größer ist auch die Druckabhängigkeit. Sie wirkt sich auf Flüssigkeiten daher weniger aus.
Kinematische Viskosität(υ..ny): Bezug der dynamischen Viskosität auf die Dichte
υ=η/ρ Einheit: m2/s
STRÖMUNGSFORMEN IN ROHRLEITUNGEN
Laminare und turbulente Strömung
Laminar: Geradliniges Fließen, wenig Vermischung, Fließgeschwindigkeiten gering, Schichtströmung
z.B. Abwassertechnik: Sedimentation im Absetzbecken.
Teilchen bewegen sich auf den zur Rohrachse parallelen Stromlinien, ohne sich zu vermischen. Keine Vermischung. In der Mitte große Strömungsgeschwindigkeit. Parabel spitz ausgeprägt. Strömungsgeschwindigkeit nimmt nach außen hin ab. Rohrreibung: Die Rohrinnenfläche hat eine bestimmte Oberflächenbeschaffenheit(rauh, glatt). Die Wandrauhigkeit k gibt in mm an, wie stark die Rauhigkeit ist.
Es gibt Rauhigkeitsklassen, jedes Rohrmaterial und Rohralter hat eine bestimmte Rauhigkeit. Rohrreibung bedeutet Druckverluste. Je länger das Rohr, desto mehr Einbauten(Ventile) und je größer k, desto größer sind die Druckverluste. Bei der laminaren Strömung muß die Wandrauhigkeit nicht berücksichtigt werden.
Turbulent: Verwirbelung, Quermischung mit Vermischung, bei schnellen Strömungen.
Wirbelströmung. Es treten neben der in Rohrachse bewegenden Transportbewegung auch Querbewegungen auf und dies führt zu einer ständigen Vermischung. In der Mitte ist nicht mehr die große Strömungsgeschwindigkeit
Die Parabel ist viel flacher→gleichmäßigere Geschwindigkeitsverteilung als bei der laminaren Strömung. Man möchte das System ausnutzen, deshalb turbulente Strömung. Wandrauhigkeiten muß man berücksichtigen.
Kennzahl: REYNOLDSZAHL
laminar < 2320 < turbulent (105-107 Re)
d...charakteristischer Durchmesser, beschreibt die Strömungsgeschwindigkeit die vorliegt. Bei einem Rohr ist der charakteristische d der Innendurchmesser di. Bei einem Rechteck ist der charakteristische Durchmesser gleich dem hydraulischen Durchmesser d=dH=4A/U. Strömt auf einer Platte eine Flüssigkeit so ist der char. Durchmesser gleich der Länge. d=LI z.B. Kondensationseinrichtungen
Beispiel: Ölleitung: d=5cm=0,05m, VP=2 l/s=0,002m3/s, υ=20.10-6 m2/s
ges: Strömung laminar oder turbulent?
A=r2π=0,00196m2 ω=VP/A=1,018m/s Re=ω.d/υ=2546,47→schwach Turbulent
ROHRLEITUNGEN
Sind Förderwege in der Verfahrenstechnik. Zum Transport von Energieträgern, flüssigen Heizstoffen, Druckluft, Wasser. Durch sie werden Apparate miteinander verbunden.
Verlegungsarten: Unterirdisch für Versorgungsleitungen, Kanalleitungen. Im Betrieb Ringleitungen an der Seite oder Decke. Rohrbrücken sind frei verlegte Rohre (Pipeline). Rohrleitungen kann man auch unter Wasser verlegen.
Herstellungsverfahren von Rohren:
Gußrohre: Sind spröde, können nicht geschweißt werden, verbunden durch Schraubverbindungen(Flansch)
Stahlrohre: Sind schweißbar. Sind gezogene Rohre welche durch Schweißnähte verbunden sind, nicht leicht lösbar aber dicht.
Plastikrohre: Werden auch gezogen oder extrudiert( bei hohem Druck und Temperatur wird das Material plötzlich entspannt und es kommt zu einer Ausdehnung.), leicht und kostengünstig. Innert gegenüber chem. Stoffen.
Auswahl von Rohrleitungen:
· Eigenschaft des zu befördernden Fluids(Säure, Lauge, oxidierende Stoffe)
· Fördermenge, Fördergeschwindigkeit, Förderdruck
· Verlegungsart
· Wartung
· Preis
Kennwerte von Rohren:
· Durch Bildzeichen
· Durch Kurzzeichen
z.B.: 2-50-25-B8
2...interne Zählnummer
50...DN: Nennweite, gibt ca. Innendurchmesser an in mm
25...PN: Nenndruck bei 20°C, Max. anwendbare Druck in bar
B...Rohrwerkstoffgruppe (unlegierter Stahl)
8...Rohrklassennummer (gibt schwächste Stelle an)
Nennweite:
Genormt. Sie ist der ungefähre Innendurchmesser des Rohres in mm. Wie groß der wirkliche Rohrdurchmesser ist ist abhängig von dem Material des Rohres und dem Maximaldruckes. (3-4000 mm)
Beispiel: Rührkessel soll in 5 min mit V von 1,2 m3 gefüllt werden. Welche Nennweite?
VP=m3/s→1,2m3:300s→VP=0,004m3/s ; ω(Angenommen)=2m/s
A=VP/ω=0,002m2
A=r2π→r=0,02523m→d=50,5mm→Gewählte Nennweite DN65
Nenndruck: PN, gibt den max. anwendbaren Druck bei 20°C an. (1-6300 bar)
Mit zunehmender Temp. sinkt der max. anwendbare Druck.
Zulässiger Betriebsdruck: Pe zul: Max. mögliche innere Überdruck unter Beachtung aller mögl. Betriebszustände welches das Rohr aushält.
Höchster Arbeitsdruck :Pe A max: Der höchste Druck in der Anlage der auftreten kann.
Arbeitsdruck: Druck bei dem gearbeitet wird.
Probedruck: jener Druck, der bei der Inbetriebnahme einer Rohrleitung oder beim Probedurchlauf angelegt wird. Probedruck ist 1,5 mal so hoch wie PN. Prüfung erfolgt laut Dampfkesselordnung vom techn. Überwachungsverein oder von Dampfkesselkomissären.
Rohrleitungskennzeichnung: Farbe läßt auf enthaltene Medien schließen.
90°
Rohrverbindungsarten
Lösbare Verbindungen: können ohne Zerstörung des Materials wieder gelöst werden.
Flanschverbindung: Scheibe mit Bohrungen, eine Weitere wird gegengleich aufgesetzt,
durch Schrauben fest verbunden, es kommt zu einer Presskraft, weiters wird ein Dicht-
ungsring zwischengelegt.
Muffenverbindung: für geringe Rohrdurchmesser und Drücke, auch lösbar, besteht aus
zylindrischem + kegelischen Teil, werden ineinander gesteckt(Steckmuffe) oder bei
Gewindeausführung verschraubt. Hanf oder Kunststoffbänder als Dichtung.
Schneidringverschraubung: bei kleinen Rohrleitungen, 1 Teil in den anderen gesteckt
und mit einer Überwurfmutter festgezogen.
Unlösbare Verbindungen: Schweiß- und Lötverbindungen. Sind im allgemeinen
günstiger, absolute Dichtheit gewährleistet.
Rohrleitungsteile
Formstücke: um räumliche Gegebenheiten zu nutzen, Formstücke sind Krümmer oder T-Stücke.
Krümmer: Flüssigkeitsumleitung, trägt zum Gesamtdruck bei (desto gr. die Krümmung, desto gr.
der Druckverlust).
3 Arten: 180° Krümmer 90° Krümmer Raumkrümmer
T-Stücke: zur Rohrverzweigung, Rohrdurchmesser kann sich vergrößern/verkleinern, dann ist im T-Stück ein Reduzierstück enthalten.
Rohrkappe: dort wo die Leitung endet ist eine Rohrkappe aufgesteckt oder geschraubt.
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