Die spezifische Gravität und deren Einfluss auf die Durchflussrate

Die Gleichung zur Berechnung der Durchflussrate beinhaltet die Variablen der spezifischen Gravität für Flüssigkeiten (Gf) und Gase (Gg). Der Faktor entspricht dem Verhältnis der Dichte der Flüssigkeit zur Dichte von Wasser und für Gase aus der Dichte vom Gas zur Dichte von Luft. Bei den meisten Flüssigkeiten liegt der Einfluss der spezifischen Gravität auf die Durchflussrate bei weniger als 10 Prozent. Außerdem sind die meisten Flüssigkeiten mit hoher Dichte, wie konzentrierte Säuren und Basen, meist in Wasser gelöst, sodass die spezifische Gravität der Mischung deutlich näher an der von Wasser als an der der reinen Flüssigkeit liegt.

Bei den meisten Gasen liegt der Einfluss der spezifischen Gravität auf die Durchflussrate bei weniger als 10 Prozent gegenüber der von Luft. Außerdem sind – wie auch bei Flüssigkeiten – die meisten Gase mit außergewöhnlich hoher oder niedriger Dichte oft mit einem Trägergas wie Stickstoff gemischt, sodass die spezifische Gravität der Mischung nahe bei der von Luft liegt. Weil in den Diagrammen der Einfluss der spezifischen Gravität Dichte nicht berücksichtigt ist, muss ein Korrekturfaktor eingeführt werden, der die Wurzel aus G enthält.

Die Verwendung der Wurzelfunktion verringert den Effekt und sorgt dafür, dass der Wert deutlich näher bei dem Wert 1,0 liegt, der Wasser beziehungsweise Luft zugeordnet ist. So ist zum Beispiel die spezifische Gravität von Schwefelsäure um 80 Prozent höher als die von Wasser, die Durchflussrate ändert sich jedoch nur um 34 Prozent. Die spezifische Gravität von Ether ist um 26 Prozent geringer als die von Wasser, die Durchflussrate ändert sich jedoch nur um 14 Prozent. Ähnlich ist der Einfluss der spezifischen Gravität bei Gasen.

So ist zum Beispiel die spezifische Gravität von Wasserstoff um 93 Prozent geringer als die von Luft, die Durchflussrate ändert sich aber nur um 74 Prozent. Die spezifische Gravität von Kohlendioxid ist um 53 Prozent höher als die von Luft, die Durchflussrate ändert sich jedoch nur um 24 Prozent. Nur bei Gasen mit sehr geringer oder sehr hoher spezifischer Gravität ändern sich die Durchflussraten um mehr als 10 Prozent gegenüber Luft.

In der Berechnung der Durchflussrate von Flüssigkeiten kann die Temperatur vernachlässigt werden, da ihr Einfluss die Werte nur gering verändert. Einen größeren Effekt hat die Temperatur bei der Berechnung von Gasdurchflussmengen, da sich Gase bei höheren Temperaturen ausdehnen und bei niedrigeren Temperaturen zusammenziehen. Wie auch bei der spezifischen Gravität beeinflusst die Temperatur die Durchflussrate nur um den WurzelFaktor.

Für Systeme, deren Betriebstemperatur zwischen -40°C und +100°C liegt, beträgt der Korrekturfaktor lediglich +12 bis -11 Prozent. Viele Industrieanwendungen können mit Diagrammen ausgelegt werden und umfassen den Produktbereich von kleineren Dosierventilen bis zu großen Kugelventilen in Druckbereichen von bis 1000 bar. Die auf Wasser bezogenen Berechnungsformeln und Diagramme gelten nur für allgemeine Flüssigkeiten, nicht bei Flüssigkeiten, die verdampfen oder hochviskos sind und bei dickflüssigen Emulsionen aus Feststoffen und Flüssigkeiten.

Die Berechnungsformel und Diagramme für Gase entsprechen annähernd der Zustandsgleichung für ideale Gase, in dem sich Druck, Temperatur und Volumen proportional verhalten. Gase und Dämpfe, die von Druck und von der Temperatur nahe an der Verflüssigungsphase liegen (Kryo- Stickstoff und Sauerstoff), können nicht mit der Berechnungsformel für Gase bestimmt werden. Alle Werte in den Durchflussdiagrammen beziehen sich auf den Überdruck im System. In den Formeln hingegen wird mit dem Absolutdruck gerechnet, das heißt Überdruck plus 1 bar. Alle Durchflussdiagramme basieren auf den Berechnungsformeln nach ANSI/ISA S75.01, Flow Equations for Sizing Control Valves.