Verlustratenanalyse
Der Verlust "Null" existiert nicht, und auch wenn er existieren würde, könnte er nicht gemessen werden. Daher sollte auf der Basis von Tabellen, die von den Bestimmungen geliefert werden, für das Teil der zulässige Verlustpegel immer im voraus festgelegt werden. Nach dieser ersten Beurteilung müssen das Betriebsfluid (gasförmig oder flüssig) und die Betriebsdruckwerte untersucht werden, denen die zu prüfende Komponente ausgesetzt ist.
Bei Komponenten für Gas, d.h. bei denen keine "Wasserscheide" zwischen den Molekulargrößen der Fluide besteht (Test/Betrieb), hält man sich ausschließlich an die Gefahrenbeurteilung: zum Beispiel kann dasselbe Teil für Stadtgas zwei vollständig verschiedene zulässige Verlustebenen haben, wenn es im Haushalt (Küche) oder für Übertragungsleitungen im Freien angewendet wird.
Beispiele für Verlustraten, festgelegt von den Bestimmungen für die Gaskomponenten, sind:
- 15 - 60 nCC/Stunde bei 150mBar für Rampen Küchengas
- 1 - 5 nCC/ Minute bei 5 Bar für Verbindungen Außengasübertragungsleitungen
Bei Komponenten für Flüssigkeiten (Wasser/Blut/Treibstoffe/Öl usw.) und auch auf der Basis der Gefahrenebene bei Ausströmung gibt es in der Luft gemessene normative Ausströmungswerte, wo die Flüssigkeit durch das molekulare Verhältnis zwischen Luft und einer bestimmten Flüssigkeit sicher nicht austritt.
Beispiele für Verlustraten für Flüssigkeiten sind (gemessen mit Luft ,1 Bar)
- 0,3 – 0,6 nCC/Minute für Treibstoffbehälter
- 2,0 – 3,0 nCC/Minute für Wasserbehälter
- 3,0 – 6,0 nCC/Minute für Ölbehälter In Wirklichkeit ist es besser, höhere Druckwerte im Bereich 1….6 Bar max anzuwenden.
Mit dieser Lösung können die Prüfzeiten gesenkt und die Prüfleistungen merklich verbessert werden.
Wenn der Testdruck erhöht wird, erhält man eine Verstärkung des Verlusts, die normalerweise nicht mit dem Druck linear ist: wenn wir z.B. 1 nCC/Minute mit 1 Test-Bar messen, kann derselbe Verlust, bei 5 Bar gemessen, viel höher als 5 nCC/Minute sein.
Außerdem verstärkt ein höherer Druck den eventuellen Defekt, wenn er elastisch ist, und leiert den Gang aus, wie z.B. bei Schweißungen auf Kunststoff oder Rissen.
Dagegen ist es notwendig die negativen Aspekte höherer Drücke zu beurteilen, wie höhere Setzungszeiten bei Kunststoffteilen, "verdeckte" Verluste bei z.B bei Randdichtungen, bei denen der erhöhte Druck das Leck eines defekten Elements vergrößert, und damit die Probleme im Zusammenhang mit der Sicherheit für Mensch und Umwelt.
Somit müssen die richtigen Testdruckwerte zusammen mit Fachleuten des Bereichs ermittelt werden, die über eine langjährige Erfahrung und vor allem über die für die Durchführung der ersten Tests erforderlichen Instrumente verfügen.
Beziehung zwischen Leckrate in vol/t und Δp
Wir wollen die Beziehung formulieren, die zwischen der Leckrate, ausgedrückt in vol/t (z.B.: cc/min, cc/h , etc..) und dem Druckabfall im Inneren eines Teils während eines absoluten Druckabfall-Lecktests besteht.Ausgehend von der idealen Gasformel: 𝑃𝑉 = 𝑛𝑅𝑇
Wobei wir annehmen:
P = Fülldruck des zu prüfenden Teils
V = Volumen des Teils
n = Anzahl der Mole im Inneren des Teils
R = universelle Gaskonstante
T = Temperatur
Nach "t" Sekunden haben wir aufgrund eines Verlustes, den wir "Q" nennen werden, eine Anzahl von Molen, die in der Umgebung verteilt sind, die gleich ist:
Die verbleibenden Molen im Volumen sind dann:
Unter der Annahme einer konstanten Temperatur haben wir nach einer Zeit t diesen Druck im Inneren des Teils:
Wenn wir also den Druckabfall 𝛥𝑃 als P - P2 definieren, haben wir Folgendes:
Durch Lösen in Bezug auf Q erhalten wir:
Das ist der theoretische Verlust, der sich aus einem Druckabfall im Inneren des Teils in der Zeit "t" ergibt. Bei dieser Analyse muss davon ausgegangen werden, dass der Druck und die Temperatur während der Prüfzeit "t" konstant bleiben.