Pressluft - wie hoch ist der maximale Druck?

There are 14 replies in this Thread which has previously been viewed 3,237 times. The latest Post (April 5, 2023 at 5:40 PM) was by lordesfairgenug.

  • Je höher der Druck, umso kleiner kann der Container einer PCP-Waffe ausfallen bzw. umso mehr Schüsse kann man damit abgeben.

    Heute erhältliche Kompressoren schaffen ca. 350 bar als Maximum.

    Meine Frage: Geht auch mehr? Ich habe das gegoogelt und es gibt nicht viele Infos darüber. Eine Quelle sagt, 414 bar wäre das Maximum, andere Quellen reden von über 700 bar.

    Manche sagen, dass die Grenze die Dichte der Moleküle wäre, andere wiederum meinen, dass sich die Luft irgendwann verflüssigt und dann das Maximum erreicht ist,

    Ich bin ein wenig ratlos. Weiß hier jemand mehr?

  • Rein theoretisch ist da soweit mir bekannt noch viel mehr möglich, habe da vor ein paar Jahren mal über einen Versuch in der Industrie mit ich meine 2.000Bar gelesen, allerdings wird es mit steigenden Druck immer schwieriger und aufwendiger was Druckerzeugung, Regulierung, Lagerung, Wassereinbringung/Trocknung usw. betrifft.

    Hatte auch was mit der Temperatur zu tun, bekomme das aber nicht mehr ganz zusammen, dass irgendwo Schluss ist wegen der Molekülgröße stand da auch drin, ist aber wohl auch stark Temperaturabhäng.

    Edited once, last by Ingo.M (July 1, 2022 at 11:31 AM).

  • Klar geht auch wesentlich mehr. Aber wird dann halt teurer, die Wände der Kartuschen müßten größer sein, der Verschleiß wäre größer, eventuell eine 3te Kompressionsstufe und so weiter. Ich glaube es lohnt halt nicht.

    Ist ähnlich wie ein Hochvakuum. Geht auch, wird aber aufwendiger und teurer.

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    Die Realität ist eine Frage des Wissens. Gruß Play

  • Diese Frage ist nicht so leicht zu beantworten.

    Ich fande die Frage sehr interessant und habe gegoogelt und keine klare Angabe in Bar finden können.

    Da ist die Rede von Temperatur und Moleküldichte sowie Verflüssigung, Idealgasen, Gewicht und Tabellen.

    Da bin ich dann ausgestiegen.

  • Ich fande die Frage sehr interessant und habe gegoogelt und keine klare Angabe in Bar finden können.

    Geht mir genauso. Was ich gefunden habe: Es gibt Kompressoren, die 6.000 psi = 414 bar schaffen. Daher kommt wahrscheinlich auch diese angebliche 414-bar-Grenze. Es wäre aber schon ein ziemlicher Zufall, wenn die physikalische Grenze GENAU bei 6.000 psi liegen würde.

  • Luft ist ja ein Gasgemisch. Bei reinen Gasen sieht es wahrscheinlich anders aus. Helium, ein Edelgas, läßt sich sicher höher komprimieren.

    Dann zählt halt noch die Verflüssigung bei Druck und Temperatur dazu. Siehe CO2 Kartuschen. Der Druck läßt sich dort nicht über recht bescheidene Bar erhöhen. Ausser, man erhitzt die Kartusche.

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  • Der Maximaldruck von Stickstoff liegt bei 694 Bar,

    dann wird das Volumen von flüssigem Stickstoff

    erreicht. Eine weitere Kompression ist nicht möglich.

    Sauerstoff kann bis 860 Bar komprimiert werden.

    Bei Luft spielt noch die Feuchtigkeit eine Rolle, das

    Maximum liegt in Zwischen 750 und 800 Bar. Dann

    geht die Luft in der superkritischen Zustand (ein

    Gas mit den Eigenschaften einer Flüssigkeit).

    So hohe Drücke machen aber wenig Sinn weil mit

    zunehmendem Druck die tatsächliche Gasmenge

    immer weiter abnimmt. In einer 300-Bar-Flasche

    ist nicht doppelt so viel Luft wie in einer mit 150.

    Dieses Verhalten ist exponentiell, es geht bis ca.

    200 Bar noch relativ flach (also fast linear) und

    steigt dann stark an. Das ist auch der Grund für

    die weite Verbreitung von 200-Bar-Flaschen. Man

    hat das so festgelegt weil es der wirtschaftlichste

    Druck zu sein schien (um 1900). Heute sind die

    Kriterien anders und daher setzen sich die 300

    Bar immer mehr durch. Das ist aus heutiger Sicht

    der vernünftigste Kompromiss.

    Spezialanwendungen (z.B. Speicher aus denen

    300-Bar-Flaschen gefüllt werden) arbeiten aber

    notwendigerweise auch mit höheren Drücken

    (meist 400 bar).

    Weise einen intelligenten Menschen auf einen Fehler hin und er wird sich bedanken.
    Zeige einem dummen Menschen einen Fehler und er wird dich beleidigen.

  • Ich meine dass es damals in dem Artikel um einen Versuch 2000Bar zu erreichen ging, und dass dieses nur bei einer bestimmten Temperatur möglich sei, ich weiß jetzt aber nicht ob das extrem kalt oder sehr heiß war, bei Raumtemperatur kann es daher durchaus sein dass da bei 800Bar Schluss ist.

  • Interessant, aber woran liegt das? Welcher physikalische Effekt ist dafür verantwortlich?

    Bei meinem Kompressor (350 bar China Modell) kann ich jedenfalls nicht feststellen, dass es schneller geht von 200 auf 300 bar zu pumpen als von 100 auf 200. Da immer dieselbe Luftmenge eingebracht wird (3-Kolben-Prinzip) müsste das doch ansonsten der Fall sein, oder?

  • Durch den Druck verringert sich der Abstand

    zwischen den Molekülen, aber nicht die Größe

    des Moleküls. Wenn der Abstand nahe Null ist

    geht der Aggregatzustand in flüssig (oder den

    sogenannten überkritische Zustand) über.

    Dann geht eine weitere Kompression nicht.

    Je kleiner der Abstand ist, desto größer wird

    die notwendige Kraft um diesen zu halten oder

    weiter zu verringern.

    Weil das in 3 Dimensionen wirkt ist die Kurve

    exponential. Bei Normaldruck ist der Abstand

    zwischen der Molekülen riesig, deren Größe

    spielt praktisch keine Rolle. Zum Ende hin ist

    das Verhältnis dann umgekehrt.

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  • Yup. Das Molekül will halt einen definierten Platz haben. Auch wenn die Teilchen der Atome viel kleiner sind und der Raum dazwischen groß. Materie definiert sich nicht durch sich selbst sondern durch ihre Wirkungen.

    Gruß Play

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  • Bei 300 Bar sind -aus dem Kopf- ca. 10% weniger

    Luft in der Flasche als rechnerisch möglich.

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  • Also das was bei diesem Thema immer wieder zu Kopfzerbrechen führt ist der kritische Punkt und der dahinter liegende Aggregatzustand.

    Das ist das Phasendiagramm von CO2, da gibts nen kritischen Punkt, der ist bei 31°C und knapp 74bar. Wenn ich mit meinem CO2 Gas kälter als 31° bin, dann werde ich ab einem bestimmten Druck immer eine flüssige Phase haben. Z.B. beim Befüllen bildet die sich dann am Boden und der Flüssigkeitspegel steigt immer weiter an, je mehr man befüllt. Wenn man jetzt sein CO2 wieder nutzt und rauslässt, dann sinkt dieser Flüssigkeitpegel logischerweise wieder ab. Oberhalb der Flüssigkeit gibts CO2 Dampf und solange noch Flüssigkeit da ist, wird der Dampf immer nachgeliefert, wenn ich ihn entnehme. Dort stellt sich bei fester Temperatur immer derselbe Druck ein, der Dampfdruck des Fluids, bei CO2 und Raumtemperatur ca. 60bar. Dadurch hat man eine physikalische Druckregelung ohne technische Bauteile. So weit so normal.

    Jetzt gibts aber nen kritischen Punkt und wenn ich jenseits von dem bin (d.h. höherer Druck und höhere Temperatur), dann hört diese Koexistenz von flüssiger Phase und Dampf darüber auf.

    Das ist das Phasendiagramm von Stickstoff, dem wesentlichen Bestandteil von Luft und für Sauerstoff sieht es ähnlich aus, d.h. können wir als gute Näherung verwenden. 1 MPa sind 10bar. Der kritische Punkt ist bei -146°C und 34bar. D.h. im Gegensatz zum CO2 ist HPA praktisch immer überkritisch. Aussagen wie "Luft verflüssigt sich erst bei sehr sehr hohen Drücken" sind physikalisch einfach falsch. Im überkritischen Zustand macht es keinen Unterschied, ob wir das ganze jetzt als flüssig oder gasförmig bezeichnen.

    Für die hier gestellte Frage ist das Entscheidende, wie gut lässt sich das Fluid noch komprimieren. Sobald ein Stoff flüssig ist, lässt sich der Druck auch beliebig weiter erhöhen, er wird halt irgendwann fest, aber auch dann lässt sich der Druck weiter erhöhen. Es gibt also nicht sowas wie einen maximalen Druck. In der Sonne bspw. sind 250 mrd. bar Druck, geht auch, wenns heiß genug ist, dann kann das auch flüssig sein (oder halt überkritisch). Also einen durch die Physik limitierten Druck in der Flasche gibt es nicht. Es gibt wenn dann nur einen Druck, bei dem das Fluid in der Flasche noch nicht zum Festkörper erstarrt. Für praktische Anwendungen ist das natürlich völlig egal, weil schon die unterkritische flüssige Phase eine Kompressibilität hat, die uns nix bringt. Also sorry für das ganze Ausschweifen, aber damit konnte man noch einige Sachen beantworten, die hier im Thread geschrieben wurden, auch wenns nicht direkt auf die Frage eingeht. Also auch Flüssigkeiten lassen sich mit erhöhtem Druck komprimieren, aber die Auswirkung ist um viele Größenordnungen kleiner, d.h. ich brauche dann eine Verhundertfachung des Drucks, um ein paar % zu komprimieren.

    Das ist die Druck-Dichte-Kurve von Ammoniak (hab jetzt auf die schnelle nicht das passende Co2/Luft gefunden, aber ist auch egal). Die Kurven sind immer bei konstanter Temperatur (isotherme) und da sieht man den Unterschied ganz gut. Also wenn ich unterkritisch bin, dann gibts eine Stelle, bei der die Dichte sprungartig ansteigt, das ist dann der Siedepunkt, d.h. wenn ich den Druck darüber hinaus erhöhe kondensiert das Gas zur Flüssigkeit. Sobald die flüssige Phase erreicht ist, habe ich z.B. eine Dichte von 0,7 kg/l, erhöhe ich den Druck von 1 auf 500 bar, lande ich bei 0,72 kg/l, hab also ca. 3% komprimiert. Ich würde jetzt mal wild raten, dass es beim Ammoniak noch ein bisschen krasser ist als bei Stickstoff, weil die Wasserstoffbrückenbindungen besonders wenig Lust haben sich komprimieren zu lassen, aber es wird keinen großen Unterschied machen.

    Wenn wir jetzt den überkritischen Bereich anschauen, d.h. die braune Kurve und die 3 rechts davon, dann stellen wir fest, dass dieser sprungartige Anstieg weg ist und es einen gleichmäßigeren Übergang gibt, der aber auch wie bei den anderen Kurven irgendwann sättigt (= ein Plateau erreicht).

    Genau dieses Verhalten hat NC9210 schon gut erklärt (nur dass es wegen 3d exponentiell steigt, stimmt nicht).

    Werte für Stickstoff (und damit 80% der Luft), bei 26°C:

    1 bar - 1.12 g/l

    11 bar - 12,3 g/l

    31 bar - 34,9 g/l

    51 bar - 57,4 g/l

    101 bar - 112 g/l
    201 bar - 213 g/l

    301 bar - 295 g/l

    401 bar - 360 g/l

    501 bar - 412 g/l

    601 bar - 454 g/l

    701 bar - 490 g/l

    801 bar - 520 g/l

    901 bar - 547 g/l

    1001 bar - 571 g/l

    Also bei 300 bar sind es 87,5% im Vergleich zur Dichte des idealen Gases, d.h. NC9210s 10% weniger kommen gut hin. Bei 400bar sinds 80%, bei 500 nur noch 73%. Wenn wir dann von 500 auf 1000 gehen, steigt die Dichte (und damit die Menge an Fluid) im Behälter von 412g/l auf 571g/l, dh. um ca. 38% an oder in der vorherigen Berechnungsmethode, wir kommen nur auf 51% der Kompression, die ein ideales Gas hätte.

    Also zusammenfassend kann man sagen, dass die Limits hier nicht aus der Physik kommen, auch 400 oder 500 bar würde man durchaus machen, technisch ist das nur kein Spaß, wegen Dichtungen, Materialbelastung und natürlich Kosten des Kompressors.