1. Was ist Luft? Was ist normale Luft?
Antwort: Die Atmosphäre um die Erde bezeichnen wir üblicherweise als Luft.
Luft bei einem festgelegten Druck von 0,1 MPa, einer Temperatur von 20 °C und 36 % relativer Feuchte wird als normale Luft bezeichnet. Normale Luft unterscheidet sich von Standardluft durch die Temperatur und enthält Feuchtigkeit. Ist Wasserdampf in der Luft vorhanden, verringert sich das Luftvolumen, sobald der Wasserdampf abgeschieden wird.
2. Wie ist der Standardzustand von Luft definiert?
Antwort: Als Standardzustand von Luft bezeichnet man den Zustand bei einem Ansaugdruck von 0,1 MPa und einer Temperatur von 15,6 °C (in der chinesischen Branche: 0 °C).
Im Standardzustand beträgt die Luftdichte 1,185 kg/m3 (Liefermenge von Kompressoren sowie Leistung von Aufbereitungskomponenten wie Kältetrocknern und Filtern werden als Volumenstrom im Standardzustand der Luft angegeben, Einheit Nm3/min).
3. Was sind gesättigte und ungesättigte Luft?
Antwort: Bei gegebener Temperatur und gegebenem Druck ist der Wasserdampfgehalt (also die Wasserdampfdichte) in feuchter Luft begrenzt; erreicht der Wasserdampfgehalt bei einer Temperatur den maximal möglichen Wert, bezeichnet man diese feuchte Luft als gesättigte Luft. Feuchte Luft, die nicht die maximal mögliche Wasserdampfmenge enthält, heißt ungesättigte Luft.
4. Unter welchen Bedingungen wird ungesättigte Luft zu gesättigter Luft? Was ist „Kondensation“?
In dem Moment, in dem ungesättigte Luft gesättigt wird, kondensieren flüssige Wassertropfen aus der feuchten Luft – man spricht von „Kondensation“. Das Phänomen ist alltäglich: Bei hoher Luftfeuchte im Sommer bilden sich leicht Wassertropfen auf Wasserleitungen; an Wintermorgen erscheinen Wassertropfen an Fensterscheiben von Wohnungen. All das ist das Ergebnis davon, dass feuchte Luft bei konstantem Druck bis zur Taupunkttemperatur abkühlt und kondensiert.
5. Was sind Atmosphärendruck, Absolutdruck und Überdruck? Welche gängigen Druckeinheiten gibt es?
Antwort: Der Druck, den die mächtige Atmosphäre um die Erdoberfläche auf die Erdoberfläche oder auf Körper an ihr ausübt, heißt „Atmosphärendruck“, Formelzeichen Pb; der unmittelbar auf die Oberfläche eines Behälters oder Körpers wirkende Druck heißt „Absolutdruck“, er wird vom absoluten Vakuum aus gemessen, Formelzeichen Pa; der mit Manometern, Vakuummetern, U-Rohren und ähnlichen Instrumenten gemessene Druck heißt „Überdruck“, er wird vom Atmosphärendruck aus gemessen, Formelzeichen Pg. Der Zusammenhang der drei Größen ist
Pa = Pb + Pg
Druck ist die auf eine Flächeneinheit wirkende Kraft; die Einheit ist N pro Quadratmeter, bezeichnet als Pa, das Pascal. In der Technik wird häufig MPa (Megapascal) verwendet
1 MPa = 10 hoch 6 Pa
1 Standardatmosphäre = 0,1013 MPa
1 kPa = 1000 Pa = 0,01 kgf/cm²
1 MPa = 10 hoch 6 Pa = 10,2 kgf/cm²
Im alten Einheitensystem wird der Druck üblicherweise in kgf/cm2 (Kilogrammkraft pro Quadratzentimeter) angegeben.
6. Was ist Temperatur? Welche Temperatureinheiten sind gebräuchlich?
Antwort: Die Temperatur ist der statistische Mittelwert der Wärmebewegung der Moleküle eines Stoffes.
Absolute Temperatur: Sie wird vom tiefsten Grenzwert aus gemessen, bei dem die Molekülbewegung des Gases zum Stillstand kommt, Formelzeichen T, Einheit „Kelvin“, Einheitenzeichen K.
Celsius-Temperatur: Sie wird vom Schmelzpunkt des Eises aus gemessen, Einheit „Grad Celsius“, Einheitenzeichen °C. Daneben ist in angelsächsischen Ländern die „Fahrenheit-Temperatur“ üblich, Einheitenzeichen °F.
Die Umrechnung zwischen den drei Temperatureinheiten lautet
T (K) = t (°C) + 273,16
t(°F) = 32 + 1,8 t(°C)
7. Was ist der Partialdruck des Wasserdampfs in feuchter Luft?
Antwort: Feuchte Luft ist ein Gemisch aus Wasserdampf und trockener Luft. In einem bestimmten Volumen feuchter Luft ist die Wasserdampfmenge (bezogen auf die Masse) meist weit geringer als die der trockenen Luft, doch nimmt der Wasserdampf dasselbe Volumen ein und hat dieselbe Temperatur. Der Druck feuchter Luft ist die Summe der Partialdrücke der Bestandteile (trockene Luft und Wasserdampf). Der Druck des Wasserdampfs in feuchter Luft heißt Wasserdampf-Partialdruck, Formelzeichen Pso. Sein Wert gibt an, wie viel Wasserdampf die feuchte Luft enthält: Je höher der Wasserdampfgehalt, desto höher der Partialdruck. Der Wasserdampf-Partialdruck in gesättigter Luft heißt Sättigungspartialdruck des Wasserdampfs, Formelzeichen Pab.
8. Was ist die Luftfeuchte? Welche Arten der Feuchte gibt es?
Antwort: Die physikalische Größe, die den Feuchtegrad der Luft beschreibt, heißt Feuchte. Gebräuchliche Angaben sind absolute Feuchte und relative Feuchte.
Die Masse des in 1 m3 feuchter Luft unter Standardbedingungen enthaltenen Wasserdampfs heißt „absolute Feuchte“ der feuchten Luft, Einheit g/m3. Die absolute Feuchte gibt nur an, wie viel Wasserdampf ein bestimmtes Volumen feuchter Luft enthält, nicht aber das Aufnahmevermögen für Wasserdampf, also den Feuchtegrad der Luft. Die absolute Feuchte entspricht der Wasserdampfdichte in der feuchten Luft.
Das Verhältnis der tatsächlich enthaltenen Wasserdampfmenge zur bei gleicher Temperatur maximal möglichen Wasserdampfmenge heißt „relative Feuchte“, üblicherweise bezeichnet mit φ. Die relative Feuchte φ liegt zwischen 0 und 100 %. Je kleiner φ, desto trockener die Luft und desto größer ihr Wasseraufnahmevermögen; je größer φ, desto feuchter die Luft und desto geringer das Aufnahmevermögen. Das Feuchteaufnahmevermögen hängt zudem von der Temperatur ab. Mit steigender Temperatur der feuchten Luft steigt der Sättigungsdruck. Bleibt der Wasserdampfgehalt dabei unverändert, sinkt die relative Feuchte φ, das heißt, das Aufnahmevermögen steigt. Bei der Installation eines Kompressorraums sollte daher auf gute Belüftung, niedrige Temperaturen und die Vermeidung von Wasseransammlungen und schlechtem Abfluss geachtet werden, um den Feuchtegehalt der Luft zu senken.
9. Was ist der Feuchtegehalt? Wie wird er berechnet?
Antwort: Die in 1 kg trockener Luft enthaltene Wasserdampfmasse heißt „Feuchtegehalt“ der feuchten Luft, üblicherweise bezeichnet mit ω. Der Feuchtegehalt ω ist nahezu proportional zum Wasserdampf-Partialdruck Pso und umgekehrt proportional zum Gesamtdruck p der Luft. ω gibt den Wasserdampfgehalt der Luft exakt an. Bleibt der Atmosphärendruck im Allgemeinen konstant, ist bei gleichbleibender Temperatur auch Pso konstant. Steigt dann die relative Feuchte, steigt der Feuchtegehalt und das Aufnahmevermögen sinkt.
10. Wovon hängt die Wasserdampfdichte in gesättigter Luft ab?
Antwort: Der Wasserdampfgehalt (die Wasserdampfdichte) der Luft ist begrenzt. Im pneumatischen Druckbereich (2 MPa) kann davon ausgegangen werden, dass die Wasserdampfdichte in gesättigter Luft nur von der Temperatur und nicht vom Luftdruck abhängt. Je höher die Temperatur, desto größer die Sättigungsdampfdichte. Bei 40 °C ist die Sättigungsdampfdichte von 1 Kubikmeter Luft beispielsweise gleich, ob der Druck 0,1 MPa oder 1,0 MPa beträgt.
11. Was ist feuchte Luft?
Antwort: Luft, die eine bestimmte Menge Wasserdampf enthält, heißt feuchte Luft; Luft ohne Wasserdampf heißt trockene Luft. Die Luft um uns herum ist stets feuchte Luft. Auf einer bestimmten Höhenlage sind Zusammensetzung und Anteile der trockenen Luft weitgehend stabil und für das thermodynamische Verhalten der feuchten Luft insgesamt ohne besondere Bedeutung. Der Wasserdampfgehalt der feuchten Luft ist zwar gering, seine Änderung beeinflusst die physikalischen Eigenschaften der feuchten Luft jedoch stark. Die Wasserdampfmenge bestimmt den Feuchtegrad der Luft. Arbeitsmedium eines Kompressors ist genau diese feuchte Luft.
12. Was ist Wärme?
Antwort: Wärme ist eine Form von Energie. Gebräuchliche Einheiten: kJ/(kg·°C), cal/(kg·°C), kcal/(kg·°C) usw. 1 kcal = 4,186 kJ, 1 kJ = 0,24 kcal.
Nach den Gesetzen der Thermodynamik kann Wärme durch Konvektion, Leitung oder Strahlung von selbst vom wärmeren zum kälteren Bereich fließen. Ohne Zufuhr von Arbeit von außen ist ein umgekehrter Wärmefluss ausgeschlossen.
13. Was ist fühlbare Wärme? Was ist latente Wärme?
Antwort: Die Wärme, die ein Körper beim Erwärmen oder Abkühlen aufnimmt oder abgibt, während seine Temperatur steigt oder sinkt und der Aggregatzustand unverändert bleibt, heißt fühlbare Wärme. Sie ist als deutliche Erwärmung oder Abkühlung wahrnehmbar und lässt sich üblicherweise mit einem Thermometer messen. Die Wärme, die Wasser beim Erhitzen von 20 °C auf 80 °C aufnimmt, ist beispielsweise fühlbare Wärme.
Nimmt ein Körper Wärme auf oder gibt er Wärme ab und ändert sich dabei sein Aggregatzustand (etwa von gasförmig zu flüssig …), während die Temperatur gleich bleibt, so heißt diese Wärme latente Wärme. Latente Wärme lässt sich nicht mit einem Thermometer messen und auch nicht mit dem Körpergefühl wahrnehmen, wohl aber experimentell berechnen.
Gibt gesättigte Luft Wärme ab, wandelt sich ein Teil des Wasserdampfs in flüssiges Wasser um, ohne dass die Temperatur der gesättigten Luft sinkt; diese abgegebene Wärme ist latente Wärme.
14. Was ist die Enthalpie der Luft?
Antwort: Die Enthalpie der Luft ist die gesamte in der Luft enthaltene Wärmemenge, üblicherweise bezogen auf die Masse trockener Luft. Das Formelzeichen der Enthalpie ist ι.
15. Was ist der Taupunkt? Wovon hängt er ab?
Antwort: Der Taupunkt ist die Temperatur, auf die ungesättigte Luft bei unverändertem Wasserdampf-Partialdruck (also unverändertem absolute Wassergehalt) abgekühlt werden muss, um gesättigt zu werden. Wird die Temperatur bis zum Taupunkt gesenkt, scheiden sich Kondenswassertropfen aus der feuchten Luft ab. Der Taupunkt feuchter Luft hängt nicht nur von der Temperatur, sondern auch vom Wassergehalt ab. Hoher Wassergehalt bedeutet hohen Taupunkt, niedriger Wassergehalt niedrigen Taupunkt. Bei gegebener Temperatur der feuchten Luft gilt: Je höher die Taupunkttemperatur, desto größer der Wasserdampf-Partialdruck und desto mehr Wasserdampf enthält die Luft. Die Taupunkttemperatur hat in der Kompressortechnik wichtige Bedeutung. Ist die Auslasstemperatur des Kompressors zu niedrig, kondensiert das Öl-Luft-Gemisch wegen der niedrigen Temperatur im Öl-Luft-Behälter, das Schmieröl nimmt Wasser auf und die Schmierwirkung leidet. Die Auslasstemperatur des Kompressors muss daher so ausgelegt sein, dass sie die Taupunkttemperatur beim jeweiligen Partialdruck nicht unterschreitet.
