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Fluidik Rechner

Mit dem Fluidik Rechner können Sie zuverlässig und einfach Kv-Werte, Durchflüsse und Druckabfälle berechnen.

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Bei der richtigen Auswahl des Typs und der Dimensionierung eines Ventils können verschiedene rechnerische Größen den Ausschlag geben. So helfen der Kv-Wert, die Durchflussrate und der Kennwert für den Druckverlust, das richtige Ventil für die gewünschten Anforderungen und Anwendungen zu finden. Berechnen Sie diese Werte einfach online mit unserem kostenlosen Fluidik-Rechner. 

Jetzt Berechnung starten!

 

Durchflusskoeffizient

Was sagt der Durchflusskoeffizient Kv aus?

Der Kv-Wert ist eine seit den 1950ern existierende normierte Kennzahl für den erzielbaren Durchfluss eines Fluids durch ein Ventil. Die Berechnung des Kv-Wertes erfolgt nach DIN EN 60 534, wobei der Wert gemäß den Richtlinien VDE/VDI 2173 durch die Messung von Wasser bei einem Druckverlust von ca. 1 bar und einer Temperatur von 5-30°C definiert wird. Die Einheit des Ergebnisses wird in m3/h angegeben.

Zudem steht dieser Ventilkennwert nur für einen bestimmten Hub eines Ventils, also einen spezifischen Öffnungsgrad. So weist ein Ventil so viele Kv-Werte auf, wie es Einstellstufen hat. Ein Auf/Zu Ventil hat somit nur einen Kv-Wert und Regelventile Kv-Werte für jede Stellung. Die Kennzahl für den maximalen Hub von 100% ist der Kvs-Wert.

Unterschied zwischen den Werten Cv & Kv

Der oftmals gleichgesetzte Cv-Wert ist die amerikanische Maßeinheit, die in USG/min (US-Gallon per minute) angegeben wird, und deshalb nicht gleichgestellt werden kann mit dem Kv-Wert. Dafür gibt es Umrechnungsformeln:

Kv = 0,857 * Cv  Cv = 1,165 * Kv

Die Formeln zur Berechnung des Durchflusskoeffizienten für verschiedene Aggregatszustände

Kv-Berechnung von Flüssigkeiten

Um den Kv-Wert für Flüssigkeiten zu berechnen, müssen der Durchfluss in l/min oder m3/h, die Dichte des Mediums vor dem Ventil und der Druckverlust über das Ventil bekannt sein, also die Differenz des Eingangs- und Rückdrucks.

Kv Formel für Flüssigkeiten

Q = Volumendurchfluss in m3/h
Δp = Druckverlust in bar
ρ = Dichte der Flüssigkeit in kg/m3

Kv-Berechnung von Gasen

Bei der Berechnung für Gase wird zwischen unter- und überkritischem Strömungszustand unterschieden. Unterkritisch bedeutet, dass Eingangs- und Rückdruck des Ventils den Durchsatz bestimmen. Je größer der Rückdruck, also der Druck nach dem Ventil (p2), wird, desto kleiner wird der Volumendurchfluss.

Überkritisch heißt wiederum, dass der Durchsatz nur vom Eingangsdruck abhängig ist, wobei hier der Durchflusseffekt des „Chokings“ auftritt. Dabei tritt bei großer Druckdifferenz (Δp > p1/2) im engsten Querschnitt des Ventils theoretisch Schallgeschwindigkeit auf. Das durch den Druckverlust beschleunigte Medium kann hierbei nicht schneller als Schallgeschwindigkeit (Mach 1) fließen, auch wenn der Rückdruck weiter gesenkt wird. Bei Gasen geschieht die normierte Berechnung bei 1013 hPa und 0°C mit QN als Normdurchflussmenge und der Normdichte ρN. Hierbei ist außerdem der Temperatureinfluss zu berücksichtigen.

Kalkulation bei unterkritischer Strömung (Unterschallgeschwindigkeit)
Bedingung p2 > p1/2
Kv Formel für Gase mit unterkritischer Strömung: Kv = QN/514 * √((ρN ∗ T)/(∆p ∗ p2))
Kalkulation bei überkritischer Strömung (Schallgeschwindigkeit)
Bedingung: p2 < p1/2
Kv = QN/(257 ∗ p1) * √(ρN∗T)

p1 = Eingangsdruck in bar
p2 = Rückdruck in bar
Δp = Druckverlust in bar
QN = Volumendurchfluss, normiert, in m3/h
ρN = Dichte, normiert, in kg/m3
T = Absolute Temperatur vor dem Ventil in Kelvin

Messaufbau

Die unten aufgeführte Abbildung zeigt einen Messaufbau zur Ermittlung von Kv-Werten. Dabei ist 1 der Prüfling, also das zu prüfende Ventil und 2 der Strömungsmesser. Im Versuchsaufbau vorhanden sind außerdem Messstellen für den Eingangs- (3) und Rückdruck (4), um diese Werte und den Druckverlust über dem Ventil zu bestimmen, und ein Stromregelventil (5). Zu guter Letzt ist für die Messung von gasförmigen Medien ein Temperaturmessgerät (6) angeschlossen.

Messaufbau Durchflusskoeffizient mit Regelventil und Strömungsmesser

1 Prüfling
2 Strömungsmesser
3 Manometer: Druck vor dem Ventil (Eingangsdruck)
4 Manometer: Druck nach dem Ventil (Rückdruck)
5 Stromregelventil
6 Temperaturmessgerät

Durchflussrate

Was sagt die Durchflussrate Q aus?

Eine weitere Kennzahl aus der Fluidtechnik ist der Durchfluss oder auch Volumendurchfluss oder Volumenstrom genannt. Sie sagt aus, wie viel Volumen eines Fluids in einer bestimmten Zeit durch ein Ventil fließt.

Um die Durchflussmenge einer Flüssigkeit zu berechnen, müssen der Kv-Wert, die Dichte des Mediums und die Druckdifferenz zwischen Eingangs- und Rückdruck bekannt sein. Von Bürkert angegebene Medien sind zum Beispiel Sauerstoff, Kohlenmonoxid oder Ethan. Hier ist die jeweilige Dichte bereits hinterlegt und die Druckdifferenz wird automatisch ausgerechnet, sodass nur die Felder des Kv-Wertes und des Eingangs- sowie Rückdruck ausgefüllt werden müssen.

Die Formeln zur Berechnung des Volumenstroms für verschiedene Aggregatszustände

Durchflussberechnung von Flüssigkeiten

Q = Kv * √((1000 ∗ ∆p)/p1)

Kv = Durchflusskoeffizient in m3/h
Δp = Druckverlust in bar
ρ = Dichte in kg/m3

Durchflussberechnung von Gasen

Der normierte Durchfluss eines Gases wiederum benötigt ebenfalls den Kv-Wert, außerdem die Normdichte, den Eingangs- und Rückdruck und die Temperatur des Mediums. Zudem ist auch hier wieder zwischen unter- und überkritischer Strömung zu unterscheiden.

Kalkulation bei unterkritischer Strömung
Bedingung p2 > p1/2
QN = 514 * Kv * √((∆p ∗p2)/(pN ∗ T))
Kalkulation bei überkritischer Strömung
Bedingung: p2 < p1/2
QN = 257 * Kv * p1 * 1/√(pN ∗ T)

p1 = Eingangsdruck in bar
p2 = Rückdruck in bar
Δp = Druckverlust in bar
Kv = Durchflusskoeffizient in m3/h
ρN = Dichte in kg/m3
T = Temperatur in Kelvin

Druckverlust über dem Ventil

Wie der Druckverlust über einem Ventil berechnet wird

Der Druckabfall bezeichnet die Differenz zwischen dem Eingangsdruck des Mediums vor dem Ventil und dem Rückdruck nach dem Ventil. Dieser Messwert bezieht sich auf den Energieverlust eines Fluids beim Durchströmen eines Ventils und wird in bar angegeben.
Für die Berechnung des Druckverlusts bezüglich einer Flüssigkeit werden der Kv-Wert, die Dichte der Flüssigkeit und der Durchfluss benötigt. Nachfolgend finden Sie die der Berechnung zugrundeliegende Formel.

Die Formeln zur Berechnung des Druckabfalls für verschiedene Aggregatszustände

Druckverlustberechnung bei Flüssigkeiten

Δp = p * (Q/Kv)2 * 1/1000

ρ = Dichte in kg/m3
Q = Volumendurchfluss in m3/h
Kv = Durchflusskoeffizient in m3/h

Druckverlustberechnung bei Gasen

Bei der Berechnung für ein gasförmiges Medium wird zwischen unter- und überkritischer Strömung unterschieden und es werden folgende Werte benötigt: der Kv-Wert, der Normdurchfluss bei 1013 hPa und 0°C, zudem die Normdichte, der Rückdruck und die Mediumstemperatur.

Kalkulation bei unterkritischer Strömung
Bedingung p2 > p1/2
Δp = (Q2N ∗ pN ∗ T)/(Kv2 ∗ 5142 ∗ p2)
Kalkulation bei überkritischer Strömung
Bedingung: p2 < p1/2
Δp ≠ f(Kv, QN, ρN, p2, T)

p1 = Eingangsdruck in bar
p2 = Rückdruck in bar
ρN = Dichte in kg/m3
T = Temperatur in Kelvin
QN = Volumendurchfluss, normiert, in m3/h
Kv = Durchflusskoeffizient in m3/h

Wählen Sie aus einer Vielzahl vorhandener Medien, wie Brom oder Neon, die mitsamt ihrer Dichte hinterlegt sind, oder legen Sie ein weiteres Medium an. Dabei müssen Sie nur die Dichte und den Aggregatszustand des Fluids angeben. Während Sie dann die notwendigen Daten für Ihren gewünschten Wert eintragen, arbeitet der Fluidik Rechner bereits im Hintergrund und zeigt Ihnen neben dem Endergebnis auch die Zwischenergebnisse automatisch im Kasten rechts oben an.

Jetzt Berechnung starten!

Sind Sie auf der Suche nach der Berechnung von anderen Stoffen, wie z.B. Wasserdampf oder speziellen Strömungsbedingungen (durch sehr geringen Durchfluss oder höhere Viskositäten)? Suchen Sie ein Prozessventil, das perfekt zu Ihren Anforderungen passt? Dann nutzen Sie unser Ventilauslegungs-Tool für die Auswahl speziell von Prozessventilen. Jetzt Ventil auslegen!

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