Druckenergie: Informationen und Berechnung
Mit der Druckenergie ist die potentielle Energie eines unter Druck stehenden Behälters gemeint. Die im System gespeicherte Energie übt einen Druck auf die Innenwand des Behälters aus. Diese Energie kann als "Druckenergie" bezeichnet werden. Man unterscheidet zwischen pneumatischer und hydraulischer Druckenergie.Pneumatische Druckenergie
Der wesentliche Unterschied zwischen pneumatischer und hydraulischer Energie ist die Fähigkeit von Gasen, sich bis zur Kondensationsgrenze komprimieren zu lassen. Sobald ein Gas in den flüssigen Zustand übergegangen ist, lässt es sich nicht weiter zusammen pressen. Für Gase gilt die Gleichung ED = pV. Das bedeutet "Druckenergie ist Druck mal Volumen". Die Druckenergie ist damit die Energie, die ein Gas für eine Volumenänderung benötigt bzw. gespeichert hat. Sobald das Gas expandieren kann, dehnt es sich so lange aus, bis die Druckenergie verbraucht hat oder das Volumen wieder begrenzt ist.
Hydraulische Druckenergie
Bei der hydraulischen Druckenergie findet keine Volumenänderung im Medium statt. Um expandieren zu können, müsste die Flüssigkeit zunächst komprimiert werden. Dies ist aber technisch nicht möglich. Die Energiespeicherung geschieht bei der hydraulischen Druckenergie deshalb nicht im Medium selbst, sondern in der Außenwand des Gefäßes. Dabei ist es unerheblich, ob das unter Druck stehende Liquid ruht oder durch ein Leitungssystem strömt. Sobald die Flüssigkeit in eine drucklose Umgebung, beispielsweise in einen offenen Behälter einströmt, verliert sie sofort die Druckenergie. Die Energie wird in einen Volumenstrom umgewandelt, der sich schnell abbaut. Die genaue Berechnung der hydraulischen Druckenergie geschieht über die "Bernoulli´sche Gleichung". Diese ist ein um die Volumenstromberechnung erweiterter Energieerhaltungssatz.
Eges = ED + Epot + Ekin = pV + 1/2mv² + mgh
Wie für alle Energien gilt auch für die Druckenergie, dass sie innerhalb eines geschlossenen hydraulischen Anlage stets gleich bleibt.
Dazu muss man Folgendes beachten: Druck ist Kraft pro Fläche. Kraft ist Masse mal Beschleunigung. Energie ist Kraft mal Weg. Statt der Erdbeschleunigung in mgh kann daher bei vertikal verlaufenden hydraulischen Systemen auch der mechanisch erzeugte Druck als Berechnungsgrundlage herangezogen werden. Bei Fallrohren sollte man die Erdbeschleunigung aber stets mit berücksichtigen, auch wenn der größte Teil des Drucks durch Pumpen hergestellt wird.
Herstellen von Druckenergie
Für das Herstellen von Druckenergie sind thermische und mechanische Verfahren möglich. Thermische Verfahren finden sich beispielsweise in Absorber-Kälteanlagen. Dies sind hydropneumatisch arbeitende Kühlsysteme, in denen ein Kältemittel ständig zwischen flüssigem und gasförmigem Zustand wechselt. Ein zusätzlicher Kompressor ist bei Absorber-Kühlsystemen nicht erforderlich. Soll der mechanische Druck zum Verrichten von Arbeit genutzt werden, kommen diverse Pumpen zum Einsatz. Die Bandbreite reicht in der Pneumatik von einfachen Gebläsen über Verdichter bis zu Kolbenkompressoren. In der Hydraulik übernehmen unterschiedliche Pumpentypen die Aufgabe der Herstellung von Druckenergie. Für einfache Umwälzaufgaben genügen Zahnrad- oder Flügelzellenpumpen. Für die Herstellung hoher Arbeitsdrücke sind Radial- oder Axialkolbenpumpen die beste Wahl.