Massenstrom vs. Volumenstrom. Was ist der Unterschied?

Eine häufig gestellte Frage lautet: Was ist der Unterschied zwischen Massenstrom und Volumenstrom? Und wann benötigt man welche Messart? Das Verständnis des Unterschieds zwischen Massenstrom und Volumenstrom ist unerlässlich bei der Überwachung Versorgungsleistungen industriellen Umgebungen und Druckluftsystemen, wo eine falsche Interpretation der Durchflusswerte direkte Auswirkungen auf den Energieverbrauch, die Prozessstabilität, die Produktqualität und die Kostenkontrolle hat. Bei der Messung von Druckluft und technischen Gasen wie Argon, CO₂ und Stickstoff bietet die Massendurchflussmessung klare Vorteile gegenüber der Volumendurchflussmessung. Dieser Artikel bietet Einblicke in die Massendurchfluss- und Volumendurchflussmessung und erklärt, wann welches Messprinzip zum Einsatz kommen sollte, sowie Know-how zur Umrechnung der jeweiligen Einheiten.

Was ist ein Volumendurchfluss?

Der Volumenstrom, auch als Ist-Durchfluss bezeichnet, ist die pro Zeiteinheit bewegte Mediummenge (Durchflussmessung unter Betriebsbedingungen). Gängige Einheiten für den Volumenstrom sind m³/h, m³/min, CFM oder ACFM. Das Volumen ist eine Substanz, die einen dreidimensionalen Raum einnimmt. Handelt es sich bei dem Volumen um ein Gas, dehnt sich dieses bei Temperatur- und/oder Druckunterschieden aus oder zieht sich zusammen. Bei steigender Temperatur vergrößert sich der vom Volumen eingenommene Raum. Bei steigendem Druck verringert sich das Volumen. Daher müssen bei der Volumenstrommessung die Gastemperatur und der Gasdruck berücksichtigt werden.

Beispiel: Eine Druckluftleitung kann bei 7 bar(g) und 20 °C einen Durchfluss von 500 m³/h anzeigen. Steigt die Temperatur oder sinkt der Druck, ändert sich der gemessene Volumenstrom in m³/h, auch wenn die tatsächlich vom Prozess verbrauchte Luftmenge (Masse) genau gleich bleibt.

Was ist Massenstrom?

Der Massenstrom ist das Maß für die pro Zeiteinheit bewegte Masse. Diese Masse wird durch die Anzahl der Moleküle in einem Stoff dargestellt. Die Masse eines Gases ändert sich nicht bei Schwankungen von Temperatur und Druck; das Gewicht bleibt gleich. Der Massenstrom kann beispielsweise in kg/h und lb/min angegeben werden. Maßeinheiten für Gase werden in Normkubikmetern pro Stunde (m³/h) oder Normkubikfuß pro Minute (SCFM) berechnet. Lesen Sie diesen Artikel, um mehr über den Massenstrom und die Berechnungen zu erfahren.

Wann sollte ein Volumen- oder ein Massendurchflussmesser verwendet werden?

Volumenstrommesser werden empfohlen, wenn der Volumenstrom des Gases gemessen werden soll und keine hohe Genauigkeit erforderlich ist. Beim Vergleich der Ergebnisse erfordert ein Volumenstrommesser jedoch eine zusätzliche Temperatur- und Druckkompensation. Massendurchflussmesser hingegen messen die Durchflussrate unabhängig vom Gasdruck. Massendurchflussmessungen sind daher zuverlässiger und bieten eine höhere Genauigkeit und Wiederholbarkeit.

So rechnet man den Massenstrom in den Volumenstrom um

Es ist klar, dass Massendurchflussmesser viele Vorteile haben. Allerdings sind viele Menschen in der Branche noch an Volumendurchfluss gewöhnt. Das liegt daran, dass die meisten Messgeräte historisch gesehen den Volumendurchfluss messen. Glücklicherweise kann ein Massendurchflussmesser problemlos Volumenströme liefern. Dies wird erreicht, indem das Volumen (d. h. der Rohrdurchmesser) zum Durchflussmesser hinzugefügt wird.

Europäische Referenzbedingungen

Eine gemeinsame europäische Referenz findet sich unter 0 °C und 1.013 bar. Dies kann als normale Referenzbedingung bezeichnet werden. Die normale Referenzbedingung ist gekennzeichnet durch ein „n“ als Index in der Einheit, zum Beispiel m_n/s oder m³_n/Std.

Beachten Sie, dass die europäische Standardreferenzbedingung nicht der einzige Standard in der Branche ist. Eine weitere europäische Standardreferenzbedingung gilt bei 20 °C und 1,013 bar. Diese Standardreferenzbedingung wird durch ein „s“ als Index in der Einheit angegeben, z. B._ls/min.

Amerikanische Referenzbedingungen

Die amerikanische Standardreferenzbedingung entspricht nicht der europäischen Standardreferenz. Sie ist durch den Buchstaben „S“ als ersten Buchstaben der Einheit gekennzeichnet, wie beispielsweise bei SCFM. Die Referenzbedingungen lauten somit 20 °C und 1 bar.

ACFM (Abkürzung für „actual cubic feet per minute“) bezeichnet hingegen den Volumenstrom. Sowohl ACFM als auch SCFM werden zur Spezifizierung von Kompressoren verwendet; beachten Sie daher den Unterschied.