Persluchtflessen vullen

Dennis stelde deze vraag op 17 augustus 2021 om 16:43.

Binnen paintball worden veelal 300bar (buffer)flessen met verschillende volumes (7L, 10L, 20L,..) gebruikt om 200bar of 300bar (speel)flessen met verschillende volumes (0,2L t/m 1,5L) te vullen.
Hoe kan ik berekenen hoeveel speelflessen ik bijvoorbeeld kan vullen vanuit een bufferfles voor de druk in de 300bar fles onder de 200bar zakt?
Aantal voorbeeld situaties:
300bar 10L buffer en 200bar 0,8L speelfles
300bar 50L buffer en 300bar 1,1L speelfles

Ik hoop mijn vraag duidelijk heb kunnen maken. Alvast bedankt.

Reacties

Jan van de Velde op 17 augustus 2021 om 17:33
dag Dennis,

dat is een omgekeerd evenredig verband: druk x volume = constant, dus hoe kleiner het volume, hoe hoger de druk

Bijvoorbeeld, met een fles van 10 L op 300 bar kun je in totaal 15 L op 200 bar vullen. 
want 10 x 300 = 15 x 200. 
En 1 fles van 15 L of 19 flessen van 0,8 L zijn natuurlijk gelijke volumes.
15 : 0,8 ≈ 19 speelflessen op 200 bar.

Groet, Jan
Dennis op 18 augustus 2021 om 11:03
Beste Jan,

Hartelijk dank voor je snelle antwoord. Er zit geen machine tussen de flessen die alle druk vanuit de ene fles naar de andere kan overbrengen. Het gaat puur op eigen kracht. Zodra de druk in de bufferfles onder de 200bar valt zijn de speel flesjes niet meer 'vol' te maken. De druk egaliseert tussen de twee flessen.
Kan ik dan jou rekensom gebruiken op deze manier?
300bar bufferfles: 10L x 300bar = 3000
Bufferfles op 200bar: 10L x 200bar = 2000
Maakt 1000 verschil.
Speelfles 0,8L x 200bar: 160
1000 / 160 = 6,25
Zou ik dus zes 0,8L 200bar speelflessen kunnen vullen vanuit een 10L 300bar bufferfles, tot de bufferfles op 200bar zit? Daarna zijn de speelflessen niet meer vol op 200bar te krijgen.

Nu gaan deze situaties ervan uit dat de speelflessen compleet leeg zijn en de buffer fles vol. Vaak komt het voor dat er nog zo'n 1000psi (in paintball werken wij vooral met psi) zo'n 69bar in het speelflesje aanwezig is. Dan kom je op 0,8L x 69bar = 55 nog gevuld. totale inhoud 160. 160 - 55 = 105 'leeg'.
1000 ('overdruk' in 10L 300bar buffer) / 105 = 9,5 'vullingen'? ervanuit gaande dat alle speelflessen nog 69bar gevuld zijn.

Lijkt dit te kloppen, of zit ik er compleet naast?
Theo de Klerk op 18 augustus 2021 om 17:31
Je hebt gelijk: gasdruk verdeelt zich over de flessen. Als een speelfles vacuum zou zijn (is ie niet, meestal 1 bar)  dan zou gelden:
pbuffer Vbuffer = peind1 (Vbuffer + Vspeel)  en daarmee zal de einddruk in beide flessen lager zijn dan de begindruk pbuffer alleen. 
Na afkoppelen en een nieuwe (vacuum) fles zal zich dit herhalen en zal de einddruk gelijk zijn aan peind2 die weer lager is dan peind1 . En zo zal de druk in elke volgende speelfles lager zijn.

In werkelijkheid zal een "lege" speelfles een druk van 1 bar hebben, en geldt via de ideale gaswet 
pV = nRT  dat
pbufferVbuffer = nbuffer RT = nbuffer .constante    (als T gelijk blijft)
pspeelVspeel = nspeel RT
en na bijvullen zal de nieuwe druk in beide flessen gelijk zijn aan
peind1 (Vbuffer + Vspeel) = (nbuffer + nspeel) RT
peind1 = (nbuffer + nspeel)/(Vbuffer + Vspeel) RT
Voor de tweede vulling missen we de deeltjes in de gevulde eerste speelfles. Bij gelijke einddruk zullen deze aantallen zich verhouden als de volumes van beide:
nbuffer2 = nbuffer - (Vspeel/Vbuffer)(nbuffer + nspeel)
Voor elke "lege" fles op 1 bar nemen we aan dat er evenveel luchtdeeltjes in zitten, zodat nspeel een constante is, alleen afhankelijk van het volume van de speelfles. De volumes van de flessen blijven ook steeds dezelfde.
nbuffer3 = nbuffer2 - (Vspeel/Vbuffer)(nbuffer2 + nspeel)
Dit is een afnemende reeks (niet geheel onverwacht) en steeds zal de einddruk dan zijn
peindN = (nbufferN-1 + nspeel) RT /(Vspeel + Vbuffer)
Er is wellicht een wiskundige reeks uitkomst te bedenken (heb ik even niet paraat) maar numeriek laten uitrekenen via Excel of Coach lijkt me hier handiger. 
Merk op dat Jans benadering opgaat als de Vspeel << Vbuffer en de deeltjes nbufferN ≈ nbuffer1 = constant (m.a.w. bij vullen neemt de voorraad in de bufferfles niet noemenswaard af).
Dennis op 20 augustus 2021 om 17:24
Oef, ik wist dat ik beter had moeten opletten op school. Bedankt voor je uitgebreide antwoord Theo.
Ik moest even op wiki de gaswet opzoeken voor wat de letters beteken. Om het rekenen makkelijker te houden is het inderdaad goed genoeg om van een constante T, V, en R uit te gaan.
'n' begrijp ik als de totale hoeveelheid deeltjes die verdeeld worden over de volumes, die uiteraard afneemt voor de buffer bij elke vulling van een speelfles.

Welke rekensom zou ik moeten gebruiken om er achter te komen hoeveel speelflesjes ik uit een buffer fles kan halen, voor deze onder de drempelwaarde valt van de maximale druk van de speelflesjes.
Er vanuit gaande dat een 30L bufferfles tot 300bar gevuld is, de 0,8L speelflesjes met 1bar beginnen en tot maximaal 200bar gevuld mogen worden.
Jan van de Velde op 20 augustus 2021 om 17:58
die ene bar verwaarlozen we. 

30 x 300 = V x 200
dus V = 45 L 
30 daarvan blijven in je bufferfles
45-30 = 15 liter aan 200 bar beschikbaar.
Hoeveel flesjes van 0,8 L je daarmee vult kun je vast zelf wel uitrekenen

Pas trouwens op met vullen tot 200 bar: tijdens het vullen expandeert gas en daarbij koelt dat af. Als het dan later weer opwarmt tot omgevingstemperatuur stijgt de druk boven de 200 bar, en dat wil je niet. Hoe ernstig dat afkoelt weet ik niet. Kwestie van uitproberen tot 180-190 bar om te zien waarop de flesjes na een paar uur staan 

groet, Jan
Theo de Klerk op 20 augustus 2021 om 21:09
Da's nog simpeler rekenen - niet uitgaan van wat je steeds verliest (zoals ik deed) maar wat je overhoudt in de bufferfles. De rest is dan "verdwenen" (15 L) in de speelflessen.
Helemaal correct is het niet, want p1V1 = p2V2  gaat alleen maar op als nRT constant is, dwz aantal mol  n (evenredig met aantal deeltjes) en temperatuur T niet veranderen. En n verandert nu juist wel.
Jan van de Velde op 20 augustus 2021 om 21:20

Theo de Klerk

Helemaal correct is het niet, want p1V1 = p2V2  gaat alleen maar op als nRT constant is, dwz aantal mol  n (evenredig met aantal deeltjes) en temperatuur T niet veranderen. En n verandert nu juist wel.

 toch wel correct hoor: n blijft gelijk, zit alleen over een groter volume (dwz inclusief die speelflesjes) verdeeld. Afgezien van wat gesis bij aan- en afkoppelen. 

Theo de Klerk op 21 augustus 2021 om 10:01
maar de druk in de eerste flessen zal hoger zijn dan in de latere en ook de inhoud ( n) zal afnemen. Maar voor de vraag "hoeveel flessen" volstaat Jans methode.
Jan van de Velde op 21 augustus 2021 om 10:42

Theo de Klerk

maar de druk in de eerste flessen zal hoger zijn dan in de latere 

Nee, je vult die speelflesjes steeds tot 200 bar, althans zo lees ik het, dus hier geldt wat ook geldt in een cilinder die je uitschuift, en het gaat slechts om het eindresultaat.

Theo de Klerk

en ook de inhoud ( n) zal afnemen. 

 behalve kleine beetjes praktisch verlies (het gesis zeg maar) bij aan- en afkoppelen van die flesjes, neen. Het zat in één grote fles, nu zit het in diezelfde grote fles plus een aantal kleine flesjes. 

Theo de Klerk op 21 augustus 2021 om 11:29
Zo kun je het ook lezen (lang leve het ambigue karakter van taal)... ik "las" dat gevuld werd tot de  maximale druk, maar wel boven 200 bar. Voor steeds 200 bar in een vast volume is steeds eenzelfde aantal gasdeeltjes nodig. Daarmee neemt de bufferfles in druk af, langzaam van 300 naar 200 bar. En kun je jouw rekenwijze volgen.
Dennis op 21 augustus 2021 om 13:01
Heren, bedankt voor jullie kennis. Dit helpt mij uitstekend.

Met het vullen van de speelflesjes houden wij inderdaad rekening mee met de temperatuur en wat het doet met de druk. Wij vullen ze in principe maar één keer per vul beurt. Als in, fles is leeg (ergens onder 69bar/1000psi), dan vullen tot 200bar/3000psi. De fles is dan warm en bij het afkoelen zie je de drukmeter op de fles terug lopen. De terugloop houden wij als veiligheidsmarge. Daarnaast hebben de speelflesjes overdruk beveiligingen.
Met vullen tot max bedoelde ik inderdaad dat de flessen bedoeld zijn met een maximale werkdruk van 200bar, en niet hun piekdruk.

Als ik dan Jan's laatste rekensom gebruik met andere volumes flessen (om te zien of ik het goed begrijp). 7L 300bar buffer en 0,2L 200bar speelfles.

7 x 300 = V x 200
(7 x 300 = 2100; V= 2100 / 200 = 10,5)
V = 10,5L; Hier blijft 7 van in de buffer, dus 10,5 - 7 = 3,5L aan 200bar beschikbaar.
3,5 / 0,2 = 17,5 flessen van  0,2L elk op druk te brengen, voor de buffer onder de 200bar aan beschikbare druk komt.
Theo de Klerk op 21 augustus 2021 om 13:39
Ja. 

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Noortje heeft zevenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Noortje nu over?

Antwoord: (vul een getal in)