Rohrdimensionierung-Rechner

Ermitteln Sie die optimale Rohrgröße für Ihre Strömungsbedingungen. Geben Sie Volumenstrom und Fluid ein, legen Sie Geschwindigkeits- oder Druckverlustgrenzen fest und sehen Sie sofort, welche Rohrgrößen geeignet sind.

Fluid

Temperatur

Dichte998.2 kg/m³

Viskosität1.002 cP

Rohr & Volumenstrom

Volumenstrom

Material

Schedule

Rohrlänge

Vorgaben

Auslegungskriterium

Geschwindigkeits-Richtwert

Max. Geschwindigkeit

Max. Druckverlust

ErgebnisseEmpfohlen: NPS 5"

Gesch.

dP/L

NPS	DN	ID (mm)	Geschwindigkeit (m/s)	dP (kPa)	dP/L (kPa/100m)	Re	Strömungsregime
1/8"	6	6.8	75.76	1391759.9	1391759.9	515,802	Turbulent
1/4"	8	9.2	41.37	280529.2	280529.2	381,183	Turbulent
3/8"	10	12.5	22.56	56680.9	56680.9	281,442	Turbulent
1/2"	15	15.8	14.17	16745.2	16745.2	223,072	Turbulent
3/4"	20	20.9	8.07	3864.3	3864.3	168,387	Turbulent
1"	25	26.6	4.98	1108.5	1108.5	132,270	Turbulent
1-1/4"	32	35.1	2.88	272.2	272.2	100,544	Turbulent
1-1/2"	40	40.9	2.11	124.5	124.5	86,181	Turbulent
2"	50	52.5	1.28	35.51	35.51	67,127	Turbulent
2-1/2"	65	62.7	0.899	14.68	14.68	56,197	Turbulent
3"	80	77.9	0.582	5.04	5.04	45,225	Turbulent
3-1/2"	90	90.1	0.435	2.47	2.47	39,107	Turbulent
4"	100	102.3	0.338	1.34	1.34	34,464	Turbulent
5" Beste Wahl	125	128.2	0.215	0.448	0.448	27,492	Turbulent
6"	150	154.1	0.149	0.185	0.185	22,877	Turbulent
8"	200	202.7	0.086	0.050	0.050	17,385	Turbulent
10"	250	254.5	0.055	0.017	0.017	13,847	Turbulent
12"	300	303.2	0.038	0.00729	0.00729	11,623	Turbulent
14"	350	333.3	0.032	0.00465	0.00465	10,572	Turbulent
16"	400	381.0	0.024	0.00247	0.00247	9,250	Turbulent
18"	450	428.7	0.019	0.00141	0.00141	8,222	Turbulent
20"	500	477.8	0.015	0.000843	0.000843	7,376	Turbulent
24"	600	574.6	0.011	0.000353	0.000353	6,133	Turbulent

So funktioniert es: Für jede Rohrgröße der gewählten Schedule berechnet das Werkzeug Geschwindigkeit und Druckverlust nach Darcy-Weisbach mit dem Reibungsbeiwert von Colebrook-White. Empfohlen wird die kleinste Rohrgröße, die alle Vorgaben erfüllt. Die Rohrrauigkeit ergibt sich aus dem gewählten Material (0.0450 mm).

\frac{\Delta P}{L} = f \cdot \frac{1}{D} \cdot \frac{\rho V^2}{2}, \qquad f = \frac{64}{Re}\ (Re<2000),\quad \frac{1}{\sqrt f} = -2\log_{10}\!\left(\frac{\varepsilon/D}{3.71} + \frac{2.51}{Re\sqrt f}\right)\ (Re>4000)

$\Delta P / L$ — Druckverlust je Längeneinheit (Pa/m; angezeigt als kPa je 100 m oder psi je 100 ft)
$f$ — Darcy-Reibungsbeiwert — 64/Re bei laminarer, Colebrook-White bei turbulenter Strömung, zwischen Re 2.000 und 4.000 interpoliert
$D$ — Rohrinnendurchmesser (m) — die Spalte ID, aus dem gewählten Schedule
$\rho$ — Fluiddichte (kg/m³) bei Betriebstemperatur (und Betriebsdruck bei Gasen)
$V$ — mittlere Geschwindigkeit (m/s) = Q / (π·D²/4)
$Re$ — Reynolds-Zahl = ρ·V·D/μ, mit μ der dynamischen Viskosität
$\varepsilon$ — absolute Rauigkeit der Rohrwand (m), durch den Werkstoff festgelegt

Eingaben und Ergebnisse erklärt

NPS, DN und Innendurchmesser. NPS ist die Nennweite in Zoll, DN ihre metrische Bezeichnung (NPS 4 = DN 100); beides sind keine realen Maße. Die Hydraulik rechnet mit der Spalte Innendurchmesser (ID), die vom Schedule abhängt — die Tabelle zeigt alle drei.
Schedule. Wanddickenklasse des Werkstoffs (ASME B36.10M für Kohlenstoffstahl, B36.19M für Edelstahl, dazu EN- und Kupferreihen). Ein schwererer Schedule hat bei gleicher NPS eine kleinere Bohrung — gleicher Durchfluss, höhere Geschwindigkeit, mehr Druckverlust.
Werkstoffrauigkeit. Absolute Rauigkeit ε je Werkstoff (Kohlenstoffstahl 0,045 mm, Edelstahl 0,015 mm, PVC 0,0015 mm …). Sie geht als ε/D in den Colebrook-White-Reibungsbeiwert ein; der verwendete Wert steht unter der Tabelle.
Auslegungskriterien. Max. Geschwindigkeit, max. Druckverlust oder beides. Eine Größe besteht, wenn sie jedes gewählte Kriterium erfüllt; die kleinste bestehende Größe wird empfohlen.
Geschwindigkeitsrichtwert. Voreinstellungen für die max. Geschwindigkeit: Wasser allgemein 2,5 m/s, Pumpensaugleitung 1,5, Druckleitung 3,0, Sattdampf 25, Heißdampf 40, Luft/Gas Niederdruck 15, Hochdruck 25, zähes Öl 1,0 — Praxisbänder aus Crane TP-410 und Rohrleitungshandbüchern, keine Normgrenzen. „Benutzerdefiniert“ für eigene Werte.
Max. Druckverlust (dP/L). Der zulässige Reibungsverlust je Längeneinheit, z. B. kPa je 100 m oder psi je 100 ft, damit das Kriterium von der Rohrlänge unabhängig ist. dP in der Tabelle ist dieser Gradient mal der eingegebenen Länge.
Beste Passung. Die kleinste Größe des Schedules, die besteht; größere bestehende Größen kosten mehr, laufen aber langsamer und verlieren weniger. Mit ✗ markierte Größen verfehlen mindestens ein Kriterium (die betroffene Spalte ist rot).
Gas-Voreinstellungen. Die Dichte ist der Idealgaswert bei angegebenem Druck und Temperatur; der Durchfluss kann in Normbedingungen eingegeben werden (Nm³/h, 0 °C und 101,325 kPa). Die Auslegung behandelt das Gas entlang des Rohres als inkompressibel — ausreichend, solange der Verlust unter ~10 % des absoluten Eintrittsdrucks bleibt.

Rechenbeispiel

Wasser bei 20 °C (ρ = 998.2 kg/m³, μ = 1.002 mPa·s, d. h. cP — aus der Wasser-Korrelation der Seite), 10 m³/h durch 100 m Kohlenstoffstahl Schedule 40 (ε = 0,045 mm), Auslegung nach beiden Kriterien: ≤ 2,5 m/s und ≤ 1 kPa je 100 m — die Standardwerte des Rechners. Jede Größe des Schedules wird geprüft; unten stehen die drei rund um die Antwort.

Für jede Kandidatenbohrung: V = Q/(π·D²/4), Re = ρ·V·D/μ, f nach Colebrook-White (bzw. 64/Re bei laminarer Strömung), dann dP/L = f·(1/D)·ρ·V²/2.
NPS 4 (DN 100, ID 102.3 mm): V = 0.338 m/s, dP/L = 1.338 kPa/100 m — verfehlt mindestens eine Grenze und wird verworfen.
NPS 5 (DN 125, ID 128.2 mm): V = 0.215 m/s, Re = 27,492, f = 0.0249, dP/L = 0.448 kPa/100 m — besteht beide Kriterien und ist die kleinste Größe, die das tut: die Empfehlung (dP über 100 m: 0.45 kPa).
NPS 6 (DN 150) besteht ebenfalls — V = 0.149 m/s, dP/L = 0.185 kPa/100 m — mit mehr Reserve, um den Preis eines größeren Rohres.

Diese Werte berechnen dieselben Funktionen, die die Tabelle oben füllen (und die der SimuPipe-Solver für jedes Rohr verwendet) — mit den Standardwerten erhalten Sie exakt dieselben Zahlen.

Annahmen und Grenzen

Nur gerades Rohr: keine Formstücke, Armaturen, Höhenunterschiede oder Apparate. Formstücke im Druckverlustrechner ergänzen oder die Leitung im Simulator aufbauen, bevor der Gesamtverlust belastbar ist.
Eine hydraulische, keine mechanische Antwort. Der Schedule wird nach Bohrung gewählt, nicht nach Druckstufe — die Wanddicke für Auslegungsdruck und -temperatur ist ein eigener Nachweis (ASME B31.1 / B31.3 oder EN 13480).
Geschwindigkeitsrichtwerte sind Praxisbänder gegen Geräusch, Erosion und Druckstöße, keine Normgrenzen; Pumpensaugleitungen werden meist niedriger gehalten, um den NPSH zu schützen, und Suspensionen oder erosive Medien brauchen zusätzlich eine Mindestgeschwindigkeit.
Konstante Stoffwerte bei der angegebenen Temperatur; Flüssigkeiten inkompressibel, Gase beim angegebenen Druck mit der obigen ~10-%-Regel. Zweiphasen- und nicht-newtonsche Strömung liegen außerhalb der Methode.
Der Reibungsbeiwert verwendet f = 64/Re unter Re 2.000, Colebrook-White über 4.000 und eine Interpolation dazwischen — Größen in diesem Band sind als Übergangsbereich markiert und tragen die größte Unsicherheit.
Die kleinste bestehende Größe ist die günstigste, die die Grenzen einhält, nicht zwingend die wirtschaftlichste über die Lebensdauer; die Pumpenergie spricht bei langen Leitungen meist für die nächste Größe.

Tabelle und SimuPipe-Solver teilen sich denselben Code für Reynolds-Zahl, Colebrook-White und Darcy-Weisbach. Die Genauigkeit des Solvers ist Fall für Fall dokumentiert auf der Validierungsseite (53 veröffentlichte Fälle, darunter Rohrreibungsaufgaben aus Janna und Crane TP-410).

Quellen

Keine dieser Methoden stammt von uns — prüfen Sie sie an der Quelle.

Crane Co. Flow of Fluids Through Valves, Fittings, and Pipe, Technical Paper No. 410 — Geschwindigkeits-Praxisbänder, Rauigkeitswerte und die Reibungsbasis.
ASME B36.10M, Welded and Seamless Wrought Steel Pipe; ASME B36.19M, Stainless Steel Pipe — die Schedule-Abmessungen (Außendurchmesser, Wand, Bohrung) hinter der Größentabelle.
Colebrook, C. F. (1939). "Turbulent flow in pipes…" Journal of the Institution of Civil Engineers, 11(4), 133–156. doi:10.1680/ijoti.1939.13150
Moody, L. F. (1944). "Friction factors for pipe flow." Transactions of the ASME, 66, 671–684.
Nayyar, M. L. (ed.). Piping Handbook, 7th ed., McGraw-Hill — Auslegungspraxis nach Geschwindigkeit und Druckverlust je Einsatzfall.
White, F. M. Fluid Mechanics, McGraw-Hill — Darcy-Weisbach und die Reibungsbeiwert-Bereiche.

Rohrdimensionierung — Schritt für Schritt

Bei der Rohrdimensionierung wird der passende Rohrdurchmesser für einen bestimmten Volumenstrom, ein Fluid und die geltenden Vorgaben ausgewählt. Die zwei häufigsten Kriterien sind:

Maximale Geschwindigkeit — eine begrenzte Strömungsgeschwindigkeit verhindert Erosion, Geräusche und Druckstöße. Typische Grenzen liegen bei 1,5–3 m/s für Wasser und 15–25 m/s für Gase.
Maximaler Druckverlust — eine Druckverlustvorgabe (üblich in kPa pro 100 m) stellt sicher, dass das System den geforderten Druck am Endpunkt liefert. Übliche Werte reichen von 0,5–2 kPa/100 m bei Schwerkraftsystemen bis 5+ kPa/100 m bei Pumpensystemen.

Dieser Rechner verwendet die Darcy-Weisbach-Gleichung mit dem impliziten Reibungsbeiwert von Colebrook-White und ermittelt den Druckverlust für jede verfügbare Rohrgröße der gewählten Schedule. Die Reynolds-Zahl gibt an, ob die Strömung laminar oder turbulent ist.

Für vollständige Rohrnetzberechnungen mit mehreren Strängen, Pumpen, Ventilen und Regelorganen probieren Sie SimuPipe — unser browserbasiertes Werkzeug zur Simulation von Rohrleitungsnetzen.

Pumpensaugleitungen sind ein Sonderfall — dort begrenzt nicht die Geschwindigkeit oder der Druckverlust, sondern der verfügbare NPSH, und ausschlaggebend ist meist die Flüssigkeitstemperatur statt der Leitung. Siehe: NPSHa und NPSHr — warum Pumpen kavitieren.

Häufig gestellte Fragen

Wie wähle ich die richtige Rohrgröße?

Die Rohrdimensionierung ist ein Kompromiss zwischen Geschwindigkeit, Druckverlust und Kosten. Höhere Geschwindigkeiten bedeuten kleinere (günstigere) Rohre, aber mehr Druckverlust und Geräuschentwicklung. Üblich ist es, eine maximale Geschwindigkeit (z. B. 2–3 m/s für Wasser, 20–30 m/s für Gase) oder einen maximalen Druckverlust pro Längeneinheit festzulegen und dann die kleinste Rohrgröße zu wählen, die diese Kriterien erfüllt.

Welche Strömungsgeschwindigkeit ist für Wasserleitungen sinnvoll?

Im allgemeinen industriellen Wasserservice sind 1,5–3 m/s typisch. Saugleitungen zu Pumpen sollten langsamer sein (0,5–1,5 m/s), um Kavitation zu vermeiden. Feuerlöschleitungen dürfen im Notfall bis zu 4–5 m/s erreichen. Höhere Geschwindigkeiten erhöhen das Erosionsrisiko und Druckstöße. Für Kaltwasser- und HLK-Systeme sind 1–2,5 m/s üblich, um Geräusche und Pumpenenergie zu begrenzen.

Welche Geschwindigkeit sollte ich für Druckluft verwenden?

Für Druckluft-Sammelleitungen werden 6–10 m/s empfohlen, um den Druckverlust zu begrenzen. Stichleitungen können bis zu 15 m/s erreichen. Hauptleitungen in großen Anlagen sollten unter 8 m/s bleiben. Höhere Geschwindigkeiten verursachen übermäßigen Druckverlust und können Kondensat tiefer ins Netz tragen. Prüfen Sie immer, ob der Gesamtdruckverlust innerhalb der Toleranz Ihres Systems liegt.

Wie hoch ist der maximal zulässige Druckverlust?

Es gibt keine pauschale Antwort — es hängt vom System ab. Für Prozessleitungen gelten als Faustregel 0,1–0,5 bar pro 100 m Rohr. Bei Druckluftsystemen sollten die Gesamtverluste unter 10 % des Verdichteraustrittsdrucks bleiben. Bei Pumpen-Saugleitungen begrenzt der verfügbare NPSH den Druckverlust. Mit diesem Rechner können Sie für jede Kandidaten-Rohrgröße den Druckverlust auswerten, um die passende Lösung zu finden.

Warum ist die Pipe Schedule für die Auslegung wichtig?

Die Pipe Schedule bestimmt die Wandstärke und damit den Innendurchmesser. Eine dickere Wand (höhere Schedule) bedeutet bei gleicher Nennweite einen kleineren Bohrungsdurchmesser, also höhere Geschwindigkeit und mehr Druckverlust. Beispiel: NPS 4 Schedule 40 hat einen ID von 102,3 mm, Schedule 80 dagegen 97,2 mm. Dieser Rechner verwendet Pipe-Schedule-Daten, um den tatsächlichen Innendurchmesser für eine genaue Auslegung zu nutzen.

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