Basisprincipes van stoom: verzadigde droge stoom versus onverzadigde natte stoom
Ontdek het verschil tussen verzadigde droge stoom en onverzadigde natte stoom. Wat zijn de voordelen en waar gebruikt u het?
Verzadigd, onverzadigd, droog, nat, flash-, superkritische en oververhitte stoom... Er zijn veel dingen die aangeven dat niet alle stoom hetzelfde is. Bepaalt de toepassing welk type stoom u nodig hebt?
De eigenschappen zijn afhankelijk van volume, druk en temperatuur. Dit betekent dat de toepassing bepaalt welk type stoom u nodig hebt.
Laten we eens kijken naar de verschillende typen stoom die er zijn en hun voor- en nadelen.
Verzadigde of droge stoom
Verzadigde of droge stoom is het type stoom dat we krijgen als alle watermoleculen in gasvormige toestand blijven. Neem bijvoorbeeld een fluitketel die fluit wanneer het klaar is. Stoom kan niet vrij ontsnappen omdat de druk wordt geregeld voor het beoogde gebruik. Soms komt er nevel uit de fluitketel: dit is droge stoom.
Droge stoom verliest een deel van zijn energie wanneer deze vrijkomt in de koudere atmosfeer. De energie wordt overgebracht naar de omgevingslucht, waardoor deze condenseert en nevel wordt. Met andere woorden: u produceert droge stoom door water te verwarmen in een gesloten kamer.
De stoomtemperatuur ligt dicht bij het kookpunt bij die druk.
Onverzadigde of natte stoom
We krijgen onverzadigde of natte stoom wanneer kleine druppels water bij het opwarmen in de stoom trekken. Wanneer een stoomketel water opwarmt, breken luchtbellen door het oppervlak. Wanneer stoom begint te ontstaan, bevat het dus vloeistof. Door deze vloeistof wordt de stoom gedeeltelijk nat, tenzij u een oververhitter gebruikt. Zelfs de beste stoomketels kunnen stoom met een natheid van 3% - 5% produceren.
Hoe druk en temperatuur water en stoom beïnvloeden
Over het algemeen heeft stoom een directe relatie met druk en temperatuur.
- Hoe hoger de druk in de ketel, hoe meer energie we nodig hebben om stoom te genereren.
- Bij een hogere druk wordt stoom bij hogere temperaturen gecreëerd. Deze stoom met een hogere temperatuur bevat meer energie per kg.
- Oververhitte stoom is een uitzondering hierop.
Deze grafiek toont de toestand van water (vloeistof of gas) bij een bepaalde temperatuur en druk. Bij 1 bar (normale atmosferische druk) bevriest water bij 0 °C (32 °F) en kookt het bij 100 °C (212 °F). Bij 2 bar is het vriespunt lager en het kookpunt hoger.
Stoomtabel voor oververhitte stoom als richtlijn
Stoomtabellen zijn essentiële hulpmiddelen voor iedereen die met stoom werkt. U kunt het belang ervan vergelijken met een tijdschema voor het nemen van de trein, of de kaart op een GPS wanneer u ergens naartoe rijdt. We gebruiken meestal een stoomtabel om de temperatuur bij een bepaalde druk te bepalen, of andersom.
Doordat deze tabel ook een specifieke enthalpie en volume bevat, is het een zeer waardevol hulpmiddel. Enthalpie is de hoeveelheid energie in 1 kg. U berekent de enthalpie van stoom door de som te nemen van de enthalpie van de verschillende toestanden (vloeistof en gas).
Om van water oververhitte stoom te maken, toont deze stoomtabel de relatie tussen druk en temperatuur
Stoomdroogheidsfractie
Zoals hierboven vermeld, is het voor stoomketels bijna onmogelijk om 100% droge stoom te produceren. We meten het werkelijke stoomniveau in de droogheidsfractie.
Als stoom 5% water bevat, is deze naar verluidt 95% droog en heeft deze een droogheidsfractie van 0,95.
De droogheidsfractie heeft een direct effect op de totale hoeveelheid overdraagbare energie. Dit beïnvloedt op zijn beurt de verwarmingskwaliteit en -efficiëntie.
Weet u nog wat het verschil is tussen latente en voelbare warmte? 100% droge stoom bevat ook 100% van de beschikbare latente warmte (bij die specifieke druk). Verzadigd water met een droogheid van 0% bevat alleen voelbare warmte.
Als u niet meer zeker weet wat het verschil is, kunt u er in dit artikel over lezen.
Wist u dat u stoom tot boven het kookpunt kunt verwarmen om oververhitte stoom te krijgen?
In tegenstelling tot verzadigde stoom is er bij oververhitte stoom geen direct verband tussen temperatuur en druk. Dit betekent dat het kan bestaan bij een groot temperatuurbereik. We geven de voorkeur aan verzadigde stoom voor verwarmingstoepassingen en oververhitte stoom voor energieopwekking of in turbines.
Het lijkt onwaarschijnlijk, maar wist u dat de droogheid van stoom meer dan 100% kan zijn? In dat geval hebben we het over oververhitte stoom. We geven de voorkeur aan verzadigde droge stoom voor verwarmingstoepassingen, terwijl oververhitte stoom dé optie is voor energieopwekking of in turbines.
Verzadigde (droge) stoom vormt een uitstekende warmtebron om de volgende redenen:
- Door de snelle en gelijkmatige verwarming zullen de kwaliteit van uw product en productiviteit verbeteren.
- Omdat de druk de temperatuur regelt, kunnen we snel en nauwkeurig een specifieke temperatuur bereiken.
- Omdat er een hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt is, is een kleiner warmteoppervlak vereist. Dit betekent dat u de initiële investering in apparatuur kunt verlagen.
- Omdat stoom afkomstig is van water, is het veilig, schoon en goedkoop.
Maar we weten nu dat stoom niet 100% droog is. Warmteverlies door straling zorgt ervoor dat een deel van de stoom condenseert, waardoor de natte stoom nog natter wordt en er sprake is van condensaatvorming. Als dit niet goed met de juiste apparatuur (en accessoires) wordt beheerd en onderhouden, kan dit nadelige gevolgen hebben:
- Beïnvloedt het warmteoverdrachtsrendement.
- Veroorzaakt corrosie van leidingen en kritische apparatuur.
Wat is de warmteoverdrachtscoëfficiënt?
We gebruiken de warmteoverdrachtscoëfficiënt om te berekenen hoe goed warmte wordt overgedragen. We hebben al gezegd dat een hoge warmteoverdrachtscoëfficiënt een klein warmteoppervlak vereist en dat hierdoor een lagere investering in de apparatuur nodig is. Omdat meer water is verdampt tot verzadigde stoom, heeft de stoom ook meer latente warmte geabsorbeerd. Als gevolg daarvan bevat dezelfde massa meer warmte. Daardoor kunt u met deze stoom meer werk verzetten.
Wat is het verschil tussen verzadigde (droge) stoom en onverzadigde (natte) stoom?
Droge of verzadigde stoom bevat geen waterdruppels en u produceert deze door water te verwarmen in een gesloten kamer. Natte of onverzadigde stoom bevat waterdruppels. Verzadigde (droge) stoom is een uitstekende bron voor verwarming. Onverzadigde (natte) stoom kan corrosie veroorzaken of het warmteoverdrachtsrendement verlagen als deze niet goed wordt beheerd.
Wat is de droogheidsfractie?
Dit is de maatstaf die we gebruiken om te bepalen hoe droog stoom eigenlijk is. Dit heeft invloed op het verwarmingsvermogen van stoom.
