Grundlagen von Dampf: gesättigter Trockendampf und ungesättigter Nassdampf
Erfahren Sie die Unterschiede zwischen gesättigtem Trockendampf und ungesättigtem Nassdampf. Was sind die Vorteile und wo werden sie genutzt?
Gesättigt, ungesättigt, trocken, nass, überkritischer und überhitzter Dampf ... Es gibt viele Hinweise darauf, dass Dampf nicht gleich Dampf ist. Hängt es also von der Anwendung ab, welche Art Dampf Sie benötigen?
Die Eigenschaften hängen von Volumen, Druck und Temperatur ab. Das heißt, es hängt von der Anwendung ab, welche Art Dampf Sie benötigen.
Sehen wir uns die verschiedenen Dampfarten sowie ihre Vor- und Nachteile an.
Gesättigter oder Trockendampf
Gesättigter oder Trockendampf entsteht, wenn alle Wassermoleküle im gasförmigen Zustand verbleiben. Denken Sie beispielsweise an einen Wasserkocher, der pfeift, wenn das Wasser heiß ist. Der Dampf tritt nicht ungehindert aus, da der Druck durch die beabsichtigte Verwendung bestimmt wird. Manchmal sehen Sie, dass „Nebel“ aus Ihrem Wasserkocher entweicht: Dabei handelt es sich um Trockendampf.
Trockendampf verliert einen Teil seiner Energie, wenn er an die kühlere Atmosphäre abgegeben wird. Diese Energie gelangt in die Umgebungsluft, kondensiert dabei und wird als Nebel sichtbar. Mit anderen Worten: Beim Erhitzen von Wasser in einer geschlossenen Kammer erzeugen Sie Trockendampf.
Die Dampftemperatur liegt nahe am Siedepunkt beim bestehenden Druck.
Ungesättigter oder Nassdampf
Ungesättigter oder Nassdampf entsteht, wenn der Dampf beim Erhitzen winzige Wassertropfen bildet. Wenn Wasser in einem Dampfkessel erhitzt wird, brechen Blasen durch die Oberfläche. Wenn sich also Dampf bildet, enthält er Flüssigkeit. Durch diese Flüssigkeit wird der Dampf zum Teil nass, außer Sie verwenden einen Überhitzer. Selbst die besten Dampfkessel erzeugen Dampf mit 3–5 % Feuchtigkeit.
Wie Druck und Temperatur Wasser und Dampf beeinflussen
Im Allgemeinen steht Dampf in direktem Verhältnis zu Druck und Temperatur.
- Je höher der Druck im Kessel desto mehr Energie muss man für die Dampferzeugung aufbringen.
- Bei höherem Druck entsteht Dampf bei höheren Temperaturen. Dieser bei höherer Temperatur entstehende Dampf enthält mehr Energie pro kg.
- Überhitzter Dampf bildet eine Ausnahme von dieser Regel.
Dieses Diagramm zeigt den Zustand von Wasser (flüssig oder gasförmig) bei einer bestimmten Temperatur und einem bestimmten Druck. Bei 1 bar (normaler atmosphärischer Druck) gefriert Wasser bei 0 °C (32 °F) und kocht bei 100 °C (212 °F). Bei einem Druck von 2 bar ist der Gefrierpunkt niedriger und der Siedepunkt höher.
Hilfstabelle für überhitzten Dampf
Dampftabellen sind für alle, die mit Dampf arbeiten, unverzichtbar. Sie haben eine ähnliche Bedeutung wie ein Zugfahrplan oder eine GPS-Karte an einem unbekannten Ort. In der Regel verwenden wir eine Dampftabelle, um die Temperatur bei einem bestimmten Druck oder umgekehrt zu bestimmen.
Dieses wertvolle Hilfsmittel enthält auch die spezifische Enthalpie und das spezifische Volumen. Enthalpie ist die in 1 kg enthaltene Energiemenge. Die Enthalpie von Dampf wird berechnet, indem die Enthalpie-Summe der verschiedenen Zustände (flüssig und gasförmig) ermittelt wird.
Diese Dampftabelle zeigt das Verhältnis zwischen Druck und Temperatur, um von Wasser zu überhitztem Dampf zu gelangen
Trockenheitsgrad von Dampf
Wie oben erwähnt, ist es für Dampfkessel nahezu unmöglich, zu 100 % trockenen Dampf zu erzeugen. Der tatsächliche Dampfanteil wird mit dem Trockenheitsgrad gemessen.
Dampf, der 5 % Wasser enthält, ist zu 95 % trocken und hat einen Trockenheitsgrad von 0,95.
Der Trockenheitsgrad hat einen direkten Einfluss auf die Gesamtmenge der übertragbaren Energie. Dies wiederum wirkt sich auf die Heizqualität und -effizienz aus.
Erinnern Sie sich an den Unterschied zwischen latenter und sensibler Wärme? 100 % trockener Dampf enthält auch 100 % der verfügbaren latenten Wärme (beim jeweiligen spezifischen Druck). Gesättigtes Wasser mit 0 % Trockenheit enthält nur fühlbare Wärme.
Wenn Sie sich nicht mehr genau an den Unterschied erinnern können, lesen Sie ihn in diesem Artikel nach.
Wussten Sie, dass Sie Dampf über den Siedepunkt hinaus erhitzen können, um überhitzten Dampf zu erhalten?
Im Gegensatz zu gesättigtem Dampf hat überhitzter Dampf kein direktes Verhältnis zwischen Temperatur und Druck. Das bedeutet, dass er bei einer großen Bandbreite von Temperaturen vorhanden sein kann. Gesättigter Dampf wird für Heizanwendungen bevorzugt und überhitzter Dampf für die Stromerzeugung und in Turbinen.
Es mag merkwürdig wirken, aber wussten Sie, dass der Trockenheitsgrad von Dampf mehr als 100 % betragen kann? Dabei handelt es sich um überhitzten Dampf. Gesättigter Trockendampf wird für Heizanwendungen bevorzugt. Überhitzter Dampf wird bei der Stromerzeugung oder in Turbinen bevorzugt.
Gesättigter Dampf (Trockendampf) ist aus folgenden Gründen eine ausgezeichnete Wärmequelle:
- Durch schnelles und gleichmäßiges Erwärmen verbessern sich Qualität und Produktivität Ihrer Produkte.
- Da Druck die Temperatur regelt, kann man schnell und präzise eine bestimmte Temperatur erreichen.
- Aufgrund des hohen Wärmeübergangskoeffizienten ist eine kleinere Wärmeübertragungsfläche erforderlich. So können Sie die Anfangsinvestition in Anlagenteile reduzieren.
- Da Dampf aus Wasser erzeugt wird, ist er sicher, sauber und kostengünstig.
Wir wissen jetzt, dass Dampf nicht zu 100 % trocken ist. Der Strahlungswärmeverlust führt dazu, dass ein Teil des Dampfes kondensiert, wodurch Nassdampf noch nasser wird und sich auch Kondensat bildet. Wenn dies nicht mit der richtigen Ausrüstung (und dem richtigen Zubehör) ordnungsgemäß verhindert und gesteuert wird, kann es zu negativen Auswirkungen kommen:
- Die Wärmeübertragung wird beeinträchtigt.
- Es kommt zu Korrosion an Rohrleitungen und kritischen Anlagen.
Was ist der Wärmeübergangskoeffizient?
Der Wärmeübertragungskoeffizient dient der Berechnung der Qualität der Wärmeübertragung. Oben haben wir geschrieben: „Ein hoher Wärmeübertragungskoeffizient erfordert eine kleine Wärmeübertragungsfläche, was zu einer geringeren Anfangsinvestition in Anlagenteile führt.“ Da mehr Wasser zu gesättigtem Dampf verdampft ist, hat der Dampf auch mehr latente Wärme absorbiert. Dadurch ist mehr Wärme in derselben Masse enthalten. Und so kann der Dampf mehr Arbeit leisten.
Was ist der Unterschied zwischen gesättigtem Dampf (Trockendampf) und ungesättigtem Dampf (Nassdampf)?
Trockendampf oder gesättigter Dampf enthält keine Wassertropfen und wird durch Erhitzen von Wasser in einer geschlossenen Kammer erzeugt. Nassdampf oder ungesättigter Dampf enthält Wassertropfen. Gesättigter Dampf ist eine hervorragende Heizquelle. Ungesättigter Dampf kann ohne korrekte Maßnahmen zu Korrosion führen oder die Wärmeübertragung beeinträchtigen.
Was ist der Trockenheitsgrad?
Es ist das Maß, mit dem wir angeben, wie trocken Dampf tatsächlich ist. Dies hat Auswirkungen auf die Heizleistung von Dampf.
