Grundläggande om ånga: Mättad torr kontra omättad våt ånga
Upptäck skillnaden mellan mättad torr ånga och omättad våt ånga. Vilka är fördelarna och var använder du dem?
Mättad, omättad, torr, våt, snabb, superkritisk och superuppvärmd ånga... Det finns många olika, vilket indikerar att all ånga inte är densamma. Så är det tillämpningen som definierar vilken typ av ånga du behöver?
Egenskaperna beror på volym, tryck och temperatur. Det innebär att det är tillämpningen som definierar vilken typ av ånga du behöver.
Låt oss ta en titt på de olika typerna av ånga som finns och deras fördelar och nackdelar.
Mättad eller torr ånga
Mättad eller torr ånga är den typ av ånga vi får när alla vattenmolekyler förblir i gasform. Ta till exempel en vattenkokare som piper när den är klar. Ångan strömmar inte ut fritt eftersom trycket styrs av hur ångan är avsedd att användas. Ibland ser du ångan som en dimma när den kommer ut ur vattenkokaren: det här är torr ånga.
Torr ånga förlorar en del av sin energi när den släpps ut i den kallare atmosfären. Den energin överförs till omgivningsluften vilket gör att den kondenseras och ser ut som dimma. Med andra ord: du producerar torr ånga genom att värma upp vatten i en sluten kammare.
Ångtemperaturen ligger nära kokpunkten vid det trycket.
Omättad eller våt ånga
Vi får omättad eller våt ånga när ångan suger upp smådroppar av vatten vid uppvärmning. När vatten upphettas i en ångpanna tränger bubblorna igenom ytan. Så när ångan börjar bildas innehåller den alltså vätska. Det är den här vätskan som gör att ångan är delvis våt om du inte använder en värmare för superuppvärmd ånga. Även de bästa ångpannorna kan ge en ånga som innehåller 3-5 % fukt.
Hur tryck och temperatur påverkar vatten och ånga
Generellt talat har ångan ett direkt förhållande till tryck och temperatur.
- Ju högre tryck i pannan, desto mer energi behöver vi tillföra för att generera ånga.
- Med ökat tryck skapas ånga med en högre temperatur. Denna högtemperatursånga innehåller mer energi per kg.
- Superuppvärmd ånga är ett undantag från den här regeln.
Det här diagrammet visar vattnets tillstånd (vätska eller gas) vid en given temperatur och tryck. Vid 1 bar (normalt atmosfäriskt tryck) fryser vattnet vid 0 °C och kokar vid 100 °C. Vid 2 bar blir fryspunkten lägre och kokpunkten högre.
Tabell för superuppvärmd ånga som vägledning
Ångtabellen är ett viktigt verktyg för alla som arbetar med ånga. Betydelsen är jämförbar med en tidtabell för tågresan eller kartan på en GPS när du ska köra till ett nytt ställe. Vi använder vanligtvis en ångtabell för att fastställa temperaturen vid ett visst tryck, eller tvärtom.
Det som gör detta till ett värdefullt verktyg är att specifik entalpi och volym ingår. Entalpi är den mängd energi som ryms i 1 kg. Du beräknar ångans entalpi genom att summera entalpin för de olika tillstånden (vätska och gas).
Den här ångtabellen visar förhållandet mellan tryck och temperatur vid övergången från vatten till superuppvärmd ånga
Ångtorrhetsfraktion
Som nämnts ovan är det nästan omöjligt att producera 100 % torr ånga i ångpannor. Vi mäter den faktiska mängden ånga i torrhetsfraktionen.
Om en ånga innehåller 5 % vatten säger man att den är 95 % torr och har en torrhetsfraktion på 0,95.
Torrhetsfraktionen har en direkt effekt på den totala mängden överförbar energi. Det påverkar i sin tur uppvärmningskvaliteten och effektiviteten.
Kommer du ihåg skillnaden mellan latent och sensibel värme? 100 % torr ånga innehåller även 100 % av den tillgängliga latenta värmen (för det specifika trycket). Mättat vatten med 0 % torrhet innehåller endast sensibel värme.
Om du inte längre är säker på skillnaden mellan de två kan du läsa på om det i den här artikeln.
Visste du att du kan hetta upp ånga över kokpunkten och få superuppvärmd ånga?
Till skillnad från mättad ånga finns det inte något direkt förhållande mellan temperatur och tryck för superuppvärmd ånga. Det innebär att superuppvärmd ånga kan förekomma i en mängd olika temperaturer. Vi föredrar mättad ånga för uppvärmningstillämpningar och superuppvärmd ånga för kraftgenerering eller i turbiner.
Det kan verka osannolikt men visste du att ångtorrheten kan vara över 100 %? I så fall pratar vi om superuppvärmd ånga. Vi föredrar mättad torr ånga för uppvärmningstillämpningar. Medan superuppvärmd ånga är förstahandsalternativet för elproduktion eller i turbiner.
Mättad (torr) ånga utgör en utmärkt värmekälla av följande skäl:
- Tack vare snabb och jämn uppvärmning förbättras produktkvaliteten och produktiviteten.
- Eftersom trycket reglerar temperaturen kan vi snabbt och exakt uppnå en viss temperatur.
- Eftersom värmeöverföringskoefficienten är högre krävs en mindre värmeyta. Det innebär att investeringskostnaden för utrustningen kan reduceras.
- Eftersom ångan uppstår från vatten är den säker, ren och billig.
Ändå vet vi nu att ångan inte är 100 % torr. Strålningsvärmeförluster gör att en del av ångan kondenseras, vilket leder till att den våta ångan blir ännu mer våt och även att kondens bildas. Om den inte hanteras och underhålls på rätt sätt med rätt utrustning (och tillbehör) kan den ha skadliga effekter:
- Påverka värmeöverföringseffektiviteten.
- Orsaka korrosion på rörledningar och kritisk utrustning.
Vad är värmeöverföringskoefficienten?
Vi använder värmeöverföringskoefficienten för att beräkna hur väl värme överförs. Tidigare skrev vi: ”En hög värmeöverföringskoefficient kräver en liten värmeyta, vilket resulterar i lägre utgifter för utrustning i början”. Eftersom mer vatten har avdunstat i mättad ånga har ångan även absorberat mer latent värme. Det innebär att det finns mer värme i samma massa. Och det har förmågan att klara av mer jobb.
Vad är det för skillnad på mättad (torr) ånga och omättad (våt) ånga?
Torr eller mättad ånga innehåller inga vattendroppar och du producerar den genom att värma vatten i en stängd kammare. Våt eller omättad ånga innehåller däremot vattendroppar. Mättad (torr) ånga är en utmärkt källa för uppvärmning. Omättad (våt) ånga kan orsaka korrosion eller minska värmeöverföringseffektiviteten om den inte hanteras på rätt sätt.
Vad är torrhetsfraktionen?
Det är det mått vi använder för att definiera hur torr ångan faktiskt är. Det påverkar ångans uppvärmningsförmåga.