Toestanden van Stoom
Stoom kan in de volgende toestanden voorkomen:
- verzadigd (V.S. betekent: verzadigde stoom );
- oververhit (O.S. betekend: oververhitte stoom );
- nat.
In verzadigde toestand bevat stoom geen vrije waterdeeltjes. Bij een bepaalde druk behoort een bepaalde constante temperatuur.
De oververhitte toestand verkrijgt men door verzadigde stoom te verhitten. Bij een bepaalde druk kan men dus vele soorten oververhitte stoom met onderling verschillende temperaturen verkrijgen.
In natte toestand is de verzadigde stoom vermengd met fijne waterdeeltjes van dezelfde temperatuur. Bevat natte stoom per kg b.v. x kg verzadigde stoom en dus ( 1-x ) kg vrije waterdeeltjes, dan spreek men van natte stoom met stoomgehalte van X%.
Thermodynamische Eigenschappen
Vloeistofwarmte
De vloeistofwarmte ( aangeduid door h´ ) is de warmte die nodig is om een bepaalde massa water, vrijwel altijd 1kg van 0 graden Celsius(°C) te verhitten tot een bepaalde temperatuur. In SI eenheden: het aantal kilojoule (kJ) dat per kg water nodig is om het water te verwarmen, dus: kJ/kg.
Verdampingswarmte
De verdampingswarmte (aangeduid door r) is de warmte die nodig is om een bepaalde massa water van verdampingstemperatuur om te vormen tot verzadigde stoom van dezelfde temperatuur. In SI eenheden: het aantal kJ/kg.
Enthalpie
De enthalpie (aangeduid door H ) is de hoeveelheid warmte die nodig is om 1 kg water tot een van voornoemde soorten stoom om te vormen. In SI eenheden: het aantal kJ.
Soortelijke enthalpie
Bij de soortelijke enthalpie (aangeduid door h ) rekenen we met warmte per massa. In SI eenheden: het aantal kJ/kg. Voor de soortelijke enthalpie geldt: h = h´ + r
Oververhittings warmte
Dit is de warmte die nodig is om verzadigde stoom onder constante druk te verhitten tot een hogere temperatuur.
Vormingswarmte
Dit is het verschil tussen de soortelijke enthalpie van de stoom en de vloeistofwarmte van het water waar uit de stoom wordt gevormd.
Zie stoomtabellen en uit diagram van Mollier kunnen we de soortelijke enthalpie bepalen van stoom van een bepaalde druk en temperatuur. Men spreekt in dit verband wel van stoomcondities.
Rekenvoorbeeld (10 bar stoom)
Uit stoomtabellen lees men onder andere de volgende stoomcondities af. Verzadigde stoom met een druk van 10 bar heeft een temperatuur t = 179,9 °C, een vloeistofwarmte h´ = 762 kJ/kg en een verdampingswarmte r = 2015 kJ/kg.
Soortelijke Enthalpie (Verzadigd)
De soortelijke enthalpie:
h = h´ + r = 762 kJ/kg + 2015 kJ/kg = 2777 kJ/kg.
Soortelijke Enthalpie (Nat, 90% stoomgehalte)
Voor natte stoom met een dampgehalte van 90% is de soortelijke enthalpie:
h = h´ + 0,9 * r = 762 kJ/kg + 0,9 x 2015 kJ/kg = 762 kJ/kg + 1813,5 kJ/kg = 2575,5 kJ/kg
Oververhittingswarmte (tot 400°C)
Word de verzadigde stoom oververhit tot bijvoorbeeld 400°C (soortelijke enthalpie is dan 3263 kJ/kg), dan is de oververhittingwarmte:
3263 kJ/kg – 2777 kJ/kg = 486 kJ/kg
Vormingswarmte (Oververhit 400°C, Voeding 39°C)
Produceert een ketel verzadigde stoom van 10 bar en wordt het voedingwater aan de ketel toegevoerd met een temperatuur van b.v. 39 °C (de vloeistofwarmte is dan 163 kJ/kg), dan is de vormingswarmte voor oververhitte stoom van 400 °C :
3263 kJ/kg – 163 kJ/kg = 3100 kJ/kg