9/05
TECHNISCHE INFORMATIE Magneetafsluiters en pneumatisch bediende afsluiters voor heet water en stoomtoepassingen TECHNISCHE INFORMATIE OVER HEET WATER EN STOOM ASCO/JOUCOMATIC biedt een breed programma magneetafsluiters en pneumatisch bediende afsluiters aan, speciaal ontworpen voor toepassingen met heet water en stoom. Dit hoofdstuk beschrijft de fysische eigenschappen van de bovengenoemde media om de gebruiker in staat te stellen de geschikste produkten uit te kiezen. Wat is stoom? Zoals elk ander medium bestaat water in vaste toestand (ijs), vloeibare toestand (water) en gasvormige toestand (stoom). In dit hoofdstuk bestuderen wij de vloeibare en de gasvormige toestand en de overgang van de ene naar de andere toestand. Als warmte-energie aan water wordt toegevoerd, stijgt de temperatuur tot een bepaalde waarde waarboven water niet meer in vloeibare toestand kan blijven. Deze waarde heet het “verzadigingspunt”. Indien men energie blijft toevoeren, gaat een deel van het water over in stoom. Deze verdamping vergt een vrij grote hoeveelheid energie. Bij de overgang van vloeibare naar gasvormige toestand hebben het water en de stoom dezelfde temperatuur. Omgekeerd, als de door de stoom opgeslagen energie wordt vrijgemaakt, doet zich een condensatiefenomeen voor, er vormt zich water met dezelfde temperatuur als de stoom. Waarom stoom? In de industriële revolutie is men stoom gaan gebruiken voor de overdracht van energie. Van de methode om eten te bereiden, werd het gebruik van stoom snel uitgebreid tot alle industriële toepassingen die warmte nodig hadden. Stoom wordt verkregen door verdamping van water, een weinig duur produkt dat in de meeste streken ter wereld overvloedig aanwezig is. De temperatuur van water kan heel nauwkeurig worden geregeld door de druk ervan te wijzigen, bijvoorbeeld met magneetafsluiters. De verhouding getransporteerde energie/massa van water is bijzonder gunstig en in de condensatiefase van de stoom krijgt men een aanzienlijke energiestroom (naar het verwarmde element). Vandaar dat installaties die deze warmte gebruiken, van beperkte afmetingen kunnen zijn. Vorming van stoom Om de vorming van stoom uit te leggen,
gaan we uit van het volgende, ideale fictieve experiment (zie figuur 1): Een cilinder, die aan de onderzijde is gesloten, wordt omhuld met een 100% isolerend materiaal, om elk warmteverlies te voorkomen. In deze cilinder wordt 1 kg water op de temperatuur van smeltend ijs (0°C) gegoten. Deze waarde zal als referentiepunt worden gebruikt in ons experiment, door er vanuit te gaan dat de hoeveelheid warmte van het water op deze temperatuur (d.i. de enthalpie) gelijk is aan nul. Als het water wordt blootgesteld aan een warmtebron, stijgt de temperatuur tot 100°C (de bovenzijde van de cilinder is open, zodat er op het water alleen luchtdruk wordt uitgeoefend). Indien men boven deze temperatuur warmte blijft toevoegen, kan het water in zijn vloeibare vorm blijven; het gaat koken en wordt omgezet in stoom. De totale enthalpie van elke kilogram vloeibaar water op het kookpunt wordt “soortelijke enthalpie van het verzadigde water” genoemd. Zij wordt weergegeven met het symbool “hf”. De bijkomende enthalpie die nodig is om elke kilogram water om te zetten in stoom, wordt de “soortelijke verdampingsenthalpie” genoemd. Die wordt weergegeven met het symbool “hfg”. De totale enthalpie van elke kilogram stoom is dus de som van deze twee enthalpieëen. Zij wordt de “soortelijke enthalpie van de stoom” genoemd en wordt weergegeven door het symbool “hg”. Men heeft: hg = hf + hfg. Na toevoeging van de soortelijke verdampingsenthalpie (hfg) aan de kg water in onze cilinder, gaat het water onder luchtdruk over in stoom. Het volume van deze stoom zal veel hoger liggen dan dat van het vloeibare water (1.600 keer meer). In vloeibare toestand bevinden de water-
Gewicht Zuiger 1 kg water
Thermometer
Energietoevoer
fig. 1
moleculen zich immers veel dichter bij elkaar dan in gasvormige toestand. We kunnen stellen dat de verdamping wordt teweeggebracht door aan elke molecuul voldoende energie toe te voeren om de verbindingen tussen de moleculen te verbreken, zodat zij in de cilinder van vloeibare naar gasvormige toestand kunnen overgaan. Bekijken we nu de volgende situatie: als de op de vloeistof uitgeoefende druk stijgt, krijgen de moleculen het moeilijker zich los te maken. Er moet dus meer energie worden toegevoerd opdat de moleculen hun verbindingen kunnen verbreken en in gasvormige toestand overgaan. De temperatuur van het water moet een stuk boven de 100°C worden opgevoerd om het water te doen koken. Dat is net wat er in de praktijk gebeurt. Als onze fictieve cilinder was uitgerust met een zuiger zonder wrijving en er een massa op de zuiger werd geplaatst om druk op het water uit te oefenen, zou de temperatuur boven 100°C kunnen worden opgevoerd voor er verdamping optreedt. V905-05-NL-R4
9 05
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05
Niettemin bestaat er voor een gegeven druk een temperatuur waarboven water niet meer in vloeibare toestand kan blijven. Voor elke enthalpie boven de “soortelijke enthalpie van het verzadigde water” zal een deel van de vloeistof verdampen. Als de druk op het water daarentegen onder de normale luchtdruk zakt, zullen de moleculen zich gemakkelijker kunnen bevrijden. Ze zullen daar minder energie voor nodig hebben: de kooktemperatuur en de overeenkomstige “enthalpie van het verzadigde water” zullen kleiner zijn. DEFINITIES Enthalpie Term voor de totale energie die een medium zoals water of stoom heeft verworven naar gelang van zijn druk en temperatuur op elk ogenblik en onder bepaalde omstandigheden. Soortelijke Enthalpie Dit is de enthalpie (totale energie) van een eenheidsmassa (1 kg). De gebruikelijke eenheid is kJ/kg. Soortelijke warmte Met deze eenheid wordt de capaciteit van een stof om warmte op te nemen gemeten. De soortelijke warmte staat voor de energiehoeveelheid (joule) die nodig is om de temperatuur van 1 kg met 1K (Kelvin) te laten stijgen, en wordt uitgedrukt in kJ/ kgK. De soortelijke warmte van het water is 4.186 kJ/kgK. Een verhoging van de enthalpie met 4.186 kJ zal de temperatuur van 1 kg water dus 1K laten stijgen. Absolute en relatieve druk De theoretische toestand van het perfecte vacuüm zonder enige druk is het “absolute nul”. De absolute druk is dus de druk ten opzichte van het absolute nul. Zo bedraagt de door de lucht uitgeoefende druk 1.013 bar abs. op het niveau van de zeespiegel. De relatieve druk is de druk aangewezen door een standaard manometer waarmee een stoomcircuit kan worden uitgerust. Aangezien de relatieve druk gelijk is aan de overdruk ten opzichte van de luchtdruk, is de nulwaarde op een manometer van dit type gelijk aan ongeveer 1.013 bar in absolute termen. Een absolute druk van 3 bar zal dus gelijk zijn aan 1.987 bar plus 1.013 absolute bar luchtdruk.
V905-05-2
Warmte en warmte-uitwisseling Aangezien warmte een vorm van energie is, maakt ze deel uit van de enthalpie van media. Warmte-uitwisseling is de enthalpiestroom die zich voordoet tussen 2 lichamen van verschillende temperatuur die in contact met elkaar komen.
deze twee enthalpieën heet de “enthalpie van de verzadigde stoom”. Voor elke kg stoom op 100°C en onder luchtdruk, bedraagt de enthalpie van het verzadigde water 419 kJ, en de verdampingsenthalpie 2.257 kJ de enthalpie van de verzadigde stoom is dus 2.676 kJ. Deze waarden zijn ontleend aan de stoomtabellen.
Enthalpie van het verzadigde water DRUK UITGEOEFEND DOOR STOOM Veronderstellen we nu dat een ketel gevoed wordt met water onder luchtdruk en bij een temperatuur van 10°C en dat het water op 100°C kookt. Zoals we eerder zagen, is er 4.186 kJ nodig om de temperatuur van elke kg water met 1°C te doen stijgen. Als we de temperatuur van elke kg water in de ketel willen doen stijgen van 10°C naar 100°C (een stijging van 90°C), dan moet de enthalpie verhoogd worden met 90 x 4.186 = 376,74 kJ. Als de ketel 10.000 kg (10.000 liter) water bevat, is een enthalpietoename van 376,74 kJ x 10.000 kg = 3.767.400 kJ nodig om dat water aan de kook te brengen. Vergeten we niet dat het hier niet de enthalpie van het verzadigde water betreft, maar alleen de enthalpietoename die nodig is om de temperatuur op te voeren van 10°C naar 100°C. Het vertrekpunt in de stoomtabellen is water op 0°C, wat in ons voorbeeld beantwoordt aan een warmtehoeveelheid van nul (de absolute warmtehoeveelheid gemeten vanaf het absolute nulpunt op -273°C, zou uiteraard aanzienlijk zijn). De enthalpie van het verzadigde water op 100°C is dus 100 x 4.186 = 418,6 kJ. Verdampingsenthalpie Veronderstellen we nu dat alle stoom die in de ketel is gevormd, vrij in de lucht kan ontsnappen. Als het water 100°C warm is, gaat de warmte-uitwisseling tussen de warmtebron en het water voort, maar de temperatuur stijgt niet meer. De toegevoegde warmte zet het water om in stoom. De enthalpie die de overgang van vloeibare naar gasvormige toestand bewerkt zonder tempertuurwijziging, wordt “verdampingsenthalpie” genoemd. De verdampingsenthalpie is het verschil tussen de enthalpie van het verzadigde water en die van de verzadigde droge stoom. Enthalpie van de verzadigde stoom De enthalpie van de stoom die in onze ketel wordt gevormd, bestaat dus uit twee verschillende enthalpieën. De som van
Wij hadden het al over de term “luchtdruk”. Het gaat heel eenvoudig over de druk die door de atmosfeer rond de aarde wordt uitgeoefend op elk voorwerp en in elke richting. De drukeenheid is bar (1 bar = 100 kPa). Als water kookt op 100°C, oefent de lucht een druk van 1,01325 bar uit. Deze waarde ligt zo dicht bij 1, dat er gewoonlijk wordt gezegd dat de luchtdruk 1 bar bedraagt. Deze benadering is in bijna alle toepassingen bruikbaar. Komen we nu terug op onze cilinder met zijn zuiger zonder wrijvingen (fig. no. 1). Als we het water in de cilinder verwarmen tot er zich stoom vormt, hoopt de stoom zich onder de zuiger op totdat de druk van de stoom en de druk van het water in evenwicht zijn met het zuigergewicht. Als er zich nog verder stoom blijft vormen, zal de zuiger verder in de cylinder omhoog gedrukt worden, aldus de druk constant houdend. Indien het mogelijk zou zijn om meer water in de cylinder te pompen zou het waterpeil worden gehandhaafd en zou tegelijkertijd stoom ontsnappen, waardoor de zuiger zich nog verder naar boven verplaatst. Zoals eerder al vastgesteld, zal de temperatuur van het verzadigde water en van de stoom hoger liggen dan 100°C indien de cilinder of de ketel een druk heeft die hoger is dan de luchtdruk. Als de druk 10 bar absoluut bedraagt, zal de temperatuur van het verzadigde water 180°C bedragen. Om deze temperatuur te bereiken, moet het water een grotere “enthalpie van het verzadigde water” krijgen. Hoe hoger de druk daarentegen wordt, des te minder verdampingsenthalpie zal nodig zijn om het verzadigde water om te zetten in stoom. Bij hoge druk zijn de stoommoleculen dichter bij elkaar en hebben ze minder energie nodig om zich los te maken (want dan hebben ze al een hoog energieniveau) van het water. (Bij heel hoge druk [boven 221 bar] is het energieniveau van stoommoleculen precies hetzelfde als dat van watermoleculen en wordt de verdampingsenthalpie nul).
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05 20
Als 1 kg water (1 liter) volledig wordt omgezet in stoom, is het resultaat precies gelijk aan 1 kg. stoom. Het volume dat wordt ingenomen door een gegeven massa hangt evewel af van de druk waaraan de massa onderhevig is. Onder luchtdruk neemt 1 kg stoom bijna 1,673 m3 in. Bij een druk van 10 absolute bar zal deze kg stoom slechts 0,1943 m3 innemen. Het volume van 1 kg stoom bij een gegeven druk heet het “soortelijk volume” (symbool Vg). Het volume dat een massa eenheid stoom inneemt, neemt af naar gelang de druk toeneemt (zie fig. 2) TYPES STOOM Droge en natte stoom In de stoomtabellen zien we de eigenschappen van zogenoemde “verzadigde natte stoom”: dit is stoom die volledig is uitgedampt, zodat alle druppeltjes vloeibaar water eruit zijn verdwenen. In de praktijk bevat stoom dikwijls minuscule waterdruppeltjes; deze stoom kunnen we geen “verzadigde natte stoom” noemen. In de industriële processen of voor verwarmingstoepassingen is het echter vaak van cruciaal belang dat een zo droog mogelijke stoom wordt gebruikt. De kwaliteit van stoom wordt gekenmerkt door het “droogheidsaandeel”, d.i. de erin aanwezige proportie volledig droge stoom. Stoom wordt “vochtig” als hij zwevende waterdruppeltjes bevat. Die druppeltjes hebben geen soortelijke verdampingsenthalpie; ze hebben een bepaalde massa, maar beslaan een verwaarloosbare ruimte. Vochtige stoom neemt daarom minder volume in dan verzadigde droge stoom. Stoom is een doorzichtig gas maar de waterdruppeltjes geven het een wit, nevelig aanzicht, doordat ze het licht weerkaatsen (de zwevende waterdruppeltjes maken de vochtige stoom dus zichtbaar). Oververhitte stoom Zolang de stoom water bevat, beantwoord de temperatuur van de verzadigde stoom aan de waarde die in de stoomtabellen wordt aangegeven voor een druk. Gaat de warmte-uitwisseling echter verder nadat alle water is verdampt, dan stijgt de temperatuur van de stoom. Er wordt dan gesproken van “oververhitte” stoom; de temperatuur van die “oververhitte stoom” zal hoger zijn dan die van verzadigde stoom onder dezelfde druk. Verzadigde stoom condenseert zeer gemakkelijk op eender welk oppervlak dat een lagere temperatuur heeft.
Absolute druk (bar)
Stoom volume 15
10
5
0 0
1 Soortelijk volume - m3/kg
2 fig. 2
Aldus vermindert de stoom zijn enthalpie, die, zoals we zagen, het grootste deel van zijn energie vormt. Indien men daarentegen de temperatuur doet dalen, verliest de oververhitte stoom een deel van zijn enthalpie. Er doet zich geen enkele condensatie voor zolang de verzadigingstemperatuur niet is bereikt. Door oververhitte stoom wordt vaak minder energie getransporteerd dan door verzadigde stoom, zelfs als de oververhitte stoom een hogere temperatuur heeft.
Figuur 3 toont de enthalpie van de verzadigde stoom onder luchtdruk. Vergelijken we dit met Figuur 4, die de gewijzigde enthalpie van de verzadigde stoom bij een hogere druk (10 bar abs.) weergeeft. Op Figuur 4 is de enthalpie van elke kg verzadigde stoom enigszins gestegen (vermeerdering met 102,1 kJ). De enthalpie van het verzadigde water is echter duidelijk sterker gestegen (343,8 kJ), terwijl de verdampingsenthalpie gedaald is (met 247,7 kJ).
STOOM PRODUCTIE
Daaruit leiden we af dat:
De chemische energie in steenkool, gas of iedere andere ketelbrandstof, zet zich bij verbranding van de brandstof om in warmte-energie. Via de wand van de warmtebron van de ketel wordt deze warmte-energie overgedragen aan het water. Door deze energieoverdracht stijgt de tem-peratuur van het water en als het verzadigingspunt is bereikt, kookt het water. De toegevoegde warmte-energie, die de temperatuur van het water doet stijgen, heet de “enthalpie van het verzadigde water” (symbool hf). Op het kookpunt wordt het water “verzadigd” genoemd. Als de warmte-uitwisseling tussen de wand van de ketel en het water doorgaat, zal door de bijkomende enthalpie die wordt geproduceerd, de temperatuur van het water niet stijgen, maar zal het verdampen. Het water gaat dan over van vloeibare naar gasvormige toestand. De enthalpie die deze verandering van toestand teweegbrengt, zonder verandering van temperatuur, heet de “verdampingsenthalpie” (symbool hfg). De stoom die in onze ketel wordt geproduceerd, bevat dus twee soorten enthalpie: de enthalpie van het verzadigde water en de verdampingsenthalpie. Door die twee enthalpieën op te tellen krijgen we de “enthalpie van de verzadigde stoom” (symbool hg). Dan krijgen we: hf + hfg = hg.
l) Als de druk van stoom stijgt: - stijgt de enthalpie van de verzadigde stoom lichtjes - stijgt de enthalpie van het verzadigde water - daalt de verdampingsenthalpie ll) Als de druk van de stoom daalt: - daalt de enthalpie van de verzadigde stoom lichtjes - daalt de enthalpie van het verzadigde water - stijgt de verdampingsenthalpie Hoe meer de druk van de stoom dus daalt, hoe meer de verdampingsenthalpie stijgt. De vereenvoudigde grafiek van Mollier (Figuur 5) toont de overgang van water naar stoom en de effecten van de verhoging van de enthalpie in elk van deze fasen. De verticale as geeft de temperatuur weer. De horizontale as beantwoord aan de enthalpie, gedeeld door de temperatuur waarop de enthalpie wordt toegevoegd. Het gebruik van deze enigszins kunstmatige coëfficiënt betekent dat de zone onder de lijnen van de grafiek, de enthalpie verte-genwoordigt. Het is dus eenvoudiger deze informatie weer te geven in een diagram dan in de stoom-tabellen.
V905-05-3
9 05
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05
Verdampingsenthalpie 2257,0 kJ
Verdampingsenthalpie 2015,3 kJ
Enthalpie van verzadigde stoom 2778,1 kJ
Enthalpie van verzadigde stoom 2676,0 kJ
Enthalpie van verzadigd water 762,8 kJ
Enthalpie van verzadigd water 419,9 kJ
Fig. 4
Fig. 3
G T2 Drooghieds factor
Constante druk
E
200 T1
B
D
F
0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 C
Oververhitte zone
100
Verzadigde stoom
Enthalpie/°C
A
Soortelijke verdampingsenthalpie
Soortelijke enthalpie van de verzadigde stoom
Temperatuur - Enthalpie/°C Grafiek V905-05-4
Fig. 5
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05
Beschouwen we het punt van de grafiek waar het water op 0°C geen enkele enthalpie heeft, als A. Naarmate er enthalpie wordt toegevoegd, stijgt de temperatuur langs de curve AB. Punt B is het verzadigingspunt (kookpunt) T1 voor de druk in het systeem. Van punt B tot punt C, wordt de verdampingsenthalpie toegevoegd aan de constante temperatuur. Elke bijkomende toevoeging van enthalpie boven punt C zal de temperatuur van de stoom doen stijgen tot T2. Dat is wat gebeurt tussen C en D. Het deel van de grafiek rechts van de curve, bepaald door de punten C en D, vertegenwoordigt de oververhitte stoom en T2 - T1 is de waarde van oververhitting. Als de druk van het water en de stoom wordt verhoogd, krijgt men een curve van het type AEFG.
CONDENSATIE VAN DE STOOM Zodra de stoom uit de ketel komt, komt hij in contact met oppervlakken die een lagere temperatuur hebben, en begint hij een deel van zijn enthalpie af te geven. In de loop van dit proces zal een gedeelte van de stoom condenseren en terugkeren naar de vloeibare toestand op dezelfde tempe-ratuur. Dit proces is precies het omgekeerde van het proces waarbij het water in de ketel bij toevoer van warmte overgaat in stoom. De enthalpie die door de stoom bij het condenseren wordt vrijgemaakt komt overeen met de verdampingsenthalpie. Figuur 6 toont een vat dat wordt verwarmd door een spiraalslang. Dit soort systemen vinden we in elke installatie die gebruik maakt van stoom. Het vat is gevuld met het te verwarmen product en de stoom circuleert in de spiraalslang. Aldus geeft de stoom zijn verdampingsenthalpie af aan de wand, deze op zijn beurt geeft het door aan het te verwarmen product. Wanneer de stoom condenseert, vormt zich warm water, dat naar onderen in de spriaalslang stroomt. Dit “condensaat” moet vervolgens worden afgetapt. Als de condensatiesnelheid hoger is dan de snelheid waartegen het condensaat wordt afgetapt, vult de onderkant van de spiraal zich met water, zoals blijkt uit figuur 7. Dit fenomeen wordt “waterverzadiging” (waterlogging) genoemd. STOOMCIRCUIT De in de ketel geproduceerde stoom moet door een buissysteem worden getransporteerd naar de plaats waar de warmteenergie nodig is. Eerst zijn er één of twee hoofleidingen of “hoofdstoomleidingen” die uit de ketel vertrekken en de stoom
vervoeren naar de plaats waar hij zal worden gebruikt. Vervolgens is er een secundaire leiding die de stoom naar elke specifieke uitrusting voert. Wanneer men (geleidelijk) de afsluiter van de ketel opent, komt de stoom onmiddelijk uit de hoofdleiding. In het begin zijn de leidingen koud. De stoom brengt er dus zijn warmte op over. Ook de lucht die de buizen omgeeft, is kouder dan de stoom. Naarmate het circuit wordt opgewarmd, verspreidt de warmte zich in de lucht. Dit warmteverlies aan de omgeving brengt nog meer condensatie teweeg. Ongeacht of er veel of weinig enthalpie wordt verloren, het kan alleen gebeuren door condensatie van een deel van de stoom. Het water dat zich bij deze condensatie vormt, stroomt naar de bodem van het leidingwerk, maar wordt ook getransporteerd door de stoom-stroom. Wanneer een ASCO/JOUCOMATIC afsluiter, die geïnstalleerd is in een systeem dat stoom transporteerd opengaat, komen delen van de afsluiter (met een lagere temperatuur) in contact met de stoom die verdampinsenthalpie afstaat en condenseert. Een continue stoomstroom loopt nu van de ketel. Om de toevoer in stand te houden, moet steeds meer stoom worden gege-nereerd. Hiertoe wordt de warmtebron voorzien van brandstof en wordt water in de ketel
toegevoerd om het verlies van water te compenseren dat in het stoomproductieproces is verdampt. Het circuit is volledig doorlopen (zie figuur 8), wanneer al het condensatiewater teruggekeerd is in de toevoertank van de ketel. STOOM TABELLEN Wij hebben aangegeven dat er een verband is tussen de druk van de stoom en het verzadigingspunt. Wij hebben ook gemerkt dat de enthalpie van het verzadigde water, de verdampingsent-halpie en de enthalpie van de verzadigde stoom variëren en samenhangen met de druk: als de druk verandert, veranderen ook de volumes. Aangezien de enthalpiewaarden relateren aan een massa van 1 kg. worden ze “soortelijke enthalpie van het verzadigde water”, “soortelijke verdampingsenthalpie” en “soortelijke enthalpie van de verzadigde stoom” genoemd. Deze waarden worden aangeduid in de stoomtabel hierna. Om de temperatuur van de verzadigde stoom te berekenen bij een gegeven absolute druk, wordt de volgende vergelijking gebruikt: T = (Pa0,26) x 100 (°C) Pa = absolute druk
Door spiraal verwarmd vat
Fig. 6
9 05 Door spiraal verwarmd vat gedeeltelijk water verzadigd
Fig. 7
V905-05-5
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05
Stoom Bak
Bak
Systeem van herverwarming van de omgeving
Proces vat
Stoom Water toevoer
Kuip
Stoom Condensatie water Toevoertank Voedingspomp
Fig. 8
STOOMDEBIET
Q = Qm x Vg (m3/s)
Door de aard van de stoom moeten bij de berekening van de grootte van de circuitleidingen bepaalde regels in acht worden genomen. Wanneer de stoom door de leiding stroomt, treed als gevolg van de wrijving op de leidingwanden drukverlies op. Om dit verlies en de ermee gepaard gaande aantasting/slijtage te beperken, moet de stoomsnelheid in overeenstemming met de volgende warden worden gehouden:
V = Snelheid van de stoom (m/s) Q = Volumieke doorstroming (m3/h) Qm = Massadebiet van de stroming (kg/h) Vg = Massa volume van de stoom (m3/kg) A = Doorsnede leidingwerk (m2)
Hoofdstoomleiding Leiding secundaire stoom Gebruiksstoomleiding Leiding condensatiewater
: : : :
20 - 40 m/s 15 - 20 m/s 10 - 15 m/s 15 m/s
De snelheid van de stoom wordt berekend met de volgene vergelijking: Q A x 3600
Een indirect werkende magneetafsluiter met een doorstroomfactor van 4,3 (m3/u) en een minimaal werkdrukverschil van 0,35 bar wordt gebruikt op een stoomsysteem van 6 bar relatief. Voor de bovenvermelde toepassing wordt de minimale massa-doorstroming Qm als volgt berekend:
Met een leidingsysteem met doorsnede 1cm2 (12,7 mm diameter), onder een druk van 1 bar relatief, kan 10 kg stoom per uur worden getransporteerd bij een snelheid van ongeveer 25 m/s. Met het oog op de goede werking van de indirect werkende magneetafsluiters, is het belangrijk het minimale massadebiet te kennen voor werking van de afsluiter. Het massadebiet wordt uitgedrukt in kg/u en wordt berekend met de volgende vergelijking: Qm = Kv x Fgm
(kg/h)
Kv = doorstroomfactor Fgm= coëfficiënt grafiek
(m3/u) (kg/m3)
Selecteer in figuur 9 verticaal de toevoerdruk van 6 bar relatief; daarna horizontaal naar rechts verplaatsen tot men de drukvalcurve van 0,35 bar tegenkomt; onder dit punt ligt de waarde 35 op schaal Fgm (in absis). Qm = 4,3 x 35 = 150,5 kg/u Deze waarde beantwoordt aan de minimale massa-doorstroming die de leiding moet transporteren. Als het debiet kritiek is of niet is bereikt wordt, neemt men een afsluiter met een lagere doorstroomfactor (Kv).
PDRUKBEREIK 1A 10 bar DRUK AAN DE INGANG VAN DE AFSLUTER (manometrisch)
DRUKVERLIES DOOR DE AFSLUITER (bar)
DEBIETGRENSCURVE NIET LEZEN BUITEN DEZE CURVE
0
V905-05-6
0,6
1,2
1,8
2,4
3,0
3,6
4,2
4,8
5,4
6,0
6,6
GRAFIEK FACTOR Fgm (m3/h) 7,2 7,8 8,4 9,6 GRAFIEK FACTOR Fgl (l/min)
fig. 9
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05
STOOMTABEL
Temperatuur
Water (hf)
Verdamping (hfg)
Stoom (hg)
Massavolume van de stoom (Vg)
°C
kJ/kg
kJ/kg
kJ/kg
m3/kg
0,050
32,88
137,82
2.423,7
2.561,5
28,192
0,500
81,33
340,49
2.305,4
2.645,9
3,240
0,00
1,013
100,00
419,04
2.257,0
2.676,0
1,673
0,10
1,113
102,66
430,2
2,250,2
2.680,4
1,533
0,20
1,213
105,10
440,8
2.243,4
2.684,2
1,414
0,35
1,363
108,50
455,2
2.234,1
2.689,3
1,268
0,50
1,513
111,61
468,3
2.225,6
2.693,9
1,149
0,70
1,713
115,40
484.1
2.215,4
2.699,5
1,024
1,00
2,013
120,42
505,6
2.201,1
2.706,7
0,881
1,50
2,513
127,62
536,1
2.181,0
2.717,1
0,714
2,00
3,013
133,69
562,2
2.163,3
2.725,5
0,603
2,50
3,513
139,02
585,0
2.147,6
2.732,6
0,522
3,00
4,013
143,75
605,3
2.122,4
2.738,7
0,461
3,50
4,513
148,02
623,6
2.120,3
2.743,9
0,413
4,00
5,013
151,96
640,7
2.108,1
2.748,8
0,374
4,50
5,513
155,55
656,3
2.096,7
2.753,0
0,342
5,00
6,013
158,92
670,9
2.086,0
2.756,9
0,315
6,00
7,013
165,04
697,5
2.066,0
2.763,5
0,272
7,00
8,013
170,50
721,4
2.047,7
2.769,1
0,240
8,00
9,013
175,43
743,1
2.030,9
2.774,0
0,215
9,00
10,013
179,97
763,0
2.015,1
2.778,1
0,194
10,00
11,013
184,13
781,6
2.000,1
2.781,7
0,177
Soortelijke enthalpie Relatieve druk
Absolute druk
bar rel.
bar abs
9 05
V905-05-7
TECHNISCHE INFORMATIE SECTIE 9/05
ASCO/JOUCOMATIC EN STOOM Constructie met zuiger
Indirect werkende constructie met gekoppeld membraan
Constructie met vlakke sluitplaat en rechte doorlaat
Uiterst lichte zuigers in roestvast staal of in messing die de soepele afdichting volledig ondersteunen. Garanderen een lange levensduur, zelfs voor zware stoomtoepassingen.
Het membraan is mechanisch verbonden met de plunjer, waardoor werking vanaf 0 bar drukverschil mogelijk wordt. Ideaal model voor lage druk en hoge doorstroming.
Deze direct werkende magneetafsluiters met “vlakke sluitplaat” beperken drukval, interne turbulenties en hebben een zelfreinigende werking.
Constructie met schuine zitting en indirect werkende zuiger
“Schotelklep” constructie
Zuigerbediende constructie
Deze kleine direct werkende magneetafsluiters met een zitting van RVS hebben een lange levensduur, zelfs voor zware stoomtoepassingen.
Ideale afsluiters voor toepassingen met hoge druk en grote doorstroomfactor. De zuiger is uitgerust met een veer die de afsluiter volledig afsluit als de stuurdruk weg valt.
Deze magneetafsluiters maken met relatief kleine poorten een grote doorstroming mogelijk, dit alles zonder veel plaats in te nemen.
1
2
V905-05-8
