Dampftafel, Enthalpie und Dampfenergie berechnen

Wozu dient eine Dampftafel?

Die von Dampf transportierte Energie wird durch die Enthalpie und nicht durch die Temperatur beschrieben. Wasser und Dampf gleicher Temperatur unterscheiden sich energetisch stark. Zur Verdampfung eines Kilogramms Wasser bei etwa 100 °C und 1 bar werden ungefähr 2257 kJ benötigt. Eine Dampftafel enthält diese Werte für Druck und Temperatur. Dieser Rechner bestimmt sie aus den Gleichungen nach IAPWS-IF97 statt aus gedruckten Tabellen. Eine manuelle Interpolation entfällt.

Sattdampf, Nassdampf und überhitzter Dampf

Gesättigte Flüssigkeit ist Wasser am Siedepunkt mit der Enthalpie h_f.

Gesättigter Dampf ist vollständig verdampftes Wasser bei derselben Temperatur mit der Enthalpie h_g. Die Differenz ist die Verdampfungsenthalpie: h_fg = h_g − h_f.

Nassdampf enthält Tröpfchen. Bei einem Dampfgehalt x gilt h_x = h_f + x × h_fg.

Überhitzter Dampf wurde über die Sättigungstemperatur hinaus erwärmt. Für seine Stoffwerte sind Druck und Temperatur erforderlich.

Wie bestimmt man die Kesselleistung?

Die Wärmeleistung an den Dampf ist der Dampfmassenstrom mal Enthalpiezunahme: Q = ṁ × (h_steam − h_feedwater). Beispiel: Die Erzeugung von 1000 kg/h trockenem Sattdampf bei 10 bar absolut aus Speisewasser mit 80 °C erhöht die Enthalpie von 335,8 auf 2777,1 kJ/kg. Die Zunahme beträgt 2441,3 kJ/kg und die Leistung 1000 / 3600 × 2441,3 = 678 kW. Bei 90 % Kesselwirkungsgrad beträgt die Brennstoffleistung 753 kW.

Was ist Entspannungsdampf?

Wird heißes Kondensat von hohem auf niedrigen Druck entspannt, verdampft ein Teil durch die überschüssige Wärme. Der Anteil beträgt x = (h_f1 − h_f2) / h_fg2. Bei Kondensat von 10 bar auf 1 bar verdampfen etwa 15 % seiner Masse. Wird dieser Dampf in einer Niederdruckleitung genutzt, geht seine Energie nicht verloren.

Absolutdruck oder Überdruck?

Dampftafeln verwenden Absolutdruck, ein Manometer vor Ort zeigt Überdruck. Zeigt es 9 bar, beträgt der Absolutdruck etwa 10 bar. Wählen Sie die richtige Druckart. Der Temperaturfehler hängt vom Druck ab und kann bei niedrigen Drücken erheblich größer sein.

Grenzen

Das Werkzeug behandelt Sattdampf unter 350 °C und überhitzten Dampf unter 800 °C. Der Bereich nahe dem kritischen Punkt mit Sättigung oberhalb von etwa 165 bar und einem kritischen Punkt bei etwa 374 °C und 221 bar wird nicht berechnet. Die Ergebnisse gelten für reines Wasser. Reales Kesselwasser mit gelösten Gasen, Salzen und Öl weicht leicht davon ab.

Häufige Fragen

Wie berechnet man die Enthalpie von Sattdampf?

Bei 1 bar Absolutdruck hat trockener gesättigter Wasserdampf beispielsweise eine spezifische Enthalpie von 2675 kJ/kg. Der Dampftafelwert wird aus Beziehungen der freien Gibbsenergie bestimmt. Diese Vorberechnung gilt für reines Wasser und berücksichtigt weder den kritischen Bereich noch gelöste Stoffe oder den Kesselwirkungsgrad.

Mit diesen Werten berechnen