Springen naar inhoud

Relatie water en temperatuurdaling


  • Log in om te kunnen reageren

#1

scully

    scully


  • 0 - 25 berichten
  • 25 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 juni 2008 - 09:23

Hallo, ik ben bezig met het berekenen van het eventuele extra vermogen van hoge druk waterinjectie op een gasturbine. Het water wordt onder een druk van 100 bar bij 180 graden Celcius ingespoten, en door de hoge inspuitdruk verdampt het water in enkele milliseconden. Nu weet ik dat beide situatie's een bepaalde enthalpie waarde hebben, dat maal de flow levert dan het vermogen op, maar hoe bereken in het effect op de temperatuur?

Dit forum kan gratis blijven vanwege banners als deze. Door te registeren zal de onderstaande banner overigens verdwijnen.

#2

scully

    scully


  • 0 - 25 berichten
  • 25 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 juni 2008 - 09:28

Dit is wat ik er zo even over kan vinden:

http://www.tophat-tu...e.nl/swirln.htm

KOELEN DOOR TE VERWARMEN?



Het principe om te koelen door te verwarmen is simpel. De verdampingswarmte van water is zeer groot. Tijdens het verdampen absorbeert het verdampende water meer warmte uit de omgeving dan dat er warmte wordt toegevoegd door het hete water. Dientengevolge daalt de temperatuur van de omgeving. De verdampingsenergie hangt wel af van de temperatuur (zie onderstaande figuur); bij de kritische temperatuur is deze zelfs nul.Maar in het temperatuurgebied van 150-250 C is de verdampingsenergie van voldoende praktisch belang om verdampingskoeling in machines als compressoren te kunnen realiseren.

#3

scully

    scully


  • 0 - 25 berichten
  • 25 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 juni 2008 - 10:07

De verdampingswarmte van water is 2258 kJ/kg. De flow van de waterinjectie is 2 kg/s.

(kJ/kg)*(kg/s)=kJ/s

2258*2=4516kW

Er gaat 122,6 kg/s lucht naar binnen.

Klopt dit dan?

(kJ/s)/(kg/s)=kJ/kg

4516/122,6=36,8 kJ/kg lucht nodig wat resulteerd in een temperatuur daling?

#4

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 04 juni 2008 - 10:33

WAAR wil je dat water injecteren? Aan de inlaat van de luchtcompressor?

Stel dat de lucht 20 oC is hoeveel denk je dat af te kunnen koelen door injecteren van water? Als het koud water zou zijn dan kun je nooit lager komen dan de adiabatische verzadigingstemperatuur, zeg maar natteboltemperatuur. Met heet water zal de afkoeling nog minder voorstellen.

De soortelijke warmte van lucht is ongeveer 1 kJ/kg.K
Om 2 kg/s water te verdampen zou de enthalpie van de lucht moeten dalen met 36,8 kJ/kg (volgens jouw berekening), oftewel een temperatuurdaling van 37 oC. Volstrekt onmogelijk natuurlijk. Dit negeert volledig dat lucht van een bepaalde temperatuur maar een bepaalde hoeveelheid waterdamp kan bevatten, zie een stoomtabel. Bij lucht beneden de 0 oC is dat vrijwel niets.

Het overgrote deel van die 2 kg/s water zal dan ook niet verdampen maar als waterdruppels de compressor in gaan.

Lees eerst eens wat goede theorie. Maar dit is eigenlijk niets voor amateurs. Voordat je water in een compressor injecteert altijd eerst contact opnemen met de fabrikant.
Hydrogen economy is a Hype.

#5

scully

    scully


  • 0 - 25 berichten
  • 25 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 juni 2008 - 11:00

Het water wordt dan inderdaad geÔnjecteerd aan de inlaat van de compressor.

Hoeveel ik die lucht dan af kan koelen, wil ik juist weten. Die 37 graden temperatuur daling had ik ook al berekend, en dat leek mij ook een beetje veel van het goede.
Maar in de link die ik meestuurde hebben ze het ook over een temperatuurdaling van 40 graden, terwijl het geÔnjecteerde water daar ook ver boven het kookpunt zit.

#6

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 04 juni 2008 - 11:39

De mogelijke temperatuurdaling hangt af van het watergehalte (vochtigheid) van de lucht. Als de relatieve vochtigheid 100 % is is de temperatuurdaling 0 oC. De vochtigheid bepaalt de adiabatische verzadigingstemperatuur, oftewel de natteboltemperatuur. Dit is de laagste temperatuur die je kunt bereiken. Ik ga de theorie hier niet allemaal uitleggen. Die natteboltemperatuur kun je heel eenvoudig zelf meten met ..... juist ja, een thermometer met een nat kousje eraan.

Maar in de link die ik meestuurde hebben ze het ook over een temperatuurdaling van 40 graden

Nou, er staat inwerkelijkheid:

Warme lucht (100 C) stroomt door de buis.........De temperatuur van de lucht zakte naar ca 60 C.

Dat is heel iets anders dan denken dat je ook 40 graden kunt koelen van 20 oC naar -20 oC. Bij 60 oC is de dampspanning van water 0,20 bar maar bij 20 oC slechts 0,023 bar en bij -20 oC zo goed als nul.
Hydrogen economy is a Hype.

#7

scully

    scully


  • 0 - 25 berichten
  • 25 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 juni 2008 - 12:29

Ik wou er alleen even mee aangeven dat daar wel een temperatuurdaling van 40 graden gerealisseerd werd, als reactie op jou dat dat volstrekt onmogelijk was. Dat er bij een hogere temperatuur meer vocht in de lucht kan zitten snap ik ook wel, en dat mijn berekening niet klopt snap ik ook wel, daarom kom ik hier ook, om te vragen hoe het wel moet.

Veranderd door scully, 04 juni 2008 - 12:34


#8

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 04 juni 2008 - 13:31

Ik wou er alleen even mee aangeven dat daar wel een temperatuurdaling van 40 graden gerealisseerd werd, als reactie op jou dat dat volstrekt onmogelijk was.

Toch zal ik het nog een keer zeggen want het dringt blijkbaar nog steeds niet door: Het is volstrekt onmogelijk om lucht van 20 oC door waterinjectie een temperatuurdaling van 40 graden te geven.

En voor de derde keer: de laagste temperatuur die je kunt bereiken is de natteboltemperatuur van de lucht.
Bij lucht van 20 oC en 60 % RH is de natteboltemperatuur 15 oC. Dat is dan dus de temperatuur die je bereikt door waterinjectie.

Je kunt het ook proberen te berekenen, maar dat vergt wat iteratie of trial-and-error om de juiste temperatuur te vinden:
Enthalpie van water bij 180 oC is 763 kJ/kg
Enthalpie van waterdamp bij de geschatte uiteindelijke temperatuur van 15 oC is 2528 oC
Verdampingswarmte van water is in dit geval dus: 2528 - 763 = 1765 kJ/kg (en niet wat jij berekende)

De maximale dampspanning van water bij 20 oC is 0,0234 bar (stoomtabel)
Bij 60 % RH is de werkelijke partieeldruk 0,60 * 0,0234 = 0,0140 bar. Bij een atmosferische druk van 1 bar is dat dus 0,0140 mol H2O per 0,986 mol droge lucht = 0,0142 mol H2O/mol droge lucht

Bij 15 oC is de maximale dampspanning van water 0,0171 bar (stoomtabel) = 0,0171 mol H2O per 0,9829 mol droge lucht = 0,0174 mol/mol

Er kan dus nooit meer water verdampen dan de toename van 0,0142 mol/mol (20 oC en 60 % RH) en 0,0174 mol/mol (verzadigd bij 15 oC) en dat is 0,0032 mol H2O/mol droge lucht = 0,0020 kg H2O/kg lucht

Om 0,0020 kg H2O te verdampen kost 0,0020 kg/kglucht * 1765 kJ/kg = 3,53 kJ/kglucht. Daardoor koelt de lucht dus ongeveer 3,5 oC af van 20 oC tot 16,5 oC. Dat is iets hoger dan de geschatte temperatuur van 15 oC dus moet je de hele berekening nog een keer van voren af aan doen, en wellicht nog een keer. Je eindigt dan waarschijnlijk ergens rond de 15,5 oC.

Maar het moge duidelijk zijn: de afkoeling zal bij lucht van 20 oC nooit meer dan enkele graden bedragen, simpelweg omdat er bij dit soort lage temperaturen nauwelijks water kan verdampen.

Als je 2 kg/s water injecteert in 122,6 kg/s lucht van 20 oC en 60 % RH zal er maar 0,3 kg/s verdampen.

Veranderd door Fred F., 04 juni 2008 - 13:32

Hydrogen economy is a Hype.

#9

scully

    scully


  • 0 - 25 berichten
  • 25 berichten
  • Gebruiker

Geplaatst op 04 juni 2008 - 13:51

Dank je wel, hier kan ik dus wat mee.



Toch zal ik het nog een keer zeggen want het dringt blijkbaar nog steeds niet door: Het is volstrekt onmogelijk om lucht van 20 oC door waterinjectie een temperatuurdaling van 40 graden te geven.


dat mijn berekening niet klopt snap ik ook wel, daarom kom ik hier ook, om te vragen hoe het wel moet.


Dat had ik dus al door voordat ik hier postte.

#10

Fred F.

    Fred F.


  • >1k berichten
  • 4168 berichten
  • Pluimdrager

Geplaatst op 20 juni 2008 - 16:20

Naar aanleiding van een verzoek:

De natte-bol-temperatuur oftewel adiabatische verzadigingstemperatuur kan afgelezen worden van een psychrometrische kaart.

Begin onderaan met de (droge bol)temperatuur (dry bulb temperature) van de lucht, bijvoorbeeld 20 oC en volg de lijn vertikaal omhoog tot deze de lijn met de relatieve vluchtigheid (relative humidity) snijdt, bijvoorbeeld die van 60 %. Dit snijpunt ligt tussen de lijnen van constante natte bol (wet bulb) temperatuur die van links boven naar recht onder lopen. In dit geval zie je dat de natte bol temperatuur ongeveer 15,2 oC is (door interpolatie tussen de schuine 15 en 16 graden lijnen).
Hydrogen economy is a Hype.





0 gebruiker(s) lezen dit onderwerp

0 leden, 0 bezoekers, 0 anonieme gebruikers

Ook adverteren op onze website? Lees hier meer!

Gesponsorde vacatures

Vacatures