Verdampingssnelheid van water berekenen?

Menswetenschappen, natuurwetenschappen, cultuurwetenschappen, formele wetenschappen, toegepaste wetenschappen, interdisciplinair, ...

Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor zuurSTOF » 16 maart 2011, 14:51

Ben op zoek naar een formule om de verdampingssnelheid en watertemperatuur te bereken in een gesloten systeem.

Mijn systeem is het volgende:

Een verwarmingselement van 1000 watt
Een gesloten vat met 10 liter water in verbinding met een condensatievat en extra vacuümpomp.

Zonder condensatie en vacuüm weet ik dat mijn 10 liter na ongeveer 70 minuten 100 °C zal hebben (vertrekkende van 0 °C)

Nu is mijn vraag wat de verdampingssnelheid en de constante temperatuur van het water zal zijn in dit systeem? :?
zuurSTOF
 
Berichten: 1157
Geregistreerd: 21 okt 2006, 11:54
Woonplaats: Gent

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor willem_betz » 16 maart 2011, 15:30

Dat zal tevens afhangen van de druk in het vat. Meer druk geeft hoger kookpunt. Zoek eens op de kurve met het tripelpunt.
Als je de vacuumpomp laat draaien, dan gaat het zelfs koken zonder verwarmen.
Geloof je alle nonsens, of sommige niet? Hoe maak je het onderscheid?
De hevigste missionarissen en propagandisten voor kwakzalvers zijn vaak hun slachtoffers zelf.
Avatar gebruiker
willem_betz
Beheerder
 
Berichten: 4704
Geregistreerd: 24 okt 2006, 01:29

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor Jan Willem Nienhuys » 16 maart 2011, 17:08

Kennelijk vertrek je van 0 graden!

Ik snap de vraag niet goed. Als je damp gaat afvoeren, zal er uiteraard meer verdampen. Zolang de dampdruk boven het water gelijk is aan de maximum dampdruk bij die temperatuur zal er niet veel verdampen.

Maar als je damp gaat afvoeren, dan is er voor wat er meer verdampt warmte nodig, en zal het water langzamer opwarmen. De snelheid waarmee het water verdampt zal afhangen van de grootte van het oppervlak en misschien ook de luchtdruk boven het water.
Als je de lucht helemaal wegpompt zal de druk zakken onder de dampspanning die hoort bij de temperatuur van het water, en dan gaat alle energie van je verwarmingselement op aan 'koken', en wordt het water niet meer warmer.

Wat je moet weten is kennelijk de verdampingssnelheid bij gegeven druk en waterdampdruk en temperatuur per oppervlakte-eenheid.
Het is een lastig probleem, ik zou eens zoeken op 'evaporation rate' . Wat vind je van http://www.air-dispersion.com/usource.html
Dat geeft je een idee van hoe ingewikkeld het probleem is.
Jan Willem Nienhuys
 
Berichten: 787
Geregistreerd: 09 dec 2007, 11:09
Woonplaats: Waalre, Nederland

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor zuurSTOF » 16 maart 2011, 18:23

Bedankt voor de moeite, ik vreesde er al voor dat er geen eenvoudige formule voor ging zijn. Ik ga dit dan maar met een praktische proef trachten te achterhalen.
Een vacuümklok heb ik die als condensatievat kan dienen, enkel een gesloten vat met een verwarmingselement fabriceren, die ik met een darm kan aansluiten op de vacuümklok.
Dan kan ik wegen hoeveel er verdampt is en wat de constante temperatuur ongeveer zal zijn. Met die gegevens kan ik dan wel verder. Het in namelijk om te berekenen wat de zoetwater- en energieopbrengst kan zijn bij een OTEC-systeem in combinatie met zonne-energie. Het is principieel een zeer eenvoudig systeem om zo elektriciteit op te wekken en drinktwater te winnen.
zuurSTOF
 
Berichten: 1157
Geregistreerd: 21 okt 2006, 11:54
Woonplaats: Gent

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor zuurSTOF » 16 maart 2011, 20:26

Het verdampen van water kost energie, 540 cal. per gram, heb ik ergens kunnen vinden. Een eenvoudige berekening: als ik 1000 watt energie toevoeg zal er dus maximum 1,592 kg/uur kunnen verdampen. Denk ik? :?

Dat is alvast mijn voorspelling voor de test, wie doet beter? :D
zuurSTOF
 
Berichten: 1157
Geregistreerd: 21 okt 2006, 11:54
Woonplaats: Gent

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor willem_betz » 17 maart 2011, 03:14

lees nog eens en tracht te begrijpen wat Nienhuys en ik schreven:
als je met een vacuumpomp of -klok werkt dan verandert (verlaagt) de druk boven het water en kan het zelfs gaan koken (= sterk verdampen) bij kamertemperatuur. Berekeningen of metingen die geen rekening houden met de druk:
* atmosferisch in een open systeem of
* gewijzigd in een gesloten systeem of
* continu veranderend met werkende vacuumpomp
zijn zinloos.
Geloof je alle nonsens, of sommige niet? Hoe maak je het onderscheid?
De hevigste missionarissen en propagandisten voor kwakzalvers zijn vaak hun slachtoffers zelf.
Avatar gebruiker
willem_betz
Beheerder
 
Berichten: 4704
Geregistreerd: 24 okt 2006, 01:29

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor zuurSTOF » 17 maart 2011, 12:38

willem_betz schreef:lees nog eens en tracht te begrijpen wat Nienhuys en ik schreven:
als je met een vacuumpomp of -klok werkt dan verandert (verlaagt) de druk boven het water en kan het zelfs gaan koken (= sterk verdampen) bij kamertemperatuur. Berekeningen of metingen die geen rekening houden met de druk:
* atmosferisch in een open systeem of
* gewijzigd in een gesloten systeem of
* continu veranderend met werkende vacuumpomp
zijn zinloos.

Willem, je hebt gelijk, de uiteindelijke verdampingssnelheid zal van de configuratie van het systeem afhangen. En daar zijn een heleboel factoren die een rol gaan spelen.
Maar het belangrijkste wat ik wou weten kan ik afleiden uit het gegeven dat er bij 1 gram water verdampen, 540 cal. aan energie onttrokken wordt uit de vloeistof in het vat. Ik denk dat dit een constante is (?) die los staat van andere factoren.
Uiteindelijk is het de betrachting om in dergelijk systeem een maximale verdamping te realiseren, wat bijzonder goed lukt met dit vacuüm systeem, die voor het grootste deel tot stand komt door de condensatie.

Hoe dit systeem werkt: http://en.wikipedia.org/wiki/Ocean_thermal_energy_conversion

Hoe groter het verschil in temperatuur hoe groter het rendement.
zuurSTOF
 
Berichten: 1157
Geregistreerd: 21 okt 2006, 11:54
Woonplaats: Gent

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor Willem » 21 maart 2011, 15:06

De verdampingssnelheid hangt inderdaad af van verschillende factoren:
- de verdampingsoppervlakte (denk aan de winning van zout uit zeewater)
- de druk boven het verdampingsoppervlak (vacuümpomp of ventilator zal de verdamping versnellen)
- de lucht (of gas-) stroom boven het oppervlak: bij veel wind droogt de was sneller
- het vochtgehalte van die gasstroom: bij droog weer betere verdamping
- de dampspanning van het product, in dit geval water. En die dampspanning hangt in het geval van een zuivere stof zoals water af van het product zelf én de temperatuur (dampspanningscurve).

De verdampingswarmte van water is 2257 kJ/kg (de calorie is een verouderde en niet SI-eenheid!), maar dat geldt alleen bij atmosferische druk (1013 mbar). Bij lagere druk vergroot de verdampingswarmte(2305 bij 500 mbar), bij hogere druk verlaagt ze (1937 bij 15 bar overdruk). En om helemaal correct te zijn moet als eenheid voor druk Pa(scal) worden gebruikt en dan is de atmosferische druk 101300 Pa.
Willem
 
Berichten: 23
Geregistreerd: 26 okt 2006, 20:54

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor Jan Willem Nienhuys » 21 maart 2011, 16:52

De verdampingswarmte van water is 2257 kJ/kg ... bij atmosferische druk (1013 mbar). Bij lagere druk vergroot de verdampingswarmte(2305 bij 500 mbar), bij hogere druk verlaagt ze (1937 bij 15 bar overdruk).


Het is misschien nuttig om op te merken wat hier precies bedoeld wordt:
het gaat om de hoeveelheid warmte (uitgedrukt in kilojoule) om een kilo kokend water om te zetten in waterdamp bij dezelfde temperatuur en druk.

Als het dus gaat om 500 mbar, dan gaat het dus om water dat kookt bij 81,35 graden, en omgezet wordt in gas van 500 mbar.
Bij de overdruk van 15 bar gaat het om water dat kookt bij ongeveer 200 graden en dat omgezet wordt in gas van 16 (?) bar (ik vat overdruk op als het meerdere boven de atmosferische druk, want anders had er wel gewoon 'druk' gestaan).

De vraag van Zuurstof vat ik echter zo op dat hij wil weten hoeveel warmte er nodig is om bijvoorbeeld water van 60 graden (de
maximale dampspanning is dan 0,2 bar) te verdampen. Ik zou wel graag meer van thermodynamica weten, zodat ik zou begrijpen
hoe je het dan moet uitrekenen. Het lijkt me dat de luchtdruk boven het water en de snelheid waarmee de damp wordt afgevoerd wel van invloed zijn op de snelheid waarmee de verdamping plaats vindt (en dus impliciet de temperatuur waarbij dit gebeurt als de totale warmtetoevoer gegeven is), maar niet op hoeveel warmte er nodig is voor de omzetting in damp. Wat wel van belang is (denk ik), is wat de dampspanning is na verdamping. Als de tabel je vertelt hoeveel warmte je nodig hebt om water van 60 graden om te zetten in damp van 0,2 bar, dan komt de vraag naar de hoeveelheid warmte bij 0,1 bar erop neer dat de waterdamp (1 kg waterdamp bij 0,2 bar en 60 graden, bij benadering 7590 liter) nog isotherm moet expanderen tot het dubbele volume (kost 105 kJ als ik me niet verreken). Dus indirect is de efficiëntie van de waterdampafvoer wel van belang, die bepaalt namelijk hoe groot de dampdruk pal aan de oppervlakte is, en dus een niet onbelangrijke term in de benodigde hoeveelheid energie.

Ik denk dat Zuurstof gewoon nog maar flink moet studeren op de thermodynamica, want als hij (of zij) de verdampingswarmte van water nog moet opzoeken, dan mankeert daar kennelijk nogal wat aan. Maar dit forum is niet bedoeld voor bijles in de thermodynamica. Denk ik.
Jan Willem Nienhuys
 
Berichten: 787
Geregistreerd: 09 dec 2007, 11:09
Woonplaats: Waalre, Nederland

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor zuurSTOF » 21 maart 2011, 17:12

Een interessante tabel heb ik hier gevonden:

http://www.aqualitybv.eu/nl/stoomtabel.html

De totale energie die door verdamping onttrokken wordt, is de verdampingswarmte plus de vloeistoftemperatuur.
zuurSTOF
 
Berichten: 1157
Geregistreerd: 21 okt 2006, 11:54
Woonplaats: Gent

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor Jan Willem Nienhuys » 21 maart 2011, 18:16

dergelijke tabel met uitleg ook op:

http://www.thermexcel.com/english/tables/vap_eau.htm

maar "De totale energie die door verdamping onttrokken wordt, is de verdampingswarmte plus de vloeistoftemperatuur" is onzin. temperatuur is geen energie. Uiteraard is het zo dat als je water gaat verdampen (bijvoorbeeld door stevig blazen over de wateroppervlakte), de benodigde warmte aan de vloeistof wordt onttrokken. Daar berust de werking van zweet op en ook het blazen op een lepel soep en tal van koelinstallaties ook. Maar verdampingswarmte IS gewoon de energie benodigd voor verdamping, ongeacht waar die energie vandaan komt. Meer oefenen met thermodynamica, Zuurstof. Waarschijnlijk is grondige kennis van de natuurkunde zoals die tegenwoordig op de middelbare school wordt onderwezen al heel nuttig.
Jan Willem Nienhuys
 
Berichten: 787
Geregistreerd: 09 dec 2007, 11:09
Woonplaats: Waalre, Nederland

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor zuurSTOF » 21 maart 2011, 20:49

Jan Willem Nienhuys schreef:maar "De totale energie die door verdamping onttrokken wordt, is de verdampingswarmte plus de vloeistoftemperatuur" is onzin.
Als mijn aanvoertemperatuur 35 °C is, en mag dit laten koelen tot 30 °C, kan ik toch bereken hoeveel ik maximaal kan laten verdampen van zodra ik een zeker volume aanvoer ken. Het warm water is een gesloten circuit die via zonne energie wordt opgewarmd, en eventueel kan gebruikt worden voor algenkweek. Het te verdampen water wordt afgetapt van het koelwater, die voor de condensatie zorgt. Dit koelwater is ongeveer 20 °C (max) als het de warmtewisselaar verlaat. Dit moet dus nog 15 °C opwarmen voordat het de verdamper in gaat. Die verdamper zit volledig ondergedompeld in een bad waar bovenaan het warme water wordt aangevoerd en onderaan het afgekoelde water wordt afgevoerd. Die opwarming moet ik toch omzetten in energie die afkomstig is van het warm aanvoerwater?
Als ik het maximum rendement bereken, en dan alle "verlies" factoren ervan aftrek, kom ik uiteindelijk uit op het netto rendement.
zuurSTOF
 
Berichten: 1157
Geregistreerd: 21 okt 2006, 11:54
Woonplaats: Gent

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor Willem » 22 maart 2011, 11:21

Beste zuurSTOF,
wat betreft fysica op het niveau van middelbaar onderwijs is het belangrijk dat je volgende begrippen niet door elkaar haalt:
- verdampen en koken: water verdampt onder atmosferische omstandigheden ook bij 60°C en de nodige verdampingswarmte vind je in de stoomtabellen terug. Wanneer je dat water in een vacuümvat plaatst bij 0,2 bar begint het water te koken. Dat is een versnelde verdamping waarbij de overgang van vloeibaar naar damp niet alleen aan de oppervlakte maar ook in de vloeistof zelf gebeurt: de dampdruk wordt even sterk als de externe druk.
- verdampingswarmte en verdampingssnelheid: de specifieke verdampingwarmte kan je inderdaad uit de stoomtabellen halen (bvb. 2257 kJ/kg bij atmosferische druk). Verdampingssnelheid of beter nog het ‘verdampingsdebiet’ wordt uitgedrukt in m³/h (volumedebiet) of kg/h (massadebiet) en dat hangt af van een reeks factoren.
- voelbare en verdampingswarmte: bij voelbare warmte gaat het om een temperatuurswijziging, in jouw voorbeeld water dat koelt van 35°C naar 30°C. De formule daarvoor is Q=c.m.DT. Verdampingswarmte of meer algemeen ‘latente’ warmte kost meestal veel meer energie: Q=L.m. De ‘totale energie’ waar jij het over hebt is de som van voelbare én verdampingswarmte.

Voor het berekenen van industriële verdampers zitten we wel op een hoger dan middelbaar niveau. Men dient dan te berekenen wat de capaciteit van dergelijke verdampers (boilers) is en daarbij komen heel wat meer factoren om de hoek kijken zoals viscositeit, horizontale of verticale verdampers, natuurlijke of gedwongen convectie. Ik kan me nog wel herinneren dat in die formules nogal wat ‘dimensieloze’ getallen voorkwamen zoals Prandtl, Grasshof, Nusselt en het meer bekende Reynoldsgetal (stromingsleer).
Willem S (want met al die Willemen op het forum!)
PS. ik ben even gaan kijken naar de stoomtabel onder ‘aqualitybv.eu’ en daar dien je wel op te merken dat de tabelhoofding verschoven is! De laatste 4 titels moeten naar rechts worden gebracht.
Willem
 
Berichten: 23
Geregistreerd: 26 okt 2006, 20:54

Re: Verdampingssnelheid van water berekenen?

Berichtdoor willem_betz » 27 maart 2011, 04:32

en voetjes op veilige grond: als je water wil laten verdampen in een gesloten systeem, door toevoegen van warmte, dan moet er afvoer van de damp of overdrukbeveiliging zijn, zoniet....BOEM !!! , dus als je geen boem wil, dan mag het systeem niet gesloten zijn, en zijn er dus steeds andere invloeden, en moet je rekenen met een dynamisch systeem.
Je zou ook gewoon eens kunnen kijken naar wiki hoe een koelkast werkt :wink:
Geloof je alle nonsens, of sommige niet? Hoe maak je het onderscheid?
De hevigste missionarissen en propagandisten voor kwakzalvers zijn vaak hun slachtoffers zelf.
Avatar gebruiker
willem_betz
Beheerder
 
Berichten: 4704
Geregistreerd: 24 okt 2006, 01:29


Keer terug naar Wetenschap

Wie is er online

Gebruikers op dit forum: Geen geregistreerde gebruikers. en 1 gast

cron