Wat gaan we doen? Koken van water: wat gebeurt er ( temperatuur, energie, druk) Leren opzoeken in stoomtabellen. Diagrammen van water en stoom

Transcriptie

1 Si klas 1 Pagina 1 Wat gaan we doen? dinsdag 30 januari :43 Koken van water: wat gebeurt er ( temperatuur, energie, druk) Leren opzoeken in stoomtabellen Diagrammen van water en stoom Een stoominstallatie

2 dinsdag 30 januari :08 Koken bij vaccumdruk Wij weten: Water kookt bij 100 C, maar dat is dan bij 1013 mbar ( ong. 1 bar) Als we de druk veranderen dan kookt water bij een andere temperatuur. Lager dan 100 C bij lagere druk dan 1 bar Hoger Dan 100 C bij hogere druk. Moleculen hebben snelheid en botsen voortdurend. Moleculen die dicht bij elkaar zitten trekken elkaar aan ( vd Waals krachten) We moeten energie toevoeren aan het water om de temperatuur te verhogen Bij het koken bewegen de moleculen zo snel dat ze loskomen van elkaar, de vd Waals krachten worden overwonnen. Om te laten verdampen moeten de vd Waals krachten eerst nul worden. ( ze trekken elkaar niet meer aan). In damp zijn de moleculen los van elkaar. Si klas 1 Pagina 2

3 Stoom-Tabellen dinsdag 30 januari :32 In de stoomtabellen kun je opzoeken wanneer water kookt bij 2 bar Ook wanneer water kookt bij 40 C Stoomtabellen gaan alleen over water Dit moet je weten: Druk meten Mpa Bar Pa Pa 0,3 bar 12 Mpa 2 bar 100 bar 0,4 bar 0,003 bar 0,03 Mpa Si klas 1 Pagina 3

4 Si klas 1 Pagina 4 Verzadigingstoestanden (let goed op) dinsdag 30 januari :51 Wat betekent "verzadigd": Taal: Je zit helemaal vol, (er kan geen vis-stickie meer bij) Als er damp wordt gemaakt dan gaan er moleculen uit de vloeistof-fase over naar de damp-fase (fase verandering). Maar er gaan altijd ook moleculen damp terug naar de vloeistof. Dus er gaan moleculen uit het water en andere moleculen gaan terug. Als er evenveel uit de vloeistof komen als er weer in gaan dan zeggen we: Er is een evenwicht tussen het aantal wat damp wordt en het aantal wat vloeistof wordt. Evenwicht betekent: er is iets gelijk. Dan is de druk van de watermoleculen even groot geworden als de druk van de lucht, het water kookt. Als er evenwicht is in de dampfase dan noemen we dat de verzadigde toestand. Onthoud dit goed: - Er zijn 2 fasen in dezelfde ruimte, gas en vloeistof. - De dampfase zit zo vol dat er niets meer bij komt. Voor elke molecule die verdampt gaat er ook een terug naar de vloeistof. Die 2 aantallen zijn in evenwicht met elkaar. - Verzadigd water en Verzadigde damp

5 Si klas 1 Pagina 5 Oefeningen dinsdag 30 januari :03 Gedaan een paar oefeningen met En met tabel 2 Temperatuur tabel voor Druk tabel voor verzadigingstoestanden.

6 Si klas 1 Pagina 6 Damp of gas? dinsdag 30 januari :59 Onthoud dit goed: Een gas kun je nooit zien Een damp kun je zien omdat er (bijna) altijd 2 fasen zijn (gas en "zeer kleine" druppeltjes) en vloeistof kun je zien. Waarom staat er "bijna"? Ook als je in een vat gevuld met verdampt water 1 druppeltje tegenkomt dan moet je zeggen: er zijn 2 fasen!

7 Si klas 1 Pagina 7 h-p diagram dinsdag 6 februari :31 Definitie: Enthalpie van water is de inwendige energie die in 1 kg zit. Letter: h Eenheid: kj/kg In de stoomtabellen kun je opzoeken hoeveel inwendige energie er zit in water bij een bepaalde temperatuur en druk. In de tabellen 1 en 2 vind je steeds 2 waarden voor enthalpie: h w en h d In deze tabellen vind je waarden alleen bij verzadigingstoestanden In tabel 3 vind je veel andere waarden, dan zijn er niet-verzadigde toestanden. Wat was verzadigd ook al weer?

8 Si klas 1 Pagina 8 Verwarmen, verdampen, oververhitten maandag 12 februari :22 Tabel 1 Op temperatuur gesorteerd: alles in kokende toestand = verzadigde toestand t, p, hw, hd, sw, sd, vw, vd Tabel 2 Op druk gesorteerd: alles in kokende toestand = verzadigde toestand p, t, hw, hd, sw, sd, vw, vd Tabel 3 Voor gesorteerde drukken in kolomvorm: Temperatuur steeds 10 of 20 C erbij: alles onverzadigd: t, h, s, v In de tabel vind je v dat is het volume van 1 kg Vraag als het volume van 1 kg nu eens 20 m 3 is hoeveel is dan de dichtheid?

9 Si klas 1 Pagina 9 Opgavenblad 1 dinsdag 13 februari :05 Aantal oefeningen gedaan Stoom en gebruiks doelen Stoom locomotie en cylinders Stoomturbine Stoomspiraal voor verwarming Hoe wordt in een ketel stoom gemaakt. Stijgpijp, valpijp, drum, natuurlijke circulatie Filmpje begonnen over produktie cochran ketel: Cochran - Boiler Ma...

10 kringloop dinsdag 20 februari :03 Si klas 1 Pagina 10

11 Ketel en installatie dinsdag 20 februari :56 p Si klas 1 Pagina 11

12 dinsdag 20 februari :49 Si klas 1 Pagina 12

13 dinsdag 20 februari :52 Si klas 1 Pagina 13

14 Si klas 1 Pagina 14 Programma 6 maart dinsdag 6 maart :31 Kringloop van water en stoom in een turbine installatie Opgenomen warmte nuttig gebruiken Nuttige warmte in elektriciteit omzetten De TURBINE Bouw, onderdelen Doorstroming van stoom in een turbine Kracht en energie van de as van een turbine

15 Si klas 1 Pagina 15 Snelheden van de stoom dinsdag 6 maart :03 Eerst een experiment: Je zit in een tram en deze beweegt 10 m/s over de rails Jij verplaatst je in de tram over 3 m (naar de andere kant) ook in 1 sec Vraag: Wat is je snelheid geweest in deze sec? Antw.: 10m naar rechts en 3 m naar beneden samen wortel ( ) = 11, m Je moet de 2 verplaatsingen als vectoren optellen en dan de lengte berekenen met pythagoras

16 Si klas 1 Pagina 16 Snelheden van stoom 2 dinsdag 6 maart :08 Er zijn hier ook 3 snelheden: De snelheid van de schoep noemen we U De snelheid van de stoom noemen we C En De snelheid van de stoom ten opzichte van de schoep, die noemen we W Dan zal, net als bij de tram in ons experimentje, het volgende gelden: In vectoren: C = U + W We krijgen dus altijd een driehoekje van C, u en w.

17 Experiment met een over 180 graden gebogen schoep dinsdag 6 maart :13 Stel onze schoep ( een halve cirkelboog) is zo glad gemaakt dat de stoom geen weerstand ondervindt. Dan zal er geen wrijving zijn voor de stoom, die glijdt er zo langs zonder snelheid te verliezen. Newton: Snelheid is relatief U Cin W Cuit Als je op de schoep zit zie je een andere snelheid :) ( Als je in de tram hard loopt zeg 3 m/s, heb je een andere snelheid;) In de ruimte, als er geen wrijving en ook geen aantrekkingskracht is geldt: Geen kracht dan blijft de snelheid constant en in dezelfde richting. Is er Kracht in de richting van de snelheid dan versnelling. Is er Kracht op voorwerp met snelheid in andere richting dan richtingsverandering van het voorwerp (versnelling in een andere richting) Andersom geldt ook: Als een voorwerp van snelheid verandert dan is er een kracht Als een voorwerp van richting verandert dan is er kracht Eeeehhhhh Si klas 1 Pagina 17

18 Berekenen van de snelheid C dinsdag 13 maart :47 Hoofdwet: energie kun je wel omzetten maar gaat nooit verloren. De verandering van de inwendige energie geeft een verandering van de kinetische energie. Verandering inwendige energie? Verandering van kinetische energie? dat is verandering van h (enthalpie) Dat is verandering van snelheid Uitleg: Δh = 0,5*m*c eind 2-0,5*m*c begin 2 We komen dan op de formule van Zeuner. C eind = 2000xdh Δh = 0,5*m*(c eind 2 - c begin 2 ) Als c begin heel klein is vergeleken met c eind Dan is het kwadraat nog kleiner vergeleken. dan kun je c begin weglaten; je houdt over: Δh = 0,5*m*c eind 2 Verder rekenen geeft dan de formule van Zeuner. - Vul voor h dan in kj/kg - Je krijgt dan C eind in m/s Si klas 1 Pagina 18

19 Berekenen dinsdag 13 maart :52 Stoom voor de straalbuizen p= 60 bar T = 400 C C = 5 m/s Na de straalbuizen: p= 2 bar t= 250 C Bereken de snelheid C na de straalbuizen 3180,1 2971,2 Dh = 3180,1-2971,2=208,9 C = wortel(2000*208,9)=646, Stoomsnelheid is 646,4 m/s Si klas 1 Pagina 19

20 De Laval dinsdag 13 maart :45 Si klas 1 Pagina 20

21 Si klas 1 Pagina 21 Snelheidsdriehoeken van een Laval turbine dinsdag 20 maart :06 Stoom aanvoersnelheid C1 Schoep rotatie snelheid U Relatieve stoomsnelheid W1 Met deze 3 snelheden heeft een stoomdeeltje te maken. Energie wordt afgegeven door richtingverandering Hierdoor verandert de snelheid van de stoom En snelheidsverandering geeft een energie verandering: Kinetische energie van de stoom wordt kleiner > energie wordt afgegeven aan de schoepen Behandelen voorbeeld. Hoe teken je de snelheidsdriehoeken? Doen.. Film: van "wet tot watt" film

22 Sommen dinsdag 20 maart :13 C= 800 m/s Hoek van C = 22 gr u= 200 m/s M = 2,5 kg/s aan stoom massa 1) 2) Teken de snelheidsdriehoeken Bereken het vermogen van deze turbine Si klas 1 Pagina 22

23 Si klas 1 Pagina 23 Snelheidsdriehoeken dinsdag 27 maart :18 Bij een laval turbine is: C1 = 750 m/s Hoek van c1 = 23 graden Schoepsnelheid = 250 m/s a) b) Teken de snelheidsdriehoeken Hoe groot is de stoomsnelheid na de schoepen?

24 Si klas 1 Pagina 24 dinsdag 27 maart :22 p (bar) h w h d

25 dinsdag 27 maart :51 Si klas 1 Pagina 25