Wenn eine Flüssigkeit verdampft, durchläuft sie einen Prozess, bei dem

• die Flüssigkeit sich bis zur Verdampfungstemperatur erwärmt
• die Flüssigkeit bei der Verdampfungstemperatur verdampft, indem sie ihren Zustand von Flüssigkeit zu Gas ändert
• der Dampf sich über die Verdampfungstemperatur hinaus erwärmt. Überhitzung

Die Wärme, die bei einer Temperaturänderung auf einen Stoff übertragen wird, wird oft als fühlbare Wärme bezeichnet. Die Wärme, die für die Zustandsänderung bei der Verdampfung erforderlich ist, wird als latente Verdampfungswärme bezeichnet.

Der häufigste Dampf ist verdampftes Wasser – Dampf oder feucht.

Enthalpie

Die Enthalpie eines Systems ist definiert als die Masse des Systems – m – multipliziert mit der spezifischen Enthalpie – h – des Systems und kann ausgedrückt werden als:

H = m h (1)

wobei

H = Enthalpie (kJ)

m = Masse (kg)

h = spezifische Enthalpie (kJ/kg)

Spezifische Enthalpie

Die spezifische Enthalpie ist eine Eigenschaft der Flüssigkeit und kann ausgedrückt werden als:

h = u + p v (2)

wobei

u = innere Energie (kJ/kg)

p = absoluter Druck (N/m2)

v = spezifisches Volumen (m3/kg)

Ein Teil der Wasserdampf – Dampf – Eigenschaften kann in einer Tabelle ausgedrückt werden als:

Für vollständige Tabelle mit Enthalpie und Entropie – Bildschirm drehen!

• s ist die Dampfentropie
• suffix – f – bezieht sich auf gesättigte Flüssigkeit
• suffix – g – bezieht sich auf gesättigten Dampf – Dampf

Die innere Energie – u – kann aus (2) berechnet werden und wird in Tabellen oft weggelassen. vf – ändert sich sehr wenig und wird ebenfalls oft weggelassen.

• 1) bezieht sich auf das absolute Vakuum.
• 2) bezieht sich auf das Sieden von Wasser bei Standardatmosphäre.
• 3) bezieht sich auf den kritischen Punkt von Wasser. Für Drücke oberhalb des kritischen Punktes gibt es keinen eindeutigen Übergang von Flüssigkeit zu Dampf.

Spezifische Enthalpie von gesättigtem Wasser

Die spezifische Enthalpie von gesättigtem Wasser – hf – kann aus den oben genannten Tabellen entnommen werden. Der Wert hängt vom Druck ab.

Für gesättigtes Wasser bei Standardatmosphäre – 2) – beträgt die spezifische Enthalpie – hf – 419 kJ/kg. Bei Standardatmosphäre – 1 bar – beginnt Wasser bei 100 oC zu sieden (212 oF).

Die spezifische Enthalpie von Wasser (in SI-Einheiten) kann berechnet werden aus:

hf = cw (tf – t0) (3)

wobei

hf = Enthalpie von Wasser (kJ/kg)

cw = spezifische Wärme Wasser (4.19 kJ/kg.oC)

tf = Sättigungstemperatur (oC)

t0 = Bezugstemperatur = 0 (oC)

Spezifische Enthalpie von Sattdampf

Die spezifische Enthalpie von Sattdampf – hg – kann aus den obigen Tabellen entnommen werden. Der Wert hängt vom Druck ab.

Für Sattdampf bei Standardatmosphäre – 2) – beträgt die spezifische Enthalpie – hg – 2676 kJ/kg.

Die spezifische Verdampfungsenthalpie kann berechnet werden aus:

he = hg – hf (4)

wobei

he = spezifische Verdampfungsenthalpie (kJ/kg)

Die spezifische Verdampfungsenthalpie für Wasser bei Standardatmosphäre ist:

he = (2676 kJ/kg) – (419 kJ/kg)

= 2257 (kJ/kg)

Beispiel – Energie zum Verdampfen von Wasser

Die Energie zum Verdampfen einer bestimmten Menge Wasser kann berechnet werden als

Q = er m (4b)

wobei

Q = Verdampfungsenergie (kJ)

m = Masse des Wassers (kg)

Die Energie zum 5 kg Wasser bei atmosphärischem Druck zu verdampfen, kann wie folgt berechnet werden

Q = (2257 kJ/kg) (5 kg)

= 11285 kJ

Spezifische Enthalpie von überhitztem Dampf

Die spezifische Enthalpie von überhitztem Dampf kann berechnet werden aus:

hs = hg + cps (ts – tf) (5)

wobei

hs = Enthalpie von überhitztem Dampf (kJ/kg)

cps = spezifische Wärme von Dampf bei konstantem Druck = 1.860 (kJ/kg oC)

tf = Sättigungstemperatur (oC)

ts = Temperatur des überhitzten Dampfes (oC)

cps = 1.860 (kJ/kg oC) bei Standardatmosphäre. Beachten Sie, dass cps mit der Temperatur schwankt.

Gebräuchliche Einheiten für spezifische Enthalpie

• 1 kJ/kg = 1000 J/kg
• 1 erg/g = 1E-4 J/kg
• 1 Btu/lbm = 2326 J/kg
• 1 cal/g = 4184 J/kg