Nassdampf und trockener Sattdampf: Die Bedeutung des Trockenheitsgrades

Wussten Sie, dass Dampferzeuger nicht 100% trockenen Sattdampf liefern? Wenn im Kessel das Wasser erhitzt wird, brechen Dampfblasen bis an die Wasseroberfläche durch und reißen kleine Flüssigkeitströpfchen mit in den Dampfraum. Sofern keine Überhitzungsstufe nachgeschaltet ist, führt das zu sogenanntem Nassdampf.

Der Trockenheitsgrad von Dampf

Der Trockenheitsgrad von Dampf ist ein Maß für den enthaltenen Flüssigkeitsanteil. Wenn Dampf 10 Gewichtsprozent Wasser enthält ist er zu 90% trocken, und man spricht von einem Trockenheitsgrad von 0,9.

Diese Größe ist von großer Bedeutung, denn der Trockenheitsgrad hat einen direkten Einfluss auf den nutzbaren Wärmeinhalt des Dampfes (normalerweise nur die latente Wärme), der die übertragbare Wärmeleistung bestimmt.

100% trockener Sattdampf enthält z.B. 100% der latenten Wärme beim entsprechenden Dampfdruck. Wasser bei Siedetemperatur enthält hingegen keine latente, sondern nur fühlbare Wärme. Der Trockenheitsgrad ist 0%.

Trockenheitsgrad = 100 % - [% mitgerissenes Wasser] (Gewichtsprozent)

Berechnung des Wärmeinhalts von Nassdampf

Wasserdampftafeln enthalten Werte wie spezifische Enthalpien (h), Volumina (v) und Entropien (s) für Sattdampf (100 % Trockenheitsgrad) und Wasser am Siedepunkt (0 % Trockenheitsgrad), aber nicht für Nassdampf.

Diese können berechnet werden, indem einfach die Gewichtsanteile von Dampf und Flüssigkeit in der Mischung berücksichtigt werden, wie die folgenden Gleichungen veranschaulichen:

Spezifisches Volumen (v) von Nassdampf

• darin bedeuten:
• X = Trockenheitsgrad (% / 100)
• v_f = spezifisches Volumen von Wasser am Siedepunkt
• v_g = spezifisches Volumen von Sattdampf

Spezifische Enthalpie (h) von Nassdampf

• darin bedeuten:
• X = Trockenheitsgrad (% / 100)
• h_f = Spezifische Entahlpie von Wasser am Siedepunkt
• h_fg = Spezifische Entahlpie von Sattdampf - Spezifische Entahlpie von Wasser am Siedepunkt

Spezifische Entropie (s) von Nassdampf

• darin bedeuten:
• X = Trockenheitsgrad (% / 100)
• s_f = Spezifische Entropie von Wasser am Siedepunkt
• s_fg = Spezifische Entropie von Sattdampf - Spezifische Entropie von Wasser am Siedepunkt

Je nasser der Dampf ist, desto niedriger ist sein spezifisches Volumen, seine spezifische Enthalpie und Entropie, denn der Trockenheitsgrad geht als Faktor in die Berechnungsgleichungen für den trockenen Sattdampf ein. Um eine hohe Wärmeleistung zu erzielen ist es daher wichtig, Dampf von möglichst hoher Trockenheit zu verwenden.

Das Verhältnis von Trockenheitsgrad und Enthalpie

Mit steigendem Flüssigkeitsanteil im Dampf sinkt die darin enthaltene latente Wärme und damit der Wärmeinhalt, der in einem Prozess an ein Produkt übertragen werden kann.

Der Trockenheitsgrad des Dampfes nimmt beim Transport ab

Beim Transport von Dampf durch die Rohrleitung führen Wärmeverluste dazu, dass ein Teil des Dampfes wieder zu Wasser kondensiert und damit der Trockenheitsgrad abnimmt.

Im Dampfstrom mitgerissene Wassertröpfchen

Kondensat in der Dampfleitung, auch als feinverteilte Wassertröpfchen, sollte durch geeignete Maßnahmen vollständig ausgetragen werden.

Da Nassdampf nicht nur die Wärmeübertragung verschlechtert, sondern auch zu Erosion in der Rohrleitung und an wichtigen Anlagenteilen wie z.B. Turbinenschaufeln führen kann, sollten unbedingt vorbeugende Maßnahmen zur Eliminierung mitgerissener Kondensattröpfchen ergriffen werden. Hierfür sind Dampftrockner das Mittel der Wahl. Weitere Ratschläge können Sie in diesen Artikeln nachlesen:

• Grundregeln für die Leitungsentwässerung
• Erosion in Dampf- und Kondensatleitungen