Was versteht man unter Wasserdampf?
Als Wasserdampf bezeichnet man ein durch die Verdampfung von Wasser entstandenes Gas. Die folgenden Animationen stellen Wasser in flüssiger und in gasförmiger Phase auf der Molekularebene dar.
Physikalischer Mechanismus
In flüssiger From bilden die Wassermoleküle ständig neue Bindungen und werden wieder getrennt. Fügt man jedoch Wärme hinzu, brechen diese Verbindungen schneller auseinander, als sich neue bilden können. Bei ausreichend hoher Wärmezufuhr brechen einige Moleküle sogar komplett aus dem Verband aus und bilden ein vollständig trockenes, transparentes Gas. welches als Sattdampf bekannt ist.
Sattdampf und Naßdampf
In der Industrie werden häufig die beide Begriffe Sattdampf und Naßdampf verwendet.
- Sattdampf ist Wasserdampf von Siedetemperatur, bei welchem alle Wassermoleküle sich im gasförmigen Zustand befinden.
- Beim Naßdampf hingegen haben einige Wassermoleküle ihre Verdampfswärme wieder abgegeben und kondensieren in feine Wassertröpfen.
Ein gutes Beispiel hierfür ist ein Wasserkessel. Wasser in flüssiger Form wird erhitzt. Wenn dieses Wasser dann mehr und mehr Wärmeenergie aufnimmt, lösen sich immer mehr Wassermoleküle und das Wasser beginnt es zu kochen. Bei ausreichener Wärmezufuhr verdampfen Teile des Wassers, verbunden mit einer ca. 1600-fachen Volumenzunahme.
Manchmal jedoch bildet sich am Ausguß ein leichter, gut sichtbarer Wassernebel. Weil der Sattdampf einen Teil der aufgenommen Wärmeenergie wieder an die kältere Umgebungsluft abgegeben hat, verbinden sich einige Wassermoleküle wieder zu feinen Tröpfen, die den zuvor unsichtbaren Sattdampf wieder sichtbar machen. Die Gemisch aus Sattdampf und feinen Wassertöpfchen nennt man Nassdampf.
Weitere Informationen über verschiedene Dampfzustände finden sich Dampfzustände.
Wasserdampf als Energiequelle
Dampf spielte eine wichtige Rolle in der industriellen Revolution. Weiterentwicklungen der Dampfmaschine führten zu wichtigen Erfindungen wie Dampflokomotiven und Dampfschiffen sowie Dampföfen und Dampfhämmern.
Heutzutage haben jedoch Verbrennungsmotoren und Elektrizität Dampf als Energiequelle weitestgehend abgelöst. Weiterhin wird Arbeitsdampf in Kraftwerken und in der Großindustrie eingesetzt.
Dampf als Wärmequelle
Wasserdampf wird heute zumeist in Heizanwendungen als direkte oder indirekte Wärmequelle eingesetzt.
Direktes Heizen mit Dampf
Beim direktem Beheizen kommt Wasserdampf direkt mit dem Produkt in Kontakt.
Folgendes Beispiel zeigt eine Anwendung aus der Lebensmittelindustrie, zum Herstellen gefüllter Dampfnudeln. Aus dem siedenden Wasser steigt Dampf auf, durchströmt die Dämpfkörbe und gart die Dampfnudeln.
Die Grundidee des Dämpfens von Lebensmitteln ist es, durch den direkten Kontakt des Dampfes zum Produkt neben dem Erhitzen durch die Verdampfswärme auch Feuchtigkeit zu erzeugen, die durch die teilweise Kondensation im Nassdampf entsteht.
Direktes Heizen mit Dampf verwendet die Industrie zumeist zum Garen, zum Sterilisieren, zum Vulkanisieren sowie zum Feuerlöschen.
Indirektes Heizen mit Dampf
Beim indirekten Heizen mit Dampf ist dieser nicht in direktem Kontakt mit dem Produkt. Zwischen Dampf und Produkt befindet sich eine Heizfläche, zumeist aus Metall. Solche Wärmetauscher kommen in vielfältigen industriellen Anwendungen zum Einsatz und bieten schnelles und gleichmäßiges Aufheizen.
Der Hauptvorteil gegenüber dem direkten Heizen besteht darin, daß die Wassertröpfchen, welche sich während des Heizens und der damit verbundenen Kondensation bilden, das Produkt nicht beinflussen.
Das indirekte Heizen mit Dampf wird bei einer Vielzahl von Prozessen verwendet. Beispiele hierfür sind etwa die Herstellung von Lebensmitteln und Getränken, Reifen, Wellpappen, Papier, Kraftstoffen und Medikamenten.
Weitere Information über die Verwendung von Dampf in der Industrie gibt der Artikel Hauptanwendungen von Dampf.
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