Samenvatting
,Inhoudsopgave
1 Inleidende definities .......................................................................................................................... 3
1.1 Systeem .................................................................................................................................................. 3
1.2 Eigenschappen van een systeem ........................................................................................................... 3
1.2.1 Druk (P) & temperatuur (T) zijn de twee belangrijkste intensieve eigenschappen.......................... 3
1.3 Proces .................................................................................................................................................... 3
1.4 Procesindustrie ...................................................................................................................................... 4
1.4.1 Discrete productie & continue productie ......................................................................................... 4
1.5 Procestechnologie.................................................................................................................................. 4
1.6 Soorten processen ................................................................................................................................. 4
1.7 Eenheidsbewerkingen ............................................................................................................................ 4
2 Massabalansen .................................................................................................................................. 5
2.1 Hoeveelheidsaanduidingen ................................................................................................................... 5
2.2 Relatieve of procentuele samenstelling van een mengsel ..................................................................... 5
2.3 Wet van behoud van massa .................................................................................................................. 5
2.4 Fysische massabalansen ........................................................................................................................ 6
2.4.1 Mengprobleem; oefening fysische massabalans.............................................................................. 6
2.5 Chemische massabalansen .................................................................................................................... 7
2.5.1 Oefening chemische massabalans .................................................................................................... 8
2.5.2 Overmaat lucht en luchtfactor.......................................................................................................... 8
2.6 Processen die uit meerdere units bestaan: by-pass en recycle ............................................................. 9
2.6.1 Oefening massabalans met meerdere units ..................................................................................... 9
3 Stroming van vloeistoffen................................................................................................................. 11
3.1 Inleiding ............................................................................................................................................... 11
3.2 Statische vloeistoffen-Hydrostatica ..................................................................................................... 11
3.2.1 Eenheden van druk ......................................................................................................................... 11
3.2.2 Absolute druk & relatieve druk t.o.v. atmosferische druk .............................................................. 11
3.2.3 Hydrostatische druk ........................................................................................................................ 11
3.2.4 Hydrostatische paradox .................................................................................................................. 11
3.3 Stroming van vloeistoffen .................................................................................................................... 13
3.4 Viscositeit............................................................................................................................................. 14
3.4.1 Wet van Newton; wiskundig modelleren van de viscositeit........................................................... 14
3.5 Wet van Bernoulli: ............................................................................................................................... 16
3.5.1 Afleiding van de wet van Bernoulli ................................................................................................. 16
3.5.2 Wet van behoud van massa; de continuïteitsvergelijking .............................................................. 17
3.6 Toepassingen wet Bernoulli: vloeistofverstuiver, carburateur, waterstraalpomp ............................... 17
3.6.1 Toepassingen wet van Bernoulli: de wet van Torricelli ................................................................... 18
3.7 Debietsmetingen op basis van de wet van Bernoulli ........................................................................... 18
3.7.1 Drukverschilmeting over een vernauwing ...................................................................................... 18
3.7.2 De meter met variabele doorlaat ................................................................................................... 19
3.7.3 Verschilmeting tussen statische en dynamische druk .................................................................... 19
3.7.4 Debietmeting in een open kanaal: meetgoot of meetschot .......................................................... 19
3.8 Laminaire & turbulente stroming, Reynolds getal............................................................................... 19
, 3.8.1 Het getal van Reynolds ................................................................................................................... 20
3.9 Pompen ................................................................................................................................................ 21
3.9.1 Soorten verliezen ............................................................................................................................ 21
3.10 Type pompen ....................................................................................................................................... 22
3.10.1 Volumetrische of verdringer-pompen ....................................................................................... 22
3.10.2 Kinetische pompen .................................................................................................................... 25
3.11 Optimale pompkeuze uit energetisch oogpunt ................................................................................... 25
4 Inleiding tot de warmteoverdracht ................................................................................................... 26
4.1 Warmte is een vorm van energie......................................................................................................... 26
4.2 Warmteoverdracht .............................................................................................................................. 26
4.2.1 Stationaire & niet stationaire warmteoverdracht .......................................................................... 26
4.2.2 Indeling van de mechanismen van warmteoverdracht .................................................................. 26
4.2.3 Soorten verwarmingstoestellen ..................................................................................................... 26
4.3 Stationaire warmteoverdracht door geleiding .................................................................................... 27
4.3.1 Warmtestroom door een enkele wand .......................................................................................... 27
4.3.2 Warmtestroom door een gelaagde vlakke wand............................................................................ 27
4.3.3 Warmtestroom door een cilinderwand .......................................................................................... 28
4.4 Stationaire warmteoverdracht door convectie .................................................................................... 28
4.4.1 De partiële warmteoverdrachtscoëfficiënt..................................................................................... 29
4.4.2 De totale warmteoverdrachtscoëfficiënt........................................................................................ 29
4.4.3 Warmteoverdracht door convectie bij buizen ................................................................................ 29
5 Energiebalansen van Fysische processen ........................................................................................... 30
5.1 Vormen van energie............................................................................................................................. 30
5.1.1 De totale energie van een systeem ................................................................................................ 30
5.1.2 Energie-uitwisseling met de omgeving ........................................................................................... 30
5.1.3 Enthalpie ......................................................................................................................................... 31
5.2 Toestandsdiagram van zuivere stoffen ................................................................................................ 31
5.3 Stoom................................................................................................................................................... 32
5.3.1 Verzadigde of oververhitte stoom .................................................................................................. 32
5.3.2 Stoomtabellen................................................................................................................................. 32
5.4 Energiebalansen van fysische processen ............................................................................................. 33
, 1 Inleidende definities
1.1 Systeem
Een systeem is een begrensd gebied dat onderwerp is van proeven of berekeningen.
Er zijn 2 soorten systemen
- Gesloten systeem, er is geen uitwisseling van materie met de omgeving.
- Open systeem, er is wel uitwisseling van materie met de omgeving
1.2 Eigenschappen van een systeem
- Extensieve eigenschappen zijn gerelateerd aan de afmetingen van het systeem.
Bv. Massa, volume, totale energie.
- Intensieve eigenschappen zijn onafhankelijk van de massa of afmetingen.
Bv. Temperatuur, druk, kleur.
De volledige set van eigenschappen, die volledig het systeem beschrijven is de toestand.
1.2.1 Druk (P) & temperatuur (T) zijn de twee belangrijkste intensieve eigenschappen
Druk, kracht die per oppervlakte-eenheid wordt uitgeoefend.
Druk wordt uitgedrukt is Pa.
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 101325 𝑃𝑎 = 0,101325 𝑏𝑎𝑟 = 1013 𝑚𝑏𝑎𝑟 = 1 𝑎𝑡𝑚
- Absolute druk, relatief t.o.v. het absolute nulpunt van
druk.
- Overdruk of onderdruk, relatief t.o.v. de
atmosferische druk.
Temperatuur, maat van de energie-inhoud van een massa.
Het temperatuurverschil is de drijvende kracht van de warmteoverdracht van een warm naar
een koud lichaam. Twee lichamen met dezelfde temperatuur zijn in thermisch evenwicht.
1.2.1.1 Warmte is niet hetzelfde als temperatuur
Warmte is een maat voor de totale interne energie van al de moleculen samen.
→ Hoe meer moleculen, hoe meer warmte.
Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van een individueel
molecule.
→ De temperatuur hangt dus niet af van het aantal moleculen, maar wel van hoe snel de
moleculen bewegen.
Het absolute nulpunt bij temperatuur is 0 kelvin. Dit is gelijk aan -273,15°C
Een systeem is in evenwicht, als zowel thermische, mechanische, fase
en chemische evenwicht constant is.
1.3 Proces
Een proces is iedere verandering die optreedt in een systeem.
- Isobare processen → Constante druk
- Isotherme processen → Constante temperatuur
- Isochore processen → Constant volume
- Isenthalpische processen → Constante enthalpie
,Inhoudsopgave
1 Inleidende definities .......................................................................................................................... 3
1.1 Systeem .................................................................................................................................................. 3
1.2 Eigenschappen van een systeem ........................................................................................................... 3
1.2.1 Druk (P) & temperatuur (T) zijn de twee belangrijkste intensieve eigenschappen.......................... 3
1.3 Proces .................................................................................................................................................... 3
1.4 Procesindustrie ...................................................................................................................................... 4
1.4.1 Discrete productie & continue productie ......................................................................................... 4
1.5 Procestechnologie.................................................................................................................................. 4
1.6 Soorten processen ................................................................................................................................. 4
1.7 Eenheidsbewerkingen ............................................................................................................................ 4
2 Massabalansen .................................................................................................................................. 5
2.1 Hoeveelheidsaanduidingen ................................................................................................................... 5
2.2 Relatieve of procentuele samenstelling van een mengsel ..................................................................... 5
2.3 Wet van behoud van massa .................................................................................................................. 5
2.4 Fysische massabalansen ........................................................................................................................ 6
2.4.1 Mengprobleem; oefening fysische massabalans.............................................................................. 6
2.5 Chemische massabalansen .................................................................................................................... 7
2.5.1 Oefening chemische massabalans .................................................................................................... 8
2.5.2 Overmaat lucht en luchtfactor.......................................................................................................... 8
2.6 Processen die uit meerdere units bestaan: by-pass en recycle ............................................................. 9
2.6.1 Oefening massabalans met meerdere units ..................................................................................... 9
3 Stroming van vloeistoffen................................................................................................................. 11
3.1 Inleiding ............................................................................................................................................... 11
3.2 Statische vloeistoffen-Hydrostatica ..................................................................................................... 11
3.2.1 Eenheden van druk ......................................................................................................................... 11
3.2.2 Absolute druk & relatieve druk t.o.v. atmosferische druk .............................................................. 11
3.2.3 Hydrostatische druk ........................................................................................................................ 11
3.2.4 Hydrostatische paradox .................................................................................................................. 11
3.3 Stroming van vloeistoffen .................................................................................................................... 13
3.4 Viscositeit............................................................................................................................................. 14
3.4.1 Wet van Newton; wiskundig modelleren van de viscositeit........................................................... 14
3.5 Wet van Bernoulli: ............................................................................................................................... 16
3.5.1 Afleiding van de wet van Bernoulli ................................................................................................. 16
3.5.2 Wet van behoud van massa; de continuïteitsvergelijking .............................................................. 17
3.6 Toepassingen wet Bernoulli: vloeistofverstuiver, carburateur, waterstraalpomp ............................... 17
3.6.1 Toepassingen wet van Bernoulli: de wet van Torricelli ................................................................... 18
3.7 Debietsmetingen op basis van de wet van Bernoulli ........................................................................... 18
3.7.1 Drukverschilmeting over een vernauwing ...................................................................................... 18
3.7.2 De meter met variabele doorlaat ................................................................................................... 19
3.7.3 Verschilmeting tussen statische en dynamische druk .................................................................... 19
3.7.4 Debietmeting in een open kanaal: meetgoot of meetschot .......................................................... 19
3.8 Laminaire & turbulente stroming, Reynolds getal............................................................................... 19
, 3.8.1 Het getal van Reynolds ................................................................................................................... 20
3.9 Pompen ................................................................................................................................................ 21
3.9.1 Soorten verliezen ............................................................................................................................ 21
3.10 Type pompen ....................................................................................................................................... 22
3.10.1 Volumetrische of verdringer-pompen ....................................................................................... 22
3.10.2 Kinetische pompen .................................................................................................................... 25
3.11 Optimale pompkeuze uit energetisch oogpunt ................................................................................... 25
4 Inleiding tot de warmteoverdracht ................................................................................................... 26
4.1 Warmte is een vorm van energie......................................................................................................... 26
4.2 Warmteoverdracht .............................................................................................................................. 26
4.2.1 Stationaire & niet stationaire warmteoverdracht .......................................................................... 26
4.2.2 Indeling van de mechanismen van warmteoverdracht .................................................................. 26
4.2.3 Soorten verwarmingstoestellen ..................................................................................................... 26
4.3 Stationaire warmteoverdracht door geleiding .................................................................................... 27
4.3.1 Warmtestroom door een enkele wand .......................................................................................... 27
4.3.2 Warmtestroom door een gelaagde vlakke wand............................................................................ 27
4.3.3 Warmtestroom door een cilinderwand .......................................................................................... 28
4.4 Stationaire warmteoverdracht door convectie .................................................................................... 28
4.4.1 De partiële warmteoverdrachtscoëfficiënt..................................................................................... 29
4.4.2 De totale warmteoverdrachtscoëfficiënt........................................................................................ 29
4.4.3 Warmteoverdracht door convectie bij buizen ................................................................................ 29
5 Energiebalansen van Fysische processen ........................................................................................... 30
5.1 Vormen van energie............................................................................................................................. 30
5.1.1 De totale energie van een systeem ................................................................................................ 30
5.1.2 Energie-uitwisseling met de omgeving ........................................................................................... 30
5.1.3 Enthalpie ......................................................................................................................................... 31
5.2 Toestandsdiagram van zuivere stoffen ................................................................................................ 31
5.3 Stoom................................................................................................................................................... 32
5.3.1 Verzadigde of oververhitte stoom .................................................................................................. 32
5.3.2 Stoomtabellen................................................................................................................................. 32
5.4 Energiebalansen van fysische processen ............................................................................................. 33
, 1 Inleidende definities
1.1 Systeem
Een systeem is een begrensd gebied dat onderwerp is van proeven of berekeningen.
Er zijn 2 soorten systemen
- Gesloten systeem, er is geen uitwisseling van materie met de omgeving.
- Open systeem, er is wel uitwisseling van materie met de omgeving
1.2 Eigenschappen van een systeem
- Extensieve eigenschappen zijn gerelateerd aan de afmetingen van het systeem.
Bv. Massa, volume, totale energie.
- Intensieve eigenschappen zijn onafhankelijk van de massa of afmetingen.
Bv. Temperatuur, druk, kleur.
De volledige set van eigenschappen, die volledig het systeem beschrijven is de toestand.
1.2.1 Druk (P) & temperatuur (T) zijn de twee belangrijkste intensieve eigenschappen
Druk, kracht die per oppervlakte-eenheid wordt uitgeoefend.
Druk wordt uitgedrukt is Pa.
𝑃𝑎𝑡𝑚 = 101325 𝑃𝑎 = 0,101325 𝑏𝑎𝑟 = 1013 𝑚𝑏𝑎𝑟 = 1 𝑎𝑡𝑚
- Absolute druk, relatief t.o.v. het absolute nulpunt van
druk.
- Overdruk of onderdruk, relatief t.o.v. de
atmosferische druk.
Temperatuur, maat van de energie-inhoud van een massa.
Het temperatuurverschil is de drijvende kracht van de warmteoverdracht van een warm naar
een koud lichaam. Twee lichamen met dezelfde temperatuur zijn in thermisch evenwicht.
1.2.1.1 Warmte is niet hetzelfde als temperatuur
Warmte is een maat voor de totale interne energie van al de moleculen samen.
→ Hoe meer moleculen, hoe meer warmte.
Temperatuur is een maat voor de gemiddelde kinetische energie van een individueel
molecule.
→ De temperatuur hangt dus niet af van het aantal moleculen, maar wel van hoe snel de
moleculen bewegen.
Het absolute nulpunt bij temperatuur is 0 kelvin. Dit is gelijk aan -273,15°C
Een systeem is in evenwicht, als zowel thermische, mechanische, fase
en chemische evenwicht constant is.
1.3 Proces
Een proces is iedere verandering die optreedt in een systeem.
- Isobare processen → Constante druk
- Isotherme processen → Constante temperatuur
- Isochore processen → Constant volume
- Isenthalpische processen → Constante enthalpie
