Deze vijfde druk van Toegepaste energietechniek is geheel herzien en geactualiseerd.
Het boek biedt een inleiding in de wereld van de energietechnische systemen. Na twee algemene hoofdstukken over energietechniek en verbrandingstechniek wordt achtereenvolgens aandacht besteed aan de onderwerpen: warmwaterketels, zuigerverbrandingsmotoren, gasturbines, stoominstallaties, pompen, compressoren en ventilatoren, warmtepompen en koelmachines en aan geïntegreerde installaties zoals STEG.
Bij de bespreking van deze systemen wordt uitgegaan van een systeembenadering, waarbij de nadruk ligt op de gebruikseigenschappen en kenmerken van de werktuigen en energiesystemen. Daarbij is er ook aandacht voor het verbeteren van de efficiency en optimalisering van de rendementen om de milieubelasting te verlagen.
Op de website bij dit boek www.toegepasteenergietechniek.nl kunnen docenten en studenten extra studiemateriaal vinden.
Dit boek maakt deel uit van drie uitgaven die dankzij hun inhoudelijke samenhang en didactische structuur op elkaar aansluiten en daarbij ook afzonderlijk zijn te gebruiken:
Ir. J. Ouwehand is oud-docent en voormalig lid en projectleider binnen het lectoraat Duurzame Energievoorziening van Saxion Hogescholen. Ir. T.J.G. Papa is als docent verbonden aan Saxion Hogescholen en ir. A.C. Taal aan de Haagse Hogeschool. Ing. E. Post was tot zijn pensionering in 2011 verbonden aan de Vrije Universiteit Amsterdam.
1 Energietechniek
1.1 Energiebronnen
1.2 De energievoorraad is oneindig
1.3 Van brandstof naar energiedrager
1.4 Distributie van energiedragers
1.4.1 Distributie van mechanische energie
1.4.2 Distributie van elektrische energie
1.4.3 Distributie van warmte en koude
1.4.4 Transportverliezen
1.5 Lastprocessen
1.5.1 Lastkarakteristiek van een rijdende auto
1.5.2 Stromingsweerstanden
1.6 Energieketens en energiefuncties
1.6.1 Energieketens
1.6.2 Energiefuncties
1.7 Conversie van energiedragers
1.7.1 Opwekking van elektriciteit en warmte met fossiele brandstof
1.7.2 Opwekking van elektriciteit met kernenergie
1.7.3 Thermische benutting van zonne-energie
1.7.4 Opwekking van elektriciteit met zonne-energie
1.7.5 Elektriciteit uit windenergie
1.7.6 Elektriciteit uit waterkracht
1.7.7 Elektriciteit en warmte uit biomassa
1.7.8 Elektriciteit en warmte uit aardwarmte
1.8 Samenvatting
1.9 Kennisvragen
2 Verbrandingstechniek
2.1 Basisreacties van de verbranding
2.1.1 Verbrandingschemie
2.1.2 Algemene verbrandingsvergelijkingen
2.2 Verbrandingsberekeningen
2.2.1 Theoretische zuurstofbehoefte
2.2.2 Theoretische luchthoeveelheid en rookgashoeveelheid
2.2.3 Het maximale koolstofdioxidepercentage, CO2 max
2.2.4 Luchtfactor λ, luchtovermaat en luchtondermaat
2.3 Verbrandingswarmte
2.4 Onvolledige verbranding en verbrandingsemissies
2.4.1 Koolstofmono-oxide (CO) en rookgassamenstelling bij onvolledige verbranding
2.4.2 Stikstofoxiden NOx
2.4.3 Meting van de rookgassamenstelling
2.5 Verbrandingssystemen
2.5.1 Begrippen
2.5.2 Aardgasbranders
2.5.3 Oliebranders
2.5.4 Verbranding van steenkolen
2.5.5 Reductie van NOx-emissie
2.5.6 Rookgasontzwaveling
2.6 Samenvatting
2.7 Kennisvragen
3 Warmwaterketels
3.1 Toepassingen en kenmerken van warmwaterketels
3.1.1 Toepassingen
3.1.2 Constructiekenmerken
3.1.3 Ketelconstructie en toepassingen
3.1.4 Ketels voor de kleinschalige warmteopwekking
3.1.5 Ketels voor de utiliteitsbouw
3.2 Warmtebalans en ketelrendement
3.2.1 Warmtebalans van een ketel
3.2.2 Ketelrendement
3.3 Ketelgebruiksrendement
3.3.1 Bepaling van het ketelgebruiksrendement
3.3.2 Invloed van de ketelregeling op het ketelgebruiksr
3.4 Samenvatting
3.5 Kennisvragen
4 Verbrandingsmotoren
4.1 Inleiding
4.2 Werking van de zuigermotor
4.3 Prestaties van de zuigermotor
4.3.1 Effectief vermogen
4.3.2 Effectief rendement
4.3.3 Uitlaatgasemissies
4.3.4 Geluidsproductie
4.3.5 Karakteristiek koppel-toerental
4.3.6 Brandstoffen
4.4 Processen in de zuigermotor
4.4.1 Wijze van ontsteking
4.4.2 Arbeidscyclus
4.4.3 Theoretisch thermisch rendement
4.5 Luchttoevoer naar de cilinders
4.5.1 Vierslagsysteem
4.5.2 Tweeslagsysteem
4.6 Brandstoftoevoer naar de cilinders
4.6.1 Ottomotor
4.6.2 Dieselmotor
4.7 Omzetting chemische energie in gasarbeid
4.7.1 Geïndiceerd vermogen
4.7.2 Thermodynamisch rendement
4.8 Omzetting gasarbeid in krukasarbeid
4.8.1 Krukasarbeid
4.8.2 Mechanisch rendement
4.8.3 Uitvoering van het drijfwerk
4.9 Verbrandingsgassenafvoer
4.9.1 Samenstelling van de verbrandingsgassen
4.10 Ontsteking en verbranding
4.10.1 Ontstekingstijdstip
4.10.2 Detonatie
4.11 Ladingwisseling
4.11.1 Vullingsgraad
4.12 Vermogensregeling
4.13 Samenvatting
4.14 Kennisvragen
5 Gasturbines
5.1 Inleiding
5.2 Werking van de gasturbine
5.2.1 De kringloop
5.2.2 De industrieturbine
5.2.3 Straalmotoren en aero derivatives
5.2.4 Microturbines
5.2.5 Starten en regelen van een gasturbine
5.3 Hoofdcomponenten van de gasturbine
5.3.1 De compressor
5.3.2 De turbine
5.3.3 De verbrandingskamer
5.4 Prestaties van de gasturbine
5.4.1 Theoretisch rendement
5.4.2 Optredende verliezen in de gasturbine
5.4.3 Specifieke arbeid
5.4.4 Luchtbehoefte
5.4.5 Vermogen en totaalrendement
5.4.6 Invloed van de drukverhouding en temperaturen op het rendement en de specifieke arbeid
5.5 Verbetering van de prestaties
5.5.1 Recuperatie
5.5.2 Tussenkoeling en verdampingskoeling
5.5.3 Herverhitting
5.5.4 Stoominjectie
5.5.5 Variabele inlaatleidschoepen
5.6 Praktijkvoorbeelden
5.6.1 General Electric MS6
5.6.2 De Capstone 30 kW
5.7 Samenvatting
5.8 Kennisvragen
6 Stoominstallaties
6.1 Inleiding
6.2 Werking van een stoominstallatie
6.2.1 Effectief vermogen
6.2.2 Rendementen
6.3 Stoomprocessen
6.3.1 De stoomcyclus voor verwarmingsdoeleinden
6.3.2 De stoomcyclus voor opwekking van mechanische energie
6.3.3 De theoretische kringloop en het rendement
6.3.4 De kringloop van Rankine
6.4 Stoomvorming bij constante druk
6.4.1 Uitvoeringsvormen van stoomketels
6.5 Stoomwerktuigen
6.5.1 De stoomturbine
6.5.2 Absolute en relatieve snelheid
6.5.3 Typen stoomturbines
6.5.4 Verliezen bij stoomturbines
6.5.5 Praktische uitvoeringen
6.6 Warmteafvoer in het kringproces
6.6.1 De condensor
6.7 Toevoer van mechanische energie in het kringproces
6.7.1 De voedingspomp
6.8 De ontgasser
6.9 Regelgeving voor drukapparatuur
6.10 Samenvatting
6.11 Kennisvragen
7 Pompen, compressoren en ventilatoren
7.1 Inleiding
7.2 Prestaties van pompen
7.2.1 Opvoerdruk
7.2.2 Vermogen
7.2.3 Rendement
7.2.4 Zuighoogte
7.2.5 Karakteristieken en bedrijfspunt
7.3 Leidingsystemen
7.3.1 Weerstand in rechte leidingen
7.3.2 Het moodydiagram
7.3.3 De weerstand van appendages
7.3.4 Leidingkarakteristiek
7.4 Verdringerpompen
7.4.1 Overzicht van verdringerpompen
7.4.2 Werking van zuiger- en plunjerpomp
7.4.3 Het pV-diagram van een zuiger- of plunjerpomp
7.4.4 Windketels
7.5 Waaierpompen
7.5.1 Werking en typen
7.5.2 Snelheidsdriehoeken bij centrifugaalpompen met radiale uittrede
7.5.3 Eulerse opvoerdruk
7.5.4 Pompkarakteristiek
7.5.5 Het bedrijfspunt
7.5.6 Regelen van de opbrengst van waaierpompen
7.5.7 Serie- en parallelschakeling van pompen
7.5.8 Pompdiagram
7.5.9 Rendement
7.5.10 NPSH
7.5.11 Specifiek toerental
7.6 Prestaties van compressoren en ventilatoren
7.6.1 Compressiearbeid
7.6.2 Koeling
7.6.3 Vermogen
7.6.4 Rendement
7.7 Verdringercompressoren
7.7.1 Overzicht van verdringercompressoren
7.7.2 De zuigercompressor
7.8 Waaiercompressoren
7.8.1 Radiale compressoren
7.8.2 Axiale compressoren
7.9 Ventilatoren
7.9.1 Radiale ventilatoren
7.9.2 Axiale ventilatoren
7.10 Samenvatting
7.11 Kennisvragen
8 Warmtepompen en koelmachines
8.1 Inleiding
8.2 Werking van de warmtepomp en koelmachine
8.3 Prestaties van de warmtepomp en de koelmachine
8.3.1 Effectief warmte- en koudevermogen
8.3.2 Effectieve warmtefactor (COP) en koudefactor (EER)
8.3.3 Koudemiddelen
8.4 Warmte- en koudeopwekking
8.4.1 Warmtepomp- en koelmachinecyclus
8.4.2 De warmtepomp en koelmachine met mechanisch aangedreven compressoren
8.4.3 De absorptiewarmtepomp en -koelmachine
8.4.4 Theoretische COP en EER
8.4.5 Carnotrendement
8.4.6 Verliezen bij aandrijving van de warmtepomp en koelmachine
8.5 Warmte- en koudedistributie
8.6 Warmte-uitwisseling met de omgeving
8.7 Comprimeren van het koudemiddel
8.7.1 Uitvoeringen van de compressor
8.7.2 Verliezen bij de mechanische compressor
8.7.3 Verliezen bij de thermische compressor
8.8 Verdampen van het koudemiddel
8.8.1 Uitvoeringen van verdampers
8.8.2 Verliezen bij verdampen
8.9 Condenseren van het koudemiddel
8.9.1 Uitvoeringen van condensors
8.9.2 Verliezen bij condenseren
8.10 Expanderen van het koudemiddel
8.10.1 Werking van het expansieventiel
8.10.2 Verliezen bij expanderen
8.11 Capaciteitsregeling
8.12 Samenvatting
8.13 Kennisvragen
9 Gecombineerde technieken
9.1 Warmte-krachtkoppeling (wkk)
9.1.1 Wkk met gasturbine en afgassenketel
9.1.2 Wkk met motoren en warmteterugwinning
9.1.3 Wkk met een Organic Rankine Cycle (ORC)
9.2 Integratie van wkk in het energievoorzieningssysteem
9.3 Brandstofbesparing door wkk
9.4 STEG-installaties
9.4.1 Uitvoeringsvormen
9.4.2 Rendementen van STEG-installaties
9.5 Warmte- en krachtlevering in de toekomst
9.5.1 Grenzen aan de brandstofbesparing
9.5.2 Brandstofbesparing met kleinschalige warmte-krachtinstallaties en warmtepompen
9.6 Samenvatting
9.7 Kennisvragen
Appendix A Basisleer thermodynamica
A.1 Eerste Hoofdwet
A.2 Omkeerbare toestandsveranderingen
A.2.1 Omkeerbare toestandsveranderingen van een ideaal gas
A.2.2 Kringprocessen
A.2.3 Toestandsveranderingen in open systemen
A.3 Onomkeerbare toestandsveranderingen en entropie
A.3.1 Tweede Hoofdwet
A.3.2 Entropie
Appendix B Wet van Bernoulli
Appendix C log p-h-diagram
Appendix D Warmteoverdracht
Illustratieverantwoording
Trefwoordenregister