Tegenstroomprincipe

Uit Wikipedia, de vrije encyclopedie
Naar navigatie springen Naar zoeken springen
Stroming in gelijke richting
Stroming in tegengestelde richting

Het tegenstroomprincipe is een methode van overdracht of uitwisseling waarbij twee stromende substanties (lucht, water, andere gassen of vloeistoffen) elkaar in gescheiden kanalen in tegengestelde richting passeren. Warmteoverdracht of de overdracht van chemische substanties via een membraan kan zo efficiënter plaatsvinden en is veel vollediger.

Hoe groter een temperatuurverschil of een verschil in concentratie, hoe groter de overdracht zal zijn. Voor warmteoverdracht geldt de koelwet van Newton dat de overdracht evenredig is aan het temperatuurverschil. Bij mee-stroom is het verschil aanvankelijk groot, maar aan het einde klein. Bij tegenstroom blijft het verschil constanter, wat de overdracht efficiënter maakt.

Beenvisachtigen maken gebruik van het tegenstroomprincipe bij de kieuwen, waarbij de bloedsomloop tegengesteld loopt aan het water dat door de kieuwen wordt geperst. Sommige zoogdieren beschikken over een rete mirabile in de halsslagader die volgens dit principe als warmtewisselaar werkt voor de hersenen.

Werking[bewerken]

De overdrachtssnelheid van stoffen of warmte tussen de media hangt af van de temperatuur- of concentratie-gradiënt. Wanneer er tussen de media geen gradiënt meer bestaat, stopt de overdracht. Bij stilstaande media is bij voldoende tijd het maximaal haalbare de gemiddelde waarde van temperatuur of concentratie van beide stromen, aangezien er dan geen verschil meer is. Daarmee is ook het maximum van een meestroom-uitwisseling bepaald.

Bij tegenstroom kunnen beide stromen aan het eind van hun loop nog uitwisselen met vers medium, zodat betere eindwaardes behaald kunnen worden.

Voorbeeld met cijfers[bewerken]

Bij een ideale warmtewisselaar met gelijke debieten worden media aangenomen van 0°C en 100°C. De warmteoverdracht bij 100°C is 4°C per seconde, bij 50°C dus 2°C/s en zo proportioneel afnemend. In het begin koelt de meestroomkoeler met 4°C/s, maar dit neemt snel af. Na 60 seconde heeft de meestroomkoeler zijn maximale capaciteit bereikt en is de temperatuur van beide vloeistoffen 50°C.

De tegenstroomkoeler heeft met 1,8°C/s niet zo'n hoge warmteoverdracht als de meestroomkoeler in het begin, maar deze is wel constant. Na 60 seconde is de warme kant gedaald tot 29°C en de koude kant gestegen tot 71°C.

Meestroom
Warme kant 100°C 50°C
Koude kant 0°C 50°C
Tegenstroom
Warme kant 100 °C 29°C
Koude kant 71°C 0°C
Parallele stroming
Tegenstroming

Voorbeelden[bewerken]