Höyryn perusteet: Kyllästetty kuiva höyry vs. kyllästämätön kostea höyry
Huomaa ero kyllästetyn kuivan höyryn ja kyllästämättömän kostean höyryn välillä. Mitkä ovat niiden edut ja missä niitä käytetään?
Kyllästetty, kyllästämätön, kuiva, kostea, matalapaineinen, ylikriittinen ja tulistettu höyry... Vaihtoehtoja on paljon, mikä tarkoittaa, että kaikki höyry ei ole samanlaista. Määrittääkö siis käyttökohde tarvitsemasi höyryn tyypin?
Ominaisuudet riippuvat tilavuudesta, paineesta ja lämpötilasta. Tämä tarkoittaa, että käyttökohde määrittää, minkä tyyppistä höyryä tarvitset.
Katsotaanpa erilaisia höyrytyyppejä ja niiden etuja ja haittoja.
Kyllästetty eli kuiva höyry
Kyllästetty eli kuiva höyry on höyryn tyyppi, jota saadaan, jos kaikki vesimolekyylit pysyvät kaasumaisessa tilassa. Otetaan esimerkiksi vedenkeitin, joka viheltää, kun se on valmis. Höyryä ei pääse purkautumaan vapaasti, koska painetta ohjataan sen käyttötarkoituksen mukaisesti. Joskus keittimestä tulee sumua: tämä on kuivaa höyryä.
Kuiva höyry menettää osan energiastaan, kun se vapautetaan kylmempään ympäristöön. Se siirtää energian ympäröivään ilmaan, jolloin se tiivistyy ja näkyy sumuna. Toisin sanoen: tuotat kuivaa höyryä kuumentamalla vettä suljetussa kammiossa.
Höyryn lämpötila on lähellä kiehumispistettä tässä paineessa.
Kyllästämätön eli kostea höyry
Saamme kyllästämätöntä eli kosteaa höyryä, kun höyry imee pieniä vesipisaroita kuumennettaessa. Kun höyrykattila kuumentaa vettä, kuplat tulevat pinnan läpi, eli kun höyryä alkaa muodostua, se sisältää nestettä. Tämä neste saa höyryn osittain kosteaksi, paitsi jos käytössä on superlämmitin. Jopa parhaat höyrykattilat voivat vapauttaa höyryä, joka sisältää 3–5 % kosteutta.
Miten paine ja lämpötila vaikuttavat veteen ja höyryyn
Yleensä höyryllä on suora suhde paineeseen ja lämpötilaan.
- Mitä korkeampi paine höyrykattilassa on, sitä enemmän energiaa höyryn muodostamiseen tarvitaan.
- Kun painetta lisätään, höyryä syntyy korkeissa lämpötiloissa. Tämä kuumempi höyry sisältää enemmän energiaa kilogrammaa kohti.
- Tulistettu höyry on poikkeus tästä säännöstä.
Tässä kaaviossa näkyy, missä tilassa vesi (neste tai kaasu) on tietyssä lämpötilassa ja paineessa. Yhden baarin paineessa (normaali ilmanpaine) vesi jäätyy 0 °C:ssa (32 °F) ja kiehuu 100 °C:ssa (212 °F). Kahden baarin paineessa jäätymispiste on alhaisempi ja kiehumispiste korkeampi.
Tulistetun höyryn taulukko ohjeeksi
Höyrytaulukot ovat tärkeitä työkaluja kaikille, jotka käyttävät höyryä. Voit verrata sitä juna-aikatauluun tai GPS:n karttaan, kun olet matkalla uuteen määränpäähän. Käytämme yleensä höyrytaulukkoa lämpötilan määrittämiseen tietyssä paineessa tai päinvastoin.
Se on arvokas työkalu, joka sisältää myös tietyn entalpian ja tilavuuden. Entalpia on 1 kg:n sisältämä energiamäärä. Voit laskea höyryn entalpian laskemalla eri tilojen (neste ja kaasu) entalpiat yhteen.
Tämä höyrytaulukko näyttää paineen ja lämpötilan välisen suhteen, kun vesi muuttuu tulistetuksi höyryksi
Höyryn kuivuusosuus
Kuten edellä mainittiin, höyrykattiloissa on lähes mahdotonta tuottaa täysin kuivaa höyryä. Mittaamme höyryn todellisen määrän kuivuusosuudesta.
Jos höyryssä on 5 % vettä, sen sanotaan olevan 95-prosenttisesti kuiva ja sen kuivuusosuus on 0,95.
Kuivuusosuus vaikuttaa suoraan siirrettävän energian kokonaismäärään. Tämä puolestaan vaikuttaa lämmityksen laatuun ja tehokkuuteen.
Muistatko sidotun ja tuntuvan lämmön välisen eron? 100-prosenttisesti kuiva höyry sisältää myös 100 % sidotusta lämmöstä (kyseisellä paineella). Kyllästetty vesi, jonka kuivuus on 0 %, sisältää vain tuntuvaa lämpöä.
Jos et ole varma näiden kahden erosta, voit lukea siitä tästä artikkelista.
Tiesitkö, että voit kuumentaa höyryä kiehumispisteen yli, jotta saat tulistettua höyryä?
Kyllästetystä höyrystä poiketen tulistetulla höyryllä ei ole suoraa suhdetta lämpötilan ja paineen välillä. Se voi siis olla olemassa monissa eri lämpötiloissa. Käytämme kyllästettyä höyryä lämmityksessä ja tulistettua höyryä sähköntuotannossa tai turbiineissa.
Tämä voi tuntua oudolta, mutta tiesitkö, että höyryn kuivuus voi olla yli 100 %? Tässä tapauksessa kyse on tulistetusta höyrystä. Käytämme kyllästettyä kuivaa höyryä lämmityksessä ja tulistettua höyryä sähköntuotannossa tai turbiineissa
Kyllästetty (kuiva) höyry on erinomainen lämmönlähde seuraavista syistä:
- Nopea ja tasainen lämmitys parantaa tuotteen laatua ja tuottavuutta.
- Koska paine säätelee lämpötilaa, voimme saavuttaa tietyn lämpötilan nopeasti ja tarkasti.
- Koska lämmönsiirtokerroin on suuri, tarvitaan pienempi lämpöpinta. Tämä tarkoittaa, että laitteiston alkukustannukset ovat pienemmät.
- Koska höyry on peräisin vedestä, se on turvallista, puhdasta ja edullista.
Tiedämme nyt, että höyry ei ole täysin kuivaa. Lämpöhäviöt aiheuttavat sen, että osa höyrystä tiivistyy, mikä tekee kosteasta höyrystä vielä kosteampaa ja aiheuttaa lauhteen muodostumista. Jos tätä ilmiötä ei hallita asianmukaisilla laitteilla (ja lisävarusteilla), sillä voi olla haitallisia vaikutuksia:
- Vaikuttaa lämmönsiirron tehokkuuteen.
- Aiheuttaa putkiston ja kriittisten laitteiden syöpymistä.
Mikä on lämmönsiirtokerroin?
Käytämme lämmönsiirtokerrointa lämmön siirtymisen laskemiseen. Aiemmin kirjoitimme: "Suuri lämmönsiirtokerroin vaatii pienen lämpöpinnan. Tämä pienentää laitteiston alkukustannuksia." Koska vettä on haihtunut enemmän kyllästetyssä höyryssä, höyry on myös absorboinut enemmän sidottua lämpöä. Näin samassa massassa on enemmän lämpöä. Se pystyy siis myös tekemään enemmän työtä.
Mitä eroa on kyllästetyllä (kuivalla) höyryllä ja kyllästämättömällä (kostealla) höyryllä?
Kuiva eli kyllästetty höyry ei sisällä vesipisaroita, ja sitä tuotetaan lämmittämällä vettä suljetussa kammiossa. Kostea eli kyllästämätön höyry sisältää vesipisaroita. Kyllästetty (kuiva) höyry on erinomainen lämmönlähde. Kyllästämätön (kostea) höyry voi aiheuttaa korroosiota tai heikentää lämmönsiirron tehokkuutta, jos sitä ei hallita oikein.
Mikä on kuivuusosuus?
Käytämme tätä mittaa määrittäessämme, miten kuivaa höyry todellisuudessa on. Se vaikuttaa höyryn lämmitysominaisuuksiin.