Nozioni di base sul vapore: vapore secco saturo e vapore umido non saturo
Scopri la differenza tra vapore secco saturo e vapore umido non saturo. Quali sono i vantaggi e gli usi?
Vapore saturo, non saturo, secco, umido, di espansione, supercritico e surriscaldato… e molto altro ancora, ad indicare che non tutti i tipi di vapore sono uguali. Quindi l'applicazione definisce quale tipo di vapore utilizzare?
Le proprietà dipendono dal volume, dalla pressione e dalla temperatura. Quindi, è l'applicazione che definisce il tipo di vapore da utilizzare.
Diamo un'occhiata ai diversi tipi di vapore esistenti e ai loro vantaggi e svantaggi.
Vapore saturo o vapore secco
Il vapore saturo o secco è il tipo di vapore che otteniamo se tutte le molecole d'acqua rimangono allo stato gassoso. Prendiamo ad esempio un bollitore che fischia quando è pronto. Il vapore non fuoriesce liberamente perché la pressione è controllata dall'uso previsto. A volte si vede una nebbiolina fuoriuscire dal bollitore, il vapore secco.
Il vapore secco perde parte della sua energia quando viene rilasciato nell'atmosfera più fredda. Tale energia viene trasferita nell'aria ambiente , rendendola condensata e visibile come nebbiolina. In altre parole: Il vapore secco viene prodotto riscaldando l'acqua in una camera chiusa.
La temperatura del vapore è vicina al punto di ebollizione a quella pressione.
Vapore non saturo o umido
Quando il vapore attira piccole goccioline d'acqua al momento del riscaldamento, si genera vapore non saturo o umido. Quando una caldaia a vapore riscalda l'acqua, le bolle si rompono attraverso la superficie. Quindi, quando inizia a formarsi, il vapore contiene liquido. È questo liquido che rende il vapore parzialmente umido a meno che non si utilizzi un surriscaldatore. Anche le migliori caldaie a vapore possono rilasciare vapore con umidità del 3% - 5%.
In che modo pressione e temperatura influenzano l'acqua e il vapore
In genere, il vapore ha un rapporto diretto con la pressione e la temperatura.
- Più alta è la pressione nella caldaia, più energia è necessaria per generare vapore.
- Con una pressione maggiore , il vapore viene prodotto a temperature più elevate. Questo vapore a temperatura più elevata contiene più energia per kg.
- Il vapore surriscaldato è un'eccezione a questa regola.
Questo grafico mostra lo stato dell'acqua (liquida o gassosa) a una temperatura e pressione date. A 1 bar (pressione atmosferica normale) l'acqua congelerà a 0 °C (32 °F) e bollirà a 100 °C (212 °F). A 2 bar, il punto di congelamento sarà più basso e il punto di ebollizione più alto.
Tabella del vapore surriscaldato come guida
Le tabelle del vapore sono strumenti essenziali per chiunque lavori con il vapore. È possibile confrontare la sua importanza con un orario ferroviario o con la mappa su un GPS quando si guida in una località nuova. Di solito utilizziamo una tabella del vapore per determinare la temperatura a una determinata pressione o viceversa.
Ciò che rende questo strumento prezioso è che include anche un entalpia e un volume specifici. L'entalpia è la quantità di energia contenuta in 1 kg. Si calcola l'entalpia del vapore prendendo la somma dell'entalpia dei vari stati (liquido e gassoso).
Per passare dall'acqua al vapore surriscaldato, questa tabella mostra la relazione tra pressione e temperatura
Frazione di secchezza del vapore
Come menzionato in precedenza, è quasi impossibile per le caldaie a vapore produrre vapore secco al 100%. Misuriamo il livello effettivo di vapore nella frazione di secchezza.
Se il vapore contiene il 5% di acqua, lo si definisce secco al 95% con una frazione di secchezza di 0,95.
La frazione di secchezza ha un effetto diretto sulla quantità totale di energia trasferibile. A sua volta, ciò influisce sulla qualità e sull'efficienza del riscaldamento.
Ricordiamo la differenza tra calore latente e sensibile? Il vapore secco al 100% contiene anche il 100% del calore latente disponibile (a quella pressione specifica). L'acqua satura con una secchezza dello 0% contiene solo calore sensibile.
Nel caso in cui non si sia più sicuri della differenza tra i due, è possibile leggere questo articolo.
Sapevi che è possibile riscaldare il vapore oltre il punto di ebollizione per ottenere vapore surriscaldato?
A differenza del vapore saturo, il vapore surriscaldato non ha un rapporto diretto tra temperatura e pressione. Ciò significa che può esistere a un'ampia gamma di temperature. Preferiamo il vapore saturo per le applicazioni di riscaldamento e il vapore surriscaldato per la generazione di energia o nelle turbine.
Sembra improbabile, ma sapevi che la secchezza del vapore può essere superiore al 100%? In questo caso parliamo di vapore surriscaldato. Preferiamo il vapore secco saturo per le applicazioni di riscaldamento, mentre il vapore surriscaldato è l'opzione ideale per la generazione di energia o nelle turbine.
Il vapore saturo (secco) costituisce un'eccellente fonte di calore per i seguenti motivi:
- Grazie al riscaldamento rapido e uniforme, la qualità del prodotto e la produttività miglioreranno.
- Poiché la pressione controlla la temperatura, possiamo raggiungere in modo rapido e preciso una temperatura specifica.
- Poiché esiste un elevato coefficiente di trasferimento termico, è necessaria una superficie termica più piccola. Ciò significa che è possibile ridurre le spese iniziali per le apparecchiature.
- Poiché il vapore proviene dall'acqua, è sicuro, pulito e a basso costo.
Tuttavia, sappiamo che il vapore non è secco al 100%. La perdita di calore radiante provoca la condensazione di parte del vapore, rendendo il vapore ancora più umido e causando anche la formazione di condensa. Se non vengono gestiti e sottoposti a manutenzione correttamente con le apparecchiature (e gli accessori) giusti, possono avere effetti negativi:
- Influire sull'efficienza del trasferimento di calore.
- Provocare corrosione delle tubazioni e delle apparecchiature critiche.
Cos'è il coefficiente di trasferimento del calore?
Utilizziamo il coefficiente di trasferimento del calore per calcolare la quantità di calore trasferita. Come scritto in precedenza: "un coefficiente di trasferimento del calore elevato richiede una piccola superficie termica, con conseguente riduzione della spesa iniziale per le attrezzature". Poiché una maggiore quantità di acqua è evaporata in vapore saturo, il vapore ha anche assorbito più calore latente. Di conseguenza, nella stessa massa è presente più calore che quindi ha la capacità di svolgere più lavoro.
Quale è la differenza tra vapore saturo (secco) e vapore non saturo (umido)?
Il vapore secco o saturo non contiene gocce d'acqua e viene prodotto riscaldando l'acqua in una camera chiusa. Il vapore umido o non saturo contiene goccioline d'acqua. Il vapore saturo (secco) è un'eccellente fonte di riscaldamento. Il vapore non saturo (umido) può causare corrosione o ridurre l'efficienza di trasferimento del calore se non gestito correttamente.
Cosa è la frazione di secchezza?
È la misura che utilizziamo per definire quanto il vapore è effettivamente secco. Ha un impatto sulla capacità di riscaldamento del vapore.