1. Podstawowe informacje o parze wodnej

    

   1. Słownictwo związane z technologiami wykorzystującymi parę wodną

 

Stosowanie tabel stanu nasycenia pary jest niezbędne w dziedzinie technologii wykorzystujących parę wodną (zwanych dalej „inżynierią pary wodnej”). W tym rozdziale omówimy najpierw terminy stosowane w tabelach stanu nasycenia pary i kilka innych powiązanych terminów.

 

 

• Ciśnienie

   

  Jest to wartość siły działającej prostopadle do powierzchni.

  Ponieważ paskal jest tak małą jednostką, w inżynierii pary wodnej wykorzystuje się częściej takie jednostki, jak MPa lub kPa. (W tym dokumencie ciśnienie będziemy dalej wyrażać w „MPa”) kgf/cm2 Ponadto często stosuje się jednostkę kgf/cm2, a jej stosunek do MPa to 1 MPa =10,197 (kgf/cm2)

   

  Ciśnienie można określić na dwa sposoby: ciśnienie bezwzględne, gdzie wartość odniesienia (0 MPa) to ciśnienie zerowe, które istnieje w całkowitej próżni, oraz ciśnienie manometryczne, gdzie wartością odniesienia jest ciśnienie atmosferyczne. Zależność pomiędzy ciśnieniem bezwzględnym a ciśnieniem manometrycznym przedstawiono w poniższym wzorze.

   

  (Ciśnienie manometryczne) = (Ciśnienie bezwzględne) – (Ciśnienie atmosferyczne)

   

  Ciśnienie manometryczne wynosi 0 MPa, a ciśnienie bezwzględne 0,10133 MPa. Różnica pomiędzy tymi ciśnieniami wynosi około 0,1 MPa. Aby je rozróżnić, po symbolu jednostki zwykle dodaje się literę „a” dla ciśnienia bezwzględnego i literę „g” dla ciśnienia manometrycznego.

• Objętość właściwa, ciężar właściwy

   

  1 kg Objętość przypadająca na 1 kg pary nazywana jest objętością właściwą i wyrażana w m3/kg. Wartość objętości właściwej pary wodnej zależy zasadniczo od ciśnienia i temperatury. Zmiana ciśnienia i temperatury skutkuje zmianą objętości właściwej pary. Zmiany w parze zachodzą znacznie szybciej niż w cieczy.

  Masa właściwa (lub gęstość) jest odwrotnością objętości właściwej, a jej jednostką jest kg/m3.

• Temperatura nasycenia

   

  Temperatura wzrasta w miarę podgrzewania wody, ale gdy woda osiągnie pewną temperaturę, całe doprowadzone ciepło jest wykorzystywane do odparowania wody i powstaje para o tej samej temperaturze. Temperatura ta jest zwana temperaturą nasycenia. Temperatura nasycenia zależy od ciśnienia bezwzględnego wody. Im wyższe (niższe) ciśnienie, tym wyższa (niższa) temperatura nasycenia.

• Entalpia właściwa

   

  Entalpia właściwa to pojęcie często używane w termodynamice, które opisuje ilość energii przypadającą na jednostkę masy (1 kg) pary lub wody. W szczególności w dziedzinie inżynierii pary wodnej termin ten oznacza zazwyczaj ilość ciepła wewnętrznego. Jednostki te opisano w tabeli ciśnienia pary.

   

  ➀. Entalpia właściwa wody (h’)

  Odnosi się do ilości ciepła potrzebnego do ogrzania 1 kg wody z temperatury 0°C do temperatury bieżącej i stanowi synonim ciepła jawnego.

  Entalpię określa się jako 0 (zero) dla temperatury 0°C. Tak więc opisuje ona względną ilość ciepła, którą łatwo pojąć intuicyjnie.

  Przy ciśnieniu atmosferycznym woda wrze w temperaturze 100°C, ale do zwiększenia temperatury 1 kg wody z 0°C do 100°C potrzeba 419 J energii cieplnej. Z tej wartości oblicza się ciepło właściwe wody 4,19 kJ/kgC.

   

  2. Entalpia właściwa parowania (r)

  Jest to energia cieplna, jaka jest potrzebna do zamiany w parę 1 kg wrzącej wody. Temperatura podczas mieszania wody i pary nie ulega zmianie, a cała energia jest zużywana na zamianę wody w parę. To synonim do ciepła odparowania i ciepła parowania.

   

  3. Entalpia właściwa pary nasyconej (h”)

  To całkowita energia pary nasyconej i wyraża sumę entalpii właściwej wody i entalpii właściwej odparowania, jak w poniższym wzorze.

   

  h”=r+h’

• Ciepło jawne

   

  Ciepło jawne to energia cieplna, jaka powoduje zmianę temperatury substancji. Gdy substancja pochłania ciepło jawne, temperatura wzrasta, a gdy je oddaje – spada. W większości przypadków odnosi się to do energii cieplnej, jaką ma woda (ciecz) w dziedzinie inżynierii pary wodnej.

• Ciepło utajone

   

  Ciepło, które powoduje zmianę fazy substancji, nazywamy ciepłem utajonym. Pochłanianie i oddawanie ciepła utajonego nie powoduje zmiany temperatury. Ciepło utajone znane jest również jako ciepło przemiany fazowej (ciepło parowania), ciepło skraplania i ciepło krzepnięcia. W inżynierii pary wodnej ciepło utajone często odnosi się do entalpii parowania.

• Ciepło właściwe

 

 

Wzrost temperatury dla danej energii cieplnej zastosowanej na jednostkę masy substancji zależy od tej substancji. Energia cieplna niezbędna do zwiększenia temperatury 1 kg danej substancji o 1°C nazywana jest ciepłem właściwym substancji i przedstawiana jako kJ/kgC. Ciepło właściwe określa się dwoma parametrami. Jeden z nich odnosi się do stałej objętości substancji (ciepło właściwe przy stałej objętości), a drugi do stałego ciśnienia (ciepło właściwe przy stałym ciśnieniu). Ogólnie rzecz ujmując, różnica między nimi staje się istotna tylko wtedy, gdy substancja jest gazem. Tak więc ciepło właściwe wody, która jest cieczą, ma wartość 4,19 kJ/kg℃, jak wspomniano w punkcie „➀. Entalpia właściwa wody (h’)”