ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΤΜΟΥ

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΤΜΟΥ

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΤΜΟΥ

Τι είναι ο ατμός, πως δημιουργείται και ποιές είναι οι σημαντικότερες ιδιότητες του

Τι είναι ο ατμός

Ο ατμός είναι η αέρια φάση που προκύπτει από το βρασμό του νερού. Όταν το νερό ψύχεται, στερεοποιείται και γίνεται πάγος, ενώ όταν βράζει, αεριοποιείται και γίνεται ατμός. Σε κανονικές συνθήκες  ατμοσφαιρικής πίεσης (1 atm), ατμός παράγεται στους 100οC

  • Πάγος + Θερμότητα = Nερό
  • Νερό + Θερμότητα = Aτμός

 

Ο ατμός είναι διαφανής και έτσι υπάρχει μέσα στον ατμολέβητα και τις σωληνώσεις μεταφοράς του. Ο ατμός είναι το διαφανές αέριο στη βάση ενός οικιακού βραστήρα νερού, όχι οι ορατοί υδρατμοί που σχηματίζονται στη συνέχεια, καθώς ο ατμός έρχεται σε επαφή με την ατμόσφαιρα και υγροποιείται

Πως δημιουργείται ο ατμός

Σε ένα θερμαινόμενο μεταλλικό σκεύος περιέχεται νερό. Όσο ανεβαίνει η θερμοκρασία, ξεκινάει τοπικά ο βρασμός του νερού, οπότε μικρές φυσαλίδες ατμού αρχίζουν να σχηματίζονται στις θερμαινόμενες επιφάνειες του σκεύους, οι οποιες σταδιακά αποκολλούνται από τον πυθμένα και αναδύονται στην επιφάνεια όπου και σκάνε, αποδίδοντας ατμό. 

Θερμοκρασία δημιουργίας ατμού

Όσο μεγαλύτερη είναι η πίεση ( >1 bar ), σε τόσο μεγαλύτερη θερμοκρασία γίνεται η παραγωγή του ατμού. Ενδεικτικά, ενώ σε πίεση 1 Atm=1 bara=0 barg, ο ατμός παράγεται στους 100οC, στα 4 barg η θερμοκρασία ατμού είναι 152οC, ενώ στα 10 barg αντίστοιχα φτάνει στους 184οC.

Ατμός μπορεί να δημιουργηθεί και σε θερμοκρασίες κάτω των 100οC, ακόμα και στους 20οC, αρκεί η πίεση να είναι η απαιτούμενη (<1atm).  Για παράδειγμα, στους 80οC, ατμός παράγεται σε πίεση 0,5 bara. Σε αυτή την ιδιότητα οφείλεται η σπηλαίωση αντλιών ζεστού νερού, με θερμοκρασία αναρρόφησης κοντά τους 100oC σε ατμοσφαιρική πίεση, όπου λόγω των τριβών ροής προκαλείται πτώση πίεσης και δημιουργείται ατμός κάτω από τους 100οC

Κορεσμένος - υπέρθερμος ατμός

Στο σημείο κορεσμού, ο (κορεσμένος) ατμός βρίσκεται σε ισορροπία με το νερό, καθώς έχουν ακριβώς ίδια θερμοκρασία και πίεση, σε διαφορετικές όμως φάσεις ( υγρό-αέριο ) και θερμικό περιεχόμενο ανά μονάδα μάζας.

Περαιτέρω προσθήκη θερμότητας χωρίς αύξηση πίεσης,  καθιστά τον ατμό υπέρθερμο. Ο υπέρθερμος ατμός πρακτικά είναι ακόμα πιό ξηρός από τον κορεσμένο, με τον οποίο έχει ίδια πίεση αλλά μεγαλύτερη θερμοκρασία και χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ή κινητικής ενέργειας

Πίεση - Θερμοκρασία

Η πιο χρήσιμη ιδιότητα του ατμού, χωρίς αμφιβολία, είναι η σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας η οποία είναι προκαθορισμένη με ακρίβεια. Για δεδομένη πίεση, ο κορεσμένος ατμός έχει συγκεκριμένη θερμοκρασία και όλα τα θερμοδυναμικά χαρακτηριστικά που αυτό συνεπάγεται.

Συνεπώς όταν σε μία εφαρμογή, ζητείται πχ. θερμοκρασία ατμού 152οC, αυτό αυτόματα συνεπάγεται ότι ο ατμός θα βρίσκεται σε πίεση 5barg και έτσι διαστασεολογείται όλος ο σχετικός εξοπλισμός.

Πίνακες Ατμού

Στους Πίνακες Ατμού – Steam Tables – καταγράφονται με επιστημονική ακρίβεια, όλες οι θερμοδυναμικές ιδιότητες του ατμού σε κάθε συνθήκη πίεσης και θερμοκρασίας.

Οι Πίνακες Ατμού είναι το βασικό υπολογιστικό εργαλείο για ενεργειακούς και θερμοδυναμικούς υπολογισμούς και περιέχουν απαραίτητες πληροφορίες όπως είναι πίεση, θερμοκρασία, ενθαλπία, ειδικός όγκος και εντροπία κορεσμένου και υπέρθερμου ατμού

Ενθαλπία - Έργο του Ατμού

Όταν ο κορεσμένος ατμός αποδώσει το θερμικό του έργο ( ενθαλπία αλλαγής φάσης ), συμπυκνώνεται και επιστρέφει στην υγρή κατάσταση ( κορεσμένο νερό ).

Η ενθαλπία αλλαγής φάσης ή λανθάνουσα θερμότητα, είναι η ενέργεια αλλαγής φάσης από υγρό σε αέριο και λαμβάνει χώρα σε σταθερή θερμοκρασία και πίεση

Steam Power

ΟΙ ΠΙΝΑΚΕΣ ΑΤΜΟΥ

Ο ακριβής καθορισμός των ιδιοτήτων του ατμού υπήρξε πάντοτε κεφαλαιώδους σημασίας για τη βιομηχανία, καθώς ακόμα και μικρές διαφορές σε σημαντικές ιδιότητες, μπορεί να οδηγήσουν σε τεράστιες οικονομικές και τεχνικές διαφορές σε εφαρμογές όπως οι σταθμοί παραγωγής ενέργειας.

Η σημασία των Πινάκων Ατμού είναι τέτοια, ώστε στις αρχές του 20ου αιώνα δημιουργήθηκε ένας ειδικός διεθνής οργανισμός, ο IAWPS,  με αντικείμενο την επιστημονικά και μηχανικά σωστή σύνταξη των Πινάκων Ατμού.

Με την πάροδο των χρόνων και τις νέες υπολογιστικές δυνατότητες, οι Πίνακες Ατμού εξελίχθηκαν στη σημερινή τους μορφή

ΙΔΙΟΤΗΤΕΣ ΤΟΥ ΑΤΜΟΥ

Ορισμένες ενδιαφέρουσες και παράξενες ιδιότητες του ατμού

Όγκος

Σε πίεση 1 bar, όταν 1 m3 νερού εξατμιστεί, ο ατμός που προκύπτει καταλαμβάνει χώρο 1700 m3, ίσο με τον όγκο 40 containers ή μίας πενταόροφης οικοδομής!

Πίεση-Θερμοκρασία

Σε όλες τις συνθήκες λειτουργίας, ο ατμός έχει ακριβώς την ίδια θερμοκρασία και πίεση με το νερό, παρά το ότι ο ατμός είναι αέριο και το νερό υγρό!

Λανθάνουσα θερμότητα

Η θερμική ενέργεια αλλαγής φάσης από υγρό σε αέριο, είναι 4 φορές μεγαλύτερη από την ενέργεια του νερού όμως δεν μπορεί να μετρηθεί με θερμόμετρο!

Ταχύτητα

Ο ατμός κινείται μέσα στις σωληνώσεις με ταχύτητα που φτάνει μέχρι και τα 300 km/h, χωρίς αντλία ή άλλο μηχανισμό προώθησης πέραν της πίεσης του!

Ενέργεια

Στα 10 bar, 1 kg ατμού έχει τετραπλάσια ενέργεια από 1 kg νερού, παρά το γεγονός ότι έχουν ακριβώς ίδια πίεση και θερμοκρασία!

Απόδοση

Σε πίεση 10 bar-184οC, ο ατμός έχει μικρότερη θερμική απόδοση ( έργο ) ανα κιλό από ότι σε πίεση 1 bar-120οC. Στα 20 bar, έχει ακόμα μικρότερη απόδοση ανα κιλό!
X