Su kaynama noktasının ötesinde ısıtılırsa buharlaşır, yani gaz halindeki suya dönüşür. Ancak, tüm buharlar aynı değildir. Buharın özellikleri, maruz kaldığı basınca ve sıcaklığa bağlı olarak büyük ölçüde değişir.
Buhar İçin Başlıca Uygulamalar makalesinde , buharın kullanıldığı çeşitli uygulamaları ele aldık. Sonraki bölümlerde, bu uygulamalarda kullanılan buhar türlerini ele alacağız.
Su ve Buharın Basınç-Sıcaklık İlişkisi
Animasyonu görüntülemek için bir kelimeye tıklayın.
Doymuş (kuru) buhar, su kaynama noktasına kadar ısıtıldığında (duyarlı ısıtma) ve ardından ek ısıyla buharlaştırıldığında (gizli ısıtma) ortaya çıkar. Bu buhar daha sonra doyma noktasının üzerine daha fazla ısıtılırsa, aşırı ısıtılmış buhar haline gelir (duyarlı ısıtma).
Doymuş Buhar (Kuru)
Yukarıdaki grafikte siyah çizginin gösterdiği gibi, doymuş buhar, buharın (gaz) ve suyun (sıvı) bir arada bulunabileceği sıcaklık ve basınçlarda oluşur. Başka bir deyişle, suyun buharlaşma hızı yoğunlaşma hızına eşit olduğunda oluşur.
Isıtma için doymuş buhar kullanmanın avantajları
Doymuş buhar, özellikle 100 °C (212°F) ve üzeri sıcaklıklarda onu mükemmel bir ısı kaynağı yapan birçok özelliğe sahiptir. Bunlardan bazıları şunlardır:
| Mülk | Avantaj |
| Gizli ısı transferi yoluyla hızlı ve eşit ısıtma | Geliştirilmiş ürün kalitesi ve üretkenlik |
| Basınç sıcaklığı kontrol edebilir | Sıcaklık hızlı ve kesin bir şekilde belirlenebilir |
| Yüksek ısı transfer katsayısı | Daha küçük gerekli ısı transfer yüzey alanı, başlangıçtaki ekipman harcamalarının azaltılmasını sağlar |
| Sudan kaynaklanır | Güvenli, temiz ve düşük maliyetli |
İpucu
Bununla birlikte doymuş buharla ısıtma yaparken aşağıdaki hususlara dikkat etmek gerekir:
- Proses ısıtması için kuru buhardan başka buhar kullanılırsa ısıtma verimliliği azalabilir. Yaygın algının aksine, bir kazandan üretilen buharın neredeyse tamamı kuru doymuş buhar değil, bazı buharlaşmamış su molekülleri içeren ıslak buhardır.
- Radyant ısı kaybı buharın bir kısmının yoğunlaşmasına neden olur. Üretilen ıslak buhar böylece daha da ıslak hale gelir ve ayrıca uygun yerlere buhar kapanları takılarak giderilmesi gereken kondens oluşur.
- Buhar akışından düşen ağır kondens damla bacaklı buhar tuzakları aracılığıyla giderilebilir. Ancak, sürüklenen ıslak buhar ısıtma verimliliğini azaltacaktır ve kullanım noktası veya dağıtım ayırma istasyonları aracılığıyla giderilmelidir
- Boru sürtünmesi vb. nedeniyle basınç kaybına uğrayan buhar, buhar sıcaklığında da buna karşılık gelen bir kayba neden olabilir.
Doymamış Buhar (Islak)
Bu, çoğu tesisin deneyimlediği en yaygın buhar biçimidir. Buhar bir kazan kullanılarak üretildiğinde, genellikle dağıtılmış buhara taşınan buharlaşmamış su moleküllerinden gelen ıslaklığı içerir. En iyi kazanlar bile %3 ila %5 ıslaklık içeren buharı boşaltabilir. Su doygunluk durumuna yaklaştığında ve buharlaşmaya başladığında, genellikle sis veya damlacıklar biçiminde olan bir miktar su yükselen buhara katılır ve aşağı akışta dağıtılır. Bu, ayırmanın dağıtılmış buhardan kondensatı ayırmak için kullanılmasının temel nedenlerinden biridir.
Aşırı ısıtılmış buhar
Aşırı ısıtılmış buhar, ıslak veya doymuş buharın doymuş buhar noktasının ötesinde daha fazla ısıtılmasıyla oluşturulur. Bu, aynı basınçta doymuş buhardan daha yüksek sıcaklığa ve daha düşük yoğunluğa sahip buhar verir. Aşırı ısıtılmış buhar, esas olarak türbinler gibi tahrik/tahrik uygulamalarında kullanılır ve genellikle ısı transferi uygulamaları için kullanılmaz.
Türbinleri çalıştırmak için aşırı ısıtılmış buhar kullanmanın avantajları:
- Türbinleri çalıştırmak için aşırı ısıtılmış buhar kullanmanın avantajları: Yoğuşma
suyu varlığı nedeniyle performansı düşen buharla çalışan ekipmanlar için buharın kuruluğunu korumak - Isıl verimi ve iş kabiliyetini iyileştirmek, örneğin aşırı ısıtılmış durumdan daha düşük basınçlara, hatta vakuma geçerken özgül hacimde daha büyük değişiklikler elde etmek.
Buharı aşırı ısıtılmış haldeyken hem beslemek hem de boşaltmak avantajlıdır çünkü normal çalışma sırasında buharla çalışan ekipmanın içinde kondensat oluşmaz ve erozyon veya karbonik asit korozyonundan kaynaklanan hasar riski en aza indirilir. Ayrıca, türbinin teorik termal verimliliği türbin giriş ve çıkışındaki entalpi değerinden hesaplandığından, aşırı ısıtma derecesinin yanı sıra basıncın artırılması türbin giriş tarafındaki entalpiyi yükseltir ve dolayısıyla termal verimliliği iyileştirmede etkilidir.
Aşırı ısıtılmış buharın ısıtma amaçlı kullanılmasının dezavantajları:
| Mülk | Dezavantajı |
| Düşük ısı transfer katsayısı | Azaltılmış verimlilik |
| Daha büyük ısı transfer yüzey alanına ihtiyaç var | |
| Sabit basınçta bile değişken buhar sıcaklığı | Aşırı ısıtılmış buharın yüksek bir hızda tutulması gerekir, aksi takdirde sistemden ısı kaybı yaşandıkça sıcaklık düşer |
| Isıyı transfer etmek için kullanılan duyarlı ısı | Sıcaklık düşüşleri ürün kalitesini olumsuz etkileyebilir |
| Sıcaklık aşırı yüksek olabilir | Daha güçlü inşaat malzemelerine ihtiyaç duyulabilir ve bu da daha yüksek ilk ekipman harcaması gerektirebilir |
Bu ve diğer nedenlerden dolayı, eşanjörlerde ve diğer ısı transfer ekipmanlarında ısıtma ortamı olarak aşırı ısıtılmış buhar yerine doymuş buhar tercih edilir. Öte yandan, yüksek sıcaklıklı bir gaz olarak doğrudan ısıtma için bir ısı kaynağı olarak görüldüğünde, oksijensiz koşullar altında ısıtma için bir ısı kaynağı olarak kullanılabilmesi bakımından sıcak havaya göre bir avantajı vardır. Ayrıca, pişirme ve kurutma gibi gıda işleme uygulamalarında aşırı ısıtılmış buharın kullanımı üzerine araştırmalar yapılmaktadır.
Süperkritik Su
Süperkritik su, kritik noktasını aşan bir haldeki sudur: 22,1 MPa, 374 °C (3208 psia, 705 °F). Kritik noktada, buharın gizli ısısı sıfırdır ve özgül hacmi, sıvı veya gaz olarak kabul edildiğinde tamamen aynıdır. Başka bir deyişle, kritik noktadan daha yüksek basınç ve sıcaklıkta olan su, ne sıvı ne de gaz olan ayırt edilemez bir haldedir.
Süperkritik su, daha yüksek verimlilik gerektiren enerji santrallerindeki türbinleri çalıştırmak için kullanılır. Süperkritik su üzerine araştırmalar, hem sıvı hem de gaz özelliklerine sahip bir akışkan olarak kullanımına ve özellikle kimyasal reaksiyonlar için bir çözücü olarak uygunluğuna vurgu yapılarak yürütülmektedir.
Suyun Çeşitli Halleri
Doymamış Su
Bu, suyun en tanınabilir halidir. İnsan vücudunun ağırlığının yaklaşık %70’i sudan oluşur. Suyun sıvı formunda, hidrojen bağı su moleküllerini bir araya getirir. Sonuç olarak, doymamış su nispeten kompakt, yoğun ve kararlı bir yapıya sahiptir.
Doymuş Buhar
Doymuş buhar molekülleri görünmezdir. Doymuş buhar borulardan havalandırılarak atmosfere salındığında, bir kısmı ısısını çevredeki havaya aktararak yoğunlaşır ve beyaz buhar bulutları (küçük su damlacıkları) oluşur. Buhar bu küçük damlacıkları içerdiğinde, buna ıslak buhar denir.
Bir buhar sisteminde, buhar tuzaklarından çıkan buhar genellikle doymuş (canlı) buhar olarak yanlış yorumlanır, oysa aslında flaş buhardır . İkisi arasındaki fark, doymuş buharın borunun çıkışında hemen görünmez olması, flaş buharın ise oluştuğu anda görünür su damlacıkları içermesidir.
Aşırı ısıtılmış buhar
Aşırı ısıtılmış halini koruduğu sürece, aşırı ısıtılmış buhar atmosferle temas etse ve sıcaklığı düşse bile yoğunlaşmaz. Sonuç olarak, buhar bulutları oluşmaz. Aşırı ısıtılmış buhar, aynı basınçta doymuş buhardan daha fazla ısı depolar ve moleküllerinin hareketi daha hızlıdır, bu nedenle daha düşük yoğunluğa sahiptir (yani, özgül hacmi daha büyüktür).
Süperkritik Su
Görsel gözlemle söylemek mümkün olmasa da, bu ne sıvı ne de gaz halindeki bir sudur. Genel fikir, gaza yakın bir moleküler hareket ve sıvıya yakın bir yoğunluktur.
