IMG$42

Rozdział V

PARA WODNA

34. Tworzenie się pary. Jak doświadczalnie stwierdzono, woda ogrzewana w naczyniu wrze w temperaturze, która jest zależna od ciśnienia, pod jakim się ciecz znajduje. Tak np. pod ciśnieniem 1,013 bar (1 atm) temperatura wrzenia wody wynosi 100°C. Jeżeli ogrzewanie wody odbywa się w atmosferze rozrzedzonej, np. pod ciśnieniem niższym od atmosferycznego, wówczas woda wrze w temperaturze niższej od 100°C i odwrotnie — zwiększenie ciśnienia wywieranego na wrzącą ciecz, powoduje również podwyższenie temperatury jej wrzenia. Na przykład woda pod ciśnieniem 0,023 bar wrze przy 20°C, pod ciśnieniem zaś 15,55 bar — I dopiero przy 200°C.

Para znajdująca się w bezpośrednim zetknięciu się z wrzącą cieczą nazywa się parą nasyconą, a Ciśnienie i temperatura, przy których odbywa się wrzenie, nazywają się ciśnieniem wrzenia Jt i temperaturą wrzenia ó. Istnieje więc zależność pomiędzy tym ciśnieniem Jt a temperaturą # tak, źe każdemu ciśnieniu wrzenia odpowiada ściśle określona temperatura

s = f(d) t 0 =

Zależność ta dla różnych czynników wyraża się wykreślnie przez krzywą logarytmiczną (rys. 32).

Dalsze doprowadzenie ciepła do wrzącej cieczy, jeżeli ciśnienie nie ulęga zmianie, nie powoduje wzrostu temperatury, a zatem zostaje zużyte tylko na wytworzenie pary nasyconej stykającej się z wrzącą cieczą.

Z chwilą, gdy ostatnia cząsteczka cieczy odparuje (para sucha), własności pary się zmieniają, para zaczyna zachowywać się jak gaz, a dalsze doprowadzenie ciepła powoduje podnoszenie się jej temperatury niezależnie od ciśnienia; taka para nazywa się parą przegrzaną.

Rozważania nad zachowaniem się i własnościami par różnych cieczy zostaną przeprowadzone na przykładzie pary wodnej jako czynnika bardzo często występującego w zagadnieniach techniki cieplnej.

Wyobraźmy sobie, że do zamkniętego i ogrzewanego zbiornika z wodą (nazwijmy go kotłem parowym), w których panuje ciśnienie P, doprowa-

n ata

Rys. 32-Zależńoś£ między ciśnieniem wrzenia | i temperaturą wrzenia 8

dzana jest za pomocą pompy zasilającej woda o temperaturze 0°C. Przyrost entalpii tej wody di, wobec tego, że

dq == di—u dP i di = dq+® dP

będzie się składał:

a)    z ciepła zużytego na ogrzanie wody od 0°C do temperatury wrzenia odpowiadającej ciśnieniu pompowania, więc doprowadzić należy ilość ciepła równą gdzie c,„ jest średnim ciepłem właściwym wody;

b)    | ciepła zużytego na pompowanie do kotła wody o objętości «o> gdzie panuje ciśnienie P, więc praca w tę czynność włożona, zmieniająca się w kotle na ciepło, wyrazi się wartością P®o;

c)    z pracy, która musi być wykonana przy rozszerzeniu się ogrzewanej wody od pierwotnej objętości v₀ do objętości cieczy v' przy temperaturze wrzenia ra i konieczności zrobienia miejsca dla tego przyrostu objętości, o wartości P(v' — ®₀).

Entalpię wrzącej wody | więc można przedstawić sumą wymienionych składników

i = c_B,0+Py_t+P{»'—®o) = c^+P®'    [V,l]

Wielkość l_p = P®', czyli praca pompowania wody jest bardzo mała, bo np. przy różnicy ciśnień 20 at wynosi

lp = 0,42 kcal/kg lub 1,75 kJ/kg można więc ją pominąć bez wpływu na wyniki liczbowe obliczenia wobec czego entalpia wody wrzącej

| =

Wielkość tę wyraża się, w zależności od przyjętego układu jednostek, w kcal/kg lub kJ/kg.

95