Parowy - Steam

Erupcja fazy ciekłej gejzeru zamkowego w parku Yellowstone
Wykres temperatury w funkcji entropii pary wodnej
Mollier entalpia-versus-entropii schemacie dla pary

Para to woda w fazie gazowej . Może to nastąpić w wyniku parowania lub wrzenia , gdzie ciepło jest stosowane do momentu osiągnięcia przez wodę entalpii parowania . Para nasycona lub przegrzana jest niewidoczna; jednak „para” często odnosi się do mokrej pary, widocznej mgły lub aerozolu kropelek wody powstałych w wyniku kondensacji pary wodnej .

Woda zwiększa swoją objętość 1700 razy w standardowej temperaturze i ciśnieniu ; Ta zmiana objętości może być zamieniona na pracę mechaniczną przez silniki parowe, takie jak silniki tłokowe tłokowe i turbiny parowe , które są podgrupą silników parowych. Silniki parowe typu tłokowego odegrały kluczową rolę w rewolucji przemysłowej, a nowoczesne turbiny parowe są wykorzystywane do wytwarzania ponad 80% światowej energii elektrycznej . Jeśli ciekła woda wejdzie w kontakt z bardzo gorącą powierzchnią lub szybko spadnie poniżej ciśnienia pary , może spowodować eksplozję pary .

Rodzaje pary i konwersje

Para jest tradycyjnie wytwarzana przez ogrzewanie kotła poprzez spalanie węgla i innych paliw, ale możliwe jest również wytwarzanie pary za pomocą energii słonecznej. Para wodna zawierająca kropelki wody określana jest jako para wilgotna . Gdy wilgotna para jest dalej podgrzewana, kropelki odparowują, a przy wystarczająco wysokiej temperaturze (zależnej od ciśnienia) cała woda odparowuje, a układ znajduje się w równowadze para-ciecz . Kiedy para osiągnie ten punkt równowagi, nazywa się ją parą nasyconą .

Para przegrzana to para o temperaturze wyższej niż jej temperatura wrzenia dla ciśnienia, które występuje tylko wtedy, gdy cała woda w stanie ciekłym wyparowała lub została usunięta z układu.

Tabele parowe zawierają dane termodynamiczne dla wody/pary nasyconej i są często wykorzystywane przez inżynierów i naukowców przy projektowaniu i eksploatacji urządzeń, w których stosuje się cykle termodynamiczne z udziałem pary. Dodatkowo przydatne mogą być termodynamiczne diagramy fazowe dla wody/pary, takie jak diagram temperatura-entropia lub diagram Molliera przedstawione w tym artykule. Wykresy parowe służą również do analizy cykli termodynamicznych.

Wykres entropii entalpii Molliera dla pary — jednostki amerykańskie.svg
Wykres ciśnienie-entalpia pary, w jednostkach amerykańskich.svg
Wykres temperatury i entropii pary, jednostki amerykańskie.svg
Wykres entalpii i entropii (hs) dla pary. Wykres ciśnienie-entalpia (ph) dla pary. Wykres temperatura-entropia (Ts) dla pary.

Zastosowania

Rolniczy

W rolnictwie do sterylizacji gleby używa się pary, aby uniknąć stosowania szkodliwych środków chemicznych i poprawić zdrowie gleby .

Chemiczny

Para wykorzystywana jest w różnych procesach chemicznych jako reagent, zwłaszcza w przemyśle petrochemicznym . Kraking parowy długołańcuchowych węglowodorów daje węglowodory o niższej masie cząsteczkowej do zastosowań paliwowych lub chemicznych. Reforming parowy wytwarza gaz syntezowy lub wodór .

Domowy

Zdolność pary do przenoszenia ciepła jest również wykorzystywana w domu: do gotowania warzyw, czyszczenia parowego tkanin, dywanów i podłóg oraz do ogrzewania budynków. W każdym przypadku woda jest podgrzewana w kotle, a para przenosi energię do obiektu docelowego. Para jest również używana do prasowania ubrań, aby dodać odpowiednią wilgotność wraz z ciepłem, aby usunąć zagniecenia i celowe zagniecenia na ubraniach.

Wytwarzanie energii elektrycznej (i kogeneracja)

Od 2000 r. około 90% całej energii elektrycznej było wytwarzane przy użyciu pary jako płynu roboczego , prawie w całości przez turbiny parowe .

W wytwarzaniu energii elektrycznej para jest zazwyczaj kondensowana pod koniec cyklu rozprężania i zawracana do kotła w celu ponownego wykorzystania. Jednak w kogeneracji para jest wprowadzana do budynków przez system ciepłowniczy w celu dostarczenia energii cieplnej po jej wykorzystaniu w cyklu wytwarzania energii elektrycznej. Największym na świecie systemem wytwarzania pary jest nowojorski system parowy , który pompuje parę do 100 000 budynków na Manhattanie z siedmiu elektrociepłowni.

Magazynowanie energii

Parowóz bez ognia
Pomimo podobieństwa do kotła, zwróć uwagę na brak komina, a także na to, jak cylindry znajdują się na końcu kabiny, a nie na końcu komina.

W innych zastosowaniach przemysłowych do magazynowania energii wykorzystywana jest para wodna , która jest wprowadzana i odbierana przez wymianę ciepła, zwykle rurami. Para jest pojemnym rezerwuarem energii cieplnej ze względu na wysokie ciepło parowania wody .

Lokomotywy bezogniowe były lokomotywami parowymi, które działały z pary przechowywanej na pokładzie w dużym zbiorniku przypominającym kocioł konwencjonalnej lokomotywy. Zbiornik ten został napełniony parą technologiczną , jaka jest dostępna w wielu rodzajach dużych fabryk, takich jak papiernie . W napędzie lokomotywy zastosowano tłoki i korbowody, jak w typowym parowozu. Lokomotywy te były głównie używane w miejscach, gdzie istniało ryzyko pożaru z paleniska kotła, ale były również używane w fabrykach, które miały po prostu obfite zapasy pary.

Wysiłek mechaniczny

Silniki parowe i turbiny parowe wykorzystują rozprężanie pary do napędzania tłoka lub turbiny do wykonywania prac mechanicznych . Ważna jest możliwość zawrócenia skroplonej pary w postaci wody w postaci cieczy do kotła pod wysokim ciśnieniem przy stosunkowo niewielkim nakładzie mocy pompowania. Kondensacja pary do wody często występuje na niskociśnieniowym końcu turbiny parowej, ponieważ maksymalizuje to wydajność energetyczną , ale takie warunki mokrej pary muszą być ograniczone, aby uniknąć nadmiernej erozji łopatek turbiny. Inżynierowie użyciu wyidealizowanej cyklu termodynamicznego , ten cykl Rankine'a , aby modelować zachowanie silników parowych. Turbiny parowe są często wykorzystywane do produkcji energii elektrycznej.

Sterylizacja

W laboratoriach mikrobiologicznych i podobnych środowiskach do sterylizacji stosuje się autoklaw wykorzystujący parę pod ciśnieniem .

Para, zwłaszcza sucha (wysoce przegrzana), może być używana do czyszczenia antybakteryjnego nawet do poziomu sterylizacji. Para jest nietoksycznym środkiem przeciwdrobnoustrojowym.

Para w rurociągach

Para jest używana w rurociągach dla linii komunalnych. Jest również stosowany w płaszczach i trasowaniu rurociągów w celu utrzymania jednolitej temperatury w rurociągach i zbiornikach.

Obróbka drewna

Para wykorzystywana jest w procesie gięcia drewna, zabijania owadów i zwiększania plastyczności.

Obróbka betonu

Para jest używana do wzmocnienia suszenia, zwłaszcza w prefabrykatach. Należy zachować ostrożność, ponieważ beton wytwarza ciepło podczas hydratacji, a dodatkowe ciepło z pary może być szkodliwe dla procesów reakcji twardnienia betonu.

Czyszczenie

Stosowany do czyszczenia włókien i innych materiałów, czasem w przygotowaniu do malowania. Para jest również przydatna do topienia utwardzonych pozostałości smarów i olejów, dlatego jest przydatna do czyszczenia podłóg i urządzeń kuchennych oraz silników spalinowych i części. Wśród zalet używania pary w porównaniu z gorącą wodą jest fakt, że para może działać w wyższych temperaturach i zużywa znacznie mniej wody na minutę.

Zobacz też

Bibliografia

Zewnętrzne linki

Wikiversity ma tabele parowe z liczbami i kodem Matlab