Energia apei cu aburi
DIAGRAMA T S
În diagrama temperaturii T/S, suprafețele reprezintă cantități de căldură.
Pe ordonata T, temperatura începe la -273,15 ° C, adică zero absolut (toți atomii sunt staționari).
Pe abscisă S = entropie: cantitate utilizată în termodinamică pe care nu este necesar să o cunoaștem pentru a înțelege diagrama (pentru curioși S = Suma dQ/T).
Pentru un fluid la presiunea P1, pentru a trece de la o temperatură TA la TB este necesar să se aducă o cantitate de căldură egală cu suprafața tocată în portocaliu. Cu cât suprafața este mai mare, cu atât TB este mai mare.
Pentru apă, am măsurat cantitățile de căldură necesare pentru a trece de la o stare (presiune, temperatură) la alta: după multe măsurători obținem diagrama TS a apei de mai jos prin conectarea punctelor aceleiași presiuni (curbe verzi).
DIAGRAMA APĂ T S
Să urmăm curba verde 1b (1 bar = presiunea atmosferică):
Dacă apa este încălzită la 1b la 0 ° C, temperatura acesteia va crește de la 0 la 100 ° C. Zona de sub această curbă (ecloziune galbenă) indică cantitatea de căldură utilizată (valoare numerică = 426 kilo jouli pe kg de apă: kj/kg).
Dacă continuați să încălziți, temperatura va rămâne la 100 ° C și apa se va evapora. Zona de sub curbă (trapa roșie) indică cantitatea de căldură utilizată (valoare numerică = 2271 kj/kg). Dacă folosim 3/4 din această căldură, vor fi 75% abur și 25% apă: spunem că titrul de vapori este 0,75. (punctul de pe curbă va fi în interiorul curbei clopotului albastru)
Dacă continuăm să încălzim, temperatura aburului va crește. Zona de sub curbă (trapa portocalie) indică cantitatea de căldură utilizată (cu cât zona crește mai mult cu atât crește temperatura).
Vedem alte curbe verzi pentru presiunile 10b, 20b și 100b. Dacă conectăm punctele de început și sfârșit de fierbere pentru diferitele presiuni, obținem curba albastră în formă de clopot (vârful acesteia corespunde punctului critic 220 b 374 ° C).
La presiunea atmosferică, este nevoie de 5,3 ori mai multă căldură pentru a se evapora 1 kg de apă decât pentru a o încălzi de la 0 la 100 ° C.
La o presiune de 20 b acest raport se schimbă la 2,1 (920 kj/kg pentru încălzirea apei și 1941 kj/kg pentru evaporare).
Pentru apă la presiune critică, toată căldura este utilizată pentru a încălzi apa (nu mai există vaporizare).
Cu cât este mai mare presiunea, cu atât este nevoie de mai multă căldură pentru a aduce apa la fierbere.
Pentru presiuni scăzute, energia transformării vaporilor de apă este importantă: vedem importanța, în mașini, a utilizării aburului până la cea mai mică presiune posibilă pentru a recupera cât mai multă energie posibil. (Exemplu de mașină Titanic: turbina care funcționează doar de la 0,6 la 0,07 bar oferă o putere egală cu 60% din cea a mașinilor cu piston cu expansiune triplă care utilizează totuși abur la 15 până la 0,6 bar. Vezi pagina mașinilor).
Cu cât crește presiunea, cu atât curbele de presiune sunt mai apropiate. Astfel, aria dintre curbele 1b și 10b este mai mare decât între curbele 10b și 20b.
Exemplu:
pentru a încălzi de la 0 ° C apoi pentru a se evapora la o presiune de 42 mb (30 ° C) 1 kg de apă trebuie cheltuită 2570 kj.
dacă mergem la 1 b (100 ° C) trebuie să adăugăm 127 kj
dacă mergem la 10 b (180 ° C) trebuie să adăugăm 127 kj
dacă mergem la 20 b (213 ° C) trebuie să adăugăm 30 kj
(cantitatea de căldură de adăugat este mică când crește presiunea: crește punctul de intersecție curba verde/curba albastră, ceea ce crește suprafața, dar se deplasează și la stânga, ceea ce o micșorează)
Descărcați un fișier pdf al diagramei T S: Diagrama-Ts-eau.pdf
Pagina pentru conversia unităților de energie (kwh, kcal, kj, kg cărbune/ch h): convertor