Vapor de apă

Apa clocotită : bulele sunt formate din vapori de apă.

Cu termenul, vaporii de apă sunt transformați în „ apă de referință în starea sa de abur . Invizibil, inodor și incolor, este una dintre componentele atmosferei terestre. Când vaporii de apă se adună în cantități mari și se amestecă cu praf , diverse gaze , polen , reziduuri de ardere , acesta devine apoi mai puțin transparent, dând naștere fenomenului de ceață sau ceață .

Condiții termodinamice ale vaporilor de apă

În funcție de condițiile ( temperatura , presiunea și umiditatea ) la care se găsește vaporii de apă, vorbim de:

abur saturat : este starea în care aburul este în echilibru cu lichidul (apa), adică la o temperatură precisă, numită punctul de fierbere al apei, asociat la rândul său cu o presiune absolută specifică; chiar și o ușoară variație a temperaturii, suficientă pentru a transforma lichidul rezidual sau faza de presiune în vapori, provoacă o deplasare din această stare;
vapori umezi saturați : este vaporii saturați care conțin cantitatea maximă de lichid, care se găsește sub formă de picături foarte mici; exemple ale acestei stări sunt aburul oalei, ceații și norilor;
vapori saturați uscați : este vaporii saturați cu cea mai mică cantitate de lichid, adică cel care nu conține picături de apă; în astfel de condiții vaporii nu sunt vizibili; de exemplu dispariția bruscă a ceații se datorează trecerii de la aburul saturat umed la aburul saturat uscat; se întâmplă, de fapt, că umiditatea aerului trece de la starea umedă saturată (sau punctul de rouă ) la starea uscată, deoarece razele soarelui au evaporat acele picături și, în consecință, aerul devine transparent;
vapori supraîncălziți : este un vapor care se află în condiții de neechilibru, lipsind cu desăvârșire, în urma unui aport suficient de căldură pentru a-l vaporiza complet, faza lichidă cu care vaporii saturați se află în echilibru; termenul „supraîncălzit” indică faptul că acești vapori au o temperatură peste punctul de fierbere caracteristic presiunii la care se găsește. Fiecare intrare suplimentară de căldură, deoarece nu mai există lichid de vaporizat, crește și mai mult temperatura vaporilor.

Pentru utilizări tehnologice, distincția dintre umed saturat, uscat saturat și supraîncălzit face o mare diferență, deoarece utilizarea aburului în mașinile termice utilizează saltul termic, adică căldura pe care o transportă (abur supraîncălzit, considerat cea mai înaltă temperatură, transportă cantitatea mai mare) și, prin urmare, pentru aceeași cantitate de abur utilizată, acele picături de apă reduc foarte mult energia disponibilă și, în cazul mașinilor rapide, cum ar fi turbinele cu abur, aceste picături lovesc violent metalul, distrugând mașinile.

Exemple

La presiunea unei atmosfere , temperatura aburului din oală este întotdeauna egală cu 100 ° C, deoarece această temperatură este o condiție fizică tipică a apei (iar aburul are o densitate de aproximativ 1/1800 din cea a apei ). Cu toate acestea, gătitul este mai rapid în oala sub presiune, deoarece atunci când aburul este sub presiune poate atinge temperaturi mai ridicate, astfel încât raportul de densitate va varia. Temperatura apei din oala sub presiune ajunge și rămâne la aceeași temperatură cu aburul (cu care este în contact) și, prin urmare, alimentele se gătesc mai repede. Chiar și în oala sub presiune, aburul este întotdeauna „abur saturat”, deoarece este în prezența apei. Este un abur saturat întotdeauna la aproximativ 110 ° C, deoarece supapa menține o anumită presiune constantă. Nu poate crește temperatura, deoarece prezența apei acționează ca un „termostat”.

Dar dacă întâmplător lăsați vasul pe aragaz prea mult timp și toată apa se usucă, acel abur atinge 150-200 ° C, metalul din vas se va înnegri și mâncarea va arde. De asemenea, oala ar putea exploda dacă supapa de aerisire (care este în general singurul dispozitiv de siguranță) nu funcționează corect. În schimb, aburul din el schimbă tipul, adică atinge o temperatură mai mare decât ar trebui să aibă la acea presiune. Așa că vom fi produs „aburul supraîncălzit” acasă. În cazanele industriale, se ating presiuni de 50-60 atmosfere și aburul este supraîncălzit la 450 ° C. Vaporii de apă, saturați sau supraîncălziți , sunt fluidul de lucru al motoarelor cu aburi , în care expansiunea aburului este utilizată pentru a muta un piston sau o turbină, astfel încât să producă lucrări mecanice.

Importanţă

Vaporii de apă atmosferici fac parte din ciclul hidrologic , un sistem închis de circulație a apei din oceane și continente în atmosferă și invers, într-un ciclu continuu de evaporare , transpirație , condensare și precipitații . Concentrația sa în atmosferă este foarte variabilă în spațiu și timp în funcție de condițiile meteorologice .

Efect de seră și vapori de apă

Vaporii de apă sunt gazele cu efect de seră cu cea mai mare concentrație în atmosferă (în medie 0,33% până la 4% în anumite perioade) și este cel care contribuie cel mai mult la efectul de seră (cu o contribuție estimată de 70%, care ajunge la 98% dacă se are în vedere și efectul creat de nori). Aceeași teorie a efectului de seră s-a născut la începutul anilor 1800 tocmai pentru a explica rolul determinant al vaporilor de apă în atmosferă. În atmosferă, moleculele de apă captează căldura radiată de pe Pământ prin ramificarea acestuia în toate direcțiile, încălzind astfel suprafața Pământului înainte de a fi radiată înapoi în spațiu.

Tehnologia Steam

Tehnologia aburului (așa cum se numește vapori de apă prin excelență) a fost dezvoltată din secolul al XVII-lea și a primit o aplicare eficientă în a doua jumătate a secolului al XVIII-lea , în principal de oamenii de știință și ingineri englezi și francezi, printre care trebuie să-i menționăm pe Denis Papin și James Watt . Vaporii de apă se obțin prin evaporare prin fierberea apei în echipamente speciale numite cazane sau mai exact generatoare de abur .

O caracteristică fundamentală a vaporilor de apă este capacitatea sa de transport de căldură : la o presiune de 10 bari (1000 kPa) un kilogram de abur necesită 2013,6 kJ pentru a schimba starea și produce 2013,6 kJ la condensare. Având în vedere că temperatura de fierbere la 10 bari este de 179,8 ° C și, prin urmare, prin răcirea a 1 kg de apă de la 179,8 la 0 ° C obțineți puțin sub 750 kJ, este evident că transport de 4 ori mai multă energie folosind abur decât transportă apa.