ความแตกต่างระหว่างไอน้ำยวดยิ่งและไอน้ำอิ่มตัว

ไอน้ำเป็นแหล่งความร้อนที่โรงงานซักรีดทุกแห่งต้องการ แล้วไอน้ำร้อนยวดยิ่งกับไอน้ำอิ่มตัวต่างกันอย่างไร? ความแตกต่างอยู่ที่สถานะทางเทอร์โมไดนามิกของพวกมัน

ไอน้ำอิ่มตัว

ไอน้ำอิ่มตัว หมายถึง สภาวะที่ทั้งของเหลวและก๊าซอยู่ร่วมกันอย่างสมดุลที่ความดันระดับหนึ่ง ในสภาวะนี้ ของเหลวจะระเหยต่อไปเรื่อยๆ ในขณะที่ก๊าซจะควบแน่นต่อไปเรื่อยๆ จนกระทั่งทั้งสองถึงสมดุลพลวัต ณ เวลานั้น อุณหภูมิและความดันของไอน้ำอิ่มตัวจะ...ไอน้ำค่าต่างๆ เหล่านั้นจะคงที่ เรียกว่า อุณหภูมิอิ่มตัว และ ความดันอิ่มตัว ในตอนเริ่มต้นของสมดุล ไอน้ำจะเป็นไอน้ำอิ่มตัวชื้น หากเราให้ความร้อนต่อไป ไอน้ำจะกลายเป็นไอน้ำอิ่มตัวแห้งหลังจากน้ำทั้งหมดในไอน้ำอิ่มตัวระเหยไป อุณหภูมิของไอน้ำจากไอน้ำอิ่มตัวชื้นไปเป็นไอน้ำอิ่มตัวแห้งจะคงที่ อุณหภูมิของไอน้ำจะไม่เพิ่มขึ้นในระหว่างกระบวนการจากไอน้ำอิ่มตัวชื้นไปเป็นไอน้ำอิ่มตัวแห้ง ที่ความดันคงที่ หากไอน้ำอิ่มตัวแห้งได้รับความร้อนต่อไป อุณหภูมิของมันจะสูงขึ้นและกลายเป็นไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ไอน้ำร้อนยวดยิ่งไม่มีหยดของเหลวหรือละอองของเหลว และเป็นก๊าซที่แท้จริง

❑ ตัวอย่าง

กล่าวโดยสรุปในสถานการณ์ง่ายๆ คือ:

● ที่ความดันระดับหนึ่ง น้ำจะเริ่มระเหยกลายเป็นไอและค่อยๆ กลายเป็นไอน้ำหลังจากถูกทำให้เดือด ในขณะนั้น อุณหภูมิของไอน้ำจะเท่ากับอุณหภูมิอิ่มตัว อุณหภูมินี้มีความสัมพันธ์กับความดัน ยิ่งความดันสูง อุณหภูมิอิ่มตัวก็ยิ่งสูง ในทางกลับกัน ยิ่งความดันต่ำ อุณหภูมิอิ่มตัวก็ยิ่งต่ำ เมื่อความดัน 0.10 MPa อุณหภูมิอิ่มตัวคือ 99.09°C เมื่อความดัน 4.05 MPa อุณหภูมิอิ่มตัวคือ 249.18°C และเมื่อความดัน 10.13 MPa อุณหภูมิอิ่มตัวคือ 309.53°C

ไอน้ำร้อนยวดยิ่ง

อุณหภูมิจะยังคงสูงขึ้นและเกินอุณหภูมิอิ่มตัวที่ความดันนี้หลังจากที่ไอน้ำอิ่มตัวได้รับความร้อนเพิ่มขึ้นอีก ไอน้ำที่อุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิอิ่มตัวนี้เรียกว่าไอน้ำร้อนยวดยิ่ง ในสภาวะนี้ อุณหภูมิและความดันของไอน้ำจะไม่คงที่อีกต่อไป เมื่อความร้อนเพิ่มขึ้น อุณหภูมิและความดันก็จะเพิ่มขึ้นด้วย ไอน้ำร้อนยวดยิ่งมีพลังงานความร้อนและความจุความร้อนสูงกว่า

❑ ข้อเสีย

อย่างไรก็ตาม ในการใช้งานจริง การใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งในการให้ความร้อนนั้นค่อนข้างไม่มีประสิทธิภาพ เนื่องจากไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะต้องถูกทำให้เย็นลงจนถึงอุณหภูมิอิ่มตัวเพื่อปลดปล่อยพลังงานความร้อนจากการระเหย ความร้อนที่ปล่อยออกมาจากการทำให้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งเย็นลงจนถึงอุณหภูมิอิ่มตัวนั้นน้อยมากเมื่อเทียบกับพลังงานความร้อนจากการระเหย

● หากไอน้ำมีอุณหภูมิสูงเกินจุดเดือดน้อยมาก ความร้อนส่วนน้อยนี้จะระบายออกได้ค่อนข้างง่าย อย่างไรก็ตาม เมื่ออุณหภูมิสูงเกินจุดเดือดสูงมาก เวลาในการเย็นตัวจะนานขึ้นมาก ในช่วงเวลานั้น จะมีเพียงความร้อนปริมาณเล็กน้อยเท่านั้นที่สามารถระบายออกได้

ในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อนจริง การใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะทำให้เกิดผนังแห้งภายในอุปกรณ์แลกเปลี่ยนความร้อน บริเวณนี้จะเกิดตะกรันอย่างรวดเร็ว ทำให้ผนังท่อร้อนจัดและนำไปสู่ความเสียหายของท่อ ดังนั้น แม้ว่าอุณหภูมิของไอน้ำร้อนยวดยิ่งที่ความดันเดียวกันจะสูงกว่าไอน้ำอิ่มตัว แต่ความสามารถในการให้ความร้อนของไอน้ำร้อนยวดยิ่งกลับต่ำกว่าไอน้ำอิ่มตัว

บทสรุป

ในกระบวนการผลิตจริง หากโรงงานซักรีดต้องการใช้ไอน้ำร้อนยวดยิ่งอุณหภูมิสูงและความดันสูงที่ผลิตจากโรงไฟฟ้า ไอน้ำนั้นจะต้องผ่านระบบลดอุณหภูมิและลดความดันก่อน เพื่อเปลี่ยนไอน้ำร้อนยวดยิ่งให้เป็นไอน้ำอิ่มตัวก่อนจึงจะนำไปใช้ได้ ไอน้ำร้อนยวดยิ่งจะสามารถปลดปล่อยความร้อนแฝงที่มีประโยชน์ที่สุดได้ก็ต่อเมื่อเย็นตัวลงจนถึงสถานะอิ่มตัวเท่านั้น