Vapor - Steam

Erupção de fase líquida do Castle Geyser no Parque Yellowstone
Um diagrama de temperatura versus entropia para vapor
Um Mollier entalpia versus entropia diagrama de vapor

O vapor é a água na fase gasosa . Isso pode ocorrer por evaporação ou por ebulição , onde o calor é aplicado até que a água atinja a entalpia de vaporização . O vapor saturado ou superaquecido é invisível; no entanto, "vapor" geralmente se refere a vapor úmido, a névoa visível ou aerossol de gotículas de água formadas à medida que o vapor de água se condensa .

O volume da água aumenta 1.700 vezes na temperatura e pressão padrão ; essa mudança no volume pode ser convertida em trabalho mecânico por motores a vapor , como motores alternativos do tipo pistão e turbinas a vapor , que são um subgrupo dos motores a vapor. Os motores a vapor do tipo pistão desempenharam um papel central na Revolução Industrial e as modernas turbinas a vapor são usadas para gerar mais de 80% da eletricidade mundial . Se a água líquida entrar em contato com uma superfície muito quente ou despressurizar rapidamente abaixo de sua pressão de vapor , ela pode criar uma explosão de vapor .

Tipos de vapor e conversões

O vapor é tradicionalmente criado pelo aquecimento de uma caldeira por meio da queima de carvão e outros combustíveis, mas também é possível criar vapor com energia solar. O vapor de água que inclui gotículas de água é descrito como vapor úmido . À medida que o vapor úmido é aquecido ainda mais, as gotículas evaporam e, em uma temperatura alta o suficiente (que depende da pressão), toda a água evapora e o sistema fica em equilíbrio líquido-vapor . Quando o vapor atinge esse ponto de equilíbrio, é denominado vapor saturado .

O vapor superaquecido é o vapor a uma temperatura superior ao seu ponto de ebulição para a pressão, que só ocorre quando toda a água líquida evaporou ou foi removida do sistema.

As tabelas de vapor contêm dados termodinâmicos para água / vapor saturado e são freqüentemente usadas por engenheiros e cientistas no projeto e operação de equipamentos onde ciclos termodinâmicos envolvendo vapor são usados. Além disso, os diagramas de fase termodinâmicos para água / vapor, como um diagrama de entropia de temperatura ou um diagrama de Mollier mostrado neste artigo, podem ser úteis. Os gráficos de vapor também são usados ​​para analisar os ciclos termodinâmicos.

Gráfico de entropia de entalpia de Mollier para vapor - US units.svg
Gráfico de entalpia de pressão para vapor, em unidades dos EUA.
Gráfico de temperatura-entropia para vapor, US units.svg
Diagrama de entalpia-entropia (hs) para vapor. Diagrama de entalpia de pressão (ph) para vapor. Diagrama de temperatura-entropia (Ts) para vapor.

Usos

Agrícola

Na agricultura , o vapor é usado para esterilização do solo para evitar o uso de agentes químicos prejudiciais e aumentar a saúde do solo .

Químico

O vapor é utilizado em diversos processos químicos como reagente, principalmente na indústria petroquímica . O craqueamento a vapor de hidrocarbonetos de cadeia longa produz hidrocarbonetos de baixo peso molecular para combustível ou aplicações químicas. A reforma a vapor produz gás de síntese ou hidrogênio .

Doméstico

A capacidade de transferência de calor do vapor também é utilizada em casa: para cozinhar vegetais, limpeza a vapor de tecidos, tapetes e pisos, e para aquecimento de edifícios. Em cada caso, a água é aquecida em uma caldeira e o vapor transporta a energia para um objeto-alvo. O vapor também é usado para passar roupas para adicionar umidade suficiente com o calor para tirar as rugas e criar vincos intencionais na roupa.

Geração de eletricidade (e cogeração)

Em 2000, cerca de 90% de toda a eletricidade foi gerada usando vapor como fluido de trabalho , quase tudo por turbinas a vapor .

Na geração elétrica, o vapor normalmente é condensado ao final do ciclo de expansão e devolvido à caldeira para reutilização. No entanto, na cogeração , o vapor é canalizado para os edifícios através de um sistema de aquecimento urbano para fornecer energia térmica após a sua utilização no ciclo de geração elétrica. O maior sistema de geração de vapor do mundo é o sistema de vapor da cidade de Nova York , que bombeia vapor para 100.000 edifícios em Manhattan a partir de sete usinas de cogeração.

Armazenamento de energia

Locomotiva a vapor sem fogo
Apesar da semelhança com uma caldeira, observe a falta de uma chaminé e também como os cilindros estão na extremidade da cabine, não na chaminé.

Em outras aplicações industriais, o vapor é utilizado para armazenamento de energia , que é introduzida e extraída por transferência de calor, geralmente por meio de tubos. O vapor é um grande reservatório de energia térmica devido ao alto calor de vaporização da água .

Locomotivas a vapor sem fogo eram locomotivas a vapor que operavam a partir de um suprimento de vapor armazenado a bordo em um grande tanque semelhante a uma caldeira de locomotiva convencional. Este tanque foi enchido com vapor de processo , como está disponível em muitos tipos de grandes fábricas, como fábricas de papel . A propulsão da locomotiva usava pistões e bielas, como em uma locomotiva a vapor típica. Essas locomotivas eram usadas principalmente em locais onde havia risco de incêndio da fornalha de uma caldeira, mas também eram usadas em fábricas que simplesmente tinham um suprimento abundante de vapor de sobra.

Esforço Mecânico

Os motores a vapor e as turbinas a vapor usam a expansão do vapor para acionar um pistão ou turbina para realizar trabalho mecânico . A capacidade de retornar o vapor condensado como água-líquido para a caldeira em alta pressão com relativamente pouco gasto de energia de bombeamento é importante. A condensação de vapor em água geralmente ocorre na extremidade de baixa pressão de uma turbina a vapor, uma vez que isso maximiza a eficiência energética , mas tais condições de vapor úmido devem ser limitadas para evitar erosão excessiva das pás da turbina. Os engenheiros usam um ciclo termodinâmico idealizado , o ciclo Rankine , para modelar o comportamento das máquinas a vapor. As turbinas a vapor são frequentemente utilizadas na produção de eletricidade.

Esterilização

Uma autoclave , que usa vapor sob pressão, é usada em laboratórios de microbiologia e ambientes semelhantes para esterilização .

O vapor, especialmente o vapor seco (altamente superaquecido), pode ser usado para limpeza antimicrobiana mesmo em níveis de esterilização. O vapor é um agente antimicrobiano não tóxico.

Vapor na tubulação

O vapor é usado em encanamentos para linhas de serviços públicos. Também é usado em encamisamento e rastreamento de tubulações para manter a temperatura uniforme em dutos e vasos.

Tratamento de madeira

O vapor é usado no processo de dobrar a madeira, matando insetos e aumentando a plasticidade.

Tratamento de concreto

O vapor é usado para acentuar a secagem, especialmente em pré-fabricados. Deve-se ter cuidado, pois o concreto produz calor durante a hidratação e o calor adicional do vapor pode ser prejudicial aos processos de reação de endurecimento do concreto.

Limpeza

Utilizado na limpeza de fibras e outros materiais, às vezes na preparação para pintura. O vapor também é útil para derreter graxa endurecida e resíduos de óleo, por isso é útil na limpeza de pisos e equipamentos de cozinha e motores de combustão interna e peças. Entre as vantagens de usar vapor em comparação com spray de água quente estão os fatos de que o vapor pode operar em temperaturas mais altas e usar substancialmente menos água por minuto.

Veja também

Referências

links externos

A Wikiversidade tem tabelas de vapor com figuras e código Matlab