Nozioni di base sul vapore: vapore surriscaldato
Il vapore surriscaldato è perfetto per applicazioni come l'essicazione, la pulizia o l'indurimento. Scopri subito i suoi vantaggi e diventa un esperto di vapore.
Il vapore surriscaldato è un altro tipo di vapore come il vapore saturo o non saturo. Questo tipo di vapore viene erogato riscaldandolo oltre il punto di ebollizione. Di conseguenza, la temperatura del vapore è più alta (la densità è più bassa). Questo tipo viene utilizzato principalmente per la generazione di energia e nelle turbine a vapore.
In pratica, il vapore saturo non è mai secco al 100%. Di solito contiene un'umidità compresa tra il 3% e il 5%. Ciò comporta un rischio di una minore efficienza di trasferimento del calore o persino di corrosione dei tubi. Invece, il vapore surriscaldato è privo di umidità ed è pertanto la soluzione perfetta per applicazioni come l'essiccazione, la pulizia o l'indurimento.
Vapore surriscaldato e vapore saturo: qual è la differenza?
Quando si riscalda il vapore saturo oltre il punto di ebollizione, si ottiene vapore surriscaldato. Durante questo processo, il vapore si separa dalle goccioline d'acqua rimanenti. Vi sono quindi alcune differenze tra vapore surriscaldato e saturo.
Rapporto tra pressione e temperatura
A differenza del vapore saturo, il vapore surriscaldato non ha una relazione diretta tra pressione e temperatura. Questo significa che il vapore surriscaldato può esistere in un'ampia gamma di temperature. In genere, è specificato dalla pressione e da un grado di surriscaldamento (= il grado al di sopra della temperatura del vapore saturo).
Abbassare la temperatura
Rispetto al vapore saturo, anche il vapore surriscaldato ha una densità inferiore. Abbassando la temperatura del vapore saturo, il vapore torna allo stato liquido, incluse le goccioline d'acqua. Questo non è il caso del vapore surriscaldato.
Utilizzo nelle applicazioni
A seconda dell'applicazione, è necessario un tipo di vapore diverso. Questa tabella fornisce una rapida panoramica del tipo di vapore preferito per ogni applicazione. Ma ci sono alcune piccole variazioni. Ulteriori informazioni sono disponibili in questo articolo.
Applicazione |
Vapore saturo |
Vapore surriscaldato |
Riscaldamento |
V |
|
Sterilizzazione |
V |
X |
Essiccazione |
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V |
Spelatura |
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V |
Pulizia |
X |
V |
Sanificazione |
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V |
Catalizzazione (riformazione del vapore) |
|
V |
Come si crea il vapore surriscaldato?
Il vapore surriscaldato si ottiene quando il vapore saturo fuoriesce dal corpo della caldaia fino a raggiungere un'area di riscaldamento secondaria chiamata surriscaldatore. È il riscaldamento secondario che trasforma il vapore saturo in vapore surriscaldato. Il vapore e l'acqua surriscaldati non possono coesistere semplicemente perché il calore causerà l'evaporazione. Pertanto, il vapore surriscaldato deve essere creato all'esterno del corpo principale della caldaia.
Il vapore surriscaldato viene creato in diverse fasi
Vantaggi e svantaggi del vapore surriscaldato
Abbiamo già detto che il vapore surriscaldato è privo di umidità. Questo è importante per due motivi principali:
- L'assenza di umidità aumenta l'efficienza della caldaia.
- Riduce le probabilità di corrosione o di "colpo d'ariete".
Oltre a questo, il vapore surriscaldato offre altri vantaggi:
- Alta temperatura a una pressione normale
- Poiché è possibile raggiungere temperature elevate senza applicare alta pressione, la tubazione può essere semplice. È possibile raggiungere temperature elevate indipendentemente dalle specifiche del serbatoio a pressione o della caldaia.
- Conduttività termica estremamente elevata
- Il vapore surriscaldato offre una conduttività termica estremamente elevata rispetto all'aria calda. Il motivo è che ha un'elevata capacità termica per unità di volume.
- Condizioni di basso livello di ossigeno
- Il vapore surriscaldato è un gas con bassi livelli di ossigeno. Ciò previene l'ossidazione di oggetti riscaldati e riduce la possibilità di incendi o esplosioni.
Cosa è la corrosione quando si genera vapore?
Quando il vapore evapora dal corpo della caldaia, lascia delle impurità. Quando il vapore è umido, le goccioline d'acqua si dissolvono. Di conseguenza, le impurità vengono trasportate nella rete di vapore e nell'attrezzatura. Tale condensa può causare danni dovuti a erosione o corrosione carbonica.
Cos'è un "colpo d'ariete"?
Il "colpo d'ariete" è il fenomeno che si verifica quando il fluido in movimento provoca un picco di pressione o un'onda, noto anche come shock idraulico. Nel caso del vapore, è un grumo di condensa che viaggia ad alta velocità che colpisce le tubazioni. Può causare diversi problemi, da rumorosità e vibrazioni alla rottura o al collasso dei tubi. Esistono dei metodi per evitare o ridurre questi effetti, come l'utilizzo del vapore appropriato per ciascuna applicazione. È anche possibile utilizzare, tra l'altro, le valvole di scarico.
Esistono anche alcuni svantaggi del vapore surriscaldato, certamente se si desidera utilizzarlo per il riscaldamento:
- Basso coefficiente di trasferimento termico
- Ciò si traduce in una produttività ridotta e in una superficie di trasferimento del calore più ampia.
- Temperatura del vapore variabile, anche a pressione costante
- Il vapore surriscaldato deve mantenere una velocità elevata. In caso contrario, le temperature scendono man mano che il calore viene perso.
- Calore sensibile utilizzato per trasferire il calore
- Ciò significa che quando la temperatura scende, può avere un impatto negativo sulla qualità del prodotto.
- Le temperature possono essere estremamente elevate
- Non sono necessarie tubazioni speciali perché il vapore surriscaldato funziona alla pressione normale. Tuttavia, poiché le temperature possono raggiungere livelli estremamente elevati, potrebbe essere necessario utilizzare materiali più resistenti. E ciò richiede una maggiore spesa iniziale per le attrezzature.
Cos'è il coefficiente di trasferimento del calore?
Utilizziamo il coefficiente di trasferimento del calore per calcolare la quantità di calore trasferita. Come scritto in precedenza: "Un coefficiente di trasferimento del calore elevato richiede una piccola superficie termica, con conseguente riduzione della spesa iniziale per le apparecchiature". Poiché una maggiore quantità di acqua è evaporata in vapore saturo, il vapore ha anche assorbito più calore latente. Di conseguenza, nella stessa massa è presente più calore che quindi ha la capacità di svolgere più lavoro.
Conclusioni
- Il vapore surriscaldato è il vapore che viene riscaldato oltre il punto di ebollizione.
- Il vapore surriscaldato ha una temperatura più alta e una densità più bassa.
- Viene utilizzato principalmente per la generazione di energia e nelle turbine a vapore. Questo lo rende perfetto per applicazioni quali essiccazione, pulizia o indurimento. Tuttavia, non può essere utilizzato per la sterilizzazione.
- Il vapore surriscaldato non contiene umidità. Questo lo rende adatto per i processi che non consentono l'umidità. Inoltre, riduce le possibilità di corrosione o di "colpo d'ariete".
- Non esiste alcuna relazione diretta tra pressione e temperatura. Quindi, a differenza del vapore saturo, il vapore surriscaldato può esistere in un'ampia gamma di temperature.
- Il grado di surriscaldamento è il grado al di sopra della temperatura del vapore saturo.
- L'abbassamento della temperatura del vapore surriscaldato non ripristina lo stato liquido come per il vapore saturo.
I 3 principali vantaggi del vapore surriscaldato sono:
- Temperature elevate a pressione normale. Ciò significa che è possibile utilizzare tubazioni semplici.
- Conduttività termica estremamente elevata rispetto all'aria calda a causa dell'elevata capacità per volume unitario.
- Condizioni di basso livello di ossigeno. Prevenzione dell'ossidazione e riduzione della possibilità di incendi o esplosioni