Capacità termica massica (calore specifico)

Ogni sostanza ha una propria capacità termica massica "C"; l'unità di misura è [kJ/kg K], visto che spesso si ha a che fare con differenze di temperatura e visto che 1 K equivale ad 1 °C,  è accettabile, per scopi pratici, anche [kJ/kg °C].

Una volta, questa caratteristica si chiamava calore specifico "Cs" e si misurava in [kcal/kg °C].

Nota: 1 kcal = 4,186 kJ.

Capacità termica massica dell'acqua

L'acqua ha una capacità termica massica di 4,186 kJ/kg K (1 kcal/kg °C).

Questo valore preciso, vale da 13,5 °C a 14,5 °C, fuori da questo piccolissimo intervallo, il valore cambia, in pratica trascurabilmente, di qualche millesimo de non decimillesimo di kJ.

Nota per il calcolo dell'entalpia dell'acqua di alimento

Per i nostri scopi, possiamo ragionevolmente considerare tale valore di 4,186 kJ/kg °C valido fino a 120 °C, quindi l'entalpia dell'acqua di alimento ha [kJ/kg] = temp. acqua di alim. in °C x 4,186 kJ/kg °C. Per i calcoli oltre tale valore si rimanda al valore del contenuto termico reperibile in tabella vapore nella colonna di hl della riga della temperatura che ci interessa.

Sul aito Spirax-Sarco: QUI'

Volume:

1 kg di acqua, allo stato liquido, a pressione atmosferica, da 0 a 100°C occupa indicativamente 1 dm3, dopo la trasformazione in vapore il volume occupato sale a 1725 dm3.

Indicativamente un cartone da 1 litro di latte diventa un cassonetto dell'immondizia, o, per chi ancora se le può ricordare, una cabina telefonica (questo anticipa un po', nello studio, il tema del volume di scoppio).

Entalpia:

h, entalpia o contenuto termico (se vogliamo "contenuto di calore"), "energia" contenuta nell'unita' di massa (1kg) di sostanza.

Saturo:

liquido saturo: liquido che ha raggiunto la temperatura di ebollizione, e che quindi non e' piu' in grado di assumere ulteriore energia in forma sensibile (aumento di temperatura) ma solo in forma latente (passaggio di stato).  

Vapore saturo secco: totalmente vaporizzato, privo di umidita'. Ulteriore fornitura di energia possibile solo in forma sensibile: il vapore diventa surriscaldato (aumento di temperatura).

Vapore saturo umido: presenza contemporanea di vapore e liquido, identica temperatura e pressione. Ulteriore apporto di energia aumenta la parte vaporizzata riducendo la parte liquida, mentre, sottrazione di energia, riduce la parte vaporizzata aumentando la parte liquida.

Non dimenticare mai: in pratica saturo vuol dire presenza contemporanea di liquido e vapore, con stessa temperatura e pressione, ovunque esso si trovi, caldaia, linee vapore, utenze, tubazioni, ev. condense.

Titolo "x":

si parla di titolo solo con vapore saturo.

Il titolo indica la parte in massa di acqua totalmente vaporizzata in un kg di vapore saturo umido.

Il titolo ha un valore compreso tra zero (solo liquido saturo) ed uno (solo vapore saturo secco). Valori diversi da zero indicano vapore saturo umido (una parte di liquido saturo ed una di vapore saturo secco).

0 < x < 1

Definizione: il titolo indica la quantita' di vapore saturo secco contenuta in un kg di vapore saturo umido. La differenza ad uno, (1-x), indica la quantita' di liquido saturo. Essendo il titolo un rapporto tra masse, esso non ha unità di misura.

x = massa vapore saturo secco / (massa vapore saturo secco + massa liquido saturo)

oppure

x = massa vapore saturo secco / massa vapore saturo umido.

A differenza della letteratura tecnica che, citando il titolo del vapore dei generatori a tubi da fumo, riporta quasi sempre un generico "x = 0,9", i moderni generatori di vapore a tubi da fumo di buona fattura, di producibilità non troppo piccola, producono vapore che possiamo considerare quasi saturo secco: x = 0,97.

Questo risultato si ottiene se sono rispettate tre condizioni:

1) livello corretto dello specchio evaporante,

2) pressione di esercizio tra il 70 ed il 90% di quella di bollo,

3) conducibilità come da indicazione del costruttore (regime di spurgo corretto).

Queste condizioni ottimizzano la qualità del vapore e riducono al minimo i trascinamenti liquidì.

Note:

1) livello corretto = minori trascinamenti,

2) pressione troppo bassa significa bolle di vapore più grandi e quindi maggiore agitazione dello specchio evaporante in fase di uscita delle bolle e maggiore  umidità in camera vapore,

3) conducibilità elevata = elevata salinità -> formazione di schiume e ebollizione tumultuosa -> scadimento della qualità del vapore da aumento dell'umidità in camera del vapore e trascinamenti.

- Fonte: chiesto personalmente in occasione del seminario presso Bosch-Industriekessel Gunzenhausen D 2012)

Come si può capire se la caldaia "sputa"?

In altre parole se vi sono trascinamenti alla presa vapore.

Risposta: prelevando della condensa dalla linea vapore e misurandone la conducibilità: essa deve essere zero. Se c'è conducibilità ci sono trascinamenti.

Vapore nascente (dalla diminuzione della pressione), detto anche "vapore di flash", fenomeno che si verifica ogni volta che il liquido saturo subisce una caduta di pressione, anche in uscita dagli scaricatori di condensa.

Calcolo del vapore nascente e del volume di scoppio.

Domanda: se una caldaia (es.: 12 bar) dovesse scoppiare cosa spaventa di più, il vapore che si espande di 12 volte o l'acqua che è liquida?

Risposta: l'acqua, perché se è vero che di essa vaporizza solo un (indicativamente) 20%, quel 20 % diventa 1725 volte più grande, e quello è l'aspetto che crea il disastro.

Per questo argomento, considerazioni ed esempio di calcolo vedi qui.

Vapore:

vaporizzazione, ebollizione ed evaporazione.

pdf da uni TN

Termoutilizzatore di Brescia.