miniatura|359x359px|Volum (v), energia (u), entalpia (h) i entropia (s) en funció de la temperatura (C) per a vapor sobreescalfat El vapor sobreescalfat és vapor a una temperatura superior al seu punt de vaporització a la pressió absoluta on es mesura la temperatura.
Per tant, el vapor sobreescalfat es pot refredar (perdre energia interna) en certa quantitat, cosa que provoca una disminució de la seva temperatura sense canviar d'estat (és a dir, condensar-se) d'un gas a una barreja de vapor saturat i líquid. Si el vapor insaturat (una barreja que conté tant vapor d'aigua com gotes d'aigua líquida) s'escalfa a pressió constant, la seva temperatura també es mantindrà constant a mesura que la qualitat del vapor (penseu en la sequedat o el percentatge de vapor saturat) augmenta cap al 100% i es converteix en vapor saturat sec (és a dir, sense líquid saturat). L'aportació continuada de calor "sobreescalfarà" el vapor saturat sec. Això passarà si el vapor saturat entra en contacte amb una superfície amb una temperatura més alta.
El vapor sobreescalfat i l'aigua líquida no poden coexistir en equilibri termodinàmic, ja que qualsevol calor addicional simplement evapora més aigua i el vapor es convertirà en vapor saturat. Tanmateix, aquesta restricció es pot violar temporalment en situacions dinàmiques (de no equilibri). Per produir vapor sobreescalfat en una central elèctrica o per a processos (com ara assecar paper), el vapor saturat extret d'una caldera es passa a través d'un dispositiu de calefacció separat (un sobreescalfador) que transfereix calor addicional al vapor per contacte o per radiació.
El vapor sobreescalfat no és adequat per a l'esterilització. La raó és que el vapor sobreescalfat és sec. El vapor sec ha d'assolir temperatures molt més altes i els materials exposats durant un període de temps més llarg per tenir la mateixa eficàcia; o un valor de letalitat F0 igual. El vapor sobreescalfat tampoc és útil per escalfar; tot i que té més energia i pot fer més treball que el vapor saturat, el seu contingut de calor és molt menys útil. La raó és que el vapor sobreescalfat té el mateix coeficient de transferència de calor que l'aire, cosa que el converteix en un aïllant, un mal conductor de calor. El vapor saturat té un coeficient de transferència de calor a la paret molt més alt. El vapor lleugerament sobreescalfat es pot utilitzar per a la desinfecció antimicrobiana de biofilms en superfícies dures.
El valor més gran del vapor sobreescalfat rau en la seva enorme energia interna, que es pot utilitzar per a la reacció cinètica mitjançant l'expansió mecànica contra les pales de la turbina i els pistons alternatius, cosa que produeix el moviment rotatori d'un eix. El valor del vapor sobreescalfat en aquestes aplicacions és la seva capacitat d'alliberar quantitats enormes d'energia interna i, alhora, mantenir-se per sobre de la temperatura de condensació del vapor d'aigua, a les pressions a les quals funcionen les turbines de reacció i els motors de pistons alternatius.
De primordial importància en aquestes aplicacions és el fet que el vapor d'aigua que conté gotes de líquid arrossegades és generalment incompressible a aquestes pressions. En un motor alternatiu o una turbina, si el vapor que fa treball es refreda fins a una temperatura a la qual es formen gotes de líquid, les gotes d'aigua arrossegades pel flux de fluid colpejaran les parts mecàniques amb prou força per doblegar-les, esquerdar-les o fracturar-les. El sobreescalfament i la reducció de la pressió mitjançant l'expansió garanteixen que el flux de vapor romangui com un gas compressible durant tot el seu pas per una turbina o un motor, evitant danys a les parts mòbils internes.
Vapor saturat El vapor saturat és vapor que està en equilibri amb l'aigua escalfada a la mateixa pressió, és a dir, no s'ha escalfat per sobre del punt d'ebullició per a la seva pressió. Això contrasta amb el vapor sobreescalfat, en què el vapor (vapor) s'ha separat de les gotes d'aigua i després s'hi ha afegit calor addicional.
Aquestes gotes de condensació són una causa de danys a les pales de les turbines de vapor, la raó per la qual aquestes turbines depenen d'un subministrament de vapor sec i sobreescalfat.
El vapor sec és vapor saturat que ha estat molt lleugerament sobreescalfat. Això no és suficient per canviar-ne l'energia de manera apreciable, però és un augment de temperatura suficient per evitar problemes de condensació, donada la pèrdua mitjana de temperatura a través del circuit de subministrament de vapor. Cap a finals del segle XIX, quan el sobreescalfament encara era una tecnologia poc segura, aquest assecat amb vapor va proporcionar els beneficis del sobreescalfament per evitar la condensació sense requerir les sofisticades tècniques de caldera o lubricació del sobreescalfament complet.
En canvi, el vapor d'aigua que inclou gotes d'aigua es descriu com a vapor humit. Si el vapor humit s'escalfa més, les gotes s'evaporen i, a una temperatura prou alta (que depèn de la pressió), tota l'aigua s'evapora, el sistema està en equilibri vapor-líquid i es converteix en vapor saturat.
El vapor saturat és avantatjós en la transferència de calor a causa de l'alta calor latent de vaporització. És un mode de transferència de calor molt eficient. En termes senzills, el vapor saturat es troba en el seu punt de rosada a la temperatura i pressió corresponents. La calor latent típica de vaporització (o condensació) és 970 BTU/lb (2256 KJ/Kg) per a vapor saturat a pressió atmosfèrica.
Usos Màquina de vapor El vapor sobreescalfat s'utilitzava àmpliament en les locomotores de vapor de línia principal. El vapor saturat té tres desavantatges principals en una màquina de vapor: conté petites gotes d'aigua que s'han de drenar periòdicament dels cilindres; en estar precisament al punt d'ebullició de l'aigua per a la pressió de la caldera en ús, inevitablement es condensa fins a cert punt a les canonades de vapor i als cilindres fora de la caldera, causant una pèrdua desproporcionada de volum de vapor en fer-ho; i imposa una gran demanda a la caldera.
El sobreescalfament del vapor l'asseca eficaçment, n'eleva la temperatura fins a un punt on la condensació és molt menys probable i n'augmenta el volum significativament. Sumats, aquests factors augmenten la potència i l'economia de la locomotora. Els principals desavantatges són la complexitat i el cost afegits dels tubs del sobreescalfador i l'efecte advers que el vapor "sec" té sobre la lubricació dels components mòbils com ara les vàlvules de vapor. Les locomotores de maniobres generalment no utilitzaven el sobreescalfament.
La disposició normal implicava agafar vapor després de la vàlvula reguladora i passar-lo a través de llargs tubs de sobreescalfador dins de tubs de foc especialment grans de la caldera. Els tubs de sobreescalfador tenien una corba inversa ("torpede") a l'extrem de la caixa de foc, de manera que el vapor havia de passar al llarg de la caldera almenys dues vegades, recollint calor a mesura que ho feia.
Processament Altres usos potencials del vapor sobreescalfat inclouen: assecat, neteja, estratificació, enginyeria de reaccions, assecat d'epoxi i ús de pel·lícules on es requereix vapor saturat a molt sobreescalfat a una pressió atmosfèrica o a alta pressió. Ideal per a l'assecat amb vapor, l'oxidació amb vapor i el processament químic. Els usos es troben en tecnologies de superfícies, tecnologies de neteja, assecat amb vapor, catàlisi, processament de reaccions químiques, tecnologies d'assecat de superfícies, tecnologies de curat, sistemes energètics i nanotecnologies.
S'ha informat de l'aplicació de vapor sobreescalfat per a la higienització de l'entorn de la planta de processament d'aliments secs.
El vapor sobreescalfat no s'utilitza normalment en un intercanviador de calor a causa del baix coeficient de transferència de calor.Superheated Steam : International site for Spirax Sarco. Spiraxsarco.com. Retrieved on 2012-01-25. En les indústries de refinació i hidrocarburs, el vapor sobreescalfat s'utilitza principalment per a la neteja i el desemmotllament.
Control de plagues El vapor s'ha utilitzat per a la vaporització del sòl des de la dècada de 1890. S'indueix vapor al sòl, cosa que fa que gairebé tota la matèria orgànica es deteriori (s'utilitza el terme "esterilització", però no és estrictament correcte, ja que no tots els microorganismes són necessàriament assassinats). La vaporització del sòl és una alternativa eficaç a molts productes químics en agricultura i és àmpliament utilitzada pels productors d'hivernacles. El vapor humit s'utilitza principalment en aquest procés, però si les temperatures del sòl superen els punt d'ebullició de l'aigua, s'ha d'utilitzar vapor sobreescalfat.
Referències
Categoria:Aigua Categoria:Gasos