HƠI NƯỚC LÀ GÌ?

HƠI NƯỚC LÀ GÌ?

- Hơi nước là một dạng thể khí, khi nước chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái khí. Ở cấp độ phân tử, trường hợp này xảy ra khi phân tử H₂O thoát ra tự do từ các liên kết (liên kết hydro) giữ chúng tập hợp cùng nhau.

1. Hơi Nước làm việc như thế nào:

- Ở trạng thái chất lỏng là nước, phân tử H₂O tập hợp thành một nhóm có số lượng là hằng số và tách biệt so với các nhóm khác. Phân tử nước vẫn giữ khi bị đốt nóng, tuy nhiên, các mối liên kết  phân tử bắt đầu bị phá vỡ với tốc độ nhanh hơn tốc độ chúng tái lập. Cuối cùng, khi được cung cấp đủ nhiệt lượng, một số phân tử tách rời và ở trạng thái tự do. Các phân tử tự do chuyển sang trạng thái khí như chúng ta đã biết đó là hơi nước. Hoặc, đặc biệt hơn là hơi nước khô.

  Fig 1: Phân tử nước ở trạng thái lỏng và hơi

2. Hơi Nước Khô và Hơi Nước Ước

- Trong công nghiệp có sử dụng hơi nước. Hai dạng thường được gọi của Hơi nước là Hơi Nước Khô ( hay còn gọi là hơi bão hòa) và Hơi Nước Ước.

 

• Hơi Nước Khô: Áp dụng với trạng thái hơi nước mà khi đó tất cả các phân tử nước đều đã chuyển hóa sang trạng thái khí. Đó là quá trình chuyển hóa khí
• Hơi Nước Ước:  Áp dụng với hơi nước khi một bộ phận của nó bao gồm cả phân tử nước đã không được cung cấp đủ năng lượng ( nhiệt năng) và ngưng tụ thành các đóm nước nhỏ li ti.

- Lấy một ví dụ về việc đún nóng nước trong bình chứa nước. Ban đầu, nước được đốt nóng bằng nhiệt. Vì nước liên tục được đốt nóng ngày càng nhiều từ nguồn nhiệt . Phân Tử nước trở thành hoạt động hơn và chúng bắt đầu sôi lên. Dần dần đủ năng lượng được hấp thụ, một phần của nước bốc hơi, làm tăng lên gấp 1.600 lần nồng độ phân tử.

 

- Đôi khi dạng sương mù có thể được nhìn thấy thoát ra ở vòi của bình đun. Sương mù này là một ví dụ về làm thế nào để hơi khô. Khi thoát ra ngoài môi trường, trong điều kiện không khí lạnh hơn, một phần năng lượng bị mất và chuyển hóa vào môi trường. Nếu năng lượng bị mất hoàn toàn thì các phân tử tái lập lại liên kết với nhau một lần nữa. Một lượng nhỏ nước ngưng tụ có thể thấy được. Sự trộn lẫn giữa nước ở trạng thái lỏng ( giọt li ty) và trạng thái khí ( hơi) được gọi là hơi nước ướt.

 

 

       Fig 2: Ví dụ về hơi nước khô và ướt

 

 

3. Nguồn sức mạnh đến từ Hơi Nước:

- Hơi nước đóng một vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp. Sự hiện đại hóa của động cơ hơi nước đầu thế kỷ 18 đã dẫn đầu cho một cuộc bức phá ngoạn mục về phát minh, chế tạo đầu máy xe lửa và tàu thủy chạy bằng hơi nước.  Không thể nhắc đến lò hơi và búa hơi. Các thiết bị sau này không tìm thấy bất kỳ hiện tượng búa nước nào trong đường ống hơi. Còn thể hiện sức mạnh của búa hơi sử dụng trong ngành rèn.

- Đến bây giờ, tuy nhiên, động cơ đốt trong và điện năng đã có sự thay thế nguồn năng lượng từ hơi nước. Kể cả vậy, Hơi nước vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhà máy nhiệt điện và một lượng lớn các ngành công nghiệp khác.

 

4. Nguồn cung cấp nhiệt từ Hơi Nước:

Hơi nước hiện nay đa số được biết đến trong ứng dụng gia nhiệt, cả hai nguồn từ trực tiếp và gián tiếp.

Gia nhiệt trực tiếp:

- Hơi nước gia nhiệt trực tiếp là phương pháp đề cập đến quá trình nơi hơi nước tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được gia nhiệt.

- Ví dụ bên dưới cho thấy bánh bao được cung cấp nhiệt bởi hơi nước.  Lồng chứa hơi nước là nơi đặt trên một bình đun nước. Khi nước sôi, hơi nước tăng lên đi vào lồng chứa bánh và hấp chín bánh. Trong thiết kế này, bình đun sôi nước (nồi) và đường ống hơi (rổ chứa) được ghép chung với nhau.

 

                                 Fig 3: Ví dụ về gia nhiệt trực tiếp

 

- Điểm đặc biệt đằng sau bánh được làm chín bằng hơi nước đó là cho phép hơi nước tác động trực tiếp với sản phẩm được gia nhiệt, nhiệt năng của hơi nước có thể truyền trực tiếp sang bánh và nước ngưng có thể cung cấp độ ẩm.

- Trong công nghiệp, gia nhiệt trực tiếp bằng hơi nước là một phương pháp thường được sử dụng để nấu ăn, khử trùng, xông hơi, rã đông và các quá trình khác.

 

Gia nhiệt gián tiếp:

- Việc gia nhiệt gián tiếp bằng hơi nước là phương pháp truyền nhiệt mà ở đó, quá trình truyền nhiệt hơi nước không tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm được gia nhiệt. Phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì tính cung cấp nhanh, kể cả đốt nóng. Phương pháp này thường được dùng để trao đổi nhiệt cho gia nhiệt sản phẩm.

 

Fig 4: Thiết bị gia nhiệt gián tiếp

 

Fig 5: Gia nhiệt gián tiếp và thu hồi nước ngưng

 

.- Ưu điểm cả phương pháp gián tiếp hơn so với trực tiếp gia nhiệt là các giọt nước li ti  xuất hiện trong quá trình gia nhiệt không ảnh hưởng đến sản phẩm. Vì thế Hơi nước có rất nhiều ứng dụng như là làm tan chảy, sấy khô, đốt nóng và các ứng dụng tương tự.

         - Gia nhiệt gián tiếp được sử dụng rộng khắp các quá trình như là ứng dụng sản xuất thực phẩm và đồ uống, lốp xe, giấy, cardboard, nhiên liệu như xăng và dược phẩm.