Generazione di vapore

E’ importante notare infine che le tre linee si incontrano in un punto univoco di

valori di temperatura e di pressione in corrispondenza dei quali coesistono in

equilibrio acqua, ghiaccio e vapore. Questo punto viene indicato con PUNTO

TRIPLO DELL’ACQUA (T=0,01°C ; P=610,6 Pa).

NB. La pressione agisce in maniera inversa rispetto alla temperatura, un

aumento di pressione favorisce i passaggi di stato da gas a liquido e da liquido

a solido. Ricorda che pressione e volume sono inversamente proporzionali.

Le trasformazioni termodinamiche dell’acqua (ma anche di altre sostanze pure)

possono essere descritte anche in funzione della relazione tra la sua pressione

e l’entalpia utilizzando un sistema si assi cartesiani che riporta sull’asse x i

valori di entalpia e sull’asse y i valori di pressione in scala logaritmica.

Otteniamo il diagramma di fase pressione/entalpia che consiste in una CURVA

A CAMPANA che mostra le relazioni tra pressione, temperatura ed entalpia

dell’acqua nelle sue diverse fasi. L’apice della curva corrisponde al punto

critico al di sopra del quale la sostanza pura si trova allo stato gassoso. La

parte sinistra della curva è relativa alla curva del liquido saturo (100%

liquido), mentre la parte destra descrive la curva del vapore saturo secco

(vapore 100%). All’interno della curva a campana ogni posizione corrisponde a

una situazione di miscela liquido-vapore saturo. La regione alla destra della

curva del vapore saturo secco corrisponde al vapore surriscaldato. Al

contrario, la zona a sinistra della curva del liquido saturo corrisponde al liquido

sottoraffreddato.

Le linee orizzontali che si estendono per tutto il diagramma sono delle linee a

pressione costante o isobare. Le linee a temperatura costante o isoterme,

sono verticali nella zona del liquido sottoraffreddato, orizzontali nell’area al di

sotto della curva a campana e discendenti nella zona del vapore surriscaldato.

Le linee verticali che si estendono per tutto il diagramma sono delle linee a

entalpia costante o isoentalpiche. Le linee con andamento crescente nella

zona del vapore surriscaldato sono delle linee a entropia costante o

isoentropiche.

NB. Sotto la curva isobare e isoterme coincidono.

Come esempio si consideri il percorso ABCD:

Il punto A corrisponde ad acqua alla temperatura di 90°C e alla

• pressione di 0.1 MPa, l’entalpia dell’acqua è circa 375 kJ/kg (90°C; 0.1

MPa; 375kJ/kg): liquido sottoraffreddato.

Nel momento in cui viene fornito calore all’acqua, la temperatura

• dell’acqua aumenta fino a raggiungere i 100°C in corrispondenza del

punto B sulla curva del liquido saturo, l’entalpia dell’acqua satura al

punto B è Hc che corrisponde sul grafico a 420 Kj/kg (100°C, 0.1 MPa;

420 kJ/kg)): liquido saturo.

Un’ulteriore fornitura di energia termica (sottoforma di calore latente)

• causa il cambiamento di fase. Continuando a fornire calore al sistema si

ottiene la trasformazione di una maggiore quantità di acqua da liquida a

vapore. In corrispondenza del punto C tutta l’acqua si è trasformata in

vapore, producendo in questo modo vapore saturo secco a 100°C,

l’entalpia del vapore saturo secco al punto C è Hv che corrisponde a 2675

kJ/kg (100°C; 0.1 MPa;2975 kJ/kg): vapore saturo secco.

Fornendo ulteriore energia termica si ottiene vapore surriscaldato alla

• stessa pressione ma a una temperatura superiore. Il punto D

corrisponde a vapore surriscaldato a 200°C con un entalpia Hs

corrispondente a 2850 kJ/kg (200°C; 0.1 MPa; 2850 kJ/kg): vapore

surriscaldato.

In sintesi: supponiamo che P sia costante e forniamo calore sensibile in modo

da passare da liquido sottoraffreddato presente nel punto A a liquido saturo

presente nel punto B; si ha sia un aumento di T e di H. Dal punto B in poi se si

continua a fornire calore latente sempre più acqua si converte in vapore fino ad

avere la formazione di solo vapore saturo secco presente nel punto C, in questo

caso non si ha quindi un aumento di T ma si ha il passaggio di stato; il vapore

al punto C ha T uguale al liquido nel punto B ma avrà un H molto più alta. L’alta

H specifica del vapore nel punto C ci consente di utilizzarlo come fluido caldo,

infatti il vapore saturo secco grazie al suo “shock termico” è in grado di

sanificare in profondità e uccidere batteri e altri microrganismi. Continuando a

fornire calore sensibile si passa da vapore saturo secco presente nel punto C a

vapore surriscaldato presente nel punto D, in questo caso si ha sia un aumento

di T che di H.

NB: vapore saturo secco = assenza di acqua (qualità del vapore = 100%),

vapore saturo (umido) = presenza di una certa percentuale di acqua (qualità

del vapore < 100%).

p e o n e

s s

r i volume

m

e p e a u a

r r

t t entropia