Buhar Çeşitleri

Suyu kaynama noktasına geldikten sonra ısıtmaya devam ettiğimiz de, buhar elde etmeye başlamış oluruz. Elde etmeyi başardığımız her buhar aynı mıdır? Buharın özellikleri sıcaklık ve basınç ile birlikte değişmektedir. Bir önceki bölümde buharın ne olduğundan bahsetmiştik. Bu bölümde ise, buharın değişen özelliklerine göre çeşitlerini tartışacağız.

Su ve Buharın Basınç-Sıcaklık İlişkisi

Doymuş buhar, suyun kaynama noktası sıcaklığına kadar ısıtılması (hissedilir ısı) ve sabit sıcaklıkta ısı almaya devam ederek (gizli ısı) faz değiştirmesi ile oluşur. Doyma noktası sıcaklığında buharın ısıtılmaya devam edilmesi ile de kızgın buhar oluşmaktadır.

Doymuş Buhar

Doymuş buhar suyun gaz hali ile sıvı hali arasındaki denge halini ifade etmektedir. Bir diğer ifade ile suyun buharlaşma ve yoğuşma miktarının aynı olduğu haldir.

Doymuş buharın ısıtma uygulamalarında bir çok avantajı bulunmaktadır. Bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir:

Yüksek basınçlarda dahi sabit sıcaklığa sahip değildir. Kızgın buhar yüksek hızlara ihtiyaç duyar. Diğer türlü sıcaklık düşümlerine maruz kalır.

Kızgın buhar, doymuş buharın aksine ısı transferinde duyulur ısıyı kullanır. Bu sebepten dolayı homojen ısıtma için uygun değildir.

Kızgın buhar için sıcaklıklar yüksek olduğundan dolayı ekipmanların seçiminde özellikle malzemelere ihtiyaç duyulabilir. Bu sebepten dolayı ilk yatırım maliyetleri yüksektir.

➡️ Yukarıdaki avantaj ve dezavantajlar göz önüne alındığında endüstrideki ısıtma proseslerinde genellikle doymuş buhar kullanılmaktadır. Diğer taraftan bazı gıda prosesleri için kızgın kullanımı olduğu da bilinmektedir.

Süperkritik Buhar/Su

Süperkritik su, 22.1 MPa basınçta 374 °C kritik noktada bulunan sudur. Bu noktada buharın gizli ısı değeri sıfırdır. Yine bu noktada özgül hacim su veya buhar olup olmamasından bağımsız olarak birbirine eşittir. Bir diğer ifade ile bu noktada su ne gaz fazında ne de sıvı fazındadır.

Süperkritik su, yüksek verimlilik istenilen türbinlerde tahrik akışkanı olarak kullanılmaktadır. Bununla birlikte, araştırmalar süperkritik suyun, gaz veya sıvı fazın özelliklerini birlikte göstermesinden dolayı, kimyasal reaksiyonlar için solvent olarak kullanılabileceğini göstermektedir.

Suya göre daha yüksek ısı iletkenlik katsayısı olması dolayısıyla daha hızlı ısıtma sağlar. Bu sayede ısıtılacak ürünün kalitesini arttırılır.

Basınç kontrolü ile sıcaklık kontrolü sağlanır. Bu sayede sıcaklık hızlı şekilde değişir ve sıcaklık hassasiyeti yakalanır.

Yüksek ısı transfer katsayısına sahiptir. Bu sayede aynı miktarda enerjiyi daha küçük boru çaplarıyla taşıyabilir. Ekipman ve boru maliyetleri ile ilk yatırım maliyetleri düşüktür.

Suyun faz değişikliğine uğramış hali olduğundan dolayı, temiz ve düşük maliyetlidir.

Sabit sıcaklıkta ısı transferi yaptığından dolayı homojen bir ısıtma sağlar.

Doymamış Buhar (Islak Buhar)

Endüstride en çok karşılaşılan buhar türüdür. Buhar kazanlarında buhar üretilme esnasında buharlaşmamış su, buhar ile birlikte dağıtım hatlarına doğru taşınır. Bu oluşumu ‘carry over’ veya ‘su sürüklenmesi’ denilir. En verimli buhar kazanlarında bile %3 ile %5 arasında su buhar ile birlikte dağıtım hatlarına dağılırlar. Buhar buharlaşma esnasında bazı su partiküllerini kendisiyle birlikte hatlara doğru sürüklenmesi en temel oluşum şeklidir. Bununla birlikte yüzey blöflerin yetersiz miktarda olması, ani buhar ihtiyaçları bu oluşumu destekler. Buharın kalitesini ifade etmek için ortaya çıkan ‘kuruluk derecesi’ buharın doyma noktasından olan uzaklığı ifade eder. Bir başka ifade ile birim kütlede buharın üzerinde taşıdığı su miktarını ifade eder.

Kızgın Buhar

Kızgın buhar, doymuş buharın üzerine ısı alması ile sıcaklığının artmasını ifade eder. Bu sıcaklık değişimi boyunca buharın basıncı sabit kalmaktadır. Kızgın buhar genel olarak tahrik/güç aktarma amacı ile türbinlerde kullanılır. Bununla birlikte nadir de olsa farklı tip ısıtma proseslerinde de kullanılır. Kızgın buharın kullanılmasının bir çok avantajı bulunmaktadır. Bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir:

Tahrik/güç aktarma amacı ile kullanılmasının sebebi %100 kuru olması, bir başka ifade ile üzerinde su partiküllerinin bulunmamasıdır. Bu sayede türbin gibi dönen akşamları su partiküllerinin çarpması ve dolayısıyla kanatlarına zarar vermesi ihtimalinin önüne geçilmesidir.

Termal verimliliği ve iş yapılabilirliği yüksektir.

Kızgın buharın kullanılmasının bir çok avantajı olduğu gibi dezavantajı da bulunmaktadır. Bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir:

Düşük ısı transfer katsayısına sahiptir. Bu sebepten dolayı üretkenliği düşüktür.