Ατμοπαραγωγή

Με τον όρο ατμοπαραγωγή ή ατμοποίηση χαρακτηρίζεται γενικά η μετατροπή του νερού σε ατμό με τη βοήθεια της θερμότητας. Ο όρος χρησιμοποιείται κυρίως στη τεχνητή παραγωγή του ατμού, (και λιγότερο για εκείνη που συμβαίνει στη φύση), όπου και εξετάζεται η στοιχειώδης θεωρία της παραγωγής του.

 Υπό την άποψη αυτή η ατμοπαραγωγή εξετάζεται στις ακόλουθες τρεις χαρακτηριστικές περιπτώσεις: α) Ατμοπαραγωγή σε ανοικτό δοχείο, β) Ατμοπαραγωγή σε κλειστό δοχείο και γ) Ατμοπαραγωγή σε χαμηλότερη πίεση της ατμοσφαιρικής. Θερμαίνοντας ένα ανοικτό δοχείο, με ορισμένη ποσότητα απεσταγμένου νερού εντός αυτού, με κάποια εξωτερική πηγή θερμότητας (π.χ. φλόγα), και υπό κανονική ατμοσφαιρική πίεση, τότε με τη βοήθεια ενός θερμομέτρου διαπιστώνεται η προοδευτική αύξηση της θερμοκρασίας του νερού. Όταν αυτή αυτή φθάσει στους 100 °C (ή στους 212 °F) τότε παρατηρείται μια ανώμαλη κυκλοφορία της μάζας του νερού μέσα στην οποία παράγονται φυσαλλίδες που περιέχουν ατμό. Οι φυσαλλίδες αυτές ως ελαφρότερες φθάνουν στην επιφάνεια όπου και ελευθερώνουν τον παραγόμενο ατμό. Το φαινόμενο αυτό ονομάζεται βρασμός ή ατμοπαραγωγή ή ατμοποίηση. Η θερμοκρασία στην οποία αρχίζει το φαινόμενο αυτό ονομάζεται σημείο βρασμού ή σημείο ζέσεως ή σημείο ατμοποίησης. Ωσαύτως και η πίεση στην οποία συμβαίνει η ατμοποίηση ονομάζεται πίεση ατμοποίησης. Σημειώνεται ότι υπό τη συνθήκη αυτή τόσο το νερό όσο και ο παραγόμενος ατμός έχουν την αυτή θερμοκρασία, (100 °C ή 212 °F), και πίεση μιας ατμόσφαιρας (1 At) ή (14,7 p.s.i.). Εν προκειμένω, αν συνεχισθεί η θέρμανση θα παρατηρηθεί ότι εξακολουθεί μεν η ατμοπαραγωγή χωρίς όμως περαιτέρω αύξηση της θερμοκρασίας. Από τα παραπάνω συνάγεται ότι η ατμοπαραγωγή σε ανοικτό δοχείο συντελείται στους 100 °C (ή στους 212 °F), και καθόλη τη διάρκειά της η θεμοκρασία παραμένει σταθερά. Στη περίπτωση αυτή αν επαναληφθεί το αυτό, όπως παραπάνω, σε ένα κλειστό δοχείο το οποίο όμως στο ανώτερο σημείο του φέρει ένα εξαεριστικό κρουνό και το νερό που φέρει φθάνει μέχρι ορισμένης στάθμης και αρχίσει και θερμαίνεται αυτό έχοντας ανοικτό τον εξαεριστικό κρουνό τότε θα συμβεί το φαινόμενο ατμοποίησης όπως ακριβώς και στο ανοικτό δοχείο, δηλαδή στους 100 °C ή 212 °F, και υπό πίεση 1 Atm. Αν όμως κλεισθεί ο εξαεριστικός κρουνός, τότε η παραγόμενη ποσότητα ατμού συγκεντρώνεται μέσα στο δοχείο, δημιουργώντας έτσι ένα ατμοθάλαμο, με συνέπεια την αύξηση της πίεσής του. Αν το δοχείο αυτό φέρει προσαρμοσμένο θερμόμετρο τότε θα παρατηρηθεί ότι αυξανομένης της πίεσης του ατμού αυξάνεται και η θερμοκρασία του βρασμού, δηλαδή πάνω από τους 100 °C ή 212 °F, και πάντα σε αντιστοιχία με την αύξηση της πιεσης. Μια τέτοια περίπτωση ατμοπαραγωγής είναι αυτή που παρατηρείται στις κορυφές των βουνών όπου η ατμοσφαρική πίεση είναι χαμηλότερη από εκείνη των κανονικών συνθηκών. Επίσης τέτοιας μορφής ατμοπαραγωγής παρατηρείται και μέσα σε μηχανικές εγκαταστάσεις όπου επικρατεί κενό, όπως σε περιπτώσεις επικοινωνίας μιας συσκευής με ψυγείο. Στη περίπτωση αυτή η ατμοποίηση συντελείται σε θερμοκρασία μικρότερη των 100 °C ή 212 °F. Έτσι για παράδειγμα σε πίεση 0,5 Atm ή 7,3 p.s.i. η ατμοποίηση συμβαίνει περίπου στους 81 °C ή 117 °F. Από όλα τα παραπάνω συμπεραίνεται ότι σε πιέσεις μεγαλύτερες της ατμοσφαιρικής, η ατμοπαραγωγή συντελείται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες των 100 °C ή 212 °F, και αντίθετα σε πιέσεις μικρότερες της κανονικής ατμοσφαιρικής αυτή συντελείται σε θερμοκρασίες μικρότερες των 100 °C ή 212 °F. Συνεπώς όσο μεγαλύτερη ή μικρότερη είναι η εφαρμοζόμενη πίεση τόσο μεγαλύτερη ή μικρότερη είναι και η θερμοκρασία ατμοποίησης. Αυτό αποτελεί μια απόλυτη σχέση μεταξύ πίεσης και θερμοκρασίας. Αυτός είναι και ο απόλυτος νόμος της ατμοπαραγωγής κατά τον οποίο: "Για κάθε πίεση υπό την οποία συντελείται ατμοπαραγωγή αντιστοιχεί μία και μόνη ορισμένη θερμοκρασία βρασμού". Η θερμοκρασία αυτή είναι ίδια και για τον ατμό που παράγεται, και για το νερό από το οποίο παράγεται αυτός.Σημειώνεται ότι στους ατμολέβητες, καθίσταται αντιληπτό ότι συντελείται η ατμοπαραγωγή "κλειστού δοχείου". Συνεπώς ρυθμίζοντας την ένταση της καύσης και το άνοιγμα του ατμοφράκτη ρυθμίζεται έτσι η πίεση του παραγόμενου ατμού σταθερά με τη θερμοκρασία αυτού. Θερμότητα ατμοπαραγωγής