TSI 21 - 25

U okviru kompleksne zadaće Instalacije za pitku vodu, već smo spominjali medije u vodovodnim instalacijama, gdje smo se bavili pitanjima; "Što je to voda (pitka i destilirana, topla i vrela). U ovom dijelu ćemo razmatrati one medije koje možemo pronaći u instalacijama za grijanje i to: ponovit ćemo - vrelu vodu, para, atmosferski zrak, ulje kao i plin.

Vrela voda

Vrela voda je voda s temperaturom većom od 100 °C, najčešće do 120 °C.  To je granično stanje vode s temperaturom zasićenja za tlak pod kojim se vrela voda trenutačno nalazi.

Stanje vrele vode je jednoznačno  određeno jednom veličinom, a to je tlak ili temperatura.

Ako vreloj vodi dovodimo toplinu, povećava se temperatura vrele vode te ona isparava, a ako vreloj vodi odvodimo toplinu snižavamo joj temperaturu.

Vrela voda služi za prijenos topline na veće udaljenosti ili može služiti za zagrijavanje drugog medija koji izravno upotrebljavamo u različite svrhe.

Pare

Vodena para nastaje isparivanjem vrele vode pri zadanoj temperaturi t', odnosno pripadajućem tlaku zasićenja p_s.

Proces isparavanja počima s vrelom vodom, a prestaje s nastalom suhozasićenom parom. Sva stanja između vrele vode i nastajanja suhozasićene pare nazivamo zasićenim stanjima (mokra ili vlažna para).

Daljnjim dovođenjem topline pri konstantnom tlaku suhozasićenoj pari se povećava temperatura i tada govorimo o stanju pregrijane pare.

Dakle, mokra para je smjesa vrele vode i suhozasićene pare. Voda se nalazi u obliku sitnih kapljica koje lebde u ukupnoj količini proizvedene pare.

Suhozasićena para je stanje pare koja je nastala nakon cijelog procesa isparavanja. Ne sadrži kapljevinu (vrelu ) vodu. Ova se suhozasićena para koristi u sustavima centralnog grijanja, a proizvodi se u parnim kotlovima.

Količina topline koja se treba dovesti da bi se kilogram vrele vode preveo pri konstantnom tlaku, odnosno pripadajućoj konstantnoj temperaturi zasićenja, nazivamo specifičnom toplinom isparavanja r.

Vrijednost pojedinih veličina stanja vrele vode i suhozasićene pare najčešće se prikazuje tablično u funkciji temperature zasićenja, odnosno pripadajućeg tlaka zasićenja, kako je prikazano u tablici 2-1 i 2-2.

Iz tablice se vidi da se povećanjem tlaka povećava i temperatura zasićenja (temperatura vrelišta), ali se smanjuje specifična toplina isparavanja.

Pregrijana para je takvo stanje pare u kojem uopće nema vlage. Ona je potpuno suha. U slučaju hlađenja, ona ne kondenzira.

Temperatura pregrijane pare veća je od temperature zasićenja t_z. za pripadajući tlak. Pregrijana para zapravo je prijelazno stanje između suhozasićene pare i idealnog plina.

Osim za potrebe grijanja, para se koristi i u druge svrhe, primjerice za pripremu PTV-a ili grijanje za tehnološke potrebe u industriji. Instalacije za paru podlježu posebnim propisima o sigurnosti na radu.

Atmosferski zrak

Zrak je mješavina suhih plinova i vodene pare. Te količinski sadrži:

• 78% dušika (N),
• 20,93% kisika (O),
• 0,03% ugljikovog dioksida (CO₂),
• 0,01% vodika (H), 
• a ostatak čine plemeniti plinovi kao npr. helij (He), argon (Ar) i neon (Ne)

Fizikalna svojstva zraka

Kada govorimo o fizikalnim svojstvima zraka (ili nekog drugog plina), uvijek mislimo na svojstva koja zrak (ili neki plin) ima pri atmosferskom tlaku p = 101325 Pa i pri temperaturi od t = 0 °C.

Prema tome, zrak ima:

• gustoću ρ=1,293 kg/m³
• specifični toplinski kapacitet c_p = 1,005 kJ/(kgK)
• toplinsku provodnost λ = 0,024 W/(mK)
• vrelište T = 79,2 K (t ≈ 194 °C)

Tlak raste od nultog položaja nadmorske visine na niže.

Postoji više mjernih jedinica za tlak: Paskal (mjerna jedinica SI sustava), metar vodenog stupca (mH₂O) , metar živinog stupca (mHg) i bar:

1bar = 10 mH₂O = 0,75 mHg

1bar = 10⁵ Pa = 10² hPa = 0,1 MPa

Vlažnost zraka je stupanj zasićenja zraka vlagom. Mjeri se instrumentom koji se naziva higrometar.

Ulje

Kada govorimo o ulju u instalacijama grijanja, mislimo na specijalna termička ulja koja se kod atmosferskog tlaka mogu zagrijati na visoke temperature (od 200 do 300 °C), a da ne isparavaju.

Instalacije u kojima se nalazi ulje moraju biti sigurne, odnosno otporne na visoke temperature, mehanički otporne i nepropusne.

U slučaju propuštanja, ulja imaju neugodan miris, te mogu u vrelom stanju prouzročiti požar.

Ulja se upotrebljavaju u industrijama u kojima se traže vrlo visoke temperature grijaćih površina (tekstilna, kemijska, prehrambena i građevinska industrija).

Termička specijalna ulja imaju nisko stinište (stinište=stanje (niska temperatura), pri kojem ulje postane toliko gusto da ne može slobodno teći bez dodatnog zagrijavanja), pa ne postoji mogućnost smrzavanja ulja.

Ako bismo umjesto ulja primijenili neki drugi medij, primjerice vrelu vodu ili paru, tada bi se instalacija morala izvesti pod vrlo visokim nadtlakom, većim od 14 bara, što bi bilo neprihvatljivo.

Ulja na visokim temperaturama gube na kvaliteti pa je potrebna česta kontrola tijekom rada.

Plin

Plin je sličan pari, ali postoje razlike. Plin ne pruža otpor pri polaganoj promjeni oblika. Veličine kojima je određeno stanje plina su tlak p, temperatura T i volumen V. Neznatnom promjenom makar jedne veličine i druge se dvije barem malo mijenjaju. O vrstama plinova i plinskim instalacijama, više ćemo govoriti u slijedećoj kompleksnoj zadaći, pod nazivom 2.5. Instalacije za plin.