HŐÁTVITELI (KALORIKUS) HŐÁTVITELI (KALORIKUS) MŰVELETEKMŰVELETEK

Bevezető Készítette: Varga István

VEGYÉSZETI-ÉLELMISZERIPARI KÖZÉPISKOLA CSÓKA

varga.i@neobee.net

Mindazon műveleteket, amelyek hajtóereje a hőmérsékletkülönbség, hőátviteli (kalorikus) műveleteknek

nevezzük.Hajtóerő = ΔT illetve Δt

Hőátmenet alatt a különböző hőmérsékletű testek közötti

energiaátmenetet értjük hőenergia formájában.

A testek közötti hőátmenet a molekulák, az atomok és a szabad elektronok közötti energiaátadás, amelynek következtében a

magasabb hőmérsékletű test részecskéinek mozgása lassul, az

alacsonyabb hőmérsékeltű test részecskéinek mozgása pedig gyorsul.

A legfontosabb hőátviteli műveletek a következők:

Fűtés, Hűtés, Kondenzálás és Bepárlás.

Hőtani alapfogalmak

A hőmérséklet:Hőmérséklet alatt értjük azt a fizikai

mennyiséget, amely a testek felmelegedési fokát jelzi.

Mértékegysége a kelvin [K], de engedélyezett a Celsius- fok [oC]

használata is.

• Kelvin ( K ) a víz hármaspontja termodinamikai hőmérsékletének 273,16-od része.

A víz hármaspontja: 0,01 oC , p = 610,48 Pa nyomáson.

Ilyen körülmények között a víz három fázisa termodinamikai egyensúlyban van.

273,15 K = 0 oC.-273,15 oC = 0 kelvin.

Ez a hőmérséklet abszolút nullapontja.

A Kelvin és Celsius-fok közötti összefüggés a következő:

T = tc + 273,15 [K]

tc = T – 273,15 [oC].

A (hő) hőmennyiség:A nem elszigetelt anyagi rendszerek belső

energiája növekedhet (ill.csökkenhet) a környezetből származó (ill. a környezetnek

átadott) mechanikai energia (munka) révén, de azáltal is, hogy egy másik anyagi rendszertől közvetlenül vesz át belső energiát (ill. másik

rendszernek közvetlenül átadja belső energiájának egy részét).

Az átvett (ill. átadott) belső energiát nevezzük hőnek.

• Valamely test által felvett Q – hőmennyiség:

2 1 JQ m c t t

Ha a hőtartalom változása hőmérséklet-változásban nyilvánul meg, akkor a hőt érzékelhető , mérhető hőnek nevezzük.

Ha egy állapotváltozás úgy megy végbe, hogy nincs érzékelhető hőmérséklet-változás, akkor ezt a hőt latens (rejtett) hőnek nevezzük.

Egy test teljes hőjét az entalpiával fejezzük ki, amelyet egy alaphőmérséklethez viszonyítva mérünk.

Az alaphőmérséklet rendszerint 0 kelvin.

A fajhőAzt a hőmennyiséget, amely szükséges hogy 1 kg tömegű

test hőmérsékletét 1 oC -szal megnövelje, fajhőnek nevezzük.

o

Q Jcm t kg C

Megkülönböztetünk: Állandó nyomáson cp és állandó térfogaton cv mért fajhőt.

Az anyagok fajhőjét és egyébb hőtani jellemzőit technikai táblázatokban találjuk meg.

A folyadékok fajhője nagy (legnagyobb a vízé c = 4,186 kJ/ kg K), a fémek, valamint a gázok fajhője kicsi.

A hőkapacitás

• Azt a hőmennyiséget, amely valamely m -tömegű test hőmérsékletét 1 oC- szal emeli, hőkapacitásnak nevezzük.

Q JC m cT K

Minél nagyobb egy anyag hőkapacitása, annál nehezebben, illetve lassabban melegszik fel, de ugyanúgy lassabban is hűl le.

Az entalpia

• Entalpia alatt értjük azt a hőmennyiséget, amely a rendszer hőmérsékletét t1-ről t2-re növeli, miközben a nyomás állandó marad.

• Megállapodás alapján 0 oC - on minden anyag hőtartalma nulla.

pH m c t J

2 1 2 1p pQ m c T T m c t t

2 1 2 1p pQ m c t m c t H H

Bármely összetett test entalpiája egyenlő a testet felépítő homogén alkotók entalpiáinak összegével, feltételezve hogy az alkotók nem szenvednek fizikai és kémiai változást.

1 2 3 1 1 2 2 3 3... ...összH H H H m c m c m c t

• A gyakorlati számításokban a közeg egységnyi tömegére eső entalpiát használják, ezt fajlagos entalpiának nevezzük.

• Jele: h• Mértékegysége: kJ/ kg

• Abban az esetben, ha az anyag állapotváltozás nélkül melegszik fel, a fajlagos entalpia a következőképpen

számítható: h =cköz.·t

• Ha a hőcsere folyamán a közeg t1

hőmérsékletről t2 hőmérsékletre hűl, akkor a közeg egy kg- ja által leadott hő:

Δh = h1 – h2

A párolgási hő, kondenzációs hő

• Azt a hőmennyiséget, amely 1 kg forrásban levő folyadék

elpárologtatásához szükséges párolgási hőnek nevezzük.

• A párolgási hőt r –rel jelöljük. Mértékegysége a J/ kg vagy kJ/ kg .

p

p gőz folyadék

Q kJrm kg

Q H H

Bármely folyadék melegítésekor annak hőmérséklete és entalpiája fokozatosan

növekszik. A forrásponti hőmérsékleten a folyadék teljes

tömegében intenzíven párolog.További melegítéssel a folyadékkal közölt hő teljes

mértékben a párolgásra fordítódik. A folyadék hőmérséklete változatlan marad. A folyadék

feletti gőz hőmérséklete megegyezik a folyadék hőmérsékletével.

Az ilyen gőzt telített gőznek nevezzük.

Amennyiben a telített gőzt hűtjük (hőt vonunk el), a hőmérséklete változatlan marad, mert latens (rejtett) párolgási hő szabadul fel, a gőz pedig lecsapódik (kondenzálódik).

Ebből kifolyólag a párolgási hő és a kondenzációshő egyenlőek, de ellentétes előjellel rendelkeznek.

- párolgási hő = + kondenzációs hőTúlhevített gőz akkor keletkezik, ha a telített gőzt tovább melegítjük. A túlhevített gőz már a gázokhoz hasonlóan viselkedik: hűtéssel nem

csapódik le, hanem telítetté válik.