Aşırı Isıtılmış Buhar

Aşırı ısıtılmış buharın özellikleri ve kullanımlarının (örneğin elektrik üretimi için) açıklaması. Rankine ve Carnot termodinamik döngülerinin açıklamaları, aşırı ısıtılmış buhar tabloları ve Mollier (H-S) çizelgesi dahildir.

Bir kazanda üretilen doygun buhar, daha yüksek sıcaklıktaki bir yüzeye maruz kaldığında, sıcaklığı buharlaşma sıcaklığının üzerine çıkacaktır.

Buhar, doyma sıcaklığının üzerinde ısıtıldığı sıcaklık derecesi sayısıyla aşırı ısıtılmış olarak tanımlanır.

Buhar, suyun varlığında hala mevcutken aşırı ısı verilemez, çünkü herhangi bir ek ısı sadece daha fazla suyu buharlaştırır. Doygun buhar, ek bir ısı eşanjöründen geçirilmelidir. Bu, kazandaki ikinci bir ısı alışverişi aşaması veya ayrı bir aşırı ısıtıcı ünitesi olabilir. Birincil ısıtma ortamı, kazandan gelen sıcak baca gazı olabilir veya ayrı olarak yakılabilir.

Aşırı ısıtılmış buhar, buharın nozullar aracılığıyla bir rotora yönlendirildiği türbinlerde uygulamalara sahiptir. Bu rotorun dönmesine neden olur. Bunu sağlamak için gereken enerji sadece buhardan gelebilir, bu nedenle mantıksal olarak buhar türbin rotorundan geçtikten sonra daha az enerjiye sahiptir. Buhar doyma sıcaklığında olsaydı, bu enerji kaybı buharın bir kısmının yoğuşmasına neden olurdu.

Türbinlerin birkaç kademesi vardır; ilk rotorun egzoz buharı, aynı şafttaki ikinci bir rotora yönlendirilecektir. Bu, doygun buharın ardışık aşamalardan geçtikçe giderek ıslaklaşacağı anlamına gelir. Bu sadece su darbesini teşvik etmekle kalmayacak, su parçacıkları türbin içinde ciddi aşınmaya neden olacaktır. Çözüm, türbinin girişine aşırı ısıtılmış buhar sağlamak ve aşırı ısıtılmış kısımdaki enerjiyi, sıcaklık/basınç koşulları doyma noktasına yakın olana kadar rotoru tahrik etmek için kullanmak; ve daha sonra buharı tahliye etmektir. Türbinlerde aşırı ısıtılmış buhar kullanmanın bir diğer çok önemli nedeni, termal verimliliği artırmaktır. Bir türbin gibi bir ısı motorunun termodinamik verimliliği, iki teoriden biri kullanılarak belirlenebilir: (Not: Aşağıdaki örneklerde sıcaklık ve enerji içeriği için kullanılan değerler buhar tablolarından alınmıştır)

Örnek​ 2.3.1

Bir türbin 90 bar a @ 450 °C’de aşırı ısıtılmış buharla beslenmektedir.

Egzoz 0.06 bar a’dadır (kısmi vakum) ve %10 ıslaktır.

Doygun sıcaklık = 36.2 °C. 2.3.1.1 Carnot verimliliğini belirleyin (ηC)

2.3.1.2 Rankine verimliliğini belirleyin (ηR) Teorik Rankine Döngüsü için, Şekil 2.3.2, türbinde sürtünme kayıplarının olmadığı, buharın türbinde mükemmel genişleme yaşadığı (izentropik) ve kondensi kazana geri döndüren besleme pompası tarafından eklenen enerjiyi göz ardı ettiği varsayılır.

Örnek 2.3.1 kullanılarak, burada:

• Bir türbin 90 bar a @ 450 °C’de aşırı ısıtılmış buharla beslenmektedir.
• Egzoz 0.06 bar a’dadır (kısmi vakum) ve %10 ıslaktır.
• Doygun sıcaklık = 36.2 °C. Bu veriler Şekil 2.3.3’te gösterildiği gibi sıcaklık/entalpi eğrisi üzerine çizilebilir:

Her iki döngünün rakamlarının incelenmesi, yüksek verimlilik elde etmek için şunların gerektiğini göstermektedir:

• Türbin girişindeki sıcaklık veya enerji mümkün olduğunca yüksek olmalıdır. Bu, pratikte mümkün olan en yüksek basınç ve sıcaklık anlamına gelir. Aşırı ısıtılmış buhar bunu sağlamanın en basit yoludur.
• Egzozdaki sıcaklık veya enerji mümkün olduğunca düşük olmalıdır. Bu, pratikte mümkün olan en düşük basınç ve sıcaklık anlamına gelir ve genellikle türbin egzozunda bir kondenser ile sağlanır. Notlar:
• Örnekler 2.3.1.1 ve 2.3.1.2’de hesaplanan rakamlar termodinamik verimlilik içindir ve mekanik verimlilikle karıştırılmamalıdır.
• Verimlilik rakamları çok düşük görünse de, yalıtılmış olarak değil, bir ısı motoru türünü bir başkasıyla karşılaştırmak için kullanılmalıdır. Örneğin, gaz türbinleri, buhar motorları ve dizel motorlar.

Aşırı ısıtılmış buhar tabloları, doygun buhar tablolarına benzer şekilde çeşitli basınçlardaki buharın özelliklerini gösterir. Ancak, aşırı ısıtılmış buharda sıcaklık ve basınç arasında doğrudan bir ilişki yoktur. Bu nedenle belirli bir basınçta aşırı ısıtılmış buharın geniş bir sıcaklık aralığında mevcut olması mümkündür.

Genel olarak, doygun buhar tabloları gösterge basıncını, aşırı ısıtılmış buhar tabloları ise mutlak basıncı verir.

Absolute pressure bar a

Units Temperature (°C)

1.013

150 200 250 300 400 500

vg (m3/kg) 1.912 2.145 2.375 2.604 3.062 3.519

ug (kJ/kg) 2 583 2 659 2 734 2 811 2 968 3 131

hg (kJ/kg) 2 777 2 876 2 975 3 075 3 278 3 488

sg (kJ/kg K) 7.608 7.828 8.027 8.209 8.537 8.828

Örnek 2.3.2

400 °C sıcaklıkta ve 1.013 bar a (0 bar g) basınçtaki aşırı ısıtılmış buhar, aynı basınçtaki doygun buhardan ne kadar daha fazla ısıya sahiptir?

Bu enerji artışı faydalı bir artış gibi gelebilir, ancak aslında buharı ısıtma amacıyla kullanmak isteyen mühendis için hayatı daha zor hale getirecektir.

Gösterilen aşırı ısıdaki enerjiden, özgül ısı kapasitesi, bu değer doyma sıcaklığı (100 °C) ile aşırı ısıtılmış buhar sıcaklığı (400 °C) arasındaki sıcaklık farkına bölünerek belirlenebilir:

Ancak, suyun özgül ısı kapasitesinin aksine, aşırı ısıtılmış buharın özgül ısı kapasitesi basınç ve sıcaklıkla önemli ölçüde değişir ve sabit olarak alınamaz.

Yukarıda verilen 2.0 kJ/kg °C değeri, bu basınç için belirtilen sıcaklık aralığındaki ortalama özgül ısı kapasitesidir. Aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığı, basıncı ve özgül ısı kapasitesi arasında doğrudan bir ilişki yoktur. Ancak, düşük aşırı ısınma derecelerinde basınç artışıyla özgül ısı kapasitesinin artması yönünde genel bir eğilim vardır, ancak bu her zaman böyle değildir.

Aşırı ısıtılmış buhar proses ısı eşanjörlerinde ve diğer ısıtma proseslerinde kullanılabilir mi? Isı transferi için ideal bir ortam olmasa da, aşırı ısıtılmış buhar dünya genelindeki birçok buhar tesisinde, özellikle petrol ve petrokimya üreten HPI’lerde (Hidrokarbon İşleme Endüstrileri) proses ısıtması için kullanılır. Bunun aşırı ısıtılmış buharın ısıtma amacıyla doygun buhardan herhangi bir avantajı olmasından ziyade, türbinler için tercih edilen enerji kaynağı olması nedeniyle zaten sahada mevcut olmasından kaynaklanması daha olasıdır. Bu konuda net olmak gerekirse, çoğu durumda ısı transferi prosesleri için doygun buhar kullanılmalıdır, bu, buharı de-süper ısıtmayı gerektirse bile. HPI’ler genellikle buharı yaklaşık on derece aşırı ısıtmaya düşürür. Bu küçük aşırı ısınma derecesi, ısıtma yüzeyinin ilk bölümünde kolayca uzaklaştırılır. Daha büyük aşırı ısınma miktarları daha zordur ve genellikle ekonomik değildir ve (ısıtma amaçları için) en iyisi bunlardan kaçınılmasıdır. Aşırı ısıtılmış buharın proses ısıtması için doygun buhar kadar uygun olmamasının birkaç nedeni vardır: Aşırı ısıtılmış buhar, gizli ısısını (buharlaşma entalpisi) serbest bırakabilmesi için yoğuşabilmesi öncesinde doyma sıcaklığına kadar soğumak zorundadır. Aşırı ısıtılmış buharın doyma sıcaklığına kadar soğurken verdiği ısı miktarı, buharlaşma entalpisine kıyasla nispeten küçüktür. Buharın sadece birkaç derece aşırı ısınması varsa, bu küçük ısı miktarı yoğuşmadan önce hızla verilir. Ancak, buharın yüksek bir aşırı ısınma derecesi varsa, soğuması nispeten uzun sürebilir ve bu süre zarfında buhar çok az enerji verir. Doygun buhardan farklı olarak, aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığı tekdüze değildir. Aşırı ısıtılmış buharın ısı vermesi için soğuması gerekirken, doygun buhar faz değiştirir. Bu, aşırı ısıtılmış buharla ısı transfer yüzeyinde sıcaklık gradyanlarının oluşabileceği anlamına gelir. Bir ısı eşanjöründe, aşırı ısıtılmış buharın kullanılması, tüp levhasına yakın kuru duvar kaynama bölgesi oluşumuna yol açabilir. Bu kuru duvar alanı hızla pul veya kir biriktirebilir ve tüp duvarının yüksek sıcaklığı tüp arızasına neden olabilir. Bu açıkça göstermektedir ki ısı transferi uygulamalarında, yüksek derecede aşırı ısınmaya sahip buhar çok az faydalıdır çünkü:

• Doyma sıcaklığına kadar soğuyana kadar çok az ısı verir.
• Doyma sıcaklığına kadar soğurken ısı transfer yüzeyinde sıcaklık gradyanları oluşturur.
• Buhar aşırı ısıtılmışken daha düşük ısı transferi hızları sağlar.
• Daha büyük ısı transferi alanları gerektirir. Bu nedenle, aşırı ısıtılmış buhar, ısı transferi uygulamaları için doygun buhar kadar etkili değildir. Bir ısıtma yüzeyinden ısı transferi hızının onun boyunca sıcaklık farkıyla doğru orantılı olduğu düşünüldüğünde bu garip gelebilir. Aşırı ısıtılmış buhar, aynı basınçtaki doygun buhardan daha yüksek sıcaklığa sahipse, kesinlikle daha fazla ısı verebilmeli mi? Bunun cevabı ‘hayır’dır. Şimdi bu daha ayrıntılı incelenecektir. Sıcaklık farkının ısı transferi hızını etkileyeceği doğrudur, Denklem 2.5.3’te açıkça gösterildiği gibi.

Denklem 2.5.3 ayrıca, ısı transferinin genel ısı transfer katsayısı ‘U’ ve ısı transferi alanına ‘A’ bağlı olduğunu gösterir.

Herhangi bir uygulama için, ısı transferi alanı sabit olabilir. Ancak, ‘U’ değeri için aynı şey söylenemez; ve bu, doygun ve aşırı ısıtılmış buhar arasındaki temel farktır. Aşırı ısıtılmış buhar için genel ‘U’ değerleri proses boyunca değişecektir, ancak doygun buhar için olandan her zaman çok daha düşük olacaktır. Bunlar birçok faktöre bağlı olacağından, aşırı ısıtılmış buhar için ‘U’ değerlerini tahmin etmek zordur, ancak genel olarak, aşırı ısınma derecesi ne kadar yüksekse, ‘U’ değeri o kadar düşüktür. Tipik olarak, su ile çevrelenmiş yatay bir buhar serpantini için, ‘U’ değerleri aşırı ısıtılmış buhar için 50 ila 100 W/m² °C kadar düşük olabilir, ancak Şekil 2.3.4’te gösterildiği gibi doygun buhar için 1 200 W/m² °C’dir. Buhardan yağa uygulamalar için ‘U’ değerleri önemli ölçüde daha düşük olabilir, belki aşırı ısıtılmış buhar için 20 W/m² °C kadar düşük ve doygun buhar için 150 W/m² °C. Kabuk ve borulu bir ısı eşanjöründe, aşırı ısıtılmış buhar için 100 W/m² °C ve doygun buhar için 500 W/m² °C beklenebilir. Bu rakamlar tipiktir; gerçek rakamlar diğer tasarım ve işletme hususlarına bağlı olarak değişecektir. Aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığı her zaman aynı basınçtaki doygun buhardan yüksek olsa da, ısı transferi yeteneği bu nedenle çok daha düşüktür. Genel etki, aşırı ısıtılmış buharın ısı transferinin, aynı basınçtaki doygun buhardan çok daha az etkili olmasıdır. Sonraki ‘Kirlenme’ bölümü daha fazla ayrıntı verir.

Aşırı ısıtılmış buhar sadece ısı transferinde daha az etkili olmakla kalmaz, aynı zamanda buhar ısıtma yüzeyinden geçerken ısı verdiği için sıcaklığı düşeceği Denklem 2.5.3, Q̇ = U A ΔT kullanılarak nicelendirmek de çok zordur.

Aşırı ısıtılmış buhar kullanan ısı transferi yüzeylerinin boyutunun tahmin edilmesi zor ve karmaşıktır. Pratikte, bu tür hesaplamaları yapmak için gereken temel veriler ya bilinmemekte ya da deneysel olarak elde edilmektedir ve bunların güvenilirliği ve doğruluğu şüphe uyandırmaktadır. Açıkça, aşırı ısıtılmış buharın ısı transferi doygun buhardan daha az etkili olduğundan, aşırı ısıtılmış buhar kullanan herhangi bir ısıtma alanı, aynı ısı akış hızını sunmak için aynı basınçta çalışan bir doygun buhar serpantininden daha büyük olmalıdır. Aşırı ısıtılmış buhar kullanmaktan başka seçenek yoksa, ısıtma serpantini veya ısı eşanjörü boyunca buharı aşırı ısıtılmış durumda tutmak mümkün değildir, çünkü ikincil akışkanın bir kısmını vererek soğudukça doyma sıcaklığına doğru ilerler. Doyma üstündeki ısı miktarı, yoğuşma meydana geldiğinde mevcut olan büyük miktara kıyasla oldukça küçüktür. Buhar proseste nispeten erken doyma noktasına ulaşmalıdır; bu, buharın daha yüksek ısı transferi hızları üretmesi için yoğuşmasına ve tüm serpantin için daha yüksek bir genel ‘U’ değerine sahip olmasına olanak tanır, Şekil 2.3.5’e bakın. Bunu sağlamaya yardımcı olmak için, ısı transferi amaçları için kullanılan aşırı ısıtılmış buhar, 10 °C’den fazla aşırı ısı tutmamalıdır.

Bu doğruysa, aşırı ısınmaya izin vermek için belirli miktarda yüzey alanı eklenerek, aynı basınçtaki doygun buhara dayalı bir ısı eşanjörünü veya serpantini tasarlamak nispeten kolay ve pratiktir. Bu kılavuz kullanılarak, serpantinin ilk kısmı, aşırı ısıtılmış buharın sıcaklığını doyma noktasına düşürmek için saf olarak kullanılacaktır. Serpantinin geri kalanı daha sonra doygun buharın daha yüksek ısı transferi yeteneğinden yararlanabilecektir. Sonuç, genel ‘U’ değerinin doygun buhar sağlanmış olsaydı olacağından çok daha az olmayabileceğidir.

Pratik deneyimden, aşırı ısıtılmış buhar için gereken ek ısıtma alanı her 2 °C aşırı ısınma için %1 ise, serpantin (veya ısı eşanjörü) yeterince büyük olacaktır. Bu 10 °C aşırı ısınmaya kadar işe yarıyor gibi görünmektedir. Olası orantısız ve ekonomik olmayan ısıtma yüzeyi boyutu, kirlenme eğilimi ve yüksek ve düzensiz aşırı ısınma sıcaklıklarının ürün bozulmasına neden olma olasılığı nedeniyle, 10 °C’nin üzerindeki aşırı ısıtılmış buharın ısıtma amaçları için kullanılması önerilmez.

Kirlenme

Kirlenme, ısı transferi yüzeyinde biriken birikintilerin ısı akışına direnç eklemesinden kaynaklanır. Birçok proses sıvısı, ısıtma yüzeylerinde çamur veya pul biriktirebilir ve bunu daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı bir oranda yapacaktır. Dahası, aşırı ısıtılmış buhar kuru bir gazdır. Buhardan metal duvara akan ısı, duvara yapışan ve ısı akışına direnen statik filmlerden geçmelidir. Buna karşılık, doygun buharın yoğuşması, duvara doğru buhar hareketine ve yoğuşma yüzeyinde büyük miktarda gizli ısının serbest kalmasına neden olur. Bu faktörlerin kombinasyonu, buhar ile ikincil akışkan arasındaki sıcaklık farkı daha yüksek olsa bile, aşırı ısıtılmış buharın mevcut olduğu yerlerde genel ısı transferi hızlarının çok daha düşük olduğu anlamına gelir.

Örnek 2.3.3 Aşırı ısıtılmış buhar için bir boru demetinin boyutlandırılması

3 bar g’de 10 °C aşırı ısınmalı (154 °C) aşırı ısıtılmış buhar, 80 °C’den 120 °C’ye petrol bazlı bir akışkanı ısıtan (aritmetik ortalama ikincil sıcaklığı (ΔTAM) 100 °C yapan) 250 kW’lık bir ısıtma yüküne sahip kabuk ve borulu bir proses ısı eşanjörü için birincil ısı kaynağı olarak kullanılacaktır. Gerekli birincil buhar serpantini alanını tahmin edin. (Aritmetik ortalama sıcaklık farkları bu hesaplamayı basit tutmak için kullanılmıştır; pratikte daha büyük doğruluk için logaritmik ortalama sıcaklıklar kullanılır. Aritmetik ve logaritmik ortalama sıcaklık farkları hakkında ayrıntılar için Modül 2.5 ‘Isı Transferi’ne başvurun). İlk olarak, 3 bar g’de (144 °C) doygun buharla ısıtılmış olsaydı serpantini düşünün. Yeni bir karbon çelik serpantin aracılığıyla petrolü ısıtan doygun buhar için ‘U’ değeri 500 W/m2 °C olarak alınır.

Aşırı ısıtılmış buhar kullanan diğer uygulamalar

Yukarıdakilerin tümü, buharın kabuk ve borulu bir ısı eşanjöründeki borular veya plakalı bir ısı eşanjöründeki plakalar gibi nispeten dar bir geçitten aktığı durumlarda geçerlidir. Bazı uygulamalarda, belki bir kağıt makinesindeki bir kurutma silindirinde, aşırı ısıtılmış buhar daha büyük bir hacme alındığında, hızı çok küçük değerlere düşer. Burada, silindirin duvarına yakın buhar sıcaklığa doyma noktasına yakın düşer ve yoğuşma başlar. Duvar üzerinden ısı akışı daha sonra silindire doygun buhar sağlanmış gibi aynıdır. Aşırı ısınma, buhar alanındaki ‘çekirdek’ içinde mevcuttur ve ısı transferi hızları üzerinde fark edilebilir bir etkisi yoktur. Aşırı ısınmanın varlığının aslında bir proseste performansı azalttığı durumlar vardır, burada buhar bir proses malzemesi olarak kullanılmaktadır. Böyle bir proses, buhar yoğuşurken ürüne nem verilmesini içerebilir, örneğin peletleme öncesi yem maddesinin (un) kondisyonlanması. Burada buhar tarafından sağlanan nem prosestenin temel bir parçasıdır; aşırı ısıtılmış buhar unu aşırı kurutur ve peletlemeyi zorlaştırır.

Buhar basıncını düşürmenin etkileri

Ek bir ısı eşanjörü (genellikle ‘aşırı ısıtıcı’ olarak adlandırılır) kullanımının yanı sıra, buharın basınç düşürücü vananın ağızından geçerken daha düşük bir basıncın genişlemesine izin verilerek de aşırı ısı verilebilir. Bu, daha düşük basınçlı buharın, yukarı akıştaki yüksek basınçlı buharla aynı entalpiye sahip olduğu (valften geçerken sürtünme nedeniyle kaybolan küçük miktar hariç) bir boğma işlemi olarak adlandırılır. Ancak, boğulmuş buharın sıcaklığı her zaman besleme buharından daha düşük olacaktır. Boğulmuş buharın durumu şunlara bağlı olacaktır:

• Besleme buharının basıncı.
• Besleme buharının durumu.
• Vana ağızındaki basınç düşüşü. Kuru doygun durumda 30 bar g altındaki besleme buharı için, herhangi bir basınç düşüşü boğmadan sonra aşırı ısıtılmış buhar üretecektir. Aşırı ısınma derecesi basınç azaltma miktarına bağlı olacaktır. Kuru doygun durumda 30 bar g üzerindeki besleme buharı için, boğulmuş buhar, basınç düşüşü miktarına bağlı olarak aşırı ısıtılmış, kuru doygun veya hatta ıslak olabilir. Örneğin, 60 bar g’de kuru doygun buhar, kuru doygun buhar üretmek için yaklaşık 10.5 bar g’ye düşürülmesi gerekir. Daha az basınç düşüşü ıslak buhar üretecektir, daha büyük basınç düşüşü ise aşırı ısıtılmış buhar üretecektir. Eşit şekilde, herhangi bir basınçta besleme buharının durumu, boğulmuş buharın durumunu etkileyecektir. Örneğin, 10 bar g basınçta ve 0.95 kuruluk oranında ıslak buhar, kuru doygun buhar üretmek için 0.135 bar g’ye düşürülmesi gerekir. Daha az basınç düşüşü ıslak buhar üretecektir, daha büyük basınç düşüşü ise boğulmuş buharı aşırı ısıtacaktır.

Örnek 2.3.4 Bir kontrol vanasıyla ıslak buharın kuruluk oranının artırılması

0.95 kuruluk oranına (χ) sahip buhar, bir basınç düşürücü vana kullanılarak 6 bar g’den 1 bar g’ye düşürülmektedir. Basınç düşürücü vanadan sonraki buhar koşullarını belirleyin.

1 bar g’deki buharın gerçek entalpisi, 1 bar g’deki kuru doygun buharın entalpisinden düşük olduğundan, buhar aşırı ısıtılmamıştır ve içeriğinde hala bir miktar nem barındırmaktadır.

Basınç düşürücü vanadan sonraki toplam entalpi, 1 bar g’deki buharın toplam entalpisinden düşük olduğundan, buhar hala ıslaktır.

Örnek 2.3.5 Bir kontrol vanasıyla oluşturulan aşırı ısınma

0.98 kuruluk oranına sahip buhar, bir basınç düşürücü vana kullanılarak (Şekil 2.3.6’da gösterildiği gibi) 10 bar g’den 1 bar g’ye düşürülmektedir.

Vanadan sonraki aşırı ısınma derecesini belirleyin.

Önceki örnekteki (2.3.4) gibi, 1 bar g’deki kuru doygun buharın özgül entalpisi (hg) 2 706.7 kJ/kg’dır. Buharın gerçek toplam entalpisi, 1 bar g’deki kuru doygun buharın toplam entalpisinden (hg) büyüktür. Bu nedenle buhar sadece %100 kuru değil, aynı zamanda belirli bir aşırı ısınma derecesine sahiptir. Fazla enerji = 2 741.7 - 2 706.7 = 35 kJ/kg ve bu, buharın sıcaklığını 120 °C doyma sıcaklığından 136 °C’ye yükseltmek için kullanılır.

Aşırı ısınma derecesi, aşırı ısıtılmış buhar tabloları kullanılarak veya bir Mollier çizelgesi kullanılarak belirlenebilir.

Mollier çizelgesi, buharın özgül entalpisinin özgül entropiye (sg) karşı çizilmiş grafiğidir.

Şekil 2.3.7, Mollier çizelgesinin basitleştirilmiş, küçük ölçekli bir versiyonunu göstermektedir. Mollier çizelgesi, entalpi, entropi, sıcaklık, basınç ve kuruluk oranı arasında birçok farklı ilişki gösterir. Çizgi sayısından dolayı oldukça karmaşık görünebilir:

Sabit entalpi çizgileri (yatay). Sabit entropi çizgileri (dikey). Grafiğin ortasındaki buhar doyma eğrisi, onu aşırı ısıtılmış buhar bölgesine ve ıslak buhar bölgesine ayırır. Doyma eğrisinin üzerindeki herhangi bir noktada buhar aşırı ısıtılmıştır ve doyma eğrisinin altındaki herhangi bir noktada buhar ıslaktır. Doyma eğrisinin kendisi, çeşitli basınçlardaki kuru doygun buharın durumunu temsil eder. Her iki bölgedeki sabit basınç çizgileri. Aşırı ısınma bölgesindeki sabit sıcaklık çizgileri. Islak bölgedeki sabit kuruluk oranı (χ) çizgileri. Bir buhar türbininde veya buhar motorunda olduğu gibi mükemmel genişleme, sabit bir entropi prosesidir ve çizelge üzerinde başlangıç durumunu temsil eden bir noktadan bitiş durumunu temsil eden bir noktaya dikey olarak aşağı inerek temsil edilebilir. Bir basınç düşürücü vanada olduğu gibi mükemmel boğma prosesi, sabit bir entalpi prosesidir. Çizelge üzerinde, başlangıç durumunu temsil eden bir noktadan bitiş durumunu temsil eden bir noktaya, soldan sağa yatay olarak hareket ederek temsil edilebilir. Her iki proses de basınç azalmasını içerir, ancak fark bunun nasıl sağlandığındadır. Şekil 2.3.8’de gösterilen iki örnek, buhar proseslerini analiz etmek için çizelgenin kullanımının avantajını göstermektedir; bu tür proseslerin resimsel bir temsilini sağlarlar. Ancak, buhar prosesleri ayrıca aşırı ısıtılmış buhar tablolarında sağlanan değerlerle sayısal olarak da temsil edilebilir.

Örnek 2.3.6 İş üreten mükemmel izentropik genişleme

Bir türbinden buharın mükemmel genişlemesini düşünün. Başlangıçta basınç 50 bar a, sıcaklık 300 °C ve son basınç 0.04 bar a’dır.

Proses mükemmel bir genişleme olduğundan, entropi sabit kalır. Son durum daha sonra başlangıç durumundan dikey olarak aşağı inerek 0.04 bar a sabit basınç çizgisine ulaşılabilir (Şekil 2.3.9’e bakın). Başlangıç durumunda entropi yaklaşık 6.25 kJ/kg °C’dir. Bu çizgi 0.04 bar a’ya ulaşana kadar dikey olarak aşağı takip edilirse, buharın son durumu değerlendirilebilir. Bu noktada özgül entalpi 1 890 kJ/kg ve kuruluk oranı 0.72’dir (Şekil 2.3.9’e bakın). Son durum, aşırı ısıtılmış buhar tabloları kullanılarak da belirlenebilir. Başlangıç durumunda (50 bar a/300 °C): hg = 2 927 kJ/kg ve sg = 6.212 kJ/kg °C Kuru doygun buhar 0.04 bar a için: sf = 0.422 kJ/kg °C sfg = 8.051 kJ/kg °C ve sg = 8.473 kJ/kg °C

0.04 bar a’daki kuru doygun buharın entropisi (8.473 kJ/kg °C), 50 bar a/300 °C’deki aşırı ısıtılmış buharın entropisinden (6.212 kJ/kg °C) büyük olduğundan, sabit entropiyi korumak için kuru doygun buharın bir kısmının yoğuşmuş olması gerekir.

Entropi sabit kaldığından, son durumda:

Bu cevaplar, Mollier çizelgesi kullanılarak elde edilen sonuçlarla yakından uyuşmaktadır. İki sonuç seti arasındaki küçük değer farkı, bu tür bir çizelgeden okumayla ilgili hatalar göz önüne alındığında beklenen bir durumdur.