Művelettan 3 fejezete Impulzusátadás
mechanikai műveletek áramlástani műveletek
aprítás, osztályozás ülepítés, szűrés
Hőátszármaztatás termikus műveletek
hűtés, sterilizálás, hőcsere
Komponensátadás anyagátadási műveletek
extrakció, desztilláció, szárítás
Kalorikus műveletek Hőátszármaztatás: hőátvitel, hőközlés, hőtranszport, hőátmenet Az anyag hőmérséklete vagy hőtartalma változik: hőközlés (melegítés), hőelvonás (hűtés), hőntartás révén.
1
Szükséges hőtani alapfogalmak HŐMÉRSÉKLET:
a testek hőállapotának jellemzője
t technikai hőmérséklet [ºC]
T abszolút hőmérséklet [K]
t = c·T - 273,15 ºC c = 1 ºC/K
HŐMENNYISÉG:
a hőátmenet mértékéül szolgáló mennyiség
Q = cp m∆t [J ]
Szükséges hőtani alapfogalmak ENTALPIA: hőközlés hatására a rendszer • hőmérséklete emelkedhet • kiterjedhet és munkát végezhet a ráható nyomással szemben • belső változást szenvedhet (halmazállapot-változás, kémiai változás, módosulat változás)
∆ H = ∆ U + p∆ V
2
Szükséges hőtani alapfogalmak ALAPÁLLAPOT (pl. 0 ºC, folyékony víz) Adott állapotú (hőmérsékletű, halmazállapotú, nyomású) anyag ENTALPIÁJA (jele H vagy J) az a hőmennyiség, amelyet az anyaggal állandó nyomáson közölni kell, hogy az alapállapotból az adott állapotba kerüljön. keverékek entalpiája egyenlő az alkotórészek entalpiájával
Szükséges hőtani alapfogalmak FAJLAGOS ENTALPIA: tömegre vonatkoztatott entalpia (jele i vagy h)
i=
J H vagy h = m m
3
Szükséges hőtani alapfogalmak Ha az állapotváltozás közben nincs halmazállapot-változás, hőfejlődéssel vagy hőelnyeléssel járó egyéb belső átalakulás, akkor
h2 − h1 =
Q = cp (t 2 − t1 ) m
Szükséges hőtani alapfogalmak Halmazállapot-változás esetén:
h4 − h1 = t
Q = cp 1, 2 (t 2 − t1 ) + r + cp 3 , 4 (t 4 − t3 ) m folyadék gőzzé gőz tovább melegszik
alakul
melegszik
t4 t2=t3
forrás
t1 olvadás
h1
h2
h3
h4
h
4
Szükséges hőtani alapfogalmak HŐÁRAM:
Φ=
az időegység alatt közölt, ill. elvont hőmennyiség
⎡J ⎤ = cp G (t 2 − t1 ) ⎢ = W ⎥ τ ⎣s ⎦
Q
HŐTELJESÍTMÉNY: hőközlő, ill. hőelvonó berendezésekre vonatkozó hőáram
Szükséges hőtani alapfogalmak HŐMÉRLEG:
szabad konvekciós
Φ be = Φ ki + Φ veszteség radiációs
Gbe hbe = Gki hki + Φ veszteség HŐÁRAMSŰRŰSÉG:
ϕ=
Φ Q = A τ⋅A
⎡W ⎤ ⎢⎣ m 2 ⎥⎦
5
Szükséges hőtani alapfogalmak HŐ és HŐMÉRSÉKLET HŐ jelentősen elüt a többi energiafajtától (pl. mozgási, helyzeti, elektromos) Az anyag molekulákból áll: mozgási energia (mozgás) helyzeti energia (kölcsönhatás) ezen mikromozgási energiák összege a közeg belső energiája
Szükséges hőtani alapfogalmak Hőmozgás egyatomos gáz
transzlációs rendezetlen mozgás
összetett molekulák vibráció, rotáció
Súrlódás: energia egy része hővé alakul
6
Szükséges hőtani alapfogalmak Hőenergia külső tagja vagy terjeszkedési munka hőmérséklet nő p molekulák hőmozgása is nő ∆V ∆U belső energia is nő
∆U + p∆V helyzeti energia alakjában tárolódik a környezetben; rendezett irányított energia, a rendszer hűtésével visszanyerhető
Szükséges hőtani alapfogalmak ENTALPIA = BELSŐ ENERGIA + KÜLSŐ ENERGIA molekulák hőmozgása + mikrohelyzeti energia
amit a környezet tárol helyzeti energia alakban
HŐMÉRSÉKLET a test állapotjelzője, amely a testet alkotó molekulák átlagos impulzusát jellemzi energiaátadás (kiegyenlítődés) a molekulák rugalmas ütközése révén átlagos impulzus
<
átlagos impulzus
7
Hőátszármaztatás három alapvető formája
HŐVEZETÉS
(KONDUKCIÓ)
HŐÁRAMLÁS
(KONVEKCIÓ)
HŐSUGÁRZÁS
(RADIÁCIÓ)
Hőátszármaztatás három alapvető formája HŐVEZETÉS a testben az egymással közvetlenül érintkező részecskék a rendezetlen hőmozgás folytán ütközésszerűen adják át egymásnak az energiát úgy, hogy közben (makroszkopikus szinten) haladó mozgás (áramlás) nem jön létre dielektromos anyagokban vezető anyagokban (fémek)
rácsrezgés elektronok
8
Hőátszármaztatás három alapvető formája HŐÁRAMLÁS a hő a fluidumban annak makroszkopikus részének áramlása és elkeveredése következtében terjed szabad konvekció
kényszer konvekció
Hőátszármaztatás három alapvető formája HŐSUGÁRZÁS az egyik testről a másikra történő hőátvitel elektromágneses hullámok útján megy végbe. Minden test sugároz. A sugárzó energia továbbítása nem igényel közvetítő közeget. Hősugárzásként érzékelt elektromágneses hullámok a spektrum látható és infravörös tartományát alkotják (400 nm – 800 nm, ill. 0,8 µm – 400 µm)
9
