So sánh gia nhiệt bằng Hơi nước và Nước nóng

Gia nhiệt bằng hơi nước và nước nóng là hai phương pháp phổ biến trong công nghiệp, nhưng chúng khác biệt thế nào về hiệu suất và ứng dụng? Bài viết này so sánh chi tiết ưu nhược điểm, cơ chế truyền nhiệt, và cách lựa chọn phù hợp cho từng hệ thống.

Sự khác biệt giữa gia nhiệt bằng hơi nước và nước nóng

Cả hơi nước và nước nóng đều thường được sử dụng làm môi chất gia nhiệt trong công nghiệp. Mặc dù khác nhau về hình thức, nhưng về bản chất, cả hai đều là nước. Vậy, khi nào nên sử dụng từng loại?

Ở áp suất khí quyển, nước sôi ở 100°C [212°F]. Để sử dụng nước lỏng ở nhiệt độ cao hơn 100°C, cần duy trì áp suất cao hơn mức bão hòa.

Ngược lại, do nhiệt độ bão hòa của hơi nước ở áp suất khí quyển là 100°C, không thể tạo hơi bão hòa dưới 100°C chỉ bằng van giảm áp. Muốn điều chỉnh chính xác hơi nước dưới 100°C, cần sử dụng bơm chân không.

Do đó, trong hầu hết trường hợp:

• Hơi nước được dùng khi cần gia nhiệt trên 100°C
• Nước nóng được dùng khi cần gia nhiệt dưới 100°C

Cơ chế truyền nhiệt của hơi bão hòa và nước nóng

Ở đây, chúng ta gọi hơi bão hòa đơn giản là hơi nước. Làm môi chất gia nhiệt, hơi nước có những ưu điểm sau:

1. Truyền nhiệt thông qua ngưng tụ, giải phóng một lượng lớn nhiệt ẩn.
2. Ngưng tụ ở nhiệt độ không đổi (nhiệt độ bão hòa).

Nhờ đó, hơi nước gia nhiệt nhanh hơn và đồng đều hơn so với nước nóng.

Hệ thống gia nhiệt bằng hơi chân không đã được phát triển để tận dụng ưu điểm của hơi bão hòa ở nhiệt độ dưới 100°C.

Trong khi đó, nước nóng truyền nhiệt nhờ đối lưu. Khi truyền nhiệt cho sản phẩm, nhiệt độ của nước nóng giảm dần, khiến quá trình gia nhiệt kém đồng đều và chậm hơn so với hơi nước.

Ứng dụng nổi trội của nước nóng

Với sự ra đời của hệ thống gia nhiệt bằng hơi chân không, hơi nước đã có thể sử dụng cả ở nhiệt độ dưới 100°C. Vậy, liệu gia nhiệt bằng nước nóng – vốn kém hơn về độ đồng đều và tốc độ truyền nhiệt – còn ưu điểm gì?

Câu trả lời là có. Nước nóng có những đặc tính khác biệt so với hơi nước. Trong một số quy trình gia nhiệt, sản phẩm có thể tự sinh nhiệt (ví dụ do phản ứng tỏa nhiệt) và trở nên nóng hơn cả môi chất gia nhiệt. Nếu lượng nhiệt thừa này không được loại bỏ, nhiệt độ tổng thể có thể tăng quá cao, làm hỏng sản phẩm.

Để ngăn chặn điều này, cần làm mát sản phẩm bằng cách hấp thụ nhiệt thừa. Nước nóng chính là công cụ hiệu quả trong trường hợp này. Nó có thể đóng vai trò vừa gia nhiệt, vừa làm mát. Trong quá trình làm mát, nước nóng hấp thụ nhiệt từ sản phẩm thông qua đối lưu, với hiệu suất truyền nhiệt tương tự như khi gia nhiệt.

Quy trình này sử dụng đối lưu cưỡng bức, trong đó nước nóng liên tục chảy qua bề mặt truyền nhiệt, hấp thụ nhiệt và mang ra ngoài để làm mát hệ thống.

Ứng dụng phù hợp cho từng môi chất

Nếu dùng hơi nước trong quy trình làm mát thì sao? Khi hơi nước lạnh hơn sản phẩm, nó cũng hấp thụ một phần nhiệt khi đi qua bề mặt truyền nhiệt.

Tuy nhiên, trong quá trình gia nhiệt, hơi nước ngưng tụ sau khi mất nhiệt, giúp hơi mới vào buồng. Còn khi hơi nước bị đun nóng, nó không ngưng tụ, khiến hơi mới không thể vào. Hơn nữa, do bẫy hơi ngăn hơi thoát ra, hơi nước không thể lấy đủ nhiệt để làm mát sản phẩm.

Một lý do khác khiến hơi nước không phù hợp để làm mát gián tiếp là khả năng giữ nhiệt thấp hơn nước nóng.

Ví dụ, với cơ thể người (nhiệt độ ~36.5°C [97.7°F]):

• Đứng ngoài trời 30°C [86°F] sẽ thấy nóng
• Nhưng ngâm trong bồn nước 30°C lại thấy lạnh

Dù cùng nhiệt độ, không khí (chất khí như hơi nước) hấp thụ ít nhiệt từ cơ thể hơn nước do hiệu suất truyền nhiệt thấp hơn.

Tóm tắt khác biệt chính:

• Gia nhiệt bằng hơi nước: Truyền nhiệt nhanh, đồng đều – phù hợp cho quy trình chỉ cần gia nhiệt.
• Gia nhiệt bằng nước nóng: Có thể vừa gia nhiệt vừa làm mát – phù hợp cho quy trình cần cả hai.

Hãy ghi nhớ những khác biệt này khi lựa chọn giữa hơi nước và nước nóng.

Ngoài ra, trong quy trình làm mát, có một phương pháp thay thế nước nóng là làm mát bằng hơi chân không (chi tiết xem bài viết chuyên sâu).

Bạn đang phân vân giữa gia nhiệt bằng hơi nước và nước nóng?
Liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn!

Nguồn: TLV
Người dịch: Thanh Dương