Művelettan 3 fejezete Impulzusátadás Hőátszármaztatás mechanikai műveletek áramlástani műveletek termikus műveletek aprítás, osztályozás ülepítés, szűrés 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
HŐMÉRSÉKLET: t technikai hőmérséklet [ºC] HŐMENNYISÉG: a testek hőállapotának jellemzője t = c T - 273,15 ºC c = 1 ºC/K Q = cp m t T abszolút hőmérséklet [K] a hőátmenet mértékéül szolgáló mennyiség [ J ] 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
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 FAJLAGOS ENTALPIA: tömegre vonatkoztatott entalpia (jele i vagy h) J i = vagy h = m H m 3
Ha az állapotváltozás közben nincs halmazállapot-változás, hőfejlődéssel vagy hőelnyeléssel járó egyéb belső átalakulás, akkor Q h h p m ( t ) 2 1 = = c 2 t1 Halmazállapot-változás esetén: Q h h1 = = cp t, 2 2 t1 + r + c m t ( ) ( t ) 1 p 3, 4 t3 4 4 folyadék melegszik gőzzé alakul gőz tovább melegszik t 4 t 2 =t 3 t 1 forrás olvadás h 1 h 2 h 3 h 4 h 4
HŐÁRAM: az időegység alatt közölt, ill. elvont hőmennyiség Q J Φ = = cp G( t2 t1 ) = W τ s HŐTELJESÍTMÉNY: hőközlő, ill. hőelvonó berendezésekre vonatkozó hőáram HŐMÉRLEG: G Φ be h be be = Φ = G ki ki + Φ h ki veszteség + Φ veszteség szabad konvekciós radiációs HŐÁRAMSŰRŰSÉG: Φ Q ϕ = A τ A W m = 2 5
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 Hőmozgás egyatomos gáz transzlációs rendezetlen mozgás összetett molekulák vibráció, rotáció Súrlódás: energia egy része hővé alakul 6
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 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 átlagos impulzus < átlagos impulzus energiaátadás (kiegyenlítődés) a molekulák rugalmas ütközése révén 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 rácsrezgés vezető anyagokban (fémek) 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