OPERACIJA PRENOŠENJA TOPLOTE

Uhemijskoj,prehrambenoj i drugim industrijama, pa i u svakodnevnom životu supstance i materijali koji se koriste sreću se u čvrstom,tečnom i gasovitom stanju.

Topljenje- prelazak iz čvrstog u tečno stanje.Isparavanje-prelazak iz tečnog u gasovito stanjeKondenzacija-prelazak iz gasovitog u tečno stanjeOčvršćavanje- prelazak iz tečnog u čvrsto stanjeSublimacija-direktni prelaz iz čvrstog u gasovito

Promene stanja supstanci praćene su energetskim promenama:-isparavanje tečnosti prati latentna toplota isparavanja-kondenzaciju-latentna toplota kondenzacije-topljenje-latentna toplota topljenja-očvršćavanje-latentna toplota očvršćavanja

Primer: Ako posmatramo 1 kg leda od temperature -30 ͦC do 140 ͦC dešavaju se sledeće energetske promene:

1. Energija zagrevanja od -30 ͦC do 0 ͦC (Q1) Q1=mcpΔT1

2. Latentna toplota topljenja leda na 0 ͦ C (Q2) Q2=mL3. Energija zagrevanja vode od 0 ͦC do 100 ͦC (Q3) Q3= mcpΔT2

4. Latentna toplota isparavanja vode na 100ͦ C ( Q4) Q4=mL5. Energija zagrevanja vodene pare od 100 ͦC do 140 ͦC Q5= mcpΔT3

Znači imamo prelaz led(-30C) u paru (140C)

Dijagram promene energije i temperature pri zagrevanju leda od -30C do 140C:

Prenošenje toplote je sastavni deo mnogih procesa: zagrevanje,sterilizacija,hlađenje,grejanje...Prenošenje toplote je DINAMIČKI proces sa tela više na telo niže temperature.brzina prenošenja toplote zavisi od razlike u temperaturama.Što je razlika veća toplota se brže prenosi.

BRZINA PROCESA= pogonska sila / otpor prenosu

Pogonska sila kod prenošenja toplote je razlika u temperaturama između izvora toplote i tela koje prima toplotu. Tokom prenošenja toplote ,temperature medijuma mogu se menjati pa će se menjati i brzina prenošenja toplote.

Šta je latentna toplota?- ako na primer tečnosti dovodimo toplotu njena entalpija i temperatura će rasti .U jednom trenutku,na određenoj temperaturi tečnost će ključati tj isparavati.Sva toplota koja se i dalje dovodi troši se na isparavanje, a temperatura tečnosti se ne menja sve dok traje isparavanje.Ta toplota naziva se skrivena ili latentna toplota.

NOSIOCI TOPLOTE

Toplota je vid energije koja može da izvrši neki rad.Da bi se rad izvršio potrebno je toplotu, preko NOSIOCA TOPLOTE dovesti do radne mašine.Izvori toplote:1.električni( el energija u toplotnu)2.hemijski ( sagorevanje goriva)3.toplotni (solarni grejači)

Za prenos toplote služe nosioci toplote.Oni moraju biti jeftini,da imaju veliki toplotni kapacitet (da prime velike količine toplote) i da lako predaju toplotu.Najčešći nosioci toplote su:-vreli gasovi-vodena para-pare organskih jedinjenja -tečnost visoke tačke kqučanja-istopljeni metali.....

MEHANIZMI PRENOŠENJA TOPLOTE

Toplota se može prenositi na tri načina:1.kondukcija- provođenje toplote2.konvekcija-mešanje3.zračenje-radijacija

1KONDUKCIJA – PRENOŠENJE TOPLOTE PROVOĐENJEM.Provođenje se vrši kroz materijale čiji su molekuli slabo pokretni (čvrsta tela).Pogonska sila kod kondukcije je RAZLIKA TEMPERATURE.Jednačina koja opisuje kondukciju za stacionarne uslove:

ΔQ/Δt = λ A ΔT/Δx

ΔQ = λ A ΔT Δt Δx

ΔQ-količina toplote koja se provede(J)Δt-vreme za koje se provodi toplots (s)A-površina kroz koju se prenosi toplota(m2)Δx-debljina sloja kroz koji se provodi toplota(m)λ (lamda)-toplotna provodljivost materijala( J/msC)ΔT-razlika temperature ( ͦC)

Toplotna provodljivost je svojstvo materijala .Za određeni toplotni interval možemo smatrati da je konstantna.Za različite materijale iz tablica očitavamo vrednosti toplotne provodljivosti.

λ = ΔQΔx (J/msC)AΔTΔt

Najbolji provodnici toplote su metali (Ag,Cu,Al...) ,jer imaju veliku toplotnu provodljivost.Keramički materijali imaju malu toplotnu provodljivost.Najlošiji provodnici su gasovi.Kao izolatori koriste se različiti materijali ,u njima se nalazi vazduh.

Provođenje kroz ravnu ploču:

Zadatak: Ploča debljine 10cm ima temperaturu -12 ͦC sa jedne strane,a sa druge 21 ͦ C. Toplotna provodljivost je 0,042 J/msC.Izračunaj koliko toplote protekne kroz 1m2 zida suda.

Provođenje toplote kroz više slojeva materijala različitih svojstava:Primer: metalna cev,koja je sa spoljnje strane izolovana,a sa unutrašnje strane zaštićena antikorozivnom zaštitom.U ovom primeru imamo provođenje kroz tri sloja.