11. Höyrypuhdistin 20 p.
Höyrypuhdistin on laite, joka koostuu paineastiasta ja sähkövastuksesta. Astiassa olevaa vettä lämmitetään
sähkövastuksen avulla, jolloin astiaan muodostuu vesihöyryä. Höyryä johdetaan suuttimen kautta puhdistettavalle
pinnalle. Kuvissa 11. A ja 11. B on annettu tietoa höyrypuhdistimesta. Kuvassa 11. C on esitetty veden faasidiagrammi.
Vastaa tehtäviin 11.1.–11.3. annetun aineiston ja oman tietämyksesi avulla.
11.1. Määritä annetun aineiston perusteella, missä lämpötilassa vesi on höyrypuhdistimen paineastiassa, kun laite on
käyttövalmis. 8 p.
11.2. Paineastian tilavuus on 1,0 litraa. Astia täytetään vesijohtovedellä, jonka lämpötila on +6,0 °C ja höyrypuhdistimen
lämmitysvastus kytketään päälle. Kuinka pitkän ajan kuluttua puhdistin on käyttövalmis? 8 p.
11.3. Kuinka suuri tehollinen sähkövirta kulkee puhdistimen sähkövastuksen läpi veden lämmityksen aikana? 4 p.
Laitteen arvokilpi
Veden faasidiagrammi
Ratkaisu
Oma detalji faasidiagrammista
11.1. Määritä annetun aineiston perusteella, missä lämpötilassa vesi on höyrypuhdistimen paineastiassa, kun laite on
käyttövalmis. 8 p.
HUOM! Kysytty lämpötila tulee perustella huolellisesti:
-
- höyrypuhdistimen säiliössä on nesteellä ja höyryllä tasapainotila
TAI
tasapainotilassa puhdistimen säiliössä on nestemäistä vettä ja vesihöyryä (2 p.) - tilanteessa ollaan faasidiagrammin neste-höyry-tasapainokäyrällä
(höyrystymiskäyrällä)
TAI systeemin tila on veden faasidiagrammissa kaasun ja nesteen rajakäyrällä (2 p.) - laitteen käyttöpaine arvokilven mukaan 3,5 bar (2 p.)
- luetaan lämpötila: 140 ℃
hyväksytään 135 ℃ – 145 ℃ (2 p.)
- höyrypuhdistimen säiliössä on nesteellä ja höyryllä tasapainotila
11.2. Paineastian tilavuus on 1,0 litraa. Astia täytetään vesijohtovedellä, jonka lämpötila on +6,0 °C ja höyrypuhdistimen
lämmitysvastus kytketään päälle. Kuinka pitkän ajan kuluttua puhdistin on käyttövalmis? 8 p.
● lämmitysvastuksen teho on arvokilven mukaan P = 1800 W (2 p.)
(arvo ilman mainintaa 1 p.)
● laite on käyttövalmis, kun vesi saavuttaa höyrystymispisteen (1 p.)
HUOM! Koska paineastia on täynnä vettä, kylläisen höyryn paine saavutetaan hyvin pienellä määrällä
höyrystynyttä vettä. Tämä voidaan jättää huomiotta energiaa tarkasteltaessa.
● veden lämmittämiseen tarvitaan energiaa ∆𝐸 = Q = 𝑐𝑚∆𝑇 = 𝑃∆t (2 p.)
● lämmitysajaksi ∆t = 𝑐𝑚∆𝑇 / 𝑃 = 311,9222 s ≈ 310 s ≈ 5,2 min ,
kun 𝑚 = 1,0 kg , 𝑐 = 4,19 kJ/kgK ja ∆𝑇 = (140 − 6) °C = 134 °C = 134 K. (3 p.)
HUOM! Jos höyrystymiseen tarvittavaa energiaa on laskettu: max 4 p
11.3. Kuinka suuri tehollinen sähkövirta kulkee puhdistimen sähkövastuksen läpi veden lämmityksen aikana? 4 p.
● Vastus lämmittää sähköteholla P = 1800 W (1 p.)
● Käyttöjännite väliltä 220 V …240 V (1 p.)
TAI tehollinen jännite U = 230 V
● vastaava tehollinen virta on
𝐼 = P/U = 1800 W / 230 V = 7,826 A ≈ 7,8 A (2 p.)
HUOM! Jos laskettu jännitteen huippuarvolla: max 2 p