ما هو بخار الماء؟
يُطلق مصطلح بخار الماء على الماء في حالته الغازية؛ أي عندما تكون درجة حرارة الماء أعلى من 100 درجة مئوية، وتجدر الإشارة إلى أنَّ وصول الماء في حالته السائلة إلى الحالة الغازية يكون من خلال عمليتين مختلفتين، وهما كالآتي:
تتمثَّل عملية التبخر بهروب جزيئات الماء من سطح الماء إلى طبقات الغلاف الجوي.
يتمثل الغليان بنقل الطاقة الحرارية بكمياتٍ كبيرة إلى جزيئات الماء بهدف تسهيل انتقال الماء من الحالة السائلة إلى الحالة الغازية.
تجدر الإشارة إلى أنَّ بخار الماء غير مرئي أي لا يُمكن رؤيته بالعين المجردة، ويُعدّ الاعتقاد الشائع بأنَّ السحاب والضباب من أشكال بخار الماء اعتقاد خاطئ، حيثُ تُعدّ هذهِ الأشكال ماء سائل وليس بخاراً للماء، ويُعد بخار الماء مفيداً جداً للبيئة في علم الطقس والمناخ، وذلك لأنه بدونه لا يُمكن تشكّل المطر أو الثلج، حيثُ يتطلب تشكيلها وجود بخار الماء.
يكون بخار الماء في الغلاف الجوي غالباً بدرجة حرارة أقل من نقطة الغليان، وبمجرد غليان الماء يتبخّر الماء بسرعة منتجاً بخار الماء، وفي أغلب الأحيان يحتوي بخار الماء على قطرات من الماء، وهي ما يُلاحظ أثناء غليان الماء، ويُسمى بخار الماء الذي يحتوي على مزيج من قطرات الماء والبخار بالبخار الرطب.
ولكن في حال تعرّض بخار الماء الرطب لدرجات حرارة أعلى تختفي قطرات الماء فيتحول إلى بخارٍ جاف، وتبرز استخدامات البخار الجاف في محطّات توليد الطاقة، في حين يُستخدم البخار الرطب كمائع تشغيل بهدف تشغيل التوربينات لتوليد الكهرباء.
تكون بخار الماء
تُعدّ الحرارة عاملاً أساسياً في حدوث عملية التبخر، حيثُ يتم من خلالها استخدام الطاقة الحرارية في تكسير الروابط التي تُساهم بربط جزيئات الماء ببعضها البعض، بالتالي يتبخر الماء بسهولة عند نقطة غليان الماء التي تُمثل 100 درجة مئوية.
ولكن يجدر بالذكر أنَّ الماء يتبخر بشكلٍ أبطأ بكثير عند نقطة التجمد ، ومن جهةٍ أُخرى يحدث التبخر الصافي في حال تجاوز معدل التبخر لمعدل التكثيف.
أهمية بخار الماء في الغلاف الجوي
فيما يأتي أهمية بخار الماء في الغلاف الجوّي:
- يُشكّل بخار الماء عاملاً رئيسياً في دورة هطول المطر ، حيث تهطل الأمطار نتيجة لتبخر الماء من سطح الأرض، وارتفاعه ضمن تيارات صاعدة دافئة نحو الغلاف الجوي، ثم يتكاثف البخار متحولاً بعدها إلى غيوم؛ ليسقط فيما بعد على سطح الأرض على شكل مطر أو ثلج، ولهذه الدورة أثر مهم في انتقال الحرارة والطاقة من سطح الأرض إلى الغلاف الجوي، ونقلها من مكان إلى آخر على كوكب الأرض.
- يُعدّ بخار الماء أحد أهم غازات الدفيئة في الغلاف الجوي، والمصدر الثاني للدفء بعد ضوء الشمس على سطح الأرض، إذ تمتص جزيئات بخار الماء إشعاع الموجات الطويلة من سطح الأرض في الغلاف الجوي السفلي، ثم تقوم بإشعاع الحرارة في جميع الاتجاهات نحو سطح الأرض.
تطبيقات بخار الماء
يُستخدم بخار الماء في مجموعة متنوعة من التطبيقات المتعلقة بقطاع الصناعة، وفيما يأتي بعض هذه التطبيقات:
استخدام البخار للتسخين
يُستخدم بخار الماء في مصانع معالجة المنتجات الغذائية، ومصافي التكرير، والمصانع الكيماوية، وذلك لتسخين المبادلات الحرارية، والمراجل، والمفاعلات.
ويُستخدم في هذا النوع من الصناعات بخار الضغط الإيجابي (بالإنجليزية: Positive Pressure Steam)، وهو الضغط الذي تتطلّبه بعض المعدات، والذي تكون قيمته أعلى من (0) ميجا باسكال وعند درجات حرارة أعلى من 100 درجة مئوية.
استخدام البخار كقوة دفع
يُستخدم بخار الماء في توليد القوة الدافعة التي تتطلبها التوربينات البخارية، والتي تعتبر من القطع الأساسية في معدات توليد الطاقة الكهربائية الحرارية، حيث يُستخدم عادةً البخار المسخّن في التوربينات؛ لإيقاف تلف المعدات الناتج عن تدفق المكثفّات.
ويُجدر الذكر أنّ بعض محطات الطاقة النووية تتجنب استخدام بخار عالي الحرارة في معداتها، حيث تستخدم البخار المشبع ذو الضغط العالي عوضاً عنه.
استخدام البخار كسائل دافع
يمكن استخدام بخار الماء كقوة دافعة تهدف الى تحريك التيارات السائلة والغازية في الأنابيب، فعلى سبيل المثال؛ تسحب مضخات البخار النفاثة الفراغ الموجود في أجهزة المعالجة مثل؛ أبراج التقطير لتسهيل حركة السوائل، بالإضافة الى استخدامه كدافع أساسي في مجففات الضغط الثانوية.
استخدام البخار في عملية الانحلال الذرّي
يُستخدم بخار الماء في عملية الانحلال الذري، لفصل السوائل بطريقة ميكانيكية، فعلى سبيل المثال؛ يُستخدم البخار في بعض المواقد، وذلك من خلال حقنه في الوقود بهدف زيادة كفاءة عملية الاحتراق وتخفيض مقدار الهيدروكربونات المُنتجة.
