Zadanie Zadanie 7.7.9: Hartowanie stali w wodzie z uwzględnieniem parowania

Bilans cieplny hartowania stali z uwzględnieniem podgrzania wody oraz miejscowego wrzenia i odparowania części masy.

Treść zadania

W zakładzie ślusarskim rozgrzany detal stalowy poddano hartowaniu przez zanurzenie w kadzi zawierającej

V_w = 40\,\text{l}

wody (

m_w = 40\,\text{kg}

) o temperaturze początkowej

t_{w0} = 18^\circ\text{C}

. W trakcie procesu: - temperatura wody w kadzi wzrosła o

\Delta t_w = 3{,}0\,\text{K}

, - w wyniku miejscowego wrzenia przy powierzchni metalu odparowało

0{,}25\%

masy wody znajdującej się w kadzi (ta porcja wody podgrzała się od

18^\circ\text{C}

do temperatury wrzenia

100^\circ\text{C}

i uległa odparowaniu), - temperatura stalowego detalu obniżyła się o

\Delta t_s = 150\,\text{K}

. Właściwości cieplne: - ciepło właściwe stali

c_s = 460\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}

, - ciepło właściwe wody

c_w = 4200\,\frac{\text{J}}{\text{kg}\cdot\text{K}}

, - ciepło parowania wody

R_p = 2260\,\frac{\text{kJ}}{\text{kg}} = 2{,}26 \cdot 10^6\,\frac{\text{J}}{\text{kg}}

. Pomiń straty ciepła do ścian kadzi i otoczenia. **a)** Oblicz ilość ciepła

Q_1

pobranego na podgrzanie wody w kadzi o

\Delta t_w

. **b)** Oblicz masę odparowanej wody

m_{\text{par}}

oraz ilość ciepła

Q_2

zużytego na jej podgrzanie i odparowanie. **c)** Oblicz masę

m_s

hartowanego stalowego elementu.

**a)**

Q_1 = 504\,\text{kJ}

**b)**

m_{\text{par}} = 0{,}10\,\text{kg}

Q_2 \approx 260{,}4\,\text{kJ}

**c)**

m_s \approx 11{,}1\,\text{kg}