2. Properties of Steam Notes in Hindi

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Subject - THERMAL ENGINEERING - II ME 4003
Branch - Mechanical Engineering
Semester - 4th Semester

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भाप के गुण (Properties of Steam)

भाप (Steam) ऊर्जा उत्पादन, औद्योगिक हीटिंग और यांत्रिक अनुप्रयोगों में बहुत महत्वपूर्ण भूमिका निभाती है। इसे स्टीम बॉयलर (Steam Boiler) में पानी को गर्म करके तैयार किया जाता है।

इस टॉपिक में हम स्टीम बॉयलर के प्रकार, भाप के गुण, स्टीम टेबल्स, मोलियर चार्ट और स्टीम कैलोरीमीटर के बारे में विस्तार से जानेंगे।

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2.1 स्टीम बॉयलर के प्रकार और वर्गीकरण (Types and Classification of Steam Boilers)

स्टीम बॉयलर क्या है?

स्टीम बॉयलर एक बंद बर्तन (Closed Vessel) होता है जिसमें पानी को गर्म करके भाप में बदला जाता है।

स्टीम बॉयलर का वर्गीकरण (Classification of Steam Boilers)

1. पानी और गर्म गैसों के प्रवाह के आधार पर

   • फायर-ट्यूब बॉयलर (Fire-Tube Boiler) – गर्म गैसें ट्यूबों से होकर गुजरती हैं और पानी उन्हें घेरकर रखता है।

     • उदाहरण: कोचरन बॉयलर (Cochran Boiler), लैंकाशायर बॉयलर (Lancashire Boiler)

   • वाटर-ट्यूब बॉयलर (Water-Tube Boiler) – पानी ट्यूबों में होता है और बाहर से गर्म गैसें गुजरती हैं।

     • उदाहरण: बैबकॉक एंड विलकॉक्स बॉयलर (Babcock & Wilcox Boiler)

2. दबाव के आधार पर

   • लो-प्रेशर बॉयलर (Low-Pressure Boiler) – 15 बार से कम दबाव पर काम करता है।

   • हाई-प्रेशर बॉयलर (High-Pressure Boiler) – 15 बार से अधिक दबाव पर काम करता है।

3. जल प्रवाह के आधार पर

   • प्राकृतिक संचारण बॉयलर (Natural Circulation Boiler) – पानी का प्रवाह घनत्व के अंतर से होता है।

   • बलपूर्वक संचारण बॉयलर (Forced Circulation Boiler) – पानी का प्रवाह पंप द्वारा किया जाता है।

4. ईंधन के आधार पर

   • कोयला चालित बॉयलर (Coal-Fired Boiler)

   • तेल चालित बॉयलर (Oil-Fired Boiler)

   • गैस चालित बॉयलर (Gas-Fired Boiler)

   • इलेक्ट्रिक बॉयलर (Electric Boiler)

5. स्थिरता के आधार पर

   • स्थिर बॉयलर (Stationary Boiler) – बिजली संयंत्रों में प्रयुक्त।

   • गतिशील बॉयलर (Mobile Boiler) – रेल इंजन और जहाजों में प्रयुक्त।

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2.2 भाप के गुणों की परिभाषाएँ (Definitions of Properties of Steam)

1. संतृप्त तापमान (Saturation Temperature) $T_s$

• वह न्यूनतम तापमान जिस पर कोई तरल दिए गए दबाव पर भाप में बदलने लगता है।

• उदाहरण: 1 बार दबाव पर, जल का संतृप्त तापमान 100°C होता है।

2. संतृप्त दबाव (Saturation Pressure) $P_s$

• वह दबाव जिस पर दिए गए तापमान पर पानी और भाप सह-अस्तित्व में होते हैं।

3. शुष्कता अनुपात (Dryness Fraction) $x$

• यह भाप में शुष्क भाप (Dry Steam) और कुल भाप (Steam + Water) के द्रव्यमान का अनुपात होता है।

  • $x = 0$ → संतृप्त जल (Saturated Water)

  • $0 < x < 1$ → गीली भाप (Wet Steam)

  • $x = 1$ → शुष्क संतृप्त भाप (Dry and Saturated Steam)

4. भाप की एन्थैल्पी (Enthalpy of Steam) $h$

भाप की कुल ऊष्मीय ऊर्जा को एन्थैल्पी (Enthalpy) कहते हैं।

$$h_g = h_f + x \cdot h_{fg}$$

जहाँ:

• $h_f$ = संवेदनशील ऊष्मा (Sensible Heat)

• $h_{fg}$ = गुप्त ऊष्मा (Latent Heat)

• $h_g$ = कुल एन्थैल्पी (Total Enthalpy)

5. विशिष्ट आयतन (Specific Volume) $v$

• यह 1 किग्रा भाप द्वारा घेरा गया आयतन होता है।

6. आंतरिक ऊर्जा (Internal Energy) $u$

• यह भाप के भीतर संग्रहीत कुल ऊर्जा होती है।

7. अधिकतप्त भाप (Superheated Steam)

• जब संतृप्त भाप को इसके संतृप्त तापमान से अधिक गर्म किया जाता है, तो इसे अधिकतप्त भाप कहा जाता है।

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2.4 स्टीम टेबल और मोलियर चार्ट का उपयोग करके भाप के गुणों का निर्धारण

1. स्टीम टेबल (Steam Tables)

स्टीम टेबल में दबाव, तापमान, एन्थैल्पी, विशिष्ट आयतन, और एंट्रॉपी के मान दिए होते हैं।

उदाहरण (1 बार दबाव पर स्टीम टेबल के मान):

• $h_f=\mathrm{419\; kJ/kg}$

• $h_{fg}=\mathrm{2257\; kJ/kg}$

• $h_g=\mathrm{2676\; kJ/kg}$

2. मोलियर चार्ट (Mollier Chart)

• यह एक h-s आरेख (Enthalpy vs. Entropy Diagram) होता है।

• इसका उपयोग तापमान, एन्थैल्पी, और एंट्रॉपी के मूल्यों को शीघ्रता से खोजने के लिए किया जाता है।

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2.5 स्टीम टेबल और मोलियर चार्ट का उपयोग करके सरल गणनाएँ

उदाहरण 1: गीली भाप की एन्थैल्पी ज्ञात करें

दिया गया:

• दबाव = 10 बार

• शुष्कता अनुपात $x$ = 0.8

• स्टीम टेबल से:

  • $h_f = 762$ kJ/kg

  • $h_{fg} = 2015$ kJ/kg

समाधान:

$$h = h_f + x \cdot h_{fg}$$ $$h = 762 + (0.8 \times 2015) = 2374 \text{ kJ/kg}$$

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2.6 स्टीम कैलोरीमीटर (Steam Calorimeters)

स्टीम कैलोरीमीटर एक यंत्र है जिसका उपयोग भाप के शुष्कता अनुपात (Dryness Fraction) को मापने के लिए किया जाता है।

प्रकार:

1. थ्रॉटलिंग कैलोरीमीटर (Throttling Calorimeter)

   • इसमें भाप को एक छोटे छेद से निकलने दिया जाता है और तापमान मापा जाता है।

2. सेपरेटिंग कैलोरीमीटर (Separating Calorimeter)

   • यह भाप से पानी को अलग करता है और शुष्कता अनुपात निकालता है।

3. संयुक्त कैलोरीमीटर (Combined Calorimeter)

   • यह थ्रॉटलिंग और सेपरेटिंग दोनों विधियों का उपयोग करता है।

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निष्कर्ष (Conclusion)

भाप ऊष्मा और ऊर्जा हस्तांतरण के लिए बहुत महत्वपूर्ण माध्यम है। स्टीम टेबल, मोलियर चार्ट और कैलोरीमीटर का उपयोग इसकी विशेषताओं को समझने और गणना करने में किया जाता है।