वाफ

वाफ

समुद्रसपाटीला पाणी १०००से. तापमानाला उकळू लागते व त्याचे रूपांतर तप्त वायूत होते, त्याला वाफ म्हणतात. १००० से. हा पाण्याचा उकळबिंदू होय. उकळत्या पाण्याच्या उष्णतेइतकी वाफेची उष्णता असते. दुसऱ्या प्रकारे पाण्याचे रूपांतर वायूत होते. एका परातीत पाणी भरून ते वातावरणात उघडे ठेवले की, पृष्ठभागावरच्या पाण्याचे रूपांतर वायूत होते; परंतु हा वायू तप्त नसतो, या क्रियेस बाष्पीभवन व अशा वायूस बाष्प असे म्हणतात. वाफ व बाष्प यांत असा फरक आहे. कोणत्याही द्रवाचे बाष्पीभवन होते. तसेच ते उकळले असता त्याच्या काही भागाचे रूपांतर वायूत होते; पण त्यास वाफ म्हणत नाहीत. फक्त पाण्याच्या रूपांतरित तप्त वायूसच वाफ म्हणतात. पाण्याचे वाफेत रूपांतर करण्यासाठी जी उष्णता लागते ती दगडी कोळसा, खनिज तेल, नैसर्गिक वायू, लाकूड व अणुइंधनापासून (यूरेनियम व थोरियम) मिळते. वाया जाणारे इंधन व वाया जाणारी उष्णता वापरूनही वाफ तयार करता येते. १००० से. तापमानाला पात्रात ठेवलेले पाणी उकळत असले, तरी सगळ्याच पाण्याची एकदम वाफ होत नाही. त्यासाठी सतत जादा उष्णता पुरवावी लागते. संपूर्ण पाण्याचे वाफेत रूपांतर होईपर्यंत त्यात प्रायः तीन अवस्था होतात : (१) काही भाग पाणी व काही भाग वाफ, (२) पाण्याचा अंश असलेली वाफ व (३) पाण्याचा अंश नसलेली वाफ.

उघड्या भांड्यात पाणी उकळताना तयार होणारी वाफ वातावरणीय दाबाखाली तयार होते; परंतु बंद भांड्यात उदा., प्रेशर कुकरमध्ये तयार होणारी वाफ वातावरणीय दाब अधिक त्यात तयार झालेल्या वाफेचा दाब यांच्याखाली तयार होते. त्यामुळे अशा दाबाला निरपेक्ष दाब म्हणतात. वातावरणीय दाब स्थिर असतो; परंतु जसजसे बंद भांड्यात वाफेचे प्रमाण वाढत जाते तसतसा निरपेक्ष दाब वाढत जातो. बंद भांड्याचे घनफळ निश्चित असल्याने तेवढ्याच जागेत तयार होत असलेली वाफ सामावू लागते तसतसा तिच्यात दाब निर्माण होतो. अशा भांड्याला दाबपात्र म्हणतात [⟶दाबपात्र]. हाच वाफेचा दाब म्हणून मानला जातो. बाष्पित्रातील [⟶बाष्पित्र] पात्रात पाण्यापासून वाफ निर्माण करतात. वाफेची निर्मिती सतत होत राहण्यासाठी यात पाण्याची ठराविक राशी पंपाने पुरवावी लागते. बाष्पित्राच्या पात्रात जसजशी वाफ निर्माण होते तसतसा त्या वाफेचा दाब वाढू लागतो. असा दाब त्या पात्रावर दाबमापक [⟶ दाब व दाबमापन] बसवून त्याच्या तबकडीवर काट्याने दर्शविला जातो. या दाबाला ‘मापकदर्शित दाब’ असे म्हणतात. अशा दाबात वातावरणीय दाब मिळविल्याने वाफेचा निरपेक्ष दाब मिळतो. १ ग्रॅम पाण्याचे तापमान ०० से. पासून १००० से. पर्यंत वाढविण्यास १०० कॅलरी किंवा ४१८.६८ जूल उष्णता द्यावी लागते; परंतु संपूर्ण १ ग्रॅम पाण्याचे रूपांतर वाफेत करण्यासाठी या उष्णतेच्या ५.४ पट म्हणजे ५४० कॅलरी किंवा २,२६०.८७ जूल उष्णता द्यावी लागते, म्हणून उकळत्या पाण्यापेक्षा वाफेचा चटका वा दाह जास्त असतो. या उष्णतेला सुप्त उष्णता म्हणतात. ५४० कॅलरी ही सुप्त उष्णता समजण्यात येते. वाफ ही रंग व वासरहित असून ती दिसत नाही. उकळत्या चहाच्या किटलीच्या तोटीशी जे ढग दिसतात ती वाफ नसून तोटीतून बाहेर पडलेल्या वाफेशी बाहेरील थंड हवेचा संबंध येऊन तयार झालेले संघनित द्रव [⟶संघनन] असते. १ घ. सेंमी. पाण्याची उकळणे थांबेपर्यत जर वाफ तयार केली गेली, तर ती व्यापण्याला पाण्याच्या १,६७० पट जागा लागते म्हणजेच तिचे घनफळ १,६७० घ. सेंमी. असते. या अवस्थेतील वाफेला संतृप्त वाफ म्हणतात. पाण्याचा अंश असलेल्या वाफेला सद्रव वाफ म्हणतात. पाण्याचा अंश नसलेल्या वाफेला शुष्क वाफ असे म्हणतात. जर संतृप्त वाफेला आणखी उष्णता दिली, तर तिचे घनफळ आणखी वाढते व तिला अधितापित वाफ म्हणतात व तिचे गुणधर्म वायूप्रमाणेच असतात.

वाफेच्या अवस्था

वाफेच्या अवस्थेवरून तिचे निरनिराळे प्रकार होतात. या अवस्था आ. १ मध्ये दाखविल्या आहेत. आ. १ मधील सिलिंडरमध्ये समजा ०० से. तापमानाचे १ ग्रॅम पाणी भरले व त्यावर १ किग्रॅ. वजनाचा दट्ट्या (हा दट्ट्या सिलिंडरमध्ये घट्ट बसला असून घर्षण न होता त्यात मुक्तपणे मागेपुढे हालू शकतो, असे येथे गृहीत धरले आहे) ठेवून जर १ किग्रॅ. दर चौ. सेमी. प्रेरणा दिली आणि सिलिंडरला बाहेरून उष्णता दिली, तर (अ) अवस्थेत पाण्याचे तापमान ४०० से. झाल्याने घनफळ वाढेल. जर उष्णता सावकाश वाढवीत तापमान १००० से. पर्यंत नेले, तर काही पाण्याची वाफ होईल, तर काही पाणी तसेच राहील व अवस्था (आ) निर्माण होऊन पाण्याचा अंश असलेली सद्रव वाफ तयार होईल. तिचे घनफळ वाढेल. यापुढेही उष्णता वाढविल्यास तापमान १०८०.८ से. होऊन सर्व पाण्याचे रूपांतर वाफेत घडून अवस्था (इ) निर्माण होईल. या अवस्थेतील वाफेस शुष्क व संतृप्त वाफ म्हणतात. पाण्याचे सूक्ष्म बिंदू निलंबित-लोंबकळत्या-स्थितीत नसल्याने हिला शुष्क आणि दिलेल्या तापमान व दाबाच्या स्थितीत या जागेत अधिक वजनाची वाफ राहू शकणार नाही म्हणून हिला संतृप्त वाफ म्हणतात. पाण्याचा अंश असल्यास सद्रव वाफ म्हणतात. समजा, अशा १०० भाग वाफेत ९० भाग कोरडी वाफ व १० भाग पाण्याचा अंश असेल, तर अशा वाफेचा शुष्कता अंश ०.९ किंवा ९०% असेल व ती अशा वाफेची गुणवत्ता समजण्यात येते.

सद्रव अवस्थेतील वाफेला जर आणखी उष्णता दिली, तर तीत पाण्याचा अंश उरणारच नाही. वाफेचे तापमान व घनफळ आणखी वाढेल आणि (ई) अवस्था निर्माण होईल. अशा अवस्थेतील वाफेला अधितापित किंवा पूर्ण शुष्क वाफ म्हणतात व तिचे गुणधर्म वायुप्रमाणे असतात. मात्र या सर्व अवस्थांत प्रेरणा (दाब) समान असेल.

बाष्पित्रातील पाण्याची वाफ होण्याची प्रक्रिया ही एका स्थिर दाबाखाली होणारी प्रक्रिया आहे. बाष्पित्रातील पात्रात पाण्याच्या निकटअसलेली वाफ सद्रव असते, तर झाकणाकडील वाफ शुष्क व संतृप्त असते. शुष्क व संतृप्त वाफ अधितापक नलिकेतून बाहेर आणल्यास ती अधितापित होते. तापमान वाढल्याने अधितापित वाफेचे घनफळ वाढते. यावरून असे दिसून येईल की, जर दाब स्थिर (कायम) ठेवला आणि शुष्क व संतृप्त वाफेतील उष्णता काढून घेतली, तर सद्रव वाफ मिळेल व उष्णता वाढविली की, अधितापित वाफ मिळेल. त्याचप्रमाणे असेही दिसून येते की, शुष्क व संतृप्त वाफेतील समग्र उष्णता (एंथाल्पी) कायम ठेवून जर तीवरील दाब वाढवला, तर सद्रव वाफ मिळेल व दाब कमी केला, तर अधितापित वाफ मिळेल.

कोणत्या तापमानाला पाणी उकळू लागेल ते त्याच्या दाबावर अवलंबून राहील. पाण्यावरील दाब व त्याचा उकळबिंदू ह्यांचा संबंध बाष्प-ताण वक्राने दाखविला जातो. (आ. २). पृथ्वीच्या पृष्ठभागाशी वातावरणीय दाब १.०१३२५ बार (१.०३३२२७ किग्रॅ. /चौ.सेंमी.) आहे व या दाबाला १००० से. तापमानाला पाणी उकळते. जर दाब कमी केला, तर कमी तापमानाला व वाढविला, तर जास्त तापमानाला पाणी उकळण्याची क्रिया घडेल. पाण्याची वाफ ही दोन प्रावस्था असलेली प्रणाली आहे. पाण्याची वाफ होताना पाणी, वाफ व पाणी आणि शुष्क वाफ अशा अवस्था येतात. वाफ व पाणी या मिश्रणाला द्विप्रावस्था प्रणाली म्हणतात. या वेळी दाब व उकळबिंदू दोन्ही स्थिर असतात. दाब जसजसा वाढेल तसतसा उकळबिंदू वाढत जातो, तसेच सुप्त उष्णतेचे मूल्यही कमी कमी होत जाते. शेवटी असा एक दाब व तापमान येते की, त्या वेळी सुप्त उष्णता शून्य होते. या बिंदूला ‘क्रांतिक बिंदू’ म्हणतात. क्रांतिक बिंदूच्या दाबाला क्रांतिक दाब व तापमानाला क्रांतिक तापमान म्हणतात. क्रांतिक बिंदूनंतर पाणी व वाफ ही द्विप्रावस्था प्रणाली राहत नाही. क्रांतिक बिंदूनंतर पाणी व कोरडी वाफ अशा दोन निराळ्या प्रावस्था राहतात व पाण्याचे एकदम व संपूर्णपणे कोरड्या वाफेत रूपांतर होते. पाण्याच्या बाबतीत क्रांतिक दाब हा २२१.२ बार एवढा असतो व तापमान ३७४०.१५ से. एवढे असते. क्रांतिक बिंदूच्या ठिकाणी पाणी व वाफ यांची घनता एकच असते. व ती ३१५.४५७ किग्रॅ./ घ.मी. एवढी असते. क्रांतिक बिंदूच्या संदर्भात वायू व वाफ यांची व्याख्या करता येते. एखादा पदार्थ जेव्हा त्याच्या क्रांतिक बिंदूच्या वर अस्तित्वात असतो तेव्हा त्यास वायू म्हणतात व तो जेव्हा त्याच्या क्रांतिक बिंदूच्या खाली अस्तित्वात असतो तेव्हा त्यास बाष्प असे म्हणतात.

क्रांतिक बिंदू हा द्विप्रावस्था प्रणालीच्या अस्तित्वाचा अंतिम बिंदू आहे. तसाच दुसरा अंतिम बिंदू निम्न दाबाच्या बाजूला असतो. त्यास त्रिक् बिंदू म्हणतात. ह्या त्रिक् बिंदूच्या खाली द्विप्रावस्था प्रणाली अस्तित्वात नसते. त्रिक् बिंदूच्या खाली घन पदार्थाचे एकदम वायुरूप पदार्थात रूपांतर होते, याला संप्लवन म्हणतात. पाण्यासाठी त्रिक् बिंदूचा दाब हा ०.००६१०८ बार व तापमान २७३०.१६ के. किंवा ००.०१ से. एवढे असते. वाफेचा उपयोग करताना त्या वाफेत काम करण्याची किती शक्ती आहे, त्या वाफेची समग्र उष्णता किती आहे, घनफळ किती आहे इ. भौतिक गुणधर्मांची मूल्ये माहीत असावी लागतात. तसेच वाफेची उपलब्धता काढण्यासाठी तिची एंट्रॉपी माहीत असावी लागते. वाफ ही वायू नव्हे यामुळे हे गुणधर्म लाक्षणिक वायु समीकरणे वापरून काढता येत नाहीत. ह्या गुणधर्मांची मूल्ये प्रयोगांद्वारे ठरवावी लागतात. प्रयोगांद्वारे मिळालेली अशी माहिती मोलिएर चार्ट वा आलेख व वाफ कोष्टके यांच्या रूपात उपलब्ध करून देतात.

वाफेचे भौतिक गुणधर्म

वाफेचे काही महत्त्वाचे भौतिक गुणधर्म पुढीलप्रमाणे आहेत : (१) विशिष्ट घनफळ (व्याप), (२) अंतस्थ ऊर्जा, (३) एंथाल्पी (समग्र उष्णता) व (४) एंट्रॉपी (अवक्रममाप). हे गुणधर्म वाफेच्या दाब व तापमान यांच्यातील बदलांवर अवलंबून असतात. इतर गुणधर्मांत दाब, तापमान, विशिष्ट उष्णता, सुप्त उष्णता, संवेद्य उष्णता, शुष्कता अंश, संतृप्ती, क्रांतिक बिंदू, औष्णिक संवाहकता, श्यानता (दाटपणा) वगैरेंचा समावेश होतो. ह्या गुणधर्मांपैकी काही गुणधर्म थोड्या तपशीलवारपणे पुढे दिले आहेत.

(१) विशिष्ट घनफळ : दर एकक वस्तुमानाने जेवढी जागा व्यापलेली असते तिला त्या वस्तुमानाचा विशिष्ट व्याप किंवा घनफळ म्हणतात. एककांच्या आंतरराष्ट्रीय पद्धतीत घनफळ घ. मी. मध्ये तर मेट्रिक पद्धतीत घ. सेंमी. मध्ये व वस्तुमानाचे वजन किग्रॅ. मध्ये मोजतात. वाफेच्या विशिष्ट घनफळात तिच्या दाब व तापमानाप्रमाणे बदल होतो. जसजसा वाफेचा दाब वाढत जातो तसतसे तिचे घनफळ कमी होते. क्रांतिक बिंदूशी पाण्याचे व वाफेचे विशिष्ट घनफळ समान असते.

(२) अंतस्थ ऊर्जा : वाफेतील रेणूंची गती व विन्यास (मांडणी) यांमुळे तिच्या ठिकाणी जी अंगचीच ऊर्जा असते तिला अंतस्थ ऊर्जा म्हणतात. तिचे मापन एका स्थिर गणना स्थितीवर (पायाभूत मूल्याच्या संदर्भात) केले जाते व अशा स्थितीचे मूल्य स्वेच्छ म्हणून -०.१८५ P1 V1 धरतात (येथे P1 दाब व V1 विशिष्टघनफळ). हे ०० से. तापमानाच्या संतृप्त द्रवाचे (पाणी) असते. कारण अंतस्थ ऊर्जा ही दाब व तापमानाप्रमाणे बदलते. अंतस्थ ऊर्जा आंतरराष्ट्रीय एककांच्या पद्धतीने किलो जूल/किग्रॅ. मध्ये, तर मेट्रिक पद्धतीत दर किग्रॅ. कॅलरीमध्ये मोजतात.

(३) एंथाल्पी : अंतस्थ ऊर्जेत वाफेचा दाब गुणिले वाफेचे घनफळ ही राशी मिळविली असता एंथाल्पी मिळते. दाब हा ‘निरपेक्ष दाब’ आंतरराष्ट्रीय एककांच्या पद्धतीत न्यूटन/चौ.मी. म्हणजे पास्कालमध्ये, तर मेट्रिक पद्धतीत किग्रॅ./चौ. सेंमी मध्ये व घनफळ हे ‘विशिष्ट घनफळ’ आंतरराष्ट्रीय एककांच्या पद्धतीत घ. मी./किग्रॅ. मध्ये, तर मेट्रिक पद्धतीत घ.सेंमी./किग्रॅ. मध्ये देतात. अंतस्थ ऊर्जेप्रमाणेच एंथाल्पीचे परिमाण किलोजूल वा मेट्रिक पद्धतीत किलोकॅलरी (किकॅ.)/किग्रॅ. मध्ये मोजतात. एंथाल्पी अंतस्थ ऊर्जेप्रमाणे तसेच दाब व तापमानाप्रमाणे बदलते. सद्रव वाफेची एंथाल्पी ही शुष्क वाफेच्या एंथाल्पीपेक्षा कमी असते व अधितापित वाफेची एंथाल्पी शुष्क वाफेच्या एंथाल्पीपेक्षा जास्त असते. वाफ टरबाइनाकडून [⟶ वाफ टरबाइन] किती कार्य घडून आले ते अंतिम एंथाल्पीतून सुरुवातीची एंथाल्पी वजा केली असता मिळते. ०० से. तापमान असलेल्या पाण्याची एंथाल्पी शून्य गृहीत धरली जाते.

निरपेक्ष दाब(किग्र/ चौ.सें.मी.)	उकळ बिंदू ( ००से.)	पाण्याचे विशिष्ट घनफळ (घ.मी./ किग्र×१०-३)	वाफेचे पाण्याचे विशिष्ट घनफळ (घ.मी./ किग्रॅ	पाण्याची एंथॉल्पी( किकॅ./ किग्रॅ)	वाफेची सुप्त उष्णता (किकॅ./ किग्रॅ)	शुष्क व संपृक्त वाफेची एंथॉल्पी (किकॅ./ किग्रॅ)	पाण्याची एंट्रॉपी (किकॅ./ किग्रॅ. ००से.)	संतृप्त वाफेची एंट्रॉपी (किकॅ./ किग्रॅ.००से.)
०.२५	६४.५६	१.०२०	६.३१८	६४.५४	५६०.५	६२५.०४	०.२१२२	१.८७१८
१	९९.०९	१.०४३	१.७२५	९९.१९	५३९.६	६३८.७९	०.३०९७	१.७५९३
२५	२२२.९०	१.०९५	०.०८१५	२२८.६	४४०.७	६६९.३	०.६०७४	१.४९६१
१००	३०९.५३	१.४४५	०.०१८४	३३४.२	३१७.५	६५१.७	०.७९९२	१.३४४०
२००	३६४.०८	१.९८७	०.००६२	४३१.३	१५०.१	५८१.४	०.९५१४	१.१८६७

(४) एंट्रॉपी : वाफेची एंट्रॉपी गणिती सूत्राने काढली जाते. औष्णिक ऊर्जेचा जो भाग उपयुक्त कामासाठी उपलब्ध होत नाही, त्या भागाचे मूल्यांकन करण्यासाठी एंट्रॉपीची जरूरी असते. ०० से. तापमानाच्या पाण्याची एंट्रॉपी शून्य गृहीत धरली जाते. [⟶एंट्रॉपी].

(५) संवेद्य उष्णता : सद्रव वाफेला दिलेली जादा उष्णता प्रथम तिचा काही भाग कोरडा (शुष्क) करील व नंतर तिच्या संतृप्ती तापमानात वाढ घडवून आणील. अशा जादा उष्णतेला संवेद्य उष्णता म्हणतात व ती दिल्यावर अशी वाफ अधितापित समजतात.

(६) विशिष्ट उष्णता : १ ग्रॅ. वस्तुमानाचे तापमान १० से. वाढविण्यासाठी जी उष्णता लागते तिला विशिष्ट उष्णता म्हणतात व तिचे परिमाण कॅलरी असते.

(७) औष्णिक संवाहकता : दाब आणि तापमान वाढीबरोबर वाफेची औष्णिक संवाहकता वाढते. वातावरणीय दाबाला औष्णिक संवाहकता २४ वॉट/मी.०से. एवढी असते, तर १३.७९ मेगॅपास्काल दाबाला ती ६४ वॉट/मी.०से. एवढी असते. क्रांतिक बिंदूजवळ ती १०९ वॉट/मी.०से. एवढी असते.

(८) श्यानता : वाफेची श्यानता दाब व तापमान यांच्याप्रमाणे वाढते. वातावरणीय दाबाला श्यानता १.२ × १०९ पास्काल-सेकंद एवढी असते, तर १३.७९ मेगॅपास्काल एवढ्या दाबाला ती ६.४ × १०९ पास्काल-सेकंद एवढी असते.

उकळबिंदूच्या बऱ्याच वर तापमानास असलेली अधितापित वाफ ही वायूप्रमाणे वाहते म्हणजे PV = 461.5T हे लाक्षणिक वायू समीकरण लावून वाफेचे गुणधर्म काढता येतात. येथे P निरपेक्ष दाब (पास्काल), V विशिष्ट घनफळ (घ. मी./किग्रॅ) व Tनिरपेक्ष तापमान (०के.) होय. शुष्क वाफ ही वायूप्रमाणे वाहत नाही. तिचे चलनवलन वायूपेक्षा निराळे असते व सद्रव वाफ हे वाफ व जलकणांचे मिश्रण असते. शुष्क वाफ व सद्रव वाफ यांचे गुणधर्म वायू समीकरण लावून काढता येत नाहीत. त्यासाठी खूप क्लिष्ट व मोठमोठी समीकरणे वापरावी लागतात. शुष्क वाफेचे गुणधर्म हे अनेक प्रयोग करून त्यांद्वारे ठरवले जातात व त्या प्रयोगांचे निष्कर्ष हे कोष्टकांच्या रूपात एकत्र करून ठेवतात अथवा आलेखांच्या रूपात आरेखित करून ठेवतात. अशी वाफ कोष्टके, तसेच मोलिएर चार्ट वा आलेख उपलब्ध असून त्यांवरून वाफेचे गुणधर्म पाहता येतात.

विशिष्ट दाब व तापमानाला तीन प्रकारच्या वाफेचे वरील गुणधर्म किती प्रमाणात असतील हे सप्रयोग ठरवून एच्. एल्. कॅलेंडर, जोसेफ एच्. कीनन व एफ्. जी. कीस या इंग्रज संशोधकांनी त्यांची निरनिराळी कोष्टके तयार केली आहेत. त्यामुळे सूत्रे मांडून आकडेमोड करण्यात वेळ न घालविता अभियंत्यांना तयार माहिती मिळून तिचा उपयोग करणे सुकर झाले आहे. या कोष्टकांना वाफ कोष्टके म्हणतात. नमुन्यासाठी मेट्रिक पद्धतीतील कोष्टकाचा काही भाग सोबत दिला आहे. १९३६ मध्ये अमेरिकेत ती वापरण्याला मान्यता मिळाली. भारतीय मानक संस्थेनेही १९६६ मध्ये असे कोष्टक तयार केले आहे.

वाफेतल्या औष्णिक ऊर्जेचे तीन भाग पडतात :

(१) पाण्याचे तापमान ०० से. वरून १००० से. पर्यंत नेण्यासाठी लागणारी द्रवाची एंथाल्पी. ०० से. तापमानाच्या पाण्याची एंथाल्पी शून्य ही गृहीत धरलेली आहे.

(२) १००० से. तापमानाला पाण्याचे वाफेत रूपांतर करण्यासाठी लागणारी बाष्पनाची एंथाल्पी.

(३) वाफेला अंतिम तापमानाला नेण्यासाठी लागणारी अभिताप किंवा अतिउष्णता एंथाल्पी. या सर्व उष्णता १ किग्रॅ. पाण्यासाठी मोजल्या जातात. वाफ जशी तिची औष्णिक ऊर्जा देण्याचे ऊष्मागतिक [⟶ऊष्मागतिकी] कार्य करू लागते, तशी तिची अतिउष्णता कमी होऊन ती प्रथम सद्रव होते व अखेर तिचे संघनन होऊन गरम पाण्यात रूपांतर होते.

मोलिएर आलेख : ह्याला एंथाल्पी-एंट्रॉपी आलेख असेही म्हणतात. या आलेखातील वाफेच्या सद्रव क्षेत्रात स्थिर तापमान व स्थिर दाब यांच्या रेषा सरळ राहून त्या एकमेकींशीं संपाती (जुळत्या) असतात. ०० से. वरील एकूण एंथाल्पी य अक्षावर व एकूण एंट्रॉपी क्ष अक्षावर दाखवून आलेख काढतात. हा आलेख दाब, तापमान, एंथाल्पी व एंट्रॉपी यांचे सर्वसाधारण संबंध दर्शवितो. या आलेखावरून वाफेच्या कार्यशक्तीचे मूल्यमापन व विद्युत जनित्रासाठी यांत्रिक ऊर्जा निर्माण करणाऱ्या यंत्रात (टरबाइनमध्ये) प्रसरण पावणाऱ्या वाफेची ऊर्जा मोजण्याचे काम सोपे होते. आ. ३ मध्ये असा आलेख दाखविला आहे.

वाफेचे उपयोग

निसर्गात भूमिजल ज्वालामुखी क्रियेने तापविले जाऊन वाफ निर्माण होते आणि ती ⇨ उन्हाळे, ⇨गायझरे, ⇨ धूममुखे व विशिष्ट प्रकारचे ज्वालामुखी यांच्यातून बाहेर टाकली जाते. वाफेचा उपयोग करून घेण्याचे प्रयत्‍न फार पूर्वीपासून [उदा., स्वयंपाकासाठी उन्हाळ्यांतील पाण्याचा उपयोग करणे ; ⟶ उन्हाळे] करण्यात आले असून येथे त्यांचा थोडक्यात आढावा घेतला आहे. इ. स. पू. १२० मध्ये ईजिप्तमधील ॲलेक्झांड्रियाचे हीरो यांनी ‘ईओलिपाइल’नावाची वाफचक्की (टरबाइन) बनविली होती; पण वाफेवर चालणाऱ्या या पहिल्या यंत्राचा प्रत्यक्ष वापर झाला नाही. इ. स. १६९८ साली टॉमस सेव्हरी यांनी, तर १७०५ साली टॉमस न्यूकोमेन यांनी वाफेवर चालणारे एंजिन बनविले होते. ही दोन्ही एंजिने पाणी खेचण्याचा पंप चालविण्यासाठी वापरली होती. जेम्स वॉट यांनी १७६३ साली न्यूकोमेन एंजिनावर निरनिराळे प्रयोग करण्यास सुरुवात केली आणि १७८४ पर्यंत त्यांनी निरनिराळ्या प्रकारची वाफ एंजिने बनविली. पैकी ‘लोकोमोटिव्ह’(चालक) एंजिन आगगाडी चालविण्यासाठी तर ‘प्रचालक’ एंजिन जहाजाचे प्रचालक (मळसूत्री पंखे) फिरविण्यासाठी वापरण्यात आले [⟶ वाफ एंजिन]. जेम्स नॅस्मिथ यांनी वाफेवर चालणारा यांत्रिक हातोडा शोधून काढला. हा हातोडा अवजड प्रकारच्या लोहारकामात १८३९ पासून वापरात आला. १८३८ साली विल्यम ओटिस यांनी वाफेवर चालणाऱ्या यांत्रिक फावड्याचा शोध लावला. हे फावडे खोदकामासाठी वापरतात.

वाफ गंधहीन व बिनविषारी असून ती सर्वत्र सहज उपलब्ध होऊ शकते. तसेच तिचे अन्य भौतिक व रासायनिक गुणधर्म हे स्वीकार्य व सुनिश्चित आहेत. शिवाय वापरण्यायोग्य अन्य वायूंशी तुलना केल्यास वाफेची विशिष्ट उष्णता उच्च (उदा., हवेच्या विशिष्ट उष्णतेच्या दुप्पट व अमोनियाच्या विशिष्ट उष्णतेच्या जवळपास) आहे. यामुळे ज्या सर्वसाधारण तापमानाला हे वायू वापरले जातात त्या तापमानाला वाफ अधिक औष्णिक ऊर्जा वाहून नेते. या सर्व वैशिष्ट्यांमुळे वाफेचे पुढील प्रकारचे विविध उपयोग होतात.

बाह्य ज्वलन एंजिनातील (ज्या एंजिनात उष्णतानिर्मिती सिलिंडराबाहेर भट्टीत होते अशा एंजिनातील) तापन वलयांत कार्यकारी द्रायू (द्रव व वायू) म्हणून वाफ सर्वाधिक वापरली जाते; तसेच उद्योगधंद्यांमधील विविध प्रक्रिया आणि तापन व शीतलीकरण क्रिया यांच्यात उष्णता वाहून नेणारा द्रायू म्हणून वाफेचा मोठ्या प्रमाणावर वापर होतो.

वाफेच्या औष्णिक ऊर्जेपासून यांत्रिक ऊर्जा निर्माण करून ती निरनिराळी एंजिने व यंत्रे चालविण्यासाठी वापरतात. वाफेवर चालणाऱ्या टरबाइनांनी विद्युत् जनित्राच्या घूर्णकाला परिभ्रमी गती देऊन यांत्रिक ऊर्जेचे विजेत रूपांतर केले जाते. जगातील पुष्कळ वीज या पद्धतीने निर्माण होते.

कोणताही द्रवरूप किंवा घनरूप पदार्थ वाफेच्या प्रत्यक्ष सान्निध्यात आल्यास वाफेची सुप्त उष्णता व संवेद्य उष्णता त्याच्याकडे संक्रामित होऊन तो पदार्थ तापतो. या गोष्टीचा उपयोग स्वयंपाक (उदा., प्रेशर कुकर), निर्जंतुकीकरण, वाळविणे व सुकविणे, विरंजन (रंग घालविण्याची क्रिया) व विरघळविण्याची क्रिया यांमध्ये केला जातो.

द्रायू एका ठिकाणाहून दुसऱ्या ठिकाणी नेण्यासाठी वाफेचा उपयोग करतात. विशिष्ट प्रकारचा प्रोथ (तोटी) वापरून हे काम करता येते. या प्रोथाच्या निमुळत्या होत जाणाऱ्या (अभिसारी) भागातून वेगाने जाताना वाफ आकुंचित होते व प्रोथाच्या पसरट (अपसारी) भागातून बाहेर पडताना ती प्रसरण पावते. बाष्पित्रात पाणी भरणे, संघनकातून [वाफेचे द्रवात रूपांतर करणाऱ्या प्रयुक्तीमधून; ⟶संघनक] हवा बाहेर काढणे किंवा त्यात निर्वात निर्माण करण्यासाठी वाफेचा असा उपयोग करतात.

पाण्यात न मिसळणारे द्रव पदार्थ वेगळे करण्यासाठी वाफेचा उपयोग करतात व याला ‘वाफ-ऊर्ध्वपातन’ म्हणतात. पाण्यात मिसळणारे द्रव पदार्थही वाफेच्या मदतीने वेगळे करता येतात व याला ‘ वाफ-विलगीकरण’ म्हणतात.

जास्त दाबाची वाफ प्रोथामधून जाऊ देऊन तिचे प्रसरण केल्यास वाफेचा अतिवेगवान झोत (प्रवाह) मिळतो. या झोताचा वेग व त्यातील उष्णता यांच्या साहाय्याने घन पदार्थावरील धूळ, पापुद्रे, तेल, ग्रीज इ. दूर करून त्याचे पृष्ठभाग स्वच्छ करता येतात. वाफेच्या संघननाने बनलेल्या पाण्याचीही या सफाईकामात मदत होते. मोठ्या आकारमानाची पात्रे, इमारती, वाहने, पुराणवास्तू यांची सफाई करण्यासाठी ही पद्धत वापरतात.

प्रक्रिया द्रव्य म्हणून वाफेचे अनेक उपयोग आहेत. जड इंधन तेलाचे भागशः ⇨ ऑक्सिडीभवन करण्यासाठी, तसेच एथिलीन व हायड्रोजन यांच्या उत्पादनात ही पद्धती वापरतात. दगडी कोळशाचे वायवीकरण (वायूत रूपांतर) व खनिज तेलाचे परिष्करण यांमध्ये वाफेचा असा उपयोग होतो. खनिज तेल पदार्थांच्या उत्प्रेरकी पुनर्विन्यास प्रक्रियेत (उत्प्रेरक-प्रत्यक्ष विक्रियेत भाग न घेता तिची गती बदलणारा पदार्थ-वापरून खनिज तेलाचे नॅप्थ्याचे अधिक बाष्पनशील-बाष्परूपात उडून जाणाऱ्या पदार्थात रूपांतर करण्याच्या प्रक्रियेत) वाफ मोठ्या प्रमाणात वापरली जाते. नैसर्गिक वायू, द्रवरूप खनिज तेल वायू, नॅप्था इत्यादींवर अशी प्रक्रिया करताना निकेल हा उत्प्रेरक वापरतात. याद्वारे हायड्रोजन, मिथेन, कार्बन डाय-ऑक्साइड इ. निर्माण होतात.

पोलाद, ॲल्युमिनियम, तांबे, निकेल इ. धातु-मिश्रधातूंच्या उत्पादन प्रक्रियेत; तसेच औषधे, सौंदर्यप्रसाधने, रबरी वस्तू यांची निर्मिती करताना वाफेचा उपयोग करतात. कापड उद्योगातील अनेक प्रक्रियांमध्ये वाफ वापरतात. उदा., सूतकताई विभागात आर्द्रता निर्माण करण्यासाठी तेथे वाफ सोडतात; वाफ असलेल्या दोन बंदिस्त पिंपांमधून कापड नेऊन त्याला इस्त्री करतात व झळाळी आणतात. एंजिनातील सिलिंडर गरम ठेवण्यासाठी वाफ-आवेष्टन (गॅस्केट) वापरतात. थंडीच्या दिवसांत इमारतींमधील वातावरण उबदार करण्यासाठीही वाफ वापरतात. कारखान्यातील भोंगे व आगगाडीची शिटी वाजविण्यासाठी दाबयुक्त वाफ वापरतात.

पहा : ऊष्मागतिकी; एंट्रॉपी; पाणी; बाष्पित्र; वाफ एंजिन; वाफ टरबाइन; संघनक.

संदर्भ : 1. Avallone, E. A. ; Baumeister, T. Marks’ Standard Hand-book for Mechanical Engineers, London 1987.

2. Keenan, J. H. and others, Steam Tables: Thermodynamic Properties of Water including Vapor, Liquid and Solid Phases, New York, 1978.

3. Low, D. A. Heat Engines, London, 1961.

4. Schmidt, E. Properties of Water and Steam. New York, 1981

ओक, वा. रा.; दिघे, अ. श्री.; दीक्षित, चं. ग. टुमणे, उ. शं.

स्त्रोत: मराठी विश्वकोश