بخار (Steam) به گاز تشکیل شده در حین تغییر حالت آب از مایع به گاز گفته می‌شود. در مقیاس ملکولی، این تغییر حالت زمانی اتفاق می‌افتد که مولکول‌های آب بتوانند از پیوندهای هیدروژنی (Hydrogen bonds) که عامل نگهداری آنها در کنار هم هستند، جدا شوند.
نحوه عملکرد بخار
در آب مایع، مولکول‌های آب به صورت پایدار به هم متصل و از هم جدا هستند. با این حال، زمانی که مولکول‌های آب گرم می‌شوند، پیوندهای متصل کننده‌ی ملکول‌ها به یکدیگر، با سرعت بیشتری نسبت به سرعت تشکیل خود، شکسته می‌شوند. در نهایت، با تامین مقدار گرمای کافی، بعضی مولکول‌ها آزاد خواهند شد. این مولکول‌های آزاد، عامل تشکیل نوعی گاز شفاف هستند که ما به عنوان بخار یا به صورت دقیق‌تر بخار خشک (Dry Steam) می‌شناسیم.
بخار خشک و بخار مرطوب
در صنایع استفاده کننده از بخار، دو نوع بخار تحت عنوان بخار خشک (Saturated Steam) و بخار مرطوب وجود دارند. عبارت بخار خشک، زمانی در مورد بخار استفاده می‌شود که همه مولکول‌های آب موجود در بخار، به حالت گازی باقی بمانند. بخار خشک، نوعی گاز شفاف است.
عبارت بخار مرطوب، زمانی در مورد بخار استفاده می‌شود که بخشی از مولکول‌های آب موجود در بخار انرژی (گرمای نهان) خود را از دست داده و برای تشکیل قطرات کوچک آب، به مایع تبدیل شده باشند.
برای مثال، یک کتری در حال جوش را در نظر بگیرید. آب در ابتدا توسط یک المنت قطعه گرم می‌شود. در اثر تماس آب با المنت و افزایش دمای آن، تحرک مولکول‌های آب بیشتر می‌شود و آب شروع به جوشیدن می‌کند. بعد جذب انرژی کافی، بخشی از آب تبخیر می‌شود که می‌تواند نشان دهنده‌ی افزایش ۱۶۰۰ برابری حجم ملکولی باشد.
گاهی اوقات می‌توان خروج مه از لوله خروجی کتری را مشاهده کرد. این بخار غلیظ، مثالی در مورد چگونگی و زمان ورود بخار خشک به محیطی سرد و اتلاف بخشی از انرژی آن در اثر انتقال به هوای آزاد است. در صورت کاهش انرژی به مقدار کافی، پیوندهای بین مولکولی دوباره تشکیل می‌شوند و قطرات هوابرد (Airborne) کوچک را می‌توان مشاهده کرد. به مخلوط آب در حالت مایع (قطرات کوچک) و حالت گازی (بخار)، بخار مرطوب گفته می‌شود.
بخار به عنوان منبع انرژی
بخار نقش مهمی در انقلاب صنعتی بازی کرد. نوسازی موتور بخار در اوایل قرن هجدهم موجب پیشرفت‌های چشمگیری مانند اختراع لوکوموتیو بخار، کشتی بخار و همچنین کوره بخار و چکش بخار شد. (منظور از چکش بخار ، چکش آب (Water hammer) موجود در لوله کشی بخار نیست، بلکه منظور چکشی با نیروی بخار است که برای شکل دهی قطعات آهنگری شده (Forging) استفاده می‌شود.)
اگرچه امروزه موتورهای احتراق داخلی و برق، به عنوان منبع انرژی، جایگزین بخار شده است ولی در حال حاضر، بخار هنوز به طور گسترده در نیروگاه‌های الکتریکی و بعضی تجهیزات صنعتی بزرگ استفاده می‌شود.
بخار به عنوان منبع گرما
هم اکنون، بخار به دلیل کاربردهای گرمایشی خود به دو صورت منبع گرمای مستقیم و غیر مستقیم شناخته می‌شود.
گرمایش مستقیم با بخار
روش گرمایش مستقیم با بخار به فرآیندهایی اشاره دارد که در آنها بخار در تماس مستقیم با جسم گرم شونده قرار دارد. مثال زیر پختن نون‌های چینی به کمک بخار را نشان می‌دهد. یک سبد بخارپزی بر روی یک کتری آب در حال جوش گذاشته می‌شود. در زمان جوشیدن آب، بخار وارد سبد شده و باعث پختن غذا می‌شود. در این مجموعه، تولیدکننده بخار و محفظه بخارپز به هم متصل هستند.
قاعده کلی در پختن غذا به کمک بخار این است که با برقراری تماس مستقیم بین بخار و جسم گرم شونده، گرمای نهان بخار مستقیما به غذا منتقل می‌شود و قطرات آب تشکیل شده در طی میعان می‌توانند رطوبت لازم را تامین کنند.
در صنعت، روش گرمایش مستقیم با بخار اغلب برای پختن، استریل کردن، بخارپوشانی (Steam smothering) ، ولکانش (Vulcanization) و سایر فرآیندها استفاده می‌شود.
گرمایش غیر مستقیم با بخار
روش گرمایش غیر مستقیم با بخار به فرآیندهایی اشاره دارد که در آنها بخار در تماس مستقیم با جسم گرم شونده نیست. این روش در صنعت به طور گسترده استفاده می‌شود، چرا که تامین کننده‌ی گرمایش سریع و یکنواخت است. این روش معمولا از یک مبدل حرارتی برای گرم کردن جسم مورد نظر استفاده می‌کند.
مزیت این روش نسبت به گرمایش مستقیم با بخار این است که قطرات آب تشکیل شده در طول گرمایش، بر روی جسم مورد نظر تاثیر ندارند. بنابراین، بخار می‌تواند در چند زمینه مختلف مانند ذوب کردن، خشک کردن، جوشاندن و موارد مشابه استفاده شود.
گرمایش غیر مستقیم با بخار در گستره فرآیندهای مختلفی مانند تولید مواد غذایی و نوشیدنی، لاستیک ماشین، کاغذ، مقوا، سوخت ، دارو و موارد مشابه استفاده می‌شود.
جهت آشنایی بیشتر و کسب اطلاعات جامع تر مقاله “کاربردهای اصلی بخار” را مطالعه بفرمایید.