Na přeměnu 1 kg syté vody na páru je potřebné určité množství tepla nazývané skupenské teplo varu.
Na přeměnu 1 kg syté vody na páru je potřebné určité množství tepla nazývané skupenské teplo varu.
Základní fyzikální jevy, které v kompenzátoru probíhají, jsou var a kondenzace, tj. změna skupenství kapalné a plynné fáze vody. Poměrem a rovnováhou těchto fází se reguluje výsledný tlak v kompenzátoru.
Voda i vodní pára jsou v tělese kompenzátoru ohřáté na teplotu nasycení. Při konstantním tlaku je var vody dosahován přivedením doplňkového tepla do vodního objemu kompenzátoru – zapnutím elektrických ohříváků. Povrch ohříváků, nacházejících se pod vodní hladinou, se zahřeje na vyšší teplotu, než je teplota varu a na základě tohoto rozdílu proudí teplo do kapaliny, kde se spotřebovává na změnu skupenství.
Vznik miniaturních bublinek na ohřívaném povrchu a jejich růst
Množství tepla potřebného ke změně skupenství 1 kg látky určuje měrné skupenské teplo varu [J/kg]. Na rychlost varu a tím i rychlost generace páry pro potřeby kompenzace tlaku má vliv jak hodnota skupenského tepla varu, tak i hodnota tepelného toku, přenášeného z povrchu ohříváku do objemu kapaliny. Tepelný tok [J/s] závisí od rozdílu teplot povrchu ohříváku a kapaliny, ale především od součinitele přestupu tepla α [W/(m2 . K)]
V praxi existují dva druhy varu na ohřívaném povrchu: bublinový, který je charakteristický generováním malých bublinek vodní páry, a blánový, kdy je bublinek na povrchu tolik, že vytvoří souvislý film.
Bubliny stoupající k vodní hladině
Pokud je teplota povrchu větší než teplota sytosti, vznikají na povrchových nerovnostech parní mikrokapsy, ve kterých se tvoří bublinky vodní páry. Ty se následně zvětšují, vlivem vztlakové síly oddělují od povrchu a stoupají k hladině. Zvyšováním tepelného zatížení roste teplota povrchu a zvyšuje se i množství a rychlost generování bublin. Na místo stoupajících bublin se dostává další nasycená voda, čímž se zintenzivňuje proudění (konvekce) a stoupá i součinitel přestupu tepla α. Ve výsledku roste tepelný tok mezi ohřívákem a vroucí kapalinou.
Zvyšováním hustoty tepelného toku roste počet i rychlost generování bublinek páry. Pokud dosáhne tepelný tok kritické hranice, spojují se sousední bublinky do větších celků, až je nakonec celá výhřevná plocha pokryta souvislou parní blánou. Přenos tepla mezi povrchem kovu a párou je ale méně intenzivní než mezi kovem a vodou, a proto se v důsledku vzniku blánového varu významně snižuje tepelný tok. Z uvedeného je zřejmé, že kompenzátory objemu musí být konstruovány tak, aby na povrchu topných elementů nedocházelo k blánovému varu, při němž by se snížila intenzita výměny tepla, a klesla by tak rychlost regulace tlaku.