Chương 3 Quá trình nhiệt động của không khí ẩm

Chương 3 quá trình nhiệt động của không khí ẩm 1. bài tập giải mẫu: Bài 1: Không khí ẩm ở áp suất 1 bar có nhiệt độ t = 250C, độ ẩm tương đối = 0,6. Xác định phân áp suất hơi nước ph’ nhiệt độ đọng sương ts’ độ chứa hơi d, entanpi i của không khí ẩm. Lời giải: Ta có: Vậy ph = .phmax Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với tn = t = 250C tra được áp suất: phmax = 0,03166 bar. Vậy phân áp suất của hơi nước: ph = 0,6.0,03166 = 0,018996 0,019 bar. Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa với ph = 0,019 bar tra được nhiệt độ đọng sương: ts = 170C. Độ chứa hơi d: d = 622 khô = 0,012 kg/kg khô Tính entanpi: i = t + d (2500 + 1,93t) i= 25 + 0,012 (2500 + 1,93.25) = 55,6 kJ/kg khô. Bài 2: 10 m3 không khí ẩm ở áp suất p = 1 bar có nhiệt độ t = 200C, nhiệt độ đọng sương ts = 10oC. Xác định độ ẩm tương đối , độ chứa hơi d, entanpi i và khối lượng không khí ẩm G, khối lượng riêng của không khí ẩm r. Lời giải: Ta có: Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 200C ta có: phmax = 0,0234 bar Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 100C ta có: ph = 0,0123 bar Vậy: d = Theo công thức: = khô Ta có: i = t + (2500 + 1,93.t) = 20 + 0,00775 (2500 + 1,93.20) i = 39,67 kJ/kg khô Lượng không khí ẩm: G = Gh + Gk Từ phương trình trạng thái viết cho hơi nước và không khí khô ta tính được: Gh = hơi nước. Gk = khô G = 0,09 + 11,75 = 11,84 kg Khối lượng riêng của không khí ẩm: Bài 3: Cho khối lượng vật cần sấy ban đầu Gđ = 300kg và sau khi sấy Gc = 250 kg, thời gian sấy = 10h. Để sấy dùng không khí có t1 = 200C, 1 = 0,6 được đốt nóng trong calorifer hơi nước đến t2 = 95oC. Sau khi sấy không khí có nhiệt độ t3 = 350C. Xác định lượng không khí cần để sấy, lượng nhiệt, lượng hơi nước cần dùng cho calorifer nếu hơi có áp suất 1,5 bar. ( Biết áp suất khí quyển p = 1 bar). Lời giải: Từ đồ thị I - d (hình 9). Điểm 1 là điểm giao điểm của t1 và 1 từ đó tìm được d1, I1 Điểm 2 là giao điểm của d1 = const và t2 tìm được I2 Điểm 3 là giao điểm của I2 = const và t3 tìm được t3 Dùng công thức tính toán: Từ bảng nước và hơi bão hòa với t = 200C ta có: phmax= 0,0234 bar. Hình 9 ph = = 0,6.0,234 = 0,014 bar d1 = 0,622 d1 = 0,0088 kg/kg khô I1 = t1 + d1(250 + 1,93.t1) I1 = 20 + 0,0088 (2500 + 1,93.20) = 42,34 kJ/kg khô. I2 = t2 + d2 (2500 + 1,93t2) với d2 = d1 I2 = 95 + 0,0088 (2500 + 1,93.95) = 118,6 kJ/kg khô q = I2 - I1 = 118,6 - 42,34 = 75,66 kJ/kg khô Vì quá trình ấy có I2 = I3 nên: I2 = t3 + d3 (2500 + 1,93t3) d3 = khô d = d3 - d1 = 0,0326 - 0,0088 = 0,0238 kg/kg khô Lượng nước bốc hơi trong vật sấy trong 1h: Gn = Lượng không khí cần thiết: G k.k. khí/h V = Lượng nhiệt cần khi tính chính xác: Q = Lượng hơi nước cần cung cấp cho calorifer: Gh = Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa theo p = 1,5 bar ta có: r = 2226 kJ/kg Vậy Gh = hơi/h. Bài 4: Khi dùng bơm nhiệt để sấy ta có: không khí vào dàn ngưng của bơm nhiệt có t1 = 300C, 1 = 0,8. Khi qua dàn ngưng, không khí được đốt nóng đến t2 = 920C, rồi vào buồng sấy. Khi ra khỏi buồng sấy không khí có độ ẩm 3 = 0,8. Lượng vật sấy đem vào 550kg, sau 4 h sấy khi lấy ra lượng vật sấy còn 450kg. Xác định: a. Lượng không khí và lượng nhiệt cần cho quá trình sấy. b. Xác định công suất máy nén của bơm nhiệt nếu biết hệ số bơm nhiệt = 4. c. Xác định lượng không khí cần để cấp nhiệt cho dàn bốc hơi của bơm nhiệt nếu nhiệt độ không khí vào là 300C, ra khỏi dàn bốc hơi là 200C. Lời giải: Sử dụng đồ thị I - d (hình 10) ta có: Điểm 1 là giao điểm của t1 = 300C và 1 = 0,8 tìm được: d1 = 22 g/kg khô I1 = 21 kcal/kg khô. Điểm 2 là giao điểm của d2 = d1 và t2 = 920C tìm được: I2 = 35 kcal/kg khô. Điểm 3 là giao điểm của I3 = I2 và 3 = 0,8 tìm được d3 = 41 g/kg khô. a. Lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy: Gn = Lượng không khí cần: G V = Lượng nhiệt cần cho quá trình sấy: Hình 10 Q = Q = 21,4 kW b. Công suất của máy nén: = W c. Nhiệt dàn bốc hơi của bơm nhiệt nhận từ không khí: Q2 = Q - N = 21,4 - 5,35 = 16,05 kW Lượng không khí cần cho dàn bốc hơi: Q2 = Gk.Cpk. tk Gk = Vk = Bài 5: Dùng máy hút ẩm để sấy (quá trình sấy dịu) cho công suất của máy nén N = 0,5kW, hệ số làm lạnh của máy =5. Nhiệt độ của không khí bão hòa khi qua dàn sấy t1 = 250C, sau đốt nóng trong dàn ngưng không khí có nhiệt độ t2 = 750C. lượn nước bốc hơi ra khỏi vật sấy Gn = 2,5kg/h. Xác định năng suất lạnh Qo của máy, lượng nhiệt đốt nóng không khí trong dàn ngưng Q, nhiệt độ t3 và độ ẩm 3 của không khí sau khí sấy, lượng không khí cần G, lượng nước ngưng tụ ở dàn bốc hơi Gnn trong 1h. Lời giải: Dùng đồ thị I - d (hình 11) ta có: Điểm 1 là giao điểm của t1 = 250C và 1 = 100% tìm được: d1 = 0,02 kg/kg khô Điểm 2 là giao điểm của t2 =75oC và d2 = d1 Năng suất lạnh Q0 của máy: = Qo = .N = 5.0,5 = 2,5 kW Lượng nhiệt do dàn ngưng tỏa ra QN: QN = Qo + N = 2,5 + 0,5 = 3kW Nhiệt lượng không khí nhận: Q = Qo = 2,5. 3600 = 9000 kJ/h Mặt khác: Q Hình 11 Từ đó độ chứa hơi d3: d3 = d1 + = 0,02 + khô Từ đồ thị I - d, điểm 3 là giao điểm của d3 = 34g/kg và I3 = I2 tìm được: 3 70% t3 400C. Lượng không khí cần thiết: G V = Lượng nước từ không khí ngưng tụ lại dàn bốc hơi: Gnnd.G = (0,034 - 0,02).178,6 = 2,5 kg/h Chúng ta nhận thấy nếu ta thực hiện một quá trình khép kín như ở đây thì Gnn chính là Gn (lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy) Năng suất lạnh của máy có thể tính: q t3 - t4 + t4 - t1 + 4,18(t4 - t1) + 1,93d1(t4 – t1) + d.r q t3 - t1 + (t4 -t1) (4,18 + 1,93d1) + d.r q 40 - 25 + (34 - 25) (4,18.0,014 + 1,93.0,02) + 0,014.2420 q 50 kJ/kg khô Q0 = . Bài 6: Cần điều hoà nhiệt độ cho một phòng làm việc có thể tích V = 150m3, cần giữ nhiệt độ trong phòng tT = 260C, độ ẩm trong phòng jT = 0,7, trong khi nhiệt độ ngoài trời tN = 320C, độ ẩm jN = 0,8. Trong phòng có 15 người làm việc bàn giấy có trang bị 10 bóng đèn ống 40W. Biết nhiệt qua kết cấu bao che phòng Qt = 400 kcal/h, nhiệt bức xạ qua cửa sổ Q4 = 300 kcal/h. Xác định lượng gió L, lượng gió tái tuần hoàn LT và năng suất lạnh Q0 của máy. Lời giải: Từ đồ thị I - d (hình 12) ta xác định các điểm N, T, V: Điểm N: biết tN = 320C và N = 0,8 tìm được: IN = 22,5 kcal/kg Điểm T: biết tT = 260C và T = 0,7 tìm được: IT = 16 kcal/kg Điểm V: biết V = 0,95 và dv = dt tìm được: Iv = 14,5 kcal/kg tv = 210C Lượng gió của hệ thống: Hình 12 L= Nhiệt thừa Qt Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 Q1 = 400 kcal/h, nhiệt qua kết cấu bao che của phòng. Q2 = Nhiệt tỏa ra từ người. Q2 = n.q = 15. 100 = 1500 kcal/h Q3 - Nhiệt tỏa ra từ bóng đèn Q3 = n. 860. N = 10. 860. 0,04 = 344 kcal/h Q4 = 300 kcal/h nhiệt độ bức xạ qua cửa sổ. Q5 = 0,1.Qt nhiệt do lọt gió qua khe cửa… Vậy Qt = 400 + 1500 + 344 + 300 + 0,1Qt Qt = L = v = Lượng gió mới LN: LN = 25. 1,2. n = 25. 1,2. 15 = 450 kg/h Lượng gió tái tuần hoàn: LT = L - LN = 1885 - 450 = 1435 kg/h Tỷ lệ hòa trộn: = Từ đồ thị I - d, ta xác định được điểm hòa trộn H (đoạn HT = 1, đoạn HN = 3) và entanpi IH = 17,5 kcal/kg Bội số tuần hoàn b = Năng suất lạnh của máy Q0 QO = L (IH - Iv) = 1885 (17,5 - 14,5) = 5655 kcal/h = 6,6 kW Lượng nước (ngưng tụ từ không khí) lấy ra được. w = (dH -dV). L = (0,018 - 0,0156). 1885 = 4,5 kg/h Khi vận hành, nếu nhiệt độ bên ngoài tăng, nhiệt độ trong phòng cũng tăng và nếu nhiệt độ bên ngoài giảm thì nhiệt độ trong phòng cũng giảm theo và độ chênh lệch độ ngoài trời và trong nhà vẫn giữ khoảng 60C (t = tN - tT = 32 - 26 = 60C). 2. bài tập tự luyện: Bài 7: 1 kg không khí ẩm có áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 150C, phân áp suất của hơi nước ph = 1270N/m2. Xác định độ ẩm tương đối , nhiệt độ sương ts’, độ chứa hơi d, entanpi I và khối lượng riêng của không khí ẩm? Trả lời: = 0,746; ts = 10,5 0C; d = 8g/kg khô; I = 35,1 kJ/kg khô; = 1,21 kg/m3 Bài 8: 100m3 không khí ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 35oC, độ ẩm = 70%. Xác định độ chứa hơi d, nhiệt độ đọng sương ts, khối lượng không khí Gk, khối lượng hơi nước Gh có trong không khí ẩm? Trả lời: d = 25,5 g/kg khô, t = 290C; Gk = 109 kg, Gh = 2,78 kg. Bài 9: Không khí ẩm ở p = 1bar, nhiệt độ t = 300C, độ chứa hơi d = 18g/kg khô. Xác định độ ẩm , nhiệt độ đọng sương ts, entanpi I, độ chứa hơi lớn nhất dmax? Trả lời; = 0,66, ts = 22,50C; I = 76 KJ/kg khô, d max = 27,5g/kg khô. Bài 10: Không khí ở trạng thái đầu có t1 = 200C, độ ẩm = 40% được đốt nóng tới nhiệt độ t2 = 80oC, rồi đưa vào buồng sấy. Sau khi sấy nhiệt độ giảm xuống đến t3 = 350C. Xác định độ chứa hơi và độ ẩm tương đối của không khí sau khi sấy, nhiệt cần thiết để bốc hơi 1 kg nước trong vật cần sấy trong một giờ? Trả lời: d3 = 24g/kg khô, 3 = 0,66; Q = 3400 kJ/kg.h Bài 11: Khối lượng vật cần sấy khi đưa vào buồng sấy Gđ = 300kg, khi lấy ra Gc = 260kg, thời gian sấy = 8h. Không khí ở trạng thái đầu có t1 = 300C, 1 = 0,7, sau khi được đốt nóng trong calorifer nhiệt độ không khí t2 = 900C và được đưa vào buồng sấy. Nhiệt độ không khí khi ra t3 = 400C. áp suất khí quyển p = 1 bar. Xác định lượng không khí cần thiết, lượng nhiệt cần thiết, độ ẩm tương đối của không khí sau khi sấy? Trả lời: G = 250 kg/h, V = 208m3/h; Q = 15550 kJ/h, = 0,7 Bài 12: Không khí ở nhiệt độ t1 = 300C. 1= 0,5 được đốt nóng trong calorifer đến t2 = 900C. Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy có độ ẩm 3 = 0,8. Sản phẩm sấy cần đưa vào để sấy 216 kg, khi lấy sản phẩm ra 200kg, thời gian sấy trong 4h. Tính lượng không khí cần và lượng nhiệt cần cho quá trình sấy (dùng đồ thị I -d )? Trả lời: G = 95,2 kg/h, V = 70,3m3/h; Q = 5971 kJ/h Bài 13: Cần điều hòa nhiệt độ cho một phòng họp có thể tích V = 800m3, ở nhiệt độ trong phòng tT = 28oC, độ ẩm trong phòng T = 0,7. Nhiệt độ ngoài trời tN = 34 0C, độ ẩm N = 0,85. Trong phòng có 60 người dự họp biết Q1 = 2000kcal/h(chọn q = 80 kcal/h, người), Q4 = 84kcal/h. Xác định lượng gió L, lượng gió tái tuần hoàn LT và công suất lạnh Qo? Trả lời: L = 9600 kg/h, LT = 7800 kg/h; Qo = 33,5 kW Bài 14: Cần lắp máy điều hòa cửa sổ cho một phòng có thể tích V = 100m3, nhiệt độ và độ ẩm trong phòng cần tT = 280C, T = 0,7, nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời tN = 340C, N = 0,85. Nhiệt độ cần lấy đi Qt = 1320 kcal/h, Dùng phương pháp gần đúng để tính công suất lạnh của máy ( cho qv = 0,12, kq = 4)? Trả lời: QO = 6,6 kW