Chương 7 (Phần 1): Không khí ẩm

Chương 7 (Phần 1): KHÔNG KHÍ ẨM Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.1 ¾ 7.3 PP đo độ ẩm tương đối của KK ẩm ¾ 7.2 Các thông số đặc trưng của KK ẩm I d h ϕ ρ¾ 7.1 Khái niệm cơ bản KK khô KK ẩm ¾ 7.4 Đồ thị KK ẩm Đồ thị t-d Đồ thị I-d Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.2 7.1 Khái niệm cơ bản KK ẩm = KK khô + hơi nước - KK khô : hỗn hợp gồm O2 + N2 KK khô được xem như khí lý tưởng ở điều kiện bình thường Theo tính chất hỗn hợp khí: ha ppp += ha TTT == ha GGG +=KK khô KK ẩm (T, G, p) Ta Ga pa Th Gh ph Thường phân áp suất ph của hơi nước trong không khí ẩm rất nhỏ (15-20 mmHg) - Tùy theo giá trị (Th, ph) của hơi nước trong KK ẩm Hơi bão hòa ẩm Hơi quá nhiệt Hơi nước trong KK ẩm sẽ ở trạng thái ¾ KK khô và KK ẩm V = Va = Vh Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.3 ¾ Ví dụ 1: xác định trạng thái của hơi nước trong KK ẩm ở các điều kiện sau T s x = 1 x = 0 x = const 3 2 1 a) Không khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong KK là ph = 20 mmHg b) Không khí có nhiệt độ T = 25oC, phân áp suất của hơi nước trong KK là ph = 35 mmHg Đáp án: HƠI QUÁ NHIỆT Đáp án: HƠI BÃO HÒA ẨM ? Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.4 ¾ Phân loại KK ẩm: KK ẩm có thể có 1 trong 3 trạng thái T s x = 1 x = 0 D B pB= phbh TA pA= ph a) KK ẩm chưa bão hòa A tồn tại khi chứa hơi nước ở trạng thái HƠI QUÁ NHIỆT (Điểm A) : ph < phbh Còn có thể nhận tiếp được hơi nước b) KK ẩm bão hòa tồn tại khi có chứa hơi nước ở trạng thái BÃO HÒA KHÔ (Điểm B): pB = phbh Đồ thị T-s của hơi nước trong KK ẩm c) KK ẩm quá bão hòa + hơi nước + h ơ i n ư ớ c khi có chứa hơi nước ở trạng thái BÃO HÒA ẨM (Điểm D) Trạng thái không bền vững Æ trở về KK ẩm bão hòa + 1 lượng nước ngưng tụ - Giữ nhiệt độ KK không thay đổi (T= const) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.5 T x = 1 x = 0 B C Tđs pB= phbh ¾ KK ẩm chưa bão hòa (trạng thái A) là trạng thái thường gặp trong thực tế ¾ KK ẩm chưa bão hòa (A) có thể chuyển sang trạng thái KK ẩm bão hòa bằng 2 cách sau: * Cách 1: tăng lượng hơi nước bay hơi vào KK tăng phân áp suất của hơi nước đến khi đạt trạng thái bão hòa B Đường AB * Cách 2: - Giữ phân áp suất của hơi nước trong KK không thay đổi (ph= const) giảm nhiệt độ không khí xuống cho đến khi đạt trạng thái bão hòa C (TC = Tđs: nhiệt độ đọng sương) Đường AC ATA pA= ph s Tx = 1 x = 0 Tđs ATA p = const s Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.6 ¾ Ví dụ 2: nhiệt độ đọng sương C Trạng thái KK trước (A) và sau (C) khi làm lạnh Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.7 7.2 Các thông số đặc trưng của KK ẩm ¾ Độ ẩm tuyệt đối Gh : khối lượng hơi nước chứa trong khối KK ẩm V : Thể tích khối KK ẩm Chú ý: a) độ ẩm tuyệt đối không quan trọng bằng độ ẩm tương đối b) Vì phân áp suất của hơi nước trong KK ẩm rất nhỏ Æ có thể xem hơi nước trong KK ẩm là khí lý tưởng. TRGVp hhh = Ví dụ 3: tính khối lượng hơi nước chứa trong 1m3 KK ẩm nếu biết KK ẩm có nhiệt độ 25oC và phân áp suất của hơi nước là ph = 15 mmHg ( ) gkgTR pTRp h h hhhh 15015.0 27325* 18 8314 10* 750 15 5 == + ==⇒= ρρ hay TRp hhh ρ= )/( 3mkg V Gh h =ρ pt (1) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.8 ¾ Độ ẩm tương đối == hbh h G Gϕ Khối lượng hơi nước đang chứa trong khối KK Khối lượng hơi nước TỐI ĐA có thể chứa trong khối KK ở trạng thái bão hòa (%) Chú ý: Độ ẩm tương đối càng nhỏÆ KK càng có khả năng nhận thêm hơi nước bốc hơi vào Ví dụ: bảng độ ẩm tương đối của tp HCM Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 74 71 71 74 81 84 84 85 86 85 82 78( )%ϕ * Công thức tính ϕ TRVp TRVp G G hhbh hh hbh h / /==ϕ hbh h p p=ϕ (%) pt (2) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.9 hbh h p p=ϕ* Ý nghĩa công thức T s x = 1 x = 0 B phbh ATA ph Muốn xác định phbh tại nhiệt độ T Từ nhiệt độ T (oC) Æ tra bảng “Nước và hơi nước bão hòa” theo nhiệt độ Áp suất phbh Ví dụ 4: KK ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ 25oC có phân áp suất của hơi nước là ph = 15 mmHg Æ Hỏi độ ẩm tương đối của KK là bao nhiêu ? T = 25oC tra bảng “Nước và hơi nước bão hòa” theo nhiệt độ %6363.0 7.23 15 ===ϕ phbh = 0.03166 (bar) = 23.7 mmHg Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.10 ¾ Độ chứa hơi Khối lượng hơi nước trong khối KK ẩm Khối lượng không khí khô trong khối KK ẩm == a h G Gd ( kg/kga ) Ta có: TR VpG h h h = TR VpG a a a = 18 8314 29 8314 a h h a a h p p R R p pd == h h pp p d −= 622.0 với p = pa + ph Ví dụ 5: KK ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ 25oC có độ ẩm tương đối Æ Hỏi độ chứa hơi d của KK ẩm là bao nhiêu ? 6.0=ϕ T = 25oC phbh = 0.03166 (bar) akgkgd /012.003166.0*6.01 03166.0*6.0622.0 =−= hay hbh hbh pp pd ϕ ϕ −= 622.0 (kg/kga) pt (3) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.11 ¾ Entanpi của KK ẩm: trong kỹ thuật thường tính Entanpi của 1 kg KK khô và d kg hơi nước chứa trong (1+d) kg KK ẩm ih (kJ/kgh): entanpi của hơi nước có trong KK ẩm ia (kJ/kga): entanpi của KK khô có trong KK ẩm( )ha idiI *+= Nếu qui ước chọn điểm gốc tại t = 0oC và p = 101.325 kPa thì: tia 006.1= tih 84.177.2500 += với t (oC) : nhiệt độ KK ẩm ( ) dttI 84.177.2500006.1 ++= ( ) dttI 22500 ++≈ Ví dụ 6: KK ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ 25oC có độ ẩm tương đối Æ Xác định Entanpi I của KK ẩm ? 6.0=ϕ Từ Ví dụ 5 d = 0.012 kg/kga ( ) 6.55012.025*2250025 =++=I (kJ/kga) (kJ/kga) pt (4) Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.12 7.3 Nhiệt độ nhiệt kế ướt và phương pháp đo độ ẩm tương đối của KK * Để xác định độ chứa hơi d và độ ẩm tương đối ϕ của KK ẩmÆ phải dùng phương pháp đo gián tiếp : Phương pháp NHIỆT KẾ ƯỚT Nhiệt độ nhiệt kế KHÔ tk (oC) Nhiệt độ nhiệt kế ƯỚT tư (oC) Dòng KK ẩm Bấc nhúng nước - Nhiệt độ dòng KK ẩm được đo bằng tk - tư là nhiệt độ của bấc nhúng nước, tư phụ thuộc vào tốc độ bay hơi của nước vào KK ẩm quanh bấc ( )uk ttf −=ϕ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.13 ¾ Độ chứa hơi d của dòng KK ẩm được tính bằng công thức: ( ) nuh ukupa ii rdttc d − +−= kg/kga với: cpa : nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô kgKkJcpa /1≈ tư, tk : nhiệt độ nhiệt kế ướt và nhiệt kế khô (oC) r : tra từ bảng hơi nước bão hòa ứng với tư ih : entanpi của hơi nước trong KK ẩm ứng với nhiệt độ tk kh ti 84.177.2500 += inư : entanpi của nước trên bấc ứng với nhiệt độ tư )/(18.4 kgkJti unu = dư : độ chứa hơi của KK ẩm bão hòa trên bề mặt bấc ứng với nhiệt độ tư 1 )( 1622.0 − = uhbh u tp p d )(622.0 khbh tp p d d ⎟⎠ ⎞⎜⎝ ⎛ +=ϕ Ví dụ 7: tham khảo Ví dụ 7.1 trong sách “Nhiệt động lực học kỹ thuật” Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.14 ¾ Tóm tắt các công thức quan trọng về KK ẩm hbh h hbh h p p G G ==ϕ - Độ ẩm tương đối (%) Muốn xác định phbh tại nhiệt độ T Từ nhiệt độ T (oC) Æ tra bảng “Nước và hơi nước bão hòa” theo nhiệt độ Áp suất phbh h h pp p d −= 622.0 chú ý: p = pa + ph hay hbh hbh pp pd ϕ ϕ −= 622.0 (kg/kga) - Độ chứa hơi - Entanpi của KK ẩm ( ) dttI 22500 ++≈ (kJ/kga) với t (oC) : nhiệt độ KK ẩm Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.15 7.4 Đồ thị KK ẩm ¾ Để giải các bài toán về KK ẩm, ngoài các công thức tính toán, chúng ta còn có thể giải bằng phương pháp dùng đồ thị. ¾ Thường sử dụng 1 trong 2 loại đồ thị sau: Đồ thị I-d Đồ thị t-dhoặc ¾ Nguyên tắc sử dụng: Từ 2 thông số nào đó đã biết của KK ẩm trong số Độ ẩm tương đối ϕ (%) Nhiệt độ t (oC) Phân áp suất hơi nước ph Độ chứa hơi d (g/kga) Entanpi KK ẩm I (kJ/kga)Xác định được VỊ TRÍ của KK ẩm trên đồ thị Các thông số còn lại Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.16 ¾ Đồ thị I-d của KK ẩm E n t a n p i I ( k c a l / k g K K k h ô ) Độ chứa hơi d (g/kg KK khô) p h ( m m H g ) d1 p h 1 ϕ = 5 % ϕ = 1 0 0 % ϕ = 2 0 % ϕ = 6 0 % I = const t = c o n s t - Ví dụ 8: KK ẩm ở 25oC có ϕ = 60% t = 2 5o Cϕ = 6 0 % I = ? d = ? - Tìm nhiệt độ đọng sương tđs và nhiệt độ nhiệt kế ướt tư t đ s ϕ = 6 0 % t = 2 5o C ϕ = 6 0 % t = 2 5o C ϕ = 1 0 0 % I = const t ư ϕ = 1 0 0 % I = const ¾ Đồ thị t-d của KK ẩm Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.17 Nhiệt độ t (oC) Đ ộ c h ứ a h ơ i d ( g / k g a ) E n t a n p i I ( k J / k g a) ϕ = 1 0 0 % ϕ = 6 0 % tk = 25oCtđs tư d = const Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.18 Phòng 5m x 5m x 3m T = 25 oC p = 100 kPa ϕ = 75 % Bài tập 1: Xác định: - Độ chứa hơi d (g/kga) - Entanpi I (kJ/kga) - Khối lượng hơi nước trong phòng - Tính lại d và I bằng cách dùng đồ thị I-d. Bài tập 2: 10 m3 không khí ẩm ở áp suất p1 = 1 bar, nhiệt độ t1 = 20oC, nhiệt độ đọng sương tđs = 10oC. Xác định độ ẩm tương đối ϕ , độ chứa hơi d, entanpi I và khối lượng không khí ẩm G. BÀI TẬP BÀI GIẢI Bài tập 1: T = 25oC phbh = 0.03166 bar Suy ra: a h h kgkg pp pd /015.0 023745.01 023745.0622.0622.0 =−=−= ph = ϕ ∗ phbh = 0.023745 bar ( ) akgkJdttI /25.63015.0*)25*22500(2522500 =++=++≈ kg TR Vp G h h h 294.1 )27325(* 18 8314 3*5*5*10*023745.0 5 = + == Đồ thị I-d a kggd /15≈ aa kgkJkgkcalI /63/15 =≈ Người soạn: TS. Hà anh Tùng ĐHBK tp HCM 1/2009 p.19