Chương 3 quá trình nhiệt động của không khí ẩm 1.. Xác định phân áp suất hơi nước ph’ nhiệt độ đọng sương ts’ độ chứa hơi d, entanpi i của không khí ẩm.. Xác định độ ẩm tương đối ϕ, độ
Trang 1Chương 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 ϕ = 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:
P p max h h
= ϕ
Vậy ph = ϕ.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 12 g / kg
019 , 0 1
019 , 0 622 p
p p h
ư
=
ư 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 ϕ, độ chứa hơi d, entanpi i và khối lượng không khí ẩm G, khối lượng riêng của không khí ẩm ρ
Lời giải:
Ta có:
max h
h p
p
= ϕ
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
Trang 2Vậy: d = 0 , 53
0234 , 0
0123 ,
Theo công thức:
ϕ = 0 , 00775 kg / kg
0123 , 0 1
0123 , 0 622 , 0 p p
P 622 , 0
h
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 = 0 , 09 kg
8314
10 10 0123 , 0 T R
V
h
h = = hơi nước
Gk = 11 , 75 kgk k
293 287
10 10 ).
0123 , 0 1 ( T R
V
k
G = 0,09 + 11,75 = 11,84 kg Khối lượng riêng của không khí ẩm:
3
3 kg / m m
/ kg 184 , 1 10
48 , 11 V
=
Bài 3:
Cho khối lượng vật cần sấy ban đầu Gđ = 300kg và sau khi sấy Gc = 250 kg, thời gian sấy τ = 10h Để sấy dùng không khí có t1 = 200C, ϕ1 = 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 ϕ1 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
Trang 3ph = ϕ phmax = 0,6.0,234 = 0,014 bar
d1 = 0,622
014 , 0 1
014 , 0 622 , 0 p p p h
h
−
=
−
d1 = 0,0088 kg/kg kh«
I1 = t1 + d1(250 + 1,93.t1)
I1 = 20 + 0,0088 (2500 + 1,93.20) = 42,34 kJ/kg kh«
I2 = t2 + d2 (2500 + 1,93t2) víi d2 = d1
I2 = 95 + 0,0088 (2500 + 1,93.95) = 118,6 kJ/kg kh«
q = I2 - I1 = 118,6 - 42,34 = 75,66 kJ/kg kh«
V× qu¸ tr×nh Êy cã I2 = I3 nªn:
I2 = t3 + d3(2500 + 1,93t3)
d3 = 0 , 0326 kg / kg
35 93 , 1 2500
35 6 , 118 t
93 , 1 2500
t I
3
3
+
−
= +
−
kh«
Δ d = d3 - d1 = 0,0326 - 0,0088 = 0,0238 kg/kg kh«
L−îng n−íc bèc h¬i trong vËt sÊy trong 1h:
Gn = 5 kg / h
10
250 300 G
Gd c
=
−
= τ
− L−îng kh«ng khÝ cÇn thiÕt:
G ≈ 210 kg
0238 , 0
5 d
Gn
=
=
Δ k.k khÝ/h
V = 175 m / h
2 , 1
210
1
=
= ρ L−îng nhiÖt cÇn khi tÝnh chÝnh x¸c:
Q = 5 15895 kJ / h
0238 , 0
66 , 75 G
d
I I
n 1
L−îng h¬i n−íc cÇn cung cÊp cho calorifer:
Gh =
r Q
Tõ b¶ng h¬i n−íc vµ h¬i b·o hßa theo p = 1,5 bar ta cã:
r = 2226 kJ/kg
VËy Gh = 7,14kg
2226
15895 = h¬i/h
Trang 4Bài 4:
Khi dùng bơm nhiệt để sấy ta có: không khí vào dàn ngưng của bơm nhiệt có
t1 = 300C, ϕ1 = 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 ϕ3 = 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 ϕ = 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 ϕ1 = 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 ϕ3 = 0,8 tìm được
d3 = 41 g/kg khô
a Lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy:
Gn = 25kg/h
4
450
550ư = Lượng không khí cần:
022 , 0 041 , 0
25 d
Gn
=
ư
= Δ
V = 1097 m / h
2 , 1
1316
Gρ = = 3 Lượng nhiệt cần cho quá trình sấy: Hình 10
Q = 25 18425 kcal / h
022 , 0 041 , 0
21 35 G
d d
I I
n 1 3
1
Q = 21,4 kW
b Công suất của máy nén:
4
4 , 21 Q N
; N
Q = ϕ = = W
c Nhiệt dàn bốc hơi của bơm nhiệt nhận từ không khí:
Q2 = Q - N = 21,4 - 5,35 = 16,05 kW
Trang 5Lượng không khí cần cho dàn bốc hơi:
Q2 = Gk.Cpk Δtk
Gk = 1 , 59 kg / s 5721 kg / h
10 01 , 1
05 , 16 t
C Q k pk
Δ
Vk = 4768 m / h
2 , 1 5721
=
= ρ
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 ε =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 ϕ3 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 ϕ1 = 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:
ε =
N
Q0
Qo = ε 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 ≈ n
1 3
1
2 G d d
t t
ư
ư
Từ đó độ chứa hơi d3:
d3 = d1 + 2 1 Gn
Q
) t t ( ư
= 0,02 + 0 , 034 kg / kg
9000
5 , 2 ).
25 75
Từ đồ thị I - d, điểm 3 là giao điểm của d3 = 34g/kg và I3 = I2 tìm được:
ϕ3 ≈ 70% t3 ≈ 400C
Lượng không khí cần thiết:
02 , 0 034 , 0
5 , 2 d
d
G d G
1 3
n
ư
=
ư
= Δ
Trang 6V = 149 m / h
2 , 1
6 , 178
Gρ = = 3 Lượng nước từ không khí ngưng tụ lại dàn bốc hơi:
Gnn≈ Δ d.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 d Δ (t4 - t1) + 1,93d1(t4 – t1) + Δ d.r
q ≈ t3 - t1 + (t4 -t1) (4,18 d Δ + 1,93d1 ) + Δd.r
q ≈ 40 - 25 + (34 - 25) (4,18.0,014 + 1,93.0,02) + 0,014.2420
q ≈ 50 kJ/kg khô
Q0 = 8929 kJ / h
014 , 0
5 , 2 50 d
G
q n
=
=
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 ϕT = 0,7, trong khi nhiệt độ ngoài trời tN = 320C, độ ẩm ϕN = 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 ϕN = 0,8 tìm được:
IN = 22,5 kcal/kg
Điểm T: biết tT = 260C và ϕT = 0,7 tìm được:
IT = 16 kcal/kg
Điểm V: biết ϕV = 0,95 và dv = dt tìm được:
Iv = 14,5 kcal/kg
tv = 21 0 C Lượng gió của hệ thống: Hình 12
L=
v
T I I
Qt
ư 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
Trang 7Q2 = 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 = 2827 kcal / h
9 , 0
2544 =
L = 1885 kg / h
5 , 14 16
2827 =
ư
v = 1571 m / h
2 , 1
1885
ρ 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:
450
1435 HT
HN L
L N
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 = 10 , 5
150
1571 V
V t
≈
= 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 (Δt = tN - tT = 32 - 26 = 60C)
Trang 82 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 ϕ, nhiệt độ sương ts’, độ chứa hơi d, entanpi I và khối lượng riêng của không khí ẩm?
Trả lời: ϕ = 0,746; ts = 10,5 0C; d = 8g/kg khô; I = 35,1 kJ/kg khô; ρ = 1,21 kg/m3
Bài 8:
100m3 không khí ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 35oC, độ ẩm ϕ = 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 ϕ, nhiệt độ đọng sương ts, entanpi I, độ chứa hơi lớn nhất dmax?
Trả lời; ϕ = 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 ϕ = 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, ϕ3 = 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 τ = 8h Không khí ở trạng thái đầu có t1 = 300C, ϕ1 = 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, ϕ = 0,7
Bài 12:
Không khí ở nhiệt độ t1 = 300C ϕ1= 0,5 được đốt nóng trong calorifer đến t2 = 900C Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy có độ ẩm ϕ3 = 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 ϕT = 0,7 Nhiệt độ ngoài trời tN = 34 0C, độ ẩm
ϕ 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, ϕT = 0,7, nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời tN = 340C, ϕN
= 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