http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 32 Bài tập kỹ thuật nhiệt Chơng 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 = 25 0 C, độ ẩm tơng đối = 0,6. Xác định phân áp suất hơi nớc p h nhiệt độ đọng sơng t s độ chứa hơi d, entanpi i của không khí ẩm. Lời giải: Ta có: . P p maxh h = Vậy p h = .p hmax Từ bảng nớc và hơi nớc bão hòa với t n = t = 25 0 C tra đợc áp suất: p hmax = 0,03166 bar. Vậy phân áp suất của hơi nớc: p h = 0,6.0,03166 = 0,018996 0,019 bar. Từ bảng hơi nớc và hơi bão hòa với p h = 0,019 bar tra đợc nhiệt độ đọng sơng: t s = 17 0 C. Độ chứa hơi d: d = 622 .kg/g12 019,01 019,0 .622 pp p h h = = 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 m 3 không khí ẩm ở áp suất p = 1 bar có nhiệt độ t = 20 0 C, nhiệt độ đọng sơng t s = 10 o C. Xác định độ ẩm tơng đối , độ chứa hơi d, entanpi i và khối lợng không khí ẩm G, khối lợng riêng của không khí ẩm . Lời giải: Ta có: maxh h p p = Từ bảng nớc và hơi nớc bão hòa với t = 20 0 C ta có: p hmax = 0,0234 bar Từ bảng nớc và hơi nớc bão hòa với t = 10 0 C ta có: p h = 0,0123 bar http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 33 Bài tập kỹ thuật nhiệt Vậy: d = 53,0 0234,0 0123,0 = Theo công thức: = kg/kg00775,0 0123,01 0123,0 622,0 pp P 622,0 h h = = khô Ta có: i = t + (2500 + 1,93.t) = 20 + 0,00775 (2500 + 1,93.20) i = 39,67 kJ/kg khô Lợng không khí ẩm: G = G h + G k Từ phơng trình trạng thái viết cho hơi nớc và không khí khô ta tính đợc: G h = kg09,0 8314 10.10.0123,0 TR Vp 5 h h == hơi nớc. G k = .k.kgk75,11 293.287 10.10).0123,01( TR VP 5 k k = = khô G = 0,09 + 11,75 = 11,84 kg Khối lợng riêng của không khí ẩm: 33 m/kgm/kg184,1 10 48,11 V G === Bài 3: Cho khối lợng vật cần sấy ban đầu G đ = 300kg và sau khi sấy G c = 250 kg, thời gian sấy = 10h. Để sấy dùng không khí có t 1 = 20 0 C, 1 = 0,6 đợc đốt nóng trong calorifer hơi nớc đến t 2 = 95 o C. Sau khi sấy không khí có nhiệt độ t 3 = 35 0 C. Xác định lợng không khí cần để sấy, lợng nhiệt, lợng hơi nớc 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 t 1 và 1 từ đó tìm đợc d 1 , I 1 Điểm 2 là giao điểm của d 1 = const và t 2 tìm đợc I 2 Điểm 3 là giao điểm của I 2 = const và t 3 tìm đợc t 3 Dùng công thức tính toán: Từ bảng nớc và hơi bão hòa với t = 20 0 C ta có: p hmax = 0,0234 bar. Hình 9 http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 34 Bài tập kỹ thuật nhiệt p h = maxh p. = 0,6.0,234 = 0,014 bar d 1 = 0,622 014,01 014,0 622,0 pp p h h = d 1 = 0,0088 kg/kg khô I 1 = t 1 + d 1 (250 + 1,93.t 1 ) I 1 = 20 + 0,0088 (2500 + 1,93.20) = 42,34 kJ/kg khô. I 2 = t 2 + d 2 (2500 + 1,93t 2 ) với d 2 = d 1 I 2 = 95 + 0,0088 (2500 + 1,93.95) = 118,6 kJ/kg khô q = I 2 - I 1 = 118,6 - 42,34 = 75,66 kJ/kg khô Vì quá trình ấy có I 2 = I 3 nên: I 2 = t 3 + d 3 (2500 + 1,93t 3 ) d 3 = kg/kg0326,0 35.93,12500 356,118 t93,12500 tI 3 32 = + = + khô d = d 3 - d 1 = 0,0326 - 0,0088 = 0,0238 kg/kg khô Lợng nớc bốc hơi trong vật sấy trong 1h: G n = h/kg5 10 250300 GG cd = = Lợng không khí cần thiết: G .kg210 0238,0 5 d G n == k.k. khí/h V = h/m175 2,1 210G 3 1 == Lợng nhiệt cần khi tính chính xác: Q = h/kJ158955. 0238,0 66,75 G. d II n 12 == Lợng hơi nớc cần cung cấp cho calorifer: G h = r Q Từ bảng hơi nớc và hơi bão hòa theo p = 1,5 bar ta có: r = 2226 kJ/kg Vậy G h = kg14,7 2226 15895 = hơi/h. http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 35 Bài tập kỹ thuật nhiệt Bài 4: Khi dùng bơm nhiệt để sấy ta có: không khí vào dàn ngng của bơm nhiệt có t 1 = 30 0 C, 1 = 0,8. Khi qua dàn ngng, không khí đợc đốt nóng đến t 2 = 92 0 C, rồi vào buồng sấy. Khi ra khỏi buồng sấy không khí có độ ẩm 3 = 0,8. Lợng vật sấy đem vào 550kg, sau 4 h sấy khi lấy ra lợng vật sấy còn 450kg. Xác định: a. Lợng không khí và lợng 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 lợng không khí cần để cấp nhiệt cho dàn bốc hơi của bơm nhiệt nếu nhiệt độ không khí vào là 30 0 C, ra khỏi dàn bốc hơi là 20 0 C. Lời giải: Sử dụng đồ thị I - d (hình 10) ta có: Điểm 1 là giao điểm của t 1 = 30 0 C và 1 = 0,8 tìm đợc: d 1 = 22 g/kg khô I 1 = 21 kcal/kg khô. Điểm 2 là giao điểm của d 2 = d 1 và t 2 = 92 0 C tìm đợc: I 2 = 35 kcal/kg khô. Điểm 3 là giao điểm của I 3 = I 2 và 3 = 0,8 tìm đợc d 3 = 41 g/kg khô. a. Lợng nớc bốc hơi khỏi vật sấy: G n = h/kg25 4 450550 = Lợng không khí cần: G h/kg1316 022,0041,0 25 d G n = = V = h/m1097 2,1 1316G 3 == Lợng nhiệt cần cho quá trình sấy: Hình 10 Q = h/kcal1842525. 022,0041,0 2135 G. dd II n 13 12 = = Q = 21,4 kW b. Công suất của máy nén: = k35,5 4 4,21Q N; N Q == = W c. Nhiệt dàn bốc hơi của bơm nhiệt nhận từ không khí: Q 2 = Q - N = 21,4 - 5,35 = 16,05 kW http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 36 Bài tập kỹ thuật nhiệt Lợng không khí cần cho dàn bốc hơi: Q 2 = G k .C pk . t k G k = h/kg5721s/kg59,1 10.01,1 05,16 t.C Q kpk 2 === V k = h/m4768 2,1 5721 G 3 k == 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 t 1 = 25 0 C, sau đốt nóng trong dàn ngng không khí có nhiệt độ t 2 = 75 0 C. lợn nớc bốc hơi ra khỏi vật sấy G n = 2,5kg/h. Xác định năng suất lạnh Q o của máy, lợng nhiệt đốt nóng không khí trong dàn ngng Q, nhiệt độ t 3 và độ ẩm 3 của không khí sau khí sấy, lợng không khí cần G, lợng nớc ngng tụ ở dàn bốc hơi G nn trong 1h. Lời giải: Dùng đồ thị I - d (hình 11) ta có: Điểm 1 là giao điểm của t 1 = 25 0 C và 1 = 100% tìm đợc: d 1 = 0,02 kg/kg khô Điểm 2 là giao điểm của t 2 =75 o C và d 2 = d 1 Năng suất lạnh Q 0 của máy: = N Q 0 Q o = .N = 5.0,5 = 2,5 kW Lợng nhiệt do dàn ngng tỏa ra Q N : Q N = Q o + N = 2,5 + 0,5 = 3kW Nhiệt lợng không khí nhận: Q = Q o = 2,5. 3600 = 9000 kJ/h Mặt khác: Q n 13 12 G. dd tt Hình 11 Từ đó độ chứa hơi d 3 : d 3 = d 1 + n 12 G. Q )tt( = 0,02 + kg/kg034,0 9000 5,2).2575( = khô Từ đồ thị I - d, điểm 3 là giao điểm của d 3 = 34g/kg và I 3 = I 2 tìm đợc: 3 70% t 3 40 0 C. Lợng không khí cần thiết: G h/kg6,178 02,0034,0 5,2 dd G d G 13 nn = = = http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 37 Bài tập kỹ thuật nhiệt V = h/m149 2,1 6,178G 3 == Lợng nớc từ không khí ngng tụ lại dàn bốc hơi: G nn 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 nh ở đây thì G nn chính là G n (lợng nớc bốc hơi khỏi vật sấy) Năng suất lạnh của máy có thể tính: q t 3 - t 4 + t 4 - t 1 + 4,18 d (t 4 - t 1 ) + 1,93d 1 (t 4 t 1 ) + d.r q t 3 - t 1 + (t 4 -t 1 ) (4,18 d + 1,93d 1 ) + d.r q 40 - 25 + (34 - 25) (4,18.0,014 + 1,93.0,02) + 0,014.2420 q 50 kJ/kg khô Q 0 = h/kJ8929 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 = 150m 3 , cần giữ nhiệt độ trong phòng t T = 26 0 C, độ ẩm trong phòng T = 0,7, trong khi nhiệt độ ngoài trời t N = 32 0 C, độ ẩm N = 0,8. Trong phòng có 15 ngời làm việc bàn giấy có trang bị 10 bóng đèn ống 40W. Biết nhiệt qua kết cấu bao che phòng Q t = 400 kcal/h, nhiệt bức xạ qua cửa sổ Q 4 = 300 kcal/h. Xác định lợng gió L, lợng gió tái tuần hoàn L T và năng suất lạnh Q 0 của máy. Lời giải: Từ đồ thị I - d (hình 12) ta xác định các điểm N, T, V: Điểm N: biết t N = 32 0 C và N = 0,8 tìm đợc: I N = 22,5 kcal/kg Điểm T: biết t T = 26 0 C và T = 0,7 tìm đợc: I T = 16 kcal/kg Điểm V: biết V = 0,95 và d v = d t tìm đợc: I v = 14,5 kcal/kg t v = 21 0 C Lợng gió của hệ thống: Hình 12 L= vT II Qt Nhiệt thừa Q t Q t = Q 1 + Q 2 + Q 3 + Q 4 + Q 5 Q 1 = 400 kcal/h, nhiệt qua kết cấu bao che của phòng. Q 2 = Nhiệt tỏa ra từ ngời. http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 38 Bài tập kỹ thuật nhiệt Q 2 = n.q = 15. 100 = 1500 kcal/h Q 3 - Nhiệt tỏa ra từ bóng đèn Q 3 = n. 860. N = 10. 860. 0,04 = 344 kcal/h Q 4 = 300 kcal/h nhiệt độ bức xạ qua cửa sổ. Q 5 = 0,1.Q t nhiệt do lọt gió qua khe cửa Vậy Q t = 400 + 1500 + 344 + 300 + 0,1Q t Q t = h/kcal2827 9,0 2544 = L = h/kg1885 5,1416 2827 = v = h/m1571 2,1 1885L 3 == Lợng gió mới L N : L N = 25. 1,2. n = 25. 1,2. 15 = 450 kg/h Lợng gió tái tuần hoàn: L T = L - L N = 1885 - 450 = 1435 kg/h Tỷ lệ hòa trộn: = 3 450 1435 HT HN L L N T == Từ đồ thị I - d, ta xác định đợc điểm hòa trộn H (đoạn HT = 1, đoạn HN = 3) và entanpi I H = 17,5 kcal/kg Bội số tuần hoàn b = 5,10 150 1571 V V t = Năng suất lạnh của máy Q 0 Q O = L (I H - I v ) = 1885 (17,5 - 14,5) = 5655 kcal/h = 6,6 kW Lợng nớc (ngng tụ từ không khí) lấy ra đợc. w = (d H -d V ). 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 6 0 C ( t = t N - t T = 32 - 26 = 6 0 C). http://www.ebook.edu.vn Trờng đại học công nghiệp hà nội 39 Bài tập kỹ thuật nhiệt 2. bài tập tự luyện: Bài 7: 1 kg không khí ẩm có áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 15 0 C, phân áp suất của hơi nớc p h = 1270N/m 2 . Xác định độ ẩm tơng đối , nhiệt độ sơng t s , độ chứa hơi d, entanpi I và khối lợng riêng của không khí ẩm? Trả lời: = 0,746; t s = 10,5 0 C; d = 8g/kg khô; I = 35,1 kJ/kg khô; = 1,21 kg/m 3 Bài 8: 100m 3 không khí ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 35 o C, độ ẩm = 70%. Xác định độ chứa hơi d, nhiệt độ đọng sơng t s , khối lợng không khí G k , khối lợng hơi nớc G h có trong không khí ẩm? Trả lời: d = 25,5 g/kg khô, t = 29 0 C; G k = 109 kg, G h = 2,78 kg. Bài 9: Không khí ẩm ở p = 1bar, nhiệt độ t = 30 0 C, độ chứa hơi d = 18g/kg khô. Xác định độ ẩm , nhiệt độ đọng sơng t s , entanpi I, độ chứa hơi lớn nhất d max ? Trả lời; = 0,66, t s = 22,5 0 C; I = 76 KJ/kg khô, d max = 27,5g/kg khô. Bài 10: Không khí ở trạng thái đầu có t 1 = 20 0 C, độ ẩm = 40% đợc đốt nóng tới nhiệt độ t 2 = 80 o C, rồi đa vào buồng sấy. Sau khi sấy nhiệt độ giảm xuống đến t 3 = 35 0 C. Xác định độ chứa hơi và độ ẩm tơng đối của không khí sau khi sấy, nhiệt cần thiết để bốc hơi 1 kg nớc trong vật cần sấy trong một giờ? Trả lời: d 3 = 24g/kg khô, 3 = 0,66; Q = 3400 kJ/kg.h Bài 11: Khối lợng vật cần sấy khi đa vào buồng sấy G đ = 300kg, khi lấy ra G c = 260kg, thời gian sấy = 8h. Không khí ở trạng thái đầu có t 1 = 30 0 C, 1 = 0,7, sau khi đợc đốt nóng trong calorifer nhiệt độ không khí t 2 = 90 0 C và đợc đa vào buồng sấy. Nhiệt độ không khí khi ra t 3 = 40 0 C. áp suất khí quyển p = 1 bar. Xác định lợng không khí cần thiết, lợng nhiệt cần thiết, độ ẩm tơng đối của không khí sau khi sấy? Trả lời: G = 250 kg/h, V = 208m 3 /h; Q = 15550 kJ/h, = 0,7 Bài 12: Không khí ở nhiệt độ t 1 = 30 0 C. 1 = 0,5 đợc đốt nóng trong calorifer đến t 2 = 90 0 C. Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy có độ ẩm 3 = 0,8. Sản phẩm sấy cần đa vào để sấy 216 kg, khi lấy sản phẩm ra 200kg, thời gian sấy trong 4h. Tính lợng không khí cần và lợng nhiệt cần cho quá trình sấy (dùng đồ thị I -d )? Trả lời: G = 95,2 kg/h, V = 70,3m 3 /h; Q = 5971 kJ/h Bài 13: Cần điều hòa nhiệt độ cho một phòng họp có thể tích V = 800m 3 , ở nhiệt độ trong phòng t T = 28 o C , độ ẩm trong phòng T = 0,7. Nhiệt độ ngoài trời t N = 34 0 C, độ ẩm N = 0,85. Trong phòng có 60 ngời dự họp biết Q 1 = 2000kcal/h(chọn q = 80 kcal/h, ngời), Q 4 = 84kcal/h. Xác định lợng gió L, lợng gió tái tuần hoàn L T và công suất lạnh Q o ? Trả lời: L = 9600 kg/h, L T = 7800 kg/h; Q o = 33,5 kW Bài 14: Cần lắp máy điều hòa cửa sổ cho một phòng có thể tích V = 100m 3, nhiệt độ và độ ẩm trong phòng cần t T = 28 0 C, T = 0,7, nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời t N = 34 0 C, N = 0,85. Nhiệt độ cần lấy đi Q t = 1320 kcal/h, Dùng phơng pháp gần đúng để tính công suất lạnh của máy ( cho q v = 0,12, k q = 4)? Trả lời: Q O = 6,6 kW . I 2 = t 3 + d 3 (2500 + 1,93t 3 ) d 3 = kg/kg 032 6,0 35 . 93, 12500 35 6,118 t 93, 12500 tI 3 32 = + = + khô d = d 3 - d 1 = 0, 032 6 - 0,0088 = 0,0 238 kg/kg khô Lợng nớc bốc hơi trong. t 3 - t 4 + t 4 - t 1 + 4,18 d (t 4 - t 1 ) + 1,93d 1 (t 4 t 1 ) + d.r q t 3 - t 1 + (t 4 -t 1 ) (4,18 d + 1,93d 1 ) + d.r q 40 - 25 + (34 - 25) (4,18.0,014 + 1, 93. 0,02). nghiệp hà nội 38 Bài tập kỹ thuật nhiệt Q 2 = n.q = 15. 100 = 1500 kcal/h Q 3 - Nhiệt tỏa ra từ bóng đèn Q 3 = n. 860. N = 10. 860. 0,04 = 34 4 kcal/h Q 4 = 30 0 kcal/h nhiệt độ bức