Chương 5: KHÔNG KHÍ ẨM

Tùy theo lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm người ta chia không khí ẩm làm hai loại... Entanpy của không khí ẩm bằng tổng Entanpy của không khí ẩm khô và entanpy

Trang 1

Chương 5:

KHÔNG KHÍ ẨM 5.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

5.1.1 Không khí khô và không khí ẩm:

5.1.1.1 Không khí khô:

Khi nghiên cứu không khí thì ta xem không khí như là một thành phần đồng nhất Tuy nhiên, rõ ràng không khí là một hỗn hợp cơ học của nhiều chất khí thành phần khác nhau bao gồm: N2, O2, CO2 và một số chất khí khác Các thành phần cơ bản của không khí đều có nhiệt độ tới hạn khá thấp so với các giá trị nhiệt độ thường gặp của không khí ẩm Do đó không khí luôn luôn tồn tại ở thể khí trong bất kỳ quá trình biến đổi trạng thái của không khí ẩm, còn hơi nước thì dễ dàng biến đổi Cho nên khi nghiên cứu tính chất và đặc điểm của không khí ẩm thì cũng coi như ta nghiên cứu tính chất và đặc điểm của hơi nước

5.1.1.2 Không khí ẩm:

Hỗn hợp giữa không khí khô và hơi nước gọi là không khí ẩm Trong thực tế thường gặp không khí ẩm Không khí ẩm được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật như sấy, thông gió, làm ẩm điều hoà nhiệt độ Không khí ẩm cũng liên quan mật thiết đến cuộc sống và ảnh hưởng đến các thiết bị máy móc thiết bị Vì vậy chúng ta cần biết các tính chất của không khí ẩm Trong điều kiện áp suất và nhiệt độ bình thường các tính chất vật lý của không khí ẩm gần giống khí lý tưởng Phần áp suất của hơi nước trong không khí ẩm cũng rất nhỏ, hơi nước loãng, lực tương tác giữa các phân tử hơi nước cũng nhỏ, thể tích phân tử hơi nước không đáng kể nên có thể coi hơi nước trong không khí ẩm như là khí lý tưởng Như vậy không khí ẩm là một hỗn hợp khí lý tưởng nên nó có những tính chất sau:

- Áp suất của hỗn hợp không khí ẩm bằng tổng phần áp suất không khí khô và hơi nước

h

k +p p

=

- Nhiệt độ của không khí ẩm bằng nhiệt độ của không khí khô và hơi nước trong không khí ẩm

h

k = t t

=

- Thể tích của không khí ẩm bằng thể tích của không khí khô và bằng thể tich của hơi nước chứa trong không khí ẩm vì chúng khuyếch tán trong thể tích

h

k =V V

=

- Khối lượng của không khí ẩm bằng tổng khối lượng cả không khí khô và hơi nước

h

k +G G

=

Ở đây ký hiệu k là không khí khô và h là hơi nước

5.1.2 Các loại không khí ẩm.

Trang 2

Tùy theo lượng hơi nước chứa trong không khí ẩm người ta chia không khí ẩm làm hai loại

5.1.2.1 Không khí ẩm chưa bão hòa:

Là không khí ẩm mà lượng hơi nước chứa trong đó chưa đạt đến trị số lớn nhất nghĩa là có thể cho thêm hơi nước vào không khí ẩm chưa bão hòa Hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa là hơi quá nhiệt Phần áp suất của hơi nước ph trong không khí ẩm chưa bão hòa nhỏ hơn áp suất bão hòa ps của hơi nước tương ứng với nhiệt độ không khí ẩm

5.1.2.2 Không khí ẩm bão hòa:

Là không khí ẩm mà lượng hơi nước trong đó đạt đến trị số lớn nhất Hơi nước trong không khí ẩm là hơi bão hòa khô Trong trường hợp này nếu cho thêm hơi nước vào thì sẽ ngưng lại thành giọt nước nhỏ

5.2 CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG CỦA KHÔNG KHÍ ẨM

5.2.1 Độ ẩm tuyệt đối ρh.

Mức độ ẩm của không khí phụ thuộc vào hàm lượng của hơi nước trong không khí ẩm

Nếu trong V, m3 không khí ẩm có trong G, kg hơi nước thì tỷ số

V

Gh gọi là độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm

h

h h

h

h h

T R

P

= v

1

= V

G

= V

G

=

Trong đó:

- Ph - Áp suất của hơi nước chứa trong không khí ẩm

- T - Nhiệt độ tuyệt đối của không khí ẩm, °K

Rh- Hằng số chất khí của hơi nước chứa trong không khí ẩm Trị số Rh được lấy gần đúng bằng hằng số chất khí của hơi quá nhiệt Rh = 462 J/kg.độ Như vậy về trị số độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm bằng khối lượng riêng của hơi nước chứa trong nó

5.2.2 Độ ẩm tương đối φ.

Ký hiệu ρh là độ ẩm tuyệt đối của không khí ẩm bão hòa có áp suất là p và nhiệt độ t, và ρhmax là độ ẩm tuyệt đối lớn nhất của không khí ẩm bão hòa có cùng áp suất p và nhiệt độ t thì tỷ số

max h

h

ρ

ρ được gọi là độ ẩm tương đối của không khí ẩm chưa bão hòa

φ

= ρ

ρ

max h

h

(5.6) Theo phương trình trạng thái của khí lý tưởng ta có:

T ρ

R

= p

; T ρ R

=

ph h h hmax h hmax

Trang 3

nên ta có:

max h

h max

h

p

= ρ

ρ

phmax- Áp suất lớn nhất của hơi nước chứa trong không khí ẩm

- Trường hợp: t < ts(p) thì phmax = ps

ps- Áp suất bão hòa của hơi nước tương ứng với nhiệt độ t của không khí ẩm

- Trường hợp: t > ts(p) thì phmax = p

p - Áp suất của không khí ẩm

Trị số φ thường biểu diễn bằng phần trăm và 0 ≤ φ ≤ 100 %

Đối với không khí khô φ = 0 đối với không khí ẩm bão hòa φ = 100%

5.2.3 Độ chứa hơi d (dung ẩm)

Nếu trong G kg không khí ẩm có Gh kg hơi nước và Gk kg không khí khô thì tỷ

G

k

h

[kg hơi nước / kg không khí khô] (5.8) gọi là độ chứa hơi d của không khí ẩm

vì:

T R G

= V p

T R G

= V p

k k k

h h h

Nên ta có:

h

k k

h

R

R p

p

=

thay Rh = 462 J/ kg.độ; Rk = 287 J/ kg.độ; pk = p – ph

ta được:

h _h

h _ h

p p

p 622 , 0

= d

] kkk kg

hn kg [ p p

p 622 , 0

= d

(5.10)

5.2.4 Entanpy của không khí ẩm.

Entanpy của không khí ẩm bằng tổng Entanpy của không khí ẩm khô và entanpy của hơi nước chứa trong không khí ẩm Trong đó (1+d) kg không khí ẩm có 1kg không khí khô và d kg hơi nước Do đó Entanpy tương ứng 1kg không khí khô sẽ là:

h

k +di i

=

- Entanpy của 1 kg không khí khô được xác định theo công thức

ik = Cpt = 1,0048t ≈ t [kJ/ kgkk] (5.12)

- Entanpy của hơi nước ở áp suất thấp xác định theo công thức thực nghiệm

ih = 2500 + 1,93t [kJ/ kgkk]

thay vào ta có: I = t + d(2500 + 1,93t) [kJ/ kgkk] (5.13)

5.3 ĐỒ THỊ KHÔNG KHÍ ẨM

Trang 4

Để tính toán các quá trình nhiệt của không khí ẩm ta có thể thực hiện bằng hai phương pháp: phương pháp tính toán và phương pháp đồ thị Trong phạm vi sử dụng giáo trình chúng tôi chỉ tập trung vào phương pháp đồ thị vì chúng có các ưu điểm:

- Tính toán nhanh chóng

- Nhìn thấy một cách trực quan nên dễ dàng phán đoán trong kỹ thuật, thực hiện được nhiều chức năng trong cùng một lúc

- Phương pháp tính toán được trình bày kỹ trong giáo trình “Kỹ thuật điều hòa không khí”

- Đồ thị không khí ẩm được sử dụng rất phổ biến trong quá trình tính toán về điều hòa không khí, thiết bị sấy,

Có hai loại đồ thị thường sử dụng hiện nay đó là:

+ Đồ thị i-d (còn gọi là đồ thị Mollier)

+ Đồ thị t-d (còn gọi là đồ thị Carrier)

Hai loại đồ thị này tuy cấu trúc là khác nhau, tuy nhiên về phương pháp sử dụng là hoàn toàn giống nhau

5.3.1 Đồ thị i-d (còn gọi là đồ thị Mollier)

Đồ thị này có dạng cụ thể trên hình 6.2 Trên đồ thị trục tung của đồ thị là Entanpy I (kJ/ kg) không khí khô, trục hoành là độ chứa hơi d (g hơi nước/ kg không khí khô) Để các đường không sát nhau, người ta vẽ trục tung (I) và trục hoành (d) tạo với nhau một góc 135° Trong thực tế phần đồ thị ở phía dưới trục nằm ngang (phần nằm từ 90° -135°) không có đường biểu diễn nên không vẽ Do vậy đồ thị i-d có trục hoành và trục tung tạo với nhau 1 góc 90°, nhưng những đường biểu thị I = const vẫn là những đường xiên tạo với trục tung 135° và đường d = const là đường thẳng đứng song song trục I Các đường đẳng nhiệt là những đường thẳng xiên lên, vì theo biểu thức tính I ta có quan hệ

t d

I

8068 1 2500 )

( = +

∂

(5.14) Đường φ = const là những

đường cong đi lên

Đường φ = 100% chia đồ thị

ra làm hai phần: phía trên đường φ

= 100% là vùng không khí chưa bão

hòa, phía dưới φ=100% là vùng

không khí đã bão hòa, nghĩa là

vùng sương mù Đường

d + 622

pd

=

)

d

(

f

=

đường này biết d có thể suy ra ph và

ngược lại

Ngoài ra, từ đồ thị ta còn tìm

ra được hai thông số phụ khác, đó

là:

Trang 5

Hình 5.3: Đồ thị t-d (ẩm đồ hay đồ thị Carrier)

- Nhiệt độ đọng sương tđs : từ điểm 1 dóng thẳng đứng xuống đường d = const

cắt đường ϕ=100% tại A, xem đường t = const nào qua điểm A ta đọc được nhiệt độ

đọng sương (trên trục tung) tđs = tA

- Nhiệt độ nhiệt kế ướt tư hayτ : Để xác định nhiệt độ nhiệt kế ướt τ ta tiến

hành theo đường I= const Từ 1 ta kẻ đường I1 = const đến cắt đường ϕ = 100% tại B, giá trị của đường đẳng nhiệt đi qua giao điểm B này được gọi là nhiệt độ nhiệt kế ướt (trên trục tung) tư = tB

5.3.2 Đồ thị t-d (ẩm đồ):

Hình 6-3 trình bày cấu trúc cơ bản của ẩm đồ

Từ hình vẽ trục hoành biểu thị nhiệt độ nhiệt kế khô, trục tung biểu thị độ chứa hơi Để minh họa ta xét ví dụ sau: Giả sử trạng thái của không khí đang khảo sát là 1, ta sẽ đọc được các giá trị I1, t1, d1, ϕ1 Để xác định tđs từ 1, ta kẻ đường d = const và xác định giao điểm của đường này với đường ϕ = 100% Từ giao điểm này, ta kẻ một đường thẳng đứng xuống trục t0 (trục nằm ngang), giá trị nhiệt độ đọc được chính là tđs

Để xác định nhiệt độ nhiệt kế ướt, ta phải kẻ đường I = const qua điểm 1 và xác định giao điểm của đường này với đường ϕ = 100% Từ giao điểm ta hạ thẳng đứng xuống trục t0, giá trị đọc được là giá trị nhiệt độ nhiệt kế ướt (tư)

Ví dụ: Không khí ẩm có nhiệt độ t = 25°C và d = 12 gam hơi nước/ kg không khí khô Hãy dùng ẩm đồ t

- d để xác định entanpi, độ ẩm

tương đối và nhiệt độ đọng sương

của không khí ẩm

Hình 5.2: Đồ thị I – d (Mollier)

1

Trang 6

Trước hết cần phải xác định rõ trạng thái đã cho của không khí ẩm trên ẩm đồ t

- d Trạng thái đó được ký hiệu là 1, điểm 1 là giao điểm của đường thẳng đứng có t = 25°C và đường nằm ngang có d = 12 g/ kg

- Đường đẳng enthalpy đi qua điểm 1 có giá trị là : I1 = 55,6 kJ/kg

- Đường có độ ẩm không đổi đi qua điểm 1 là : ϕ1 = 60,5%

- Nhiệt độ đọng sương là : tđs = 16,8°C

5.4 CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÔNG KHÍ ẨM 5.4.1 Quá trình sấy

Quá trình sấy khô vật là quá trình lấy bớt nuớc trong vật cần sấy bằng cách làm bay hơi nước trong vật cần sấy (sấy nông sản, sấy thực phẩm, … nhằm kéo dài thời gian bảo quản) Thường dùng không khí nóng để sấy, để đạt được hiệu quả sấy cao, thì không khí cần phải có độ ẩm bé Thông thường ta có các phuơng pháp sấy sau:

5.4.1.1 Phương pháp 1: Sấy bằng Colorifer:

Đầu tiên, không khí được đốt nóng trong thiết bị gia nhiệt thường gọi là Calorifer Trong quá trình này là độ chứa hơi d không đổi vì không thêm hơi nước vào không khí ẩm mà chỉ cung cấp nhiệt cho không khí ẩm Nhiệt độ không khí ẩm tăng lên và độ ẩm tương đối φ của không khí ẩm giảm xuống Sau đó không khí nóng được thổi qua vật cần sấy (trong buồng sấy), vật sấy bốc ẩm vào không khí và khô dần Do đó phương pháp này còn đuợc gọi là sấy nóng

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống sấy như sau:

Hình 5.4.a: Sơ đồ nguyên lý sấy nóng (dùng Colorifer)

Trang 7

Hình 5.4.b: Đồ thị I – d sấy nóng (dùng Colorifer)

Quá trình sấy gồm 2 giai đoạn:

- Quá trình 1-2: Là giai đoạn đốt nóng không khí trong calorifer, trong giai đoạn này độ chứa hơi không đổi d1 = d2, nhiệt độ từ t1 tăng đến t2, độ ẩm giảm từ φ1 xuống

φ2

- Quá trình 2-3: Là giai đoạn sấy trong buồng sấy Không khí sau khi đốt nóng được đưa vào buồng sấy, trong buồng sấy không khí nóng truyền nhiệt cho vật sấy làm nước trong vật sấy bay hơi vào không khí Nếu bỏ qua các tổn thất nhiệt (sấy lý thuyết), thì quá trình xem như I = const (I2 = I3) và nhiệt độ giảm từ t2 xuống t3, độ ẩm tăng từ φ2 đến φ3

Tính quá trình sấy lý thuyết:

Thông thường để tính toán quá trình sấy ta cần xác định lượng không khí ẩm cần thiết và nhiệt lượng cung cấp vào để 1 kg nước trong vật bay hơi

+ Tính lượng không khí ẩm cần thiết (lưu lượng quạt)

Nếu sản phẩm ban đầu có khối luợng Gđ (kg), sau khi sấy còn lại Gc (kg) thì lượng nước bay hơi trong 1 giờ ( thời gian sấy là τ, giờ):

h kg G G

τ

−

+Lượng không khí ẩm cần thiết do quạt thổi vào buồng sấy:

h kgkk d

d

G d

d G

G n(1 ) n n , /

1 3

0

−

=

∆

=

∆

+

+Lưu lượng thể tích khôngkhí:

h m

G

V c , 3/

ρ

=

với ρ là khối lượng riêng của không khí, m3/ kg

+ Tính nhiệt lượng cần thiết để làm 1 kg của vật ướt bay hơi.

Trang 8

(I2 I1)

G

d d

I I G

1 3

1 2

−

5.4.1.2 Phương pháp 2: Sấy bằng bơm nhiệt (Heat pump):

Sơ đồ nguyên lý và đồ thị của bơm nhiệt:

Hình 5.5.a: Sơ đồ khối của sấy bơm nhiệt

Hình 5.5.b: Sơ đồ nguyên lý và đồ thị T-S của sấy bơm nhiệt

Không khí tươi ngoài trời được quạt đẩy qua dàn ngưng tụ của bơm nhiệt nhận nhiệt lượng q1 và không khí nóng lên từ t1 lên t2 sau đó đuợc đưa vào buồng sấy Chúng ta thấy phương pháp sấy này hoàn toàn giống như phương pháp 1 nhưng chỉ khác là nhiệt cung cấp để đốt nóng không khí là do dàn ngưng tụ của bơm nhiệt cấp

G

= q G

= N ψ

=

Trong đó:

N – công suất máy nén của bơm nhiệt [kW]

G – lưu lượng môi chất trong bơm nhiệt, [kg/ s]

i3 – entanpi môi chất đầu dàn ngưng, [kJ/ kg]

i4 – entanpi môi chất cuối dàn ngưng, [kJ/ kg]

Trang 9

ψ- hệ số bơm nhiệt

0

1

l

q

= ψ

( 3 4)

( 2 1)

5.4.1.3 Phương pháp sấy thứ ba: Sấy dịu

Hình 6.6.a: Sơ đồ nguyên lý và đồ thị I – d của sấy dịu

Là phương pháp sấy có sử dụng tách ẩm Để thực hiện điều này nguời ta dùng các máy hút ẩm (giống như bơm nhiệt) Nguyên là đó là đầu tiên dàn bay hơi ngưng tụ bớt hơi nước trong không khí ẩm, sau đó không khí này đuợc đưa vào dàn ngưng tụ để gia nhiệt giống như đối với sấy bơm nhiệt

Quá trình tính toán tương tự như các trường hợp trước Ta có:

+ Lượng không khí ẩm cần thiết do quạt thổi vào buồng sấy:

h kgkk d

d

G d

d G

G n(1 ) n n , /

1 3

0

−

=

∆

=

∆

+

=

h kg G G

τ

−

=

+ Lưu lượng thể tích khôngkhí:

h m

G

V c , 3/

2

ρ

với ρ2 là khối lượng riêng của không khí ở nhiệt độ t2, [m3/ kg]

+ Tính nhiệt lượng cần thiết để làm 1 kg của vật ướt bay hơi.

d d

I I G

1 3

1 2

−

=

+ Nếu xem quá trình là I = const, thì luợng nhiệt cần thiết để làm lạnh và hút

ẩm trên dàn lạnh là:

(I I ) kJ h G

Trang 10

5.4.2 Quá trình điều tiết không khí

5.4.2.1 Khái niệm:

1 Định nghĩa: Điều tiết không khí là quá trình tạo ra và duy trì không khí cho

phù hợp điều kiện tiện nghi của con người, phù hợp với một công nghệ sản xuất, chế biến nào đó Ở đây chúng ta cần phải khống chế: nhiệt độ, độ ẩm, sự lưu thông và tuần hoàn không khí, khử bụi và các khí độc hại có trong không khí Thông thường ta thường sử dụng các khái niệm sau:

- Thông gió: là quá trình đưa không khí từ ngoài trời (không có xử lý nhiệt độ và độ ẩm) vào trong nhà hoặc phân xưởng để thải nhiệt, thải ẩm, chất khí độc từ trong nhà ra ngoài

- Điều tiết không khí: thường dùng cho một công nghệ nào đó trong công nghiệp

- Điều hòa không khí là quá trình xử lý không khí cho đời sống tiện nghi của con người Trong quá trình này ta phải xử lý nhiệt độ, độ ẩm, tốc độ lưu thông và luân chuyển không khí, lọc bụi và thải các khí độc và cung cấp không khí tươi để đảm bảo vệ sinh và thoải mái của con người

2 Ứng dụng trong công nghiệp và đời sống:

- Trong công nghiệp: Điều tiết không khí cần cho nhiều ngành kinh tế như: công nghiệp dệt, thuốc lá, chè, giấy, xưởng in, kỹ thuật thông tin vô tuyến điện tử, sinh học, Độ ẩm và nhiệt độ là hai thông số quan trọng cần phải khống chế trong các xưởng sản xuất Trong các xí nghiệp hóa chất thì việc khử nhiệt và các chất độc hại đóng vai trò quan trọng còn đối với các ngành quang học, điện tử, máy tính, phim ảnh,

cơ khí chính xác thì ngoài việc xử lý nhiệt độ, độ ẩm còn cần phải xử lý bụi trong không khí

- Trong đời sống con người: Con người luôn thải nhiệt (q, kcal/h) và ẩm (w, g/h) vào không khí xung quanh Bảng 6.1 cho trị số của q và w trung bình của của một người trong các điều kiện vận động khác nhau Ở nhiệt độ trong phòng t = 20 ÷ 35°C

Qua nghiên cứu người ta thấy, Con người cảm thấy dễ chịu khi:

- Ở điều kiện mùa hè: φ= 35÷70%; t= 24÷27oC

- Ở điều kiện mùa đông: φ= 35÷40%;t= 20÷23oC

Bảng 5.1: Lượng nhiệt và lượng ẩm tỏa ra của cơ thể người làm việc

Định dạng
Số trang	13
Dung lượng	1,08 MB