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 = 25 0 C, độ ẩm tương đối ϕ = 0,6. Xác định phân áp suất hơi nước p h’ nhiệt độ đọng sương t s’ độ chứa hơi d, entanpi i của không khí ẩm. Lời giải: Ta có: . P p maxh h =ϕ Vậy p h = ϕ .p hmax Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t n = t = 25 0 C tra được áp suất: p hmax = 0,03166 bar. Vậy phân áp suất của hơi nước: p h = 0,6.0,03166 = 0,018996 ≈ 0,019 bar. Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa với p h = 0,019 bar tra được nhiệt độ đọng sương: 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 sương t s = 10 o C. 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: maxh h p p =ϕ Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 20 0 C ta có: p hmax = 0,0234 bar Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 10 0 C ta có: p h = 0,0123 bar Trường đại học công nghiệp hà nội 32 Bài tập kỹ thuật nhiệt Vậy: d = 53,0 0234,0 0123,0 = Theo công thức: ϕ = 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 Lượng không khí ẩm: G = G h + G k Từ phương trình trạng thái viết cho hơi nước và không khí khô ta tính được: G h = kg09,0 8314 10.10.0123,0 TR Vp 5 h h == hơi nước. 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 lượng riêng của không khí ẩm: 33 m/kgm/kg184,1 10 48,11 V G ≈===ρ Bài 3: Cho khối lượng vật cần sấy ban đầu G đ = 300kg và sau khi sấy G c = 250 kg, thời gian sấy τ = 10h. Để sấy dùng không khí có t 1 = 20 0 C, ϕ 1 = 0,6 được đốt nóng trong calorifer hơi nước đến t 2 = 95 o C. Sau khi sấy không khí có nhiệt độ t 3 = 35 0 C. 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 t 1 và ϕ 1 từ đó tìm được d 1 , I 1 Điểm 2 là giao điểm của d 1 = const và t 2 tìm được I 2 Điểm 3 là giao điểm của I 2 = const và t 3 tìm được t 3 Dùng công thức tính toán: Từ bảng nước và hơi bão hòa với t = 20 0 C ta có: p hmax = 0,0234 bar. Hình 9 Trường đại học công nghiệp hà nội 33 Bài tập kỹ thuật nhiệt p h = maxh p.ϕ = 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 Lượng nước bốc hơi trong vật sấy trong 1h: G n = h/kg5 10 250300 GG cd = − = τ − Lượng không khí cần thiết: G ≈ .kg210 0238,0 5 d G n == ∆ k.k. khí/h V = h/m175 2,1 210G 3 1 == ρ Lượng nhiệt cần khi tính chính xác: Q = h/kJ158955. 0238,0 66,75 G. d II n 12 == ∆ − Lượng hơi nước cần cung cấp cho calorifer: G h = r Q Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa theo p = 1,5 bar ta có: r = 2226 kJ/kg Vậy G h = kg14,7 2226 15895 = hơi/h. Trường đại học công nghiệp hà nội 34 Bài tập kỹ thuật nhiệt Bài 4: Khi dùng bơm nhiệt để sấy ta có: không khí vào dàn ngưng của bơm nhiệt có t 1 = 30 0 C, ϕ 1 = 0,8. Khi qua dàn ngưng, không khí được đốt nóng đến t 2 = 92 0 C, rồi vào buồng sấy. Khi ra khỏi buồng sấy không khí có độ ẩm ϕ 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 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 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 ϕ 1 = 0,8 tìm được: 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 được: I 2 = 35 kcal/kg khô. Điểm 3 là giao điểm của I 3 = I 2 và ϕ 3 = 0,8 tìm được d 3 = 41 g/kg khô. a. Lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy: G n = h/kg25 4 450550 = − Lượng không khí cần: G ≈ h/kg1316 022,0041,0 25 d G n = − = ∆ V = h/m1097 2,1 1316G 3 == ρ Lượng 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: ϕ = k35,5 4 4,21Q N; N Q == ϕ = W c. Nhiệt dàn bốc hơi của bơm nhiệt nhận từ không khí: Trường đại học công nghiệp hà nội 35 Bài tập kỹ thuật nhiệt Q 2 = Q - N = 21,4 - 5,35 = 16,05 kW Lượng 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 == 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 t 1 = 25 0 C, sau đốt nóng trong dàn ngưng không khí có nhiệt độ t 2 = 75 0 C. lượn nước bốc hơi ra khỏi vật sấy G n = 2,5kg/h. Xác định năng suất lạnh Q o của máy, lượng nhiệt đốt nóng không khí trong dàn ngưng Q, nhiệt độ t 3 và độ ẩm ϕ 3 của không khí sau khí sấy, lượng không khí cần G, lượng nước ngưng 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 ϕ 1 = 100% tìm được: 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: ε = N Q 0 Q o = ε .N = 5.0,5 = 2,5 kW Lượng nhiệt do dàn ngưng tỏa ra Q N : Q N = Q o + N = 2,5 + 0,5 = 3kW Nhiệt lượng 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 được: ϕ 3 ≈ 70% t 3 ≈ 40 0 C. Lượng không khí cần thiết: Trường đại học công nghiệp hà nội 36 Bài tập kỹ thuật nhiệt G ≈ h/kg6,178 02,0034,0 5,2 dd G d G 13 nn = − = − = ∆ V = h/m149 2,1 6,178G 3 == ρ Lượng nước từ không khí ngưng 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 như ở đây thì G nn chính là G n (lượng nước 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 ϕ T = 0,7, trong khi nhiệt độ ngoài trời t N = 32 0 C, độ ẩm ϕ N = 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 Q t = 400 kcal/h, nhiệt bức xạ qua cửa sổ Q 4 = 300 kcal/h. Xác định lượng gió L, lượng 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 ϕ N = 0,8 tìm được: I N = 22,5 kcal/kg Điểm T: biết t T = 26 0 C và ϕ T = 0,7 tìm được: I T = 16 kcal/kg Điểm V: biết ϕ V = 0,95 và d v = d t tìm được: I v = 14,5 kcal/kg t v = 21 0 C Lượng gió của hệ thống: Hình 12 L= vT II Qt − Nhiệt thừa Q t Trường đại học công nghiệp hà nội 37 Bài tập kỹ thuật nhiệt 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 người. 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 == ρ Lượng gió mới L N : L N = 25. 1,2. n = 25. 1,2. 15 = 450 kg/h Lượng gió tái tuần hoàn: L T = L - L N = 1885 - 450 = 1435 kg/h Tỷ lệ hòa trộn: ω = 3 450 1435 HT HN L L N T ≈== Từ đồ thị I - d, ta xác định được 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 Lượng nước (ngưng tụ từ không khí) lấy ra được. 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). Trường đại học công nghiệp hà nội 38 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 nước p h = 1270N/m 2 . Xác định độ ẩm tương đối ϕ , nhiệt độ sương t s’ , độ chứa hơi d, entanpi I và khối lượng riêng của không khí ẩm? Trả lời: ϕ = 0,746; t s = 10,5 0 C; d = 8g/kg khô; I = 35,1 kJ/kg khô; ρ = 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 ϕ = 70%. Xác định độ chứa hơi d, nhiệt độ đọng sương t s , khối lượng không khí G k , khối lượng hơi nước 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 ϕ , nhiệt độ đọng sương t s , entanpi I, độ chứa hơi lớn nhất d max ? Trả lời; ϕ = 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 ϕ = 40% được đốt nóng tới nhiệt độ t 2 = 80 o C, rồi đưa vào buồng sấy. Sau khi sấy nhiệt độ giảm xuống đến t 3 = 35 0 C. 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: d 3 = 24g/kg khô, ϕ 3 = 0,66; Q = 3400 kJ/kg.h Bài 11: Khối lượng vật cần sấy khi đưa vào buồng sấy G đ = 300kg, khi lấy ra G c = 260kg, thời gian sấy τ = 8h. Không khí ở trạng thái đầu có t 1 = 30 0 C, ϕ 1 = 0,7, sau khi được đốt nóng trong calorifer nhiệt độ không khí t 2 = 90 0 C và được đưa vào buồng sấy. Nhiệt độ không khí khi ra t 3 = 40 0 C. 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 = 208m 3 /h; Q = 15550 kJ/h, ϕ = 0,7 Bài 12: Không khí ở nhiệt độ t 1 = 30 0 C. ϕ 1 = 0,5 được đốt nóng trong calorifer đến t 2 = 90 0 C. Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy có độ ẩm ϕ 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 = 70,3m 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 ϕ T = 0,7. Nhiệt độ ngoài trời t N = 34 0 C, độ ẩm ϕ N = 0,85. Trong phòng có 60 người dự họp biết Q 1 = 2000kcal/h(chọn q = 80 kcal/h, người), Q 4 = 84kcal/h. Xác định lượng gió L, lượng 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, ϕ T = 0,7, nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời t N = 34 0 C, ϕ N = 0,85. Nhiệt độ cần lấy đi Q t = 1320 kcal/h, Dùng phương 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 Trường đại học công nghiệp hà nội 39 Bài tập kỹ thuật nhiệt Trường đại học công nghiệp hà nội 40 Bài tập kỹ thuật nhiệt . 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 = 25 0 C, độ ẩm tương đối ϕ. sấy. Nhiệt độ không khí khi ra t 3 = 40 0 C. áp suất khí quyển p = 1 bar. Xác định lượng không khí cần thiết, lượng nhiệt cần thiết, độ ẩm tương đối của không