Parámetros básicos del aire húmedo. Parámetros termodinámicos de aire húmedo Modelo termodinámico de SCR
Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia
Agencia Federal de Educación
Universidad Técnica Estatal de Saratov
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE AIRE HÚMEDO
Instrucciones metódicas
para estudiantes de especialidades 280201
formas de estudio a tiempo completo y a tiempo parcial
Saratov 2009
Objetivo: profundización de conocimientos en el apartado de termodinámica técnica "Aire húmedo", estudiando el método de cálculo de parámetros aire húmedo y la obtención de habilidades para trabajar con instrumentos de medición.
Como resultado del trabajo, se debe aprender lo siguiente:
1) conceptos básicos de aire húmedo;
2) un método para determinar los parámetros del aire húmedo mediante
dependencias calculadas;
3) un método para determinar los parámetros del aire húmedo
Diagrama I-d.
1) determinar el valor de los parámetros del aire húmedo mediante
dependencias calculadas;
2) determinar los parámetros del aire húmedo usando
Diagramas I-d;
3) elaborar un informe sobre los trabajos de laboratorio realizados.
CONCEPTOS BÁSICOS
El aire que no contiene vapor de agua se llama aire seco. El aire seco no ocurre en la naturaleza, ya que el aire atmosférico siempre contiene una cierta cantidad de vapor de agua.
Una mezcla de aire seco con vapor de agua se llama aire húmedo. El aire húmedo se usa ampliamente en secado, ventilación, aire acondicionado y más.
Un rasgo característico de los procesos que tienen lugar en aire húmedo es que cambia la cantidad de vapor de agua contenida en el aire. El vapor puede condensarse parcialmente y, a la inversa, el agua se evapora en el aire.
Una mezcla de aire seco y vapor de agua sobrecalentado se denomina aire húmedo insaturado. La presión de vapor parcial рп en la mezcla es menor que la presión de saturación рн correspondiente a la temperatura del aire húmedo (рп<рн). Температура пара выше температуры его насыщения при данном парциальном давлении.
Una mezcla de aire seco y vapor de agua seco saturado se denomina aire húmedo saturado. La presión parcial de vapor de agua en la mezcla es igual a la presión de saturación correspondiente a la temperatura del aire húmedo. La temperatura del vapor es igual al punto de rocío a una presión parcial de vapor dada.
Una mezcla que consiste en aire seco y vapor de agua húmedo saturado (es decir, hay partículas de vapor condensado en el aire que están en suspensión y caen en forma de rocío) se llama aire húmedo sobresaturado. La presión parcial del vapor de agua es igual a la presión de saturación correspondiente a la temperatura del aire húmedo, que en este caso es igual a la temperatura de condensación del vapor en él. En este caso, la temperatura del aire húmedo se llama temperatura del punto de rocío. tr... Si la presión parcial del vapor de agua es por alguna razón mayor que la presión de saturación, entonces parte del vapor se condensará en forma de rocío.
Los principales indicadores que caracterizan el estado del aire húmedo son el contenido de humedad. re, humedad relativa j, entalpía yo y densidad r.
El cálculo de los parámetros del aire húmedo se realiza mediante la ecuación de Mendeleev-Clapeyron para un gas ideal, al que obedece el aire húmedo con suficiente aproximación. Consideramos el aire húmedo como una mezcla de gases formada por aire seco y vapor de agua.
Según la ley de Dalton, la presión del aire húmedo r Igualmente:
dónde pv - presión parcial de aire seco, Pa;
rn - presión parcial de vapor de agua, Pa.
El valor máximo de la presión parcial del vapor de agua es igual a la presión del vapor de agua saturado. ph, correspondiente a la temperatura del aire húmedo.
La cantidad de vapor de agua en la mezcla en kg por 1 kg de aire seco se llama contenido de humedad. re, kg / kg:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image003_38.gif "width \u003d" 96 "height \u003d" 53 "\u003e, desde, entonces; (3)
Desde entonces, (4)
dónde V - volumen de la mezcla de gases, m3;
Ren, RpAG - constantes de gas de aire y vapor de agua, iguales
Ren\u003d 287 J / (kg × K), RpAG\u003d 461 J / (kg × K);
T - temperatura del aire húmedo, K.
Teniendo en cuenta que 
y, sustituyendo las expresiones (3) y (4) en la fórmula (2), finalmente obtenemos:
DIV_ADBLOCK64 "\u003e
Humedad relativa j se llama relación de densidad de vapor (es decir, humedad absoluta rpAG) hasta la máxima humedad absoluta posible (densidad rpAGmax) a una temperatura y presión de aire húmedo determinadas:
Porque rpAG y rpAGmax se determinan a la misma temperatura del aire húmedo, luego
https://pandia.ru/text/78/602/images/image013_6.gif "ancho \u003d" 107 "alto \u003d" 31 "\u003e. (8)
La densidad del aire seco y del vapor de agua se determina a partir de la ecuación de Mendeleev-Clapeyron, escrita para estos dos componentes de la mezcla de gases de acuerdo con (3) y (4).
R se encuentra mediante la fórmula:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image015_6.gif "ancho \u003d" 175 "alto \u003d" 64 src \u003d "\u003e.
Entalpía del aire húmedo yo es la suma de las entalpías de 1 kg de aire seco y re kg de vapor:
yo= yoen+ re× yopAG . (11)
Entalpía de aire seco y vapor:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image017_4.gif "ancho \u003d" 181 "alto \u003d" 39 "\u003e, (13)
dónde tmetro- lecturas de un termómetro húmedo, ° С;
(tc- tmetro) - diferencia psicrométrica, ° С;
x - corrección a la temperatura de bulbo húmedo,%, determinada
según el horario ubicado en el stand, según tmetro y velocidad
Se utiliza un barómetro para determinar la presión del aire húmedo.
PROCEDIMIENTO Y TÉCNICA DE PROCESAMIENTO
RESULTADOS EXPERIMENTALES
Mide la temperatura de termómetros de bulbo seco y húmedo. Determine el valor real de la temperatura del termómetro húmedo usando la fórmula (13). Encuentra la diferencia ret = tc - tm isto y determinar la humedad relativa del aire utilizando la tabla psicrométrica.
Conociendo el valor de la humedad relativa, a partir de la expresión (7) calcule la presión parcial del vapor de agua.
por (12), (13).
El volumen específico de aire húmedo se encuentra mediante la fórmula:
La masa de aire húmedo METRO, kg, en la sala de laboratorio se determina mediante la fórmula:
dónde V - volumen de la habitación, m3;
r - presión de aire húmedo, Pa.
Ingrese los resultados del cálculo y las lecturas del instrumento en la tabla del siguiente formulario.
Protocolo de registro de lecturas del medidor
y resultados de cálculo
El nombre de la cantidad determinada | Designacion | Dimensión | Numérico magnitud |
|
Presión de aire húmedo | ||||
Temperatura de bulbo seco | ||||
Temperatura del bulbo húmedo | tmetro | |||
Humedad relativa | ||||
Presión de vapor saturado | ||||
Presión parcial de vapor de agua | ||||
Presión parcial de aire seco | ||||
Densidad del aire húmedo | ||||
Humedad absoluta | rpAG | |||
Constante de gas de aire húmedo | ||||
Entalpía del aire húmedo | ||||
Masa de aire húmedo |
A continuación, debe determinar los principales parámetros del aire húmedo de acuerdo con la medida tc y tmetro usando un diagrama de I-d. El punto de intersección en el diagrama I-d de las isotermas correspondientes a las temperaturas de los termómetros húmedo y seco caracteriza el estado del aire húmedo.
Compare los datos obtenidos del diagrama I-d con los valores determinados mediante relaciones matemáticas.
El error relativo máximo posible en la determinación de la presión parcial de vapor de agua y aire seco se determina mediante las fórmulas:
https://pandia.ru/text/78/602/images/image022_2.gif "ancho \u003d" 137 "alto \u003d" 51 "\u003e; 
,
donde D es el límite del error absoluto de medición
El límite de error absoluto del higrómetro en este trabajo de laboratorio es ± 6%. El error absoluto permisible de los termómetros psicrómetros es de ± 0,2%. Se instala en funcionamiento un barómetro con una clase de precisión de 1,0.
REPORTE DE TRABAJO
El informe sobre el trabajo de laboratorio realizado debe contener
siguiendo:
1) breve descripción trabajo;
2) un protocolo para registrar las lecturas de los instrumentos de medición y
resultados de cálculo;
3) un dibujo con un diagrama I-d, donde se determina el estado de la humedad
aire en este experimento.
PREGUNTAS DE PRUEBA
1. ¿Qué se llama aire húmedo?
2. ¿Qué es el aire húmedo saturado e insaturado?
3. Ley de Dalton aplicada al aire húmedo.
4. ¿Qué se llama temperatura del punto de rocío?
5. ¿Qué se llama humedad absoluta?
6. ¿Cómo se llama el contenido de humedad del aire húmedo?
7. ¿Hasta qué punto puede cambiar el contenido de humedad?
8. ¿Cuál es la humedad relativa del aire?
9. En el diagrama I-d, muestre las líneas j \u003d const, I \u003d const; d \u003d constante, tc \u003d constante, tm \u003d constante.
10. ¿Cuál es la máxima densidad de vapor posible a una temperatura dada de aire húmedo?
11. ¿Qué determina la presión parcial máxima posible de vapor de agua en aire húmedo y a qué equivale?
12. ¿De qué parámetros del aire húmedo depende la temperatura de un termómetro húmedo y cómo cambia cuando cambian?
13. ¿Cómo se puede determinar la presión parcial del vapor de agua en una mezcla si se conocen la humedad relativa y la temperatura de la mezcla?
14. Escribe la ecuación de Mendeleev-Clapeyron para aire seco, vapor de agua, aire húmedo y explica todas las cantidades incluidas en la ecuación.
15. ¿Cómo determinar la densidad del aire seco?
16. ¿Cómo determinar la constante de gas y la entalpía del aire húmedo?
LITERATURA
1. Fundamentos de la ingeniería térmica de Lyashkov /. M.: Escuela superior, 20 años.
2. Zubarev sobre termodinámica técnica / ,. Moscú: Energía, 19p.
DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS DE AIRE HÚMEDO
Instrucciones metódicas para el trabajo de laboratorio.
en los cursos "Ingeniería térmica", "Termodinámica técnica e ingeniería térmica"
Compilado por: Valentin Mikhailovich SEDELKIN
KULESHOV Oleg Yurievich
KAZANTSEVA Irina Leonidovna
Crítico
Editor
Número de identificación de licencia 000 con fecha 14.11.01
Firmado para imprimir Formato 60x84 1/16
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Universidad Técnica Estatal de Saratov
Copiadora SSTU, 7
El estado del aire húmedo está determinado por un conjunto de parámetros: temperatura del aire t en, humedad relativa en%, velocidad del aire V en m / s, concentración de impurezas nocivas C mg / m 3, contenido de humedad d g / kg, contenido de calor I kJ / kg.
La humedad relativa en fracciones o en% muestra el grado de saturación del aire con vapor de agua en relación con el estado de saturación completa y es igual a la relación entre la presión P p del vapor de agua en el aire húmedo insaturado y la presión parcial P p. N. vapor de agua en aire húmedo saturado a la misma temperatura y presión barométrica:
d \u003d od \u003d 623, g / kg, (1.2)
donde B es la presión atmosférica barométrica, igual a la suma de las presiones parciales del aire seco Р С.В. y vapor de agua R P.
La presión parcial del vapor de agua saturado depende de la temperatura:
KJ / kg, (1,4)
donde con B - capacidad calorífica del aire seco, igual a 1,005;
c P - capacidad calorífica del vapor de agua igual a 1,8;
r - calor específico de vaporización, igual a 2500;
I \u003d 1,005t + (2500 + 1,8t) d * 10-3, kJ / kg. (1,5)
Gráfico I-D aire húmedo. Construcción de los principales procesos de cambio del estado del aire. Termómetro de punto de rocío y bulbo húmedo. La pendiente y su relación con el flujo de calor y humedad hacia la habitación.
El diagrama I-d del aire húmedo es la principal herramienta para la construcción de procesos de cambio de sus parámetros. El diagrama I-d se basa en varias ecuaciones: el contenido de calor del aire húmedo:
Yo \u003d 1,005 * t + (2500 + 1,8 * t) * d / 1000, kJ / kg (1,6)
a su vez, la presión del vapor de agua:
presión de vapor de agua que satura el aire:
Pa (fórmula de Filnei), (1.9)
a - humedad relativa del aire,%.
A su vez, la fórmula 1.7 incluye la presión barométrica P bar, la cual es diferente para diferentes áreas de construcción, por lo tanto, se requiere un diagrama I-d para cada área para la construcción precisa de procesos.
El diagrama I-d (Fig. 1.1) tiene un sistema de coordenadas oblicuo para aumentar el área de trabajo atribuible al aire húmedo y por encima de la línea \u003d 100%. El ángulo de apertura puede ser diferente (135 - 150є).
El gráfico I-d conecta los 5 parámetros del aire húmedo: contenido de calor y humedad, temperatura, humedad relativa y presión de vapor de agua de saturación. Conociendo dos de ellos, puede determinar todos los demás por la posición del punto.
Los principales procesos característicos del diagrama I-d son:
Calentamiento del aire según d \u003d constante (sin aumentar el contenido de humedad) Figura 1.1, puntos 1-2. En condiciones reales, esto está calentando el aire en el calentador. Aumenta la temperatura y el contenido de calor. La humedad relativa del aire disminuye.
Refrigeración por aire según d \u003d const. Puntos 1-3 en la Figura 1.1 Este proceso tiene lugar en un enfriador de aire de superficie. La temperatura y el contenido de calor disminuyen. La humedad relativa del aire aumenta. Si se continúa enfriando, el proceso llegará a la línea \u003d 100% (punto 4) y, sin cruzar la línea, la recorrerá, liberando humedad del aire (punto 5) en la cantidad de (d 4 -d 5) g / kg. El secado al aire se basa en este fenómeno. En condiciones reales, el proceso no llega a \u003d 100%, y la humedad relativa final depende del valor inicial. Según el profesor Kokorin O. Ya. para enfriadores de aire de superficie:
max \u003d 88% en el arranque inicial \u003d 45%
max \u003d 92% con un 45% inicial< нач 70%
max \u003d 98% con arranque inicial\u003e 70%.
En el diagrama I-d, el proceso de enfriamiento y secado se indica mediante una línea recta que conecta los puntos 1 y 5.
Sin embargo, reunirse con \u003d 100% de la línea de enfriamiento en d \u003d const tiene su propio nombre: es el punto de rocío. La posición de este punto puede determinar fácilmente la temperatura del punto de rocío.
Proceso isotérmico t \u003d const (línea 1-6 en la Figura 1.1). Todos los parámetros están aumentando. También aumentan el calor, el contenido de humedad y la humedad relativa. En condiciones reales, se trata de la humidificación del aire con vapor. La pequeña cantidad de calor sensible que introduce el vapor generalmente no se tiene en cuenta al diseñar un proceso, porque es insignificante. Sin embargo, dicha humidificación consume mucha energía.
Proceso adiabático I \u003d constante (línea 1-7 en la figura 1.1). La temperatura del aire disminuye, el contenido de humedad y la humedad relativa aumentan. El proceso se realiza en contacto directo del aire con el agua, pasando por la boquilla irrigada o por la cámara de la boquilla.
A una profundidad de la boquilla irrigada de 100 mm, es posible obtener aire con una humedad relativa del 45% con una humedad inicial del 10%, una boquilla con una profundidad de 200 mm da \u003d 70% y 300 mm - \u003d 90% (según los datos de las cámaras de bloque de humidificación celular VEZA). Al pasar a través de la cámara de boquillas, el aire se humidifica a un valor de \u003d 90 - 95%, pero con un consumo de energía significativamente mayor para rociar agua que en boquillas irrigadas.
Continuando con la línea I \u003d constante hasta \u003d 100%, obtenemos el punto (y la temperatura) del termómetro húmedo, este es el punto de equilibrio cuando el aire entra en contacto con el agua.
Sin embargo, en los dispositivos en los que se produce el contacto del aire con el agua, especialmente en el ciclo adiabático, puede surgir una flora patógena y, por lo tanto, dichos dispositivos están prohibidos para su uso en varias industrias médicas y alimentarias.
En países con climas cálidos y secos, los dispositivos basados \u200b\u200ben humidificación adiabática son muy comunes. Por ejemplo, en Bagdad, a una temperatura diurna en junio-julio de 46 ° C y una humedad relativa del 10%, un enfriador de este tipo puede reducir la temperatura del aire de suministro a 23 ° C y, con 10-20 veces de intercambio de aire en la habitación, alcanzar una temperatura interna de 26 ° C y una humedad relativa del 60-70%.
Con la metodología existente para la construcción de procesos en el diagrama I-d de aire húmedo, los nombres de los puntos de referencia recibieron la siguiente abreviatura:
H - punto del aire exterior;
B - punto de aire interno;
K - punto después de calentar el aire en el calentador;
P - punto de suministro de aire;
Y - punto de aire extraído de la habitación;
О - punto de aire enfriado;
C es el punto de una mezcla de aire de dos parámetros y masas diferentes;
TP - punto de rocío;
TM es el punto del termómetro húmedo, que acompañará a todas las construcciones posteriores.
Al mezclar aire de dos parámetros, la línea de mezcla irá a lo largo de una línea recta que conecta estos parámetros, y el punto de la mezcla estará a una distancia inversamente proporcional a las masas del aire mezclado.
KJ / kg, (1,10)
G / kg. (1,11)
Con la liberación simultánea de exceso de calor y humedad en la habitación, lo que generalmente ocurre cuando hay personas en la habitación, el aire se calentará y humidificará a lo largo de una línea llamada pendiente (o haz de proceso, o relación calor-humedad) e:
KJ / kgN 2 O, (1,12)
donde? Q n - cantidad total de calor total, kJ / h;
W es la cantidad total de humedad, kg / h.
¿Cuándo? Q n \u003d 0 e \u003d 0.
¿Cuándo? W \u003d 0 e\u003e? (Figura 1.2)
Así, el diagrama I-d en relación al aire interno (o hacia otro punto) se divide en cuatro cuadrantes:
Es decir, de? a 0 es calentamiento y humidificación;
IIе de 0 a -? - enfriamiento y humidificación;
IIIе de -? a 0 - enfriamiento y secado;
IVе de 0 a? - calefacción y secado - no se utiliza en ventilación y aire acondicionado.
Para trazar con precisión el haz de proceso en el diagrama Id, debe tomar el valor de e en kJ / gH 2 O y graficar el contenido de humedad d \u003d 1, o 10 g en el eje, y en el eje el contenido de calor en kJ / kg correspondiente a ey conectar el punto resultante con el punto 0 ID de gráfico.
Los procesos que no son básicos se denominan politrópicos.
El proceso isotérmico t \u003d const se caracteriza por el valor e \u003d 2530 kJ / kg.
Figura 1.1
Figura 1.2 Diagrama I-d de aire húmedo. Procesos principales
Figura: 1. Visualización de los procesos de tratamiento del aire en el diagrama d-h
Figura: 2. La imagen del diagrama d-h de los parámetros del aire acondicionado
Términos y definiciones básicos
El aire atmosférico es una mezcla no estratificada de gases (N2, O2, Ar, CO2, etc.), que se denomina aire seco y vapor de agua. La condición del aire se caracteriza por: temperatura t [° C] o T [K], presión barométrica pb [Pa], trabajo absoluto \u003d pb + 1 [bar] o ppar parcial, densidad ρ [kg / m3], entalpía específica (contenido de calor) h [kJ / kg]. El estado de humedad en el aire atmosférico se caracteriza por una humedad absoluta D [kg], relative [%] relativo o contenido de humedad d [g / kg]. Presión aire atmosférico рб es la suma de las presiones parciales de aire seco рс y vapor de agua рп (ley de Dalton):
rb \u003d pc + pn. (1)
Si los gases se pueden mezclar en cualquier cantidad, entonces el aire solo puede contener una cierta cantidad de vapor de agua, porque la presión parcial de los vapores de agua рпв en la mezcla no puede ser mayor que la presión de saturación parcial рн de estos vapores a una temperatura dada. La existencia de la presión de saturación parcial limitante se manifiesta en el hecho de que todo el exceso de vapor de agua en exceso de esta cantidad se condensa.
En este caso, la humedad puede caer en forma de gotas de agua, cristales de hielo, niebla o escarcha. El contenido de humedad más bajo en el aire se puede reducir a cero (a bajas temperaturas) y el más alto, alrededor del 3% en masa o 4% en volumen. Humedad absoluta D - la cantidad de vapor [kg] contenida en un metro cúbico de aire húmedo:
donde Мп - masa de vapor, kg; L es el volumen de aire húmedo, m3 En cálculos prácticos, la unidad de medida que caracteriza el contenido de vapor en el aire húmedo se toma como el contenido de humedad. Contenido de humedad del aire húmedo d - la cantidad de vapor contenida en el volumen de aire húmedo, que consiste en 1 kg de aire seco y Mw [g] vapor:
d \u003d 1000 (MP / Mc), (3)
donde Мc es la masa de la parte seca del aire húmedo, kg. La humedad relativa ϕ o el grado de humedad, o índice higrométrico, es la relación entre la presión parcial del vapor de agua y la presión parcial del vapor saturado, expresada como porcentaje:
ϕ \u003d (pn / pn) 100% ≈ (d / dp) 100%. (4)
La humedad relativa se puede determinar midiendo la tasa de evaporación del agua. Naturalmente, cuanto menor sea la humedad, más activa será la evaporación de la humedad. Si el termómetro está envuelto en un paño húmedo, la lectura del termómetro disminuirá en relación con el termómetro seco. La diferencia entre las lecturas de las temperaturas de los termómetros secos y húmedos dan un cierto valor del grado de humedad del aire atmosférico.
La capacidad calorífica específica del aire c es la cantidad de calor necesaria para calentar 1 kg de aire por 1 K.La capacidad calorífica específica del aire seco a presión constante depende de la temperatura, sin embargo, para cálculos prácticos de los sistemas SCR, la capacidad calorífica específica del aire seco y húmedo es:
c.c.w \u003d 1 kJ / (kg⋅K) \u003d 0,24 kcal / (kg⋅K) \u003d 0,28 W / (kg⋅K), (5)
La capacidad calorífica específica del vapor de agua cp se toma igual a:
cn \u003d 1,86 kJ / (kg⋅K) \u003d 0,44 kcal / (kg⋅K) \u003d 0,52 W / (kg⋅K), (6)
Calor seco o sensible: calor que se agrega o elimina del aire sin cambios estado agregado vapor (cambios de temperatura). El calor latente es el calor que va a cambiar el estado agregado del vapor sin cambiar la temperatura (por ejemplo, el secado). La entalpía (contenido de calor) del aire húmedo hv.v es la cantidad de calor contenida en el volumen de aire húmedo, cuya parte seca pesa 1 kg.
De lo contrario, esta es la cantidad de calor necesaria para calentar de cero a una temperatura determinada tal cantidad de aire, cuya parte seca es de 1 kg. Por lo general, tome la entalpía específica del aire h \u003d 0 a la temperatura del aire t \u003d 0 y el contenido de humedad d \u003d 0. La entalpía del aire seco hc.w es igual a:
hc.w \u003d ct \u003d 1.006t [kJ / kg], (7)
donde c es la capacidad calorífica específica del aire, kJ / (kg⋅K). La entalpía de 1 kg de vapor de agua es:
hv.p \u003d 2500 + 1,86t [kJ / kg], (8)
donde 2500 es el calor latente de evaporación de 1 kg de agua a una temperatura de cero grados, kJ / kg; 1,86 - capacidad calorífica del vapor de agua, kJ / (kg⋅K). A la temperatura del aire húmedo t y el contenido de humedad d, la entalpía del aire húmedo es:
hv.w \u003d 1.006t + (2500 + 1.86t) × (d / 1000) [kJ / kg], donde d \u003d (ϕ / 1000) dn [g / kg], (9)
La capacidad de calefacción y refrigeración Q del sistema de aire acondicionado se puede determinar mediante la fórmula:
Q \u003d m (h2 - h1) [kJ / h], (10)
donde m es el consumo de aire, kg; h1, h2 - entalpía inicial y final del aire. Si el aire húmedo se enfría con un contenido de humedad constante, la entalpía y la temperatura disminuirán y la humedad relativa aumentará. Llegará un momento en que el aire se saturará y su humedad relativa será del 100%. En este caso, la humedad comenzará a evaporarse del aire en forma de condensación de vapor de rocío.
Esta temperatura se llama punto de rocío. La temperatura del punto de rocío para varias temperaturas del aire seco y humedad relativa se da en la tabla. 1. El punto de rocío es el límite del posible enfriamiento del aire húmedo con un contenido de humedad constante. Para determinar el punto de rocío, es necesario encontrar una temperatura a la cual el contenido de humedad del aire d sea igual a su capacidad de humedad d.
Construcción gráfica de procesos de tratamiento de aire
Para facilitar los cálculos, la ecuación para el contenido de calor del aire húmedo se presenta en forma de un gráfico llamado diagrama d-h (en la literatura técnica, a veces se usa el término diagrama i-d). En 1918, el profesor de la Universidad de San Petersburgo L.K. Ramzin propuso un diagrama d-h, que refleja inequívocamente la relación entre los parámetros del aire húmedo t, d, h, ϕ a una determinada presión atmosférica pb.
Con la ayuda del diagrama d-h, el método gráfico se usa simplemente para resolver problemas, cuya solución de manera analítica requiere cálculos simples pero minuciosos. En la literatura técnica, hay varias interpretaciones de este diagrama, que tienen pequeñas diferencias con el diagrama d-h de Ramzin.
Estos son, por ejemplo, un gráfico de Mollier, un gráfico de Carrier publicado por la Sociedad Estadounidense de Calefacción, Refrigeración y Aire Acondicionado (ASHRAE), un gráfico de la Asociación Francesa de Ingenieros de Clima, Ventilación y Refrigeración (AICVF). El último diagrama es muy preciso, se imprimió en tres colores.
Sin embargo, en nuestro país, el diagrama de Ramzin, por regla general, estaba muy extendido y se utiliza actualmente. Está disponible en muchos libros de texto y es utilizado por organizaciones de diseño. Por lo tanto, lo hemos tomado como base (Fig. 1) Este diagrama d-h de Ramzin está construido en un sistema de coordenadas oblicuas. La ordenada es la entalpía h, y la abscisa, ubicada en un ángulo de 135 ° con la ordenada, es el contenido de humedad d. El origen (punto 0) corresponde a los valores h \u003d d \u003d 0.
Por debajo del punto 0, se grafican los valores negativos de entalpía, por encima de los positivos. En la cuadrícula obtenida de esta manera, se trazan líneas de isotermas t \u003d const, líneas de humedad relativa constante ϕ \u003d const, presión parcial de vapor de agua y contenido de humedad. La curva inferior ϕ \u003d 100% caracteriza el estado saturado del aire y se denomina curva límite. Cuando la presión barométrica aumenta, la línea de saturación se desplaza hacia arriba y cuando la presión disminuye, se mueve hacia abajo.
Entonces, al realizar cálculos para SLE ubicado en el área de Kiev, es necesario usar un diagrama con presión barométrica pb \u003d 745 mm Hg. Arte. \u003d 99 kPa. En el diagrama d-h, el área ubicada sobre la curva límite (ϕ \u003d 100%) es el área de vapor insaturado y el área debajo de la curva límite es el aire húmedo sobresaturado.
En esta área, el aire saturado contiene humedad en fase líquida o sólida. Como regla general, este estado del aire es inestable, por lo tanto, los procesos en él no se consideran en el diagrama d-h. En el diagrama d-h, cada punto por encima de la curva límite refleja un cierto estado del aire (temperatura, contenido de humedad, humedad relativa, entalpía, presión parcial de vapor de agua).
Si el aire experimenta un proceso termodinámico, entonces su transición de un estado (punto A) a otro (punto B) corresponde al diagrama d-h de la línea AB. En general, esta es una línea curva. Sin embargo, solo nos interesan los estados inicial y final del aire, y los intermedios no importan, por lo que la línea se puede representar como una línea recta que conecta los estados inicial y final del aire.
Para determinar en el diagrama d-h un punto correspondiente a un cierto estado del aire, basta con conocer dos parámetros independientes entre sí. El punto deseado está en la intersección de las líneas correspondientes a estos parámetros. Dibujando perpendiculares a las líneas en las que se establecen otros parámetros, determine sus valores. La temperatura del punto de rocío también se determina en el diagrama d-h.
Dado que la temperatura del punto de rocío es la temperatura más baja a la que se puede enfriar el aire con un contenido de humedad constante, para encontrar el punto de rocío es suficiente trazar una línea d \u003d constante hasta que se cruce con la curva ϕ \u003d 100%. El punto de intersección de estas líneas es el punto de rocío y la temperatura correspondiente es la temperatura del punto de rocío. Usando el diagrama d-h, puede determinar la temperatura del aire usando un bulbo húmedo.
Para hacer esto, desde un punto con parámetros de aire dados, dibujamos un isenthalp (h \u003d const) hasta la intersección con la línea ϕ \u003d 100%. La temperatura correspondiente al punto de intersección de estas líneas es la temperatura del bulbo húmedo. La documentación técnica de los acondicionadores de aire estipula las condiciones en las que se realizaron las mediciones de la capacidad frigorífica nominal. Normalmente, esta es la temperatura de bulbo húmedo y bulbo seco correspondiente al 50% de humedad relativa.
Proceso de calentamiento de aire
Cuando se calienta el aire, la línea del proceso termodinámico pasa a lo largo de una línea recta A-B con un contenido de humedad constante (d \u003d const). La temperatura y la entalpía del aire aumentan, mientras que la humedad relativa disminuye. El consumo de calor para calentar el aire es igual a la diferencia entre las entalpías de los estados final e inicial del aire.
Proceso de enfriamiento por aire
El proceso de enfriamiento del aire en el diagrama d-h se refleja en una línea recta dirigida verticalmente hacia abajo (línea recta A-C). El cálculo se realiza de la misma forma que el proceso de calentamiento. Sin embargo, si la línea de enfriamiento va por debajo de la línea de saturación, entonces el proceso de enfriamiento continuará a lo largo de la línea recta А-С y más adelante a lo largo de la línea ϕ \u003d 100% desde el punto C1 al punto C2. Parámetros del punto C2: d \u003d 4.0 g / kg, t \u003d 0.5 ° C.
Proceso de deshumidificación de aire húmedo
La deshumidificación del aire húmedo con absorbentes sin cambiar el contenido de calor (sin remover y suministrar calor) ocurre a lo largo de una línea recta h \u003d const, es decir, a lo largo de recto A-Ddirigido hacia arriba y hacia la izquierda (línea recta A-D1). Al mismo tiempo, el contenido de humedad y la humedad relativa disminuyen y la temperatura del aire aumenta, porque en el proceso de absorción, la condensación del vapor en la superficie del absorbente y el calor latente liberado del vapor se convierte en calor sensible. El límite de este proceso es el punto de intersección de la recta h \u003d constante con la ordenada d \u003d 0 (punto D1). El aire en este punto está completamente libre de humedad.
Humidificación adiabática y refrigeración por aire.
Humidificación y enfriamiento adiabáticos (sin intercambio de calor c ambiente externo) en el diagrama d-h desde el estado inicial (punto N) se refleja mediante una línea recta dirigida hacia abajo a lo largo de h \u003d const (punto K). El proceso ocurre cuando el aire entra en contacto con el agua, que circula constantemente en un ciclo inverso. Al mismo tiempo, la temperatura del aire desciende, el contenido de humedad y la humedad relativa aumentan.
El límite del proceso es el punto en la curva ϕ \u003d 100%, que es la temperatura de bulbo húmedo. Al mismo tiempo, el agua en recirculación debe adquirir la misma temperatura. Sin embargo, en SCR real con procesos adiabáticos de enfriamiento y humidificación del aire, el punto ϕ \u003d 100% no se alcanza de alguna manera.
Mezcla de aire con diferentes parámetros.
En el diagrama d-h, los parámetros del aire mezclado (con parámetros correspondientes a los puntos (X e Y) se pueden obtener de la siguiente manera. Conectamos los puntos X e Y con una línea recta. Los parámetros del aire mezclado se encuentran en esta línea recta, y el punto Z lo divide en segmentos inversamente proporcionales a la masa de aire. cada una de las partes constituyentes. Si designamos la proporción de la mezcla n \u003d Gx / Gy, entonces en recto X-Y Hallar el punto Z, es necesario dividir la recta X-Y en el número de partes n + 1 y desde el punto X poner un segmento igual a una parte.
El punto de la mezcla siempre estará más cerca de los parámetros del aire, cuya parte seca tiene una gran masa. Al mezclar dos volúmenes de aire insaturado con estados correspondientes a los puntos X1 e Y1, puede suceder que la línea recta X1-Y1 cruce la curva de saturación ϕ \u003d 100% y el punto Z1 esté en la región de empañamiento. Esta posición del punto de mezcla Z2 muestra que como resultado de la mezcla, la humedad caerá del aire.
En este caso, el punto de la mezcla Z1 pasará a un estado más estable en la curva de saturación ϕ \u003d 100% al punto Z2 a lo largo de la isenthalp. Al mismo tiempo, caen dZ1 - dZ2 gramos de humedad por cada kilogramo de mezcla.
Pendiente en el diagrama d-h
Actitud:
ε \u003d (h2 - h1) / (d2 - d1) \u003d Δh / Δd (11)
determina de forma única la naturaleza del proceso de cambio de aire húmedo. Además, los valores de las cantidades Δh y Δd pueden tener el signo "+" o "-", o pueden ser iguales a cero. El valor de ε se denomina relación térmica-humedad del proceso de cambio de aire húmedo, y cuando el proceso se muestra con un rayo en el diagrama d-h, es la pendiente:
ε \u003d 1000 (Δh / Δd) \u003d ± (Qsub / MV), kJ / kg,(12)
Por tanto, la pendiente es igual a la relación entre el exceso de calor y la masa de humedad liberada. La pendiente está representada por segmentos de rayos en el marco del campo del diagrama d-h (escala de pendientes). Entonces, para determinar la pendiente proceso X-Z es necesario desde el punto 0 (en la escala de temperatura) trazar una línea recta paralela del proceso X-Z a la escala de pendiente. En este caso línea O-N indicará la pendiente igual a 9000 kJ / kg.
Modelo termodinámico de SCR
El proceso de preparar aire antes de suministrarlo a una habitación acondicionada es un conjunto de operaciones tecnológicas y se denomina tecnología de aire acondicionado. La tecnología de tratamiento de calor y humedad del aire acondicionado está determinada por los parámetros iniciales del aire suministrado al aire acondicionado y los parámetros requeridos (establecidos) del aire en la habitación.
Para seleccionar los métodos de tratamiento del aire, se construye un diagrama d-h, que permite, dados ciertos datos iniciales, encontrar una tecnología que asegure la recepción de los parámetros de aire especificados en la sala de servicio con un consumo mínimo de energía, agua, aire, etc. La representación gráfica de los procesos de manejo de aire en un diagrama d-h se denomina modelo termodinámico de un sistema de aire acondicionado (TDM).
Los parámetros del aire exterior suministrado al acondicionador de aire para su posterior procesamiento cambian en un amplio rango durante el año y el día. Por tanto, podemos hablar del aire exterior como una función multidimensional Xn \u003d xn (t). En consecuencia, el conjunto de parámetros del aire de suministro es una función multidimensional Xпр \u003d хпр (t), y en la sala tripulada Xпом \u003d хпом (t) (parámetros en el área de trabajo).
Un proceso tecnológico es una descripción analítica o gráfica del proceso de movimiento de una función multidimensional Xn a Xпр y posteriormente a Xпом. Nótese que el estado variable del sistema x (ϕ) se entiende como los indicadores generalizados del sistema en diferentes puntos del espacio y en diferentes momentos. El modelo termodinámico del movimiento de la función Xn a Xnom se basa en el diagrama d-h, y luego se determinan el algoritmo de procesamiento del aire, el equipo necesario y el método para la regulación automática de los parámetros del aire.
La construcción de un TDM comienza dibujando en el diagrama d-h del estado del aire exterior de un punto geográfico dado. El área estimada de posibles condiciones del aire exterior se toma de acuerdo con SNiP 2.04.05-91 (parámetros B). El límite superior es la isoterma tl e isenthalp hl (parámetros limitantes de la estación cálida). El límite inferior es la isoterma tm e isenthalp hm (parámetros limitantes de los períodos fríos y de transición del año).
Los valores límite de la humedad relativa del aire exterior se toman en base a los resultados de las observaciones meteorológicas. En ausencia de datos, se asume el rango de 20 a 100%, por lo que la función multivariante de los posibles parámetros del aire exterior se encierra en el polígono abcdefg (Fig. 2). Luego, el valor requerido (calculado) de la condición del aire en la habitación o en el área de trabajo se aplica al diagrama d-h.
Puede ser un punto (aire acondicionado de precisión) o un área de trabajo P1P2P3P4 (aire acondicionado de confort). A continuación, se determina la pendiente del cambio en los parámetros del aire en la habitación ε y se trazan las líneas de proceso a través de los puntos límite del área de trabajo. En ausencia de datos sobre el proceso de calor y humedad en la habitación, es aproximadamente posible tomar kJ / kg: empresas comerciales y abastecimiento - 8500-10000; auditorios: 8500-10000; apartamentos: 15.000-17.000; espacio de oficina - 17000-20000.
Después de eso, se construye una zona de parámetros de suministro de aire. Para hacer esto, en las líneas ε dibujadas desde los puntos límite de la zona Р1Р2Р3Р4, se colocan los segmentos correspondientes a la diferencia de temperatura calculada:
Δt \u003d tpom - tpr, (13)
donde tpr es la temperatura de diseño del aire de suministro. La solución del problema se reduce a la transferencia de parámetros de aire de la función multidimensional Xn a la función Xnom. El valor Δt se toma de acuerdo con los estándares o se calcula en base a los parámetros del sistema de refrigeración. Por ejemplo, cuando se utiliza agua como refrigerante, la temperatura final del agua en la cámara de riego tw será:
tw \u003d t2 + Δt1 + Δt2 + Δt3, (14)
donde t1 es la temperatura del agua en la salida del enfriador (5-7 ° C); Δt1 - aumento de la temperatura del agua en la tubería desde el enfriador hasta el intercambiador de calor de agua del aire acondicionado (1 ° C); Δt2 - calentamiento de agua en la cámara de riego (2-3 ° С); Δt3 - calentamiento del agua debido al coeficiente de derivación (1 ° С). Por lo tanto, la temperatura del agua en contacto con el aire será tw \u003d 9-12 ° С. En la práctica, la humedad del aire no alcanza más de ϕ \u003d 95%, lo que aumenta tw a 10-13 ° C. La temperatura del aire de suministro será:
tw \u003d t2 + Δt2 + Δt3 + Δt4, (15)
donde Δt4 es el calentamiento del aire en el ventilador (1-2 ° С); Δt5 - calentar el aire en el conducto de aire de suministro (1-2 ° C). Por lo tanto, la temperatura del aire de suministro será de 12-17 ° C. La diferencia de temperatura permitida entre el escape y el aire de suministro Δt para locales industriales es de 6-9 ° C, para áreas de ventas - 4-10 ° C, y con una altura de habitación de más de 3 m - 12-14 ° C.
En general, los parámetros del aire extraído de la habitación difieren de los parámetros del aire en el área de trabajo. La diferencia entre ellos depende de la forma en que se suministra aire a la habitación, la altura de la habitación, la tasa de intercambio de aire y otros factores. Las zonas Y, P y P en el diagrama d-h tienen la misma forma y están ubicadas a lo largo de la línea ε a distancias correspondientes a las diferencias de temperatura: Δt1 \u003d tpom - tpr y Δt2 \u003d tsp - tpom. La relación entre tпр, tпом yt se estima mediante el coeficiente:
m1 \u003d (tpom - tpr) / (tsp - tpr) \u003d (hsp - hpr) / (hsp - hpr),(16)
Por lo tanto, el proceso de aire acondicionado se reduce a llevar el conjunto de parámetros del aire exterior (polígono abcdef) al conjunto permitido de parámetros del aire de suministro (polígono P1P2P3P4). gráficos d-h, diferentes opciones que se puede encontrar en Internet.
Uno de los diagramas comunes es el diagrama desarrollado por Daichi (Moscú), www.daichi.ru. Con este diagrama, puede encontrar los parámetros del aire húmedo a diferentes presiones barométricas, construir líneas de proceso, determinar los parámetros de una mezcla de dos corrientes de aire, etc. discutido en números posteriores de nuestra revista.
Charla SECADO.
El secado es el proceso de eliminar la humedad de los sólidos al evaporarla y eliminar el vapor resultante.
El secado por calor suele ir precedido de métodos mecánicos de eliminación de la humedad (prensado, sedimentación, filtración, centrifugación).
En todos los casos, el secado en forma de vapores elimina un componente altamente volátil (agua, solvente orgánico, etc.)
En esencia física, el secado es un proceso de calor conjunto, transferencia de masa y se reduce al movimiento de la humedad bajo la influencia del calor desde la profundidad del material que se seca hasta su superficie y su posterior evaporación. Durante el proceso de secado, el cuerpo húmedo tiende a un estado de equilibrio con el entorno, por tanto, su temperatura y contenido de humedad en el caso general es función del tiempo y las coordenadas.
En la práctica, el concepto se utiliza humedad v, que se define como:
(5.2)
Si entonces entonces
El método de suministro de calor se distingue por:
Secado por convección realizado por contacto directo del material y el agente secante;
Secado por contacto (conductivo), el calor se transfiere al material a través de la pared que los separa;
Secado por radiación: transfiriendo calor mediante radiación infrarroja;
Secado por congelación, en el que se elimina la humedad del material en estado congelado (generalmente al vacío);
Secado dieléctrico, en el que el material se seca en el campo de corrientes de alta frecuencia.
Con cualquier método de secado, el material está en contacto con aire húmedo. En la mayoría de los casos, el agua se elimina del material, por lo que generalmente se considera un sistema de vapor de agua seco.
Parámetros de aire húmedo.
Una mezcla de aire seco con vapor de agua es aire húmedo. Parámetros de aire húmedo:
Humedad relativa y absoluta;
Capacidad calorífica y entalpía.
Aire húmedo, con pequeñas PAG y T, puede considerarse una mezcla binaria de gases ideales: aire seco y vapor de agua. Luego, de acuerdo con la ley de Dalton, puede escribir:
(5.3)
dónde PAG - presión de la mezcla vapor-gas , p c г- presión parcial de aire seco, - presión parcial de vapor de agua.
Vapor libre o sobrecalentado - dado T y P no se condensa. El contenido máximo de vapor posible en el gas, por encima del cual se observa condensación, corresponde a las condiciones de saturación en un cierto Ty presión parcial .
Distinga entre la humedad relativa absoluta y el contenido de humedad del aire.
Humedad absoluta ¿Es la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire húmedo? (kg / m 3)... El concepto de humedad absoluta coincide con el concepto de densidad de vapor a temperatura T y presión parcial .
Humedad relativaes la relación entre la cantidad de vapor de agua en el aire y el máximo posible, en las condiciones dadas, o la relación entre la densidad del vapor en las condiciones dadas y la densidad del vapor saturado en las mismas condiciones:
Según la ecuación de estado del gas ideal de Mendeleev - Cliperon para vapor en estado libre y saturado, tenemos:
y 
(5.5)
Aquí M p es la masa de un mol de vapor en kg, R es la constante de gas.
Teniendo en cuenta (5.5), la ecuación (5.4) toma la forma:
La humedad relativa determina la capacidad de retención de humedad del agente secante (aire).
aquí G P - masa (caudal másico) de vapor, L - masa (caudal másico) de gas absolutamente seco. Expresemos las cantidades G П y L mediante la ecuación de estado de un gas ideal:
, 
Entonces la relación (5.7) se transforma a la forma:
(5.8)
Masa de 1 mol de aire seco en kg.
Introduciendo 
y dado 
obtenemos:
(5.9)
Para el sistema aire-vapor de agua 
, 
... Entonces tenemos:
(5.10)
Entonces, se ha establecido una relación entre el contenido de humedad x y la humedad relativa φ del aire.
Calor especifico El gas húmedo se toma como valor aditivo de las capacidades caloríficas del gas seco y del vapor.
Calor específico de gas húmedo c, referido a 1 kg de gas seco (aire):
(5.11)
donde está el calor específico del gas seco, el calor específico del vapor.
Calor específico referido a 1 kg mezcla de vapor y gas:
(5.12)
Al calcular, generalmente use desde.
Entalpía específica del aire húmedo Н se refiere a 1 kg de aire absolutamente seco y se determina a una temperatura del aire dada T como la suma de las entalpías del aire absolutamente seco y el vapor de agua:
(5.13)
La entalpía específica del vapor sobrecalentado se determina mediante la siguiente expresión.
Como es sabido, aire seco (CB) consta de 78% de nitrógeno, 21% de oxígeno y aproximadamente 1% de dióxido de carbono, gases inertes y otros. Si hay en el aire, ese aire se llama aire húmedo (CAMA Y DESAYUNO). Teniendo en cuenta que durante la ventilación de las instalaciones, la composición de la parte seca del aire prácticamente no cambia, y solo la cantidad de humedad puede cambiar, es habitual considerar los explosivos en la ventilación como una mezcla binaria que consta de solo dos componentes: SV y vapor de agua (VP). Aunque todas las leyes de los gases son aplicables a esta mezcla, sin embargo, con ventilación, se puede suponer con suficiente precisión que el aire está bajo presión atmosférica casi todo el tiempo, ya que las presiones del ventilador son bastante pequeñas en comparación presión barométrica... Normal presión atmosférica es de 101,3 kPa, y las presiones desarrolladas por los ventiladores no suelen superar los 2 kPa. Por tanto, la calefacción y la ventilación del aire se producen a una presión constante.
De los parámetros termodinámicos de los explosivos, que se operan durante la ventilación, se puede distinguir siguiendo:
- densidad;
- capacidad calorífica;
- temperatura;
- contenido de humedad;
- presión parcial de vapor de agua;
- humedad relativa;
- temperatura de derretimiento;
- entalpía (contenido de calor);
- temperatura del bulbo húmedo.
Bajo la influencia de varios factores, puede cambiar sus parámetros. Si el aire atrapado en un cierto volumen (por ejemplo, una habitación) está en contacto con superficies calientes, calienta, es decir, su temperatura aumenta. En este caso, las capas adyacentes a superficies calientes se exponen directamente al calentamiento. Cambios debido al calentamiento, y esto conduce a la aparición corrientes convectivas: se produce un proceso de intercambio turbulento. Debido a la presencia de una mezcla turbulenta de aire en el proceso de formación de vórtices, las capas límite percibidas se transfieren gradualmente a capas más distantes, como resultado de lo cual todo el volumen de aire es de alguna manera realza tu temperatura.
A partir del ejemplo considerado, está claro que las capas cercanas a superficies calientes tendrán una temperatura más alta que las eliminadas. En otras palabras, la temperatura no es la misma en todo el volumen (y en ocasiones difiere bastante). Por lo tanto, la temperatura, como parámetro del aire, en cada punto tendrá su propio valor local individual. Sin embargo, es extremadamente difícil predecir la naturaleza de la distribución de las temperaturas locales sobre el volumen de la habitación, por lo tanto, en la mayoría de las situaciones, uno tiene que hablar de un cierto valor promedio de uno u otro parámetro del aire. Temperatura media se deriva de la suposición de que el calor percibido se distribuirá uniformemente sobre el volumen de aire, y la temperatura del aire en cada punto del espacio será la misma.
El tema de la distribución de la temperatura sobre la altura de la habitación se ha estudiado más o menos, sin embargo, incluso en este tema, el patrón de distribución puede variar mucho bajo la influencia de factores individuales: corrientes en chorro en la habitación, presencia de superficies protectoras de estructuras y equipos de edificios, temperatura y dimensiones de las fuentes de calor.
