Thí nghiệm quá trình thiết bị Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
I. TRÍCH YẾU:
1. Mục đích thí nghiệm:
Mục đích bài thí nghiệm: giúp sinh viên tìm hiểu bằng thực tế một số vấn đề cơ bản về lý
thuyết đã học trong môn học Nhiệt động lực học kỹ thuật. Từ đó giúp sinh viên có một
khái niệm chung về môn học, hiểu được vai trò và sự áp dụng của nó trong công nghiệp
và đời sống.
2. Kết quả thí nghiệm:
−
Xác đònh trạng thái không khí bằng cách xác đònh nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ
bầu ướt tại các vò trí : trước dàn lạnh, trước thiết bò sấy, trước vòi phun hơi, sau vòi phun
hơi. Từ đó biểu diễn lên giản đồ I-d các quá trình thay đổi trạng thái của không khí, xác
đònh enthalpy, độ ẩm và độ chứa hơi.
−
Tính toán cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm: xác đònh lưu lượng gió thổi
qua ống, xác đònh năng suất lạnh của giàn lạnh và phụ tải nhiệt của thiết bò sấy.
II. LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM :
1. Phân loại trạng thái không khí ẩm: Các loại không khí ẩm:
−
Không khí ẩm chưa bão hòa : là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước chứa trong đó
chưa đến mức tối đa. Không khí ẩm chưa bão hòa còn có khả năng chứa thêm hơi nước.
Trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa là hơi quá nhiệt. Phần áp suất
hơi nước trong không khí ẩm chưa bão hòa nhỏ hơn áp suất bão hòa của hơi nước ứng với
nhiệt độ không khí ẩm (P
h
< P
hs
).
−
Không khí ẩm bão hòa : là không khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa tới mức tối đa
tức là G

h
= G
hmax
. Trong không khí ẩm bão hòa trạng thái của hơi nước là hơi bão hòa khô,
như vậy phần áp suất của hơi nước trong không khí ẩm bão hòa bằng áp suất bão hòa của
hơi nước ứng với nhiệt độ không khí ẩm (P
h
= P
hs
).
−
Không khí ẩm quá bão hòa : là loại không khí ẩm mà lượng hơi nước đã chứa tới
mức tối đa và còn chứa thêm cả nước ngưng tụ. Nếu nhiệt độ thấp dưới 0
o
C sẽ có băng và
tuyết. Trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm quá bão hòa là hơi bão hòa ẩm.
Các thông số đặc trưng cho không khí ẩm
THÔNG
SỐ
KÝ
HIỆU
ĐƠN VỊ ĐỊNH NGHĨA
Độ ẩm
tương đối
ϕ
%
- Là tỷ số giữa lượng ẩm có trong không khí với lượng
ẩm tối đa có thể chứa được ở cùng nhiệt độ và áp suất.
%100%100
P

P
bh
h
bh
h
ρ
ρ
==ϕ
P
h
, P
bh
: áp suất hơi riêng phần và áp suất hơi bão hòa
của nước ở cùng nhiệt độ.
Hàm ẩm
(độ ẩm
tuyệt đối)
x (d,y) Kg ẩm/
kg
không
- Là lượng ẩm chứa trong 1 kg không khí khô.
bh
bh
h
h
kkk
h
PP
P
29

18
PP
P
M
M
x
ϕ−
ϕ
×=
−
×=
- 1 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
khí khô
Nhiệt
hàm
H (I)
KJ/ kg
không
khí khô
H = C
kkk
.t + (r + C
h
t).x = t + (2493 + 1,97t).x
C
kkk
= 1 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của kkk.
t (
o

C) : nhiệt độ của không khí
r = 2493 kJ/kg.độ : nhiệt hóa hơi của nước ở 0
o
C
C
h
= 1,97 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của hơi nước
Nhiệt độ
bầu khô
t (t
k
, τ)
o
C
- Xác đònh nhiệt độ của không khí bằng nhiệt kế thông
thường.
Nhiệt độ
bầu ướt
t
ư
o
C
- Khi cho nước bốc hơi đoạn nhiệt trong không khí ẩm,
nước bốc hơi thu nhiệt → nhiệt độ không khí giảm
xuống → giảm đến lúc nhiệt độ không thay đổi thì ta
gọi là nhiệt độ bầu ướt.
- Nó đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt để làm bốc hơi
ẩm của không khí.
Thế sấy
ε

o
C
- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng hút ẩm của
không khí.
ε = t
k
- t
ư
Nhiệt độ
điểm
sương
t
s
o
C
- Làm lạnh không khí ẩm ở x = const cho đến khi đạt
trạng thái bão hòa (ϕ = 1), xuất hiện sương thì ta gọi là
nhiệt độ điểm sương. Đó là nhiệt độ giới hạn của việc
làm lạnh không khí ở x = const.
2. Phân loại trạng thái hơi nước :
−
Hơi nước bão hòa : Khi chất lỏng bay hơi ở nhiệt độ sôi tạo nên một áp suất hơi
trên bề mặt chất lỏng, áp suất này tăng dần cho đến một giá trò xác đònh P
bh
. Lúc này có
sự cân bằng động: bao nhiêu lỏng bốc hơi sẽ có bấy nhiêu lỏng ngưng tụ. Ta nói: hơi nước
đạt trạng thái bão hoà.
−
Hơi quá nhiệt : là hơi nước bão hòa được gia nhiệt làm tăng nhiệt độ nhưng áp suất
hơi không đổi.

III. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM:
1. Dụng cu,ï thiết bò thí nghiệm:
−
Mô hình thí nghiệm:
Sơ đồ nguyên lý của mô hình thí nghiệm được biểu diễn trên hình 1. Nó là một ống khí
động, trong đó không khí được thổi qua từ đầu này đến đầu kia của ống và lần lượt được
làm lạnh bằng dàn bốc hơi của máy lạnh, sấy nóng bằng điện trở và làm ẩm bằng cách
phun hơi nước từ một bình tạo hơi.
−
Mô tả sơ đồ:
Không khí nhờ quạt gió (có cửa điều chỉnh lưu lượng) 1 thổi qua ống khí động 2, lần lượt
được làm lạnh trong giàn lạnh 4, sau đó được sấy nóng bằng điện trở trong thiết bò sấy 5,
sau đó được làm ẩm bằng vòi phun hơi 6 và được thổi ra ngoài. Ở các vò trí trước và sau
mỗi thiết bò nằm trong ống khí động đều có đặt các nhiệt kế bầu khô 7 và các nhiệt kế
bầu ướt 8 để đo nhiệt độ và độ ẩm của không khí. Tại đầu ra của ống khí động có đặt
- 2 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
đồng hồ đo vận tốc gió 9 để xác đònh lưu lượng gió thổi qua ống. Phía dưới giàn lạnh 4 có
đặt dụng cụ đo thể tích nhằm xác đònh lưu lượng nước ngưng tụ từ không khí bò làm lạnh.
1. Quạt gió
3. Máy lạnh
5. Thiết bò sấy nóng không khí bằng điện trở
7. Nhiệt kế bầu khô
9. Đồng hồ đo vận tốc gió
Hình 1:

Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học
2. Ống khí động
4. Dàn lạnh
6. Vòi phun hơi

8. Nhiệt kế bầu ướt
1
4
2
87 7 8
3
5
7 8 7 8
6
9
Hình 1 : Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học
1. Quạt gió 2. Ống khí động
3. Máy lạnh 4. Dàn lạnh
5. Thiết bò sấy nóng không khí bằng điện trở 6. Vòi phun hơi
7. Nhiệt kế bầu khô 8. Nhiệt kế bầu ướt
9. Đồng hồ đo vận tốc gió
2. Phương pháp thí nghiệm: Các công việc phải thực hiện:
• Xác đònh trạng thái không khí bao gồm: nhiệt độ, độ ẩm của không khí tại các vò
trí trước giàn lạnh 4 (cũng chính là trạng thái của không khí ở môi trường xung
quanh), trước thiết bò sấy nóng không khí 5 (sau giàn lạnh 4), trước vòi phun hơi 6
và sau dàn phun hơi (thải ra ngoài trời). Từ các số liệu đo được, sinh viên phải vẽ
các quá trình thay đổi trang thái của không khí trên giản đồ i - d và trên cơ sở đó
sinh viên phải xác đònh enthalpy và độ chứa hơi của không khí tại các vò trí nói
trên.
• Tính toán cân bằng nhiệt của ống khí động bao gồm các công việc như : xác đònh
lưu lượng gió thổi qua ống, xác đònh năng suất lạnh của giàn lạnh và phụ tải nhiệt
của thiết bò sấy.
Quy trình vận hành:
−
Bật công tắc tổng, kiểm tra đèn báo đủ ba pha trên tủ điện.

−
Bật quạt thổi khí, điều chỉnh lưu lượng không khí bằng cách đóng/ mở cửa gió.
−
Bật công tắc máy lạnh.
−
Bật công tắc điện trở gia nhiệt (sử dụng một điện trở hay cả hai điện trở).
- 3 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
−
Bật nút điều khiển bình hơi (ON) cho hơi bão hoà. Theo dõi nhiệt độ và áp suất tại
bình hơi. Nếu áp suất đạt 1,5 kg/cm
2
thì bắt đầu mở van phun hơi.
−
Sau khi mở van phun hơi, để hệ thống chạy khoảng 15 giây nhằm đạt độ ổn đònh.
Lần lượt đo nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt tại các vò trí. Dùng ống đong và thì kế
đo lưu lượng nước ngưng phía sau dàn lạnh.
−
Bật nút điều khiển bình hơi (ON) cho hơi quá nhiệt. Để hệ thống tiếp tục chạy
khoảng 5 phút nhằm đạt ổn đònh rồi cũng tiến hành đo như trên.
−
Thay đổi chế độ hoạt động khác bằng cách thay đổi vò trí cửa gió, tăng hoặc giảm
điện trở, tăng hoặc giảm lượng hơi phun vào.
Chú ý:
Mực nước trong bình hơi được kiểm tra sau mỗi thí nghiệm (tắt điện trở) bằng cách
đóng mở van thông giữa bình hơi và bình chứa nước để cấp thêm nước cho bình hơi. Mực
nước cấp ngang với nhiệt kế hơi bão hòa.
IV. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM :
Bảng 1: Số liệu thô
Vận tốc

gió tại
đầu ra
của ống
khí động
v (m/s)
Trạng thái hơi
Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4 Thể
tích
nước
ngưn
g
V
1
(ml)
Thời
gian
nước
ngưn
g
τ
1
(s)
Trước
dàn
lạnh
Trước
thiết bò
sấy
Trước
vòi

phun
hơi
Sau vòi
phun
hơi
t
k
t
ư
t
k
t
ư
t
k
t
ư
t
k
t
ư
2,73
Bão hòa
33 30 24 23 31 30 36 35 11 25
Quá nhiệt
34 31 26 24 35 33 38 36 11.5 25
2,3
Bão hòa
32 29 23 20 31 30 35 34 11 25
Quá nhiệt

34 31 26 23 35 32 37 36 12 25
1,7
Bão hòa
33 30 24 20 34 32 36 34 10 25
Quá nhiệt
33 31 25 22 34 32 38 36 10.5 25
Bảng 2: Các thông số của trạng thái hơi bão hoà v=2.73m/s
Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Trước dàn
lạnh
Trước thiết bò
sấy
Trước vòi
phun hơi
Sau vòi phun hơi
Nhiệt
độ t
t
k
33 24 31 36
t
ư
30 23 30 35
Độ ẩm tương
đối φ (%)
85 90 95 95
Enthalpy i
(kj/kg)
100.3 66.88 100.3 131.67
- 4 -

Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Độ chứa hơi d
(kg/kg)
0.026 0.0166 0.0266 0.037
- 5 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Bảng 3: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=2.73m/s
Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Trước dàn
lạnh
Trước thiết bò
sấy
Trước vòi
phun hơi
Sau vòi phun hơi
Nhiệt
độ t
t
k
34 26 35 38
t
ư
31 24 33 36
Độ ẩm tương
đối φ (%)
85 80 87 85
Enthalpy i
(kj/kg)
104.5 71.06 115.4 133.76
Độ chứa hơi d

(kg/kg)
0.0275 0.017 0.031 0.0367
- 6 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
- 7 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Bảng 4: Các thông số của trạng thái hơi bão hoà v=2.3m/s
Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Trước dàn
lạnh
Trước thiết bò
sấy
Trước vòi
phun hơi
Sau vòi phun hơi
Nhiệt
độ t
t
k
32 23 31 35
t
ư
29 20 30 34
Độ ẩm tương
đối φ (%)
80 75 95 92
Enthalpy i
(kj/kg)
94.05 58.52 100.3 122.06
Độ chứa hơi d

(kg/kg)
0.024 0.0149 0.0266 0.0336
- 8 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
- 9 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Bảng 5: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=2.3m/s
Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Trước dàn
lạnh
Trước thiết bò
sấy
Trước vòi
phun hơi
Sau vòi phun hơi
Nhiệt
độ t
t
k
34 26 35 37
t
ư
31 23 32 36
Độ ẩm tương
đối φ (%)
85 75 80 95
Enthalpy i
(kj/kg)
104.5 66.88 109.5 133.76
Độ chứa hơi d

(kg/kg)
0.0275 0.0177 0.0286 0.0375
- 10 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
- 11 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Bảng 6: Các thông số của trạng thái hơi bão hoà v=1.7m/s
Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Trước dàn
lạnh
Trước thiết bò
sấy
Trước vòi
phun hơi
Sau vòi phun hơi
Nhiệt
độ t
t
k
33 24 34 36
t
ư
30 20 32 34
Độ ẩm tương
đối φ (%)
85 75 86 90
Enthalpy i
(kj/kg)
100.3 58.52 109.5 122.06
Độ chứa hơi d

(kg/kg)
0.026 0.0135 0.029 0.0334
- 12 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
- 13 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Bảng 7: Các thông số của trạng thái hơi quá nhiệt v=1.7m/s
Thông số Điểm 1 Điểm 2 Điểm 3 Điểm 4
Trước dàn
lạnh
Trước thiết bò
sấy
Trước vòi
phun hơi
Sau vòi phun hơi
Nhiệt
độ t
t
k
33 25 34 38
t
ư
31 22 32 36
Độ ẩm tương
đối φ (%)
90 75 85 85
Enthalpy i
(kj/kg)
104.5 62.7 109.5 133.76
Độ chứa hơi d

(kg/kg)
0.028 0.0148 0.029 0.0367
- 14 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
- 15 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Bảng 8: Các giá trò tính toán
Vận
tốc
gió tại
đầu
ra của
ống
khí
động
v
(m/s)
Trạng thái
hơi
Khối
lượng
riêng
của
không
khí
(kg/m
3
)
Lưu
lương

không
khí
chuyển
động
trong ống
khí động
G
kk
(kg/s)
Năng
suất
lạnh
của
dàn
lạnh Q
o
(kj/s)
Lượng
nước
tách ra
từ dàn
lạnh
theo lý
thuyết
G
nước
(kg/h)
Lượng
nước
tách ra

từ dàn
lạnh
theo
thực tế
G’
nước
(kg/h)
Phụ
tải
nhiệt
của
thiết bò
sấy
không
khí Q
(kW)
2,73
Bão hòa 1.154 0.0454 1.5170 1.5352 1.584 1.5023
Quá nhiệt 1.15 0.0452 1.5118 1.7089 1.656 1.9827
2,3
Bão hòa 1.157 0.0383 1.3615 1.2554 1.584 1.5834
Quá nhiệt 1.15 0.0381 1.4329 1.3437 1.728 1.6035
1,7
Bão hòa 1.154 0.0282 1.1808 1.2712 1.44 1.4202
Quá nhiệt 1.154 0.0282 1.1808 1.3424 1.512 1.3029
Công suất thực tế của dàn lạnh: Q
o
’ = 1 Hp = 746 (W) = 0,746 (kW)
Lượng nhiệt do dòng điện cung cấp qua điện trở:
- Một điện trở: Q’ = 1 (kW)

- Hai điện trở: Q’ = 2 (kW)
V. BÀN LUẬN :
Câu 1 : Giải thích sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua ống khí động dựa trên
sư thay đổi độ ẩm của không khí.
E
i
A
D E’
B
ϕ = 1
C
- 16 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
d
Hình 2 : Giản đồ biểu diễn sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua ống khí động
theo lý thuyết
−Khi đi qua dàn lạnh : sự thay đổi trạng thái của không khí được biểu diễn bằng 2
đường AB và BC.
 Trong giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh (AB): độ chứa hơi d của không
khí không đổi (do hàm lượng nước không đổi), nhiệt độ của không khí thì giảm dần
xuống đến nhiệt độ điểm sương. Độ ẩm tương đối ϕ tăng dần đến trạng thái bão hòa ϕ
= 1. Tại nhiệt độ điểm sương B, ứng với trạng thái bão hòa, nước bắt đầu ngưng tụ.
 Trong giai đoạn sau của quá trình làm lạnh (BC): độ ẩm tương đối ϕ của
không khí không đổi và bằng 1 vì lúc này không khí đã đạt trạng thái bão hòa. Do
không khí vẫn tiếp tục được làm lạnh nên nhiệt độ của nó tiếp tục giảm. Độ chứa hơi d
của không khí giảm do có nước ngưng tụ làm giảm hàm lượng của nước trong không
khí ẩm.
−Khi đi qua thiết bò sấy : sự thay đổi trạng thái của không khí được biểu diễn qua
đường CD. Độ chứa hơi d của không khí không đổi (do hàm lượng nước không đổi) còn
nhiệt độ của không khí thì tăng dần do không khí bò sấy nóng. Độ ẩm tương đối ϕ giảm

dần.
−Khi đi qua vòi phun hơi : sự thay đổi trạng thái của không khí được biểu diễn bằng 1
đoạn thẳng nằm trong khoảng DE và DE’.
 Nếu sử dụng hơi nước bão hòa: sự thay đổi trạng thái của không khí được
biểu diễn bằng đoạn DE. Độ chứa hơi d của không khí tăng lên do không khí nhận
thêm ẩm. Enthalpy i cũng tăng lên do không khí nhận thêm nhiệt lượng từ hơi nước
bão hòa.
 Nếu sử dụng hơi quá nhiệt: sự thay đổi trạng thái của không khí được biểu
diễn bằng 1 đoạn thẳng nằm giữa DE và DE’. Hơi nước càng quá nhiệt thì đoạn thẳng
càng gần DE’. Độ chứa hơi d của không khí tăng lên do không khí nhận thêm ẩm.
Enthalpy i cũng tăng lên do không khí nhận thêm nhiệt lượng từ hơi nước quá nhiệt,
nhưng độ tăng nhỏ hơn so với khi sử dụng hơi nước bão hòa.
Câu 2 : Giải thích tại sao có thể xác đònh được độ ẩm của không khí thông qua nhiệt độ
bầu khô và nhiệt độ bầu ướt.
−Nhiệt độ bầu khô : là nhiệt độ của hỗn hợp khí được xác đònh bằng nhiệt kế thông
thường.
 Nhiệt độ bầu khô cũng chính là nhiệt độ của không khí vì bầu thủy ngân của
nó tiếp xúc trực tiếp với không khí.
−Nhiệt độ bầu ướt : là nhiệt độ ổn đònh đạt được khi một lượng nhỏ nước bốc hơi vào
hỗn hợp khí chưa bão hòa hơi nước ở điều kiện đoạn nhiệt. Nhiệt độ bầu ướt là một thông
- 17 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
số đặc trưng cho khả năng cấp nhiệt của không khí để làm bay hơi nước từ vật liệu ẩm cho
đến khi không khí bão hòa hơi nước.
 Nhiệt độ bầu ướt được đo bằng nhiệt kế thông thường có bọc vải ướt ở bầu
thủy ngân. Cho nước vào cốc bọc đầu thủy ngân, nước bốc hơi đoạn nhiệt trong không
khí ẩm thu nhiệt làm nhiệt độ trong không khí giảm, chờ cho đến khi nhiệt độ không
thay đổi nữa thì nhiệt độ đó chính là nhiệt độ bầu ướt. Do đó phải thường xuyên theo
dõi để thêm nước vào cốc.
 Không khí càng khô hay độ ẩm tương đối ϕ của nó càng bé thì nước xung

quanh bầu nhiệt kế của nó sẽ bay hơi càng nhiều và lớp không khí sát đó càng mất
nhiều nhiệt lượng và do đó nhiệt độ bầu ướt càng bé hay độ chênh lệch giữa nhiệt độ
bầu khô và nhiệt độ bầu ướt càng lớn. Dó nhiên khi không khí khô tương đối ϕ = 0 thì
độ chênh lệch nhiệt độ này là cực đại. Ngược lại khi không khí ẩm bão hòa hay độ ẩm
tương đối ϕ = 100% thì nước quanh bầu nhiệt kế không thể bay hơi và do đó giá trò
nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt bằng nhau hay độ chênh lệch nhiệt độ của 2
nhiệt kế là bằng 0. Có thể thấy, nhiệt độ bầu ướt chính là nhiệt độ bão hòa tương ứng
với phần áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm. Như vậy, độ chênh lệch
giữa nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt đặc trưng cho khả năng nhận ẩm của không
khí và do đó trong kỹ thuật sấy người ta gọi là thế sấy ε:
ε = t
k
- t
ư
i
ϕ < 1
B ϕ = 1
t
k
t
ư
A
i = const
d
Hình 3 : Cách xác đònh độ ẩm của không khí
thông qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt
−Cách xác đònh độ ẩm của không khí thông qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt
(bằng đồ thò):
 Từ nhiệt độ t
ư

gióng theo đường t = const, cắt đường ϕ = 1 tại điểm A.
 Từ A theo đường i = const cắt đường t
k
tại điểm B. B chính là trạng thái của
không khí xác đònh bởi hai thông số t
k
và t
ư
.
 Đường ϕ = const qua B cho biết độ ẩm tương đối của không khí.
−Xác đònh độ ẩm của không khí thông qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt :
- 18 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
 Độ ẩm tương đối của không khí ϕ được xác đònh bằng ẩm kế. Hiện nay có
nhiều loại ẩm kế. Tuy các ẩm kế hoạt động theo nhiều nguyên lý khác nhau nhưng
cùng có một cơ sở nhiệt động.
 Các loại ẩm kế xác đònh độ ẩm tương đối của không khí đều dựa trên hiệu
số nhiệt độ nhiệt kế khô và nhiệt kế ướt (t – t
ư
). Giả sử q
1
: nhiệt lượng mà không khí
cung cấp cho bầu thủy ngân của nhiệt kế ướt và q
2
: nhiệt lượng mà nước quanh bầu
thủy ngân tiêu tốn để bay hơi. Rõ ràng ta có:
q
1
= q
2

(1)
 Theo lý thuyết truyền nhiệt thì: q
1
= α (t – t
ư
) (2)
Và : q
2
= q
m
.r (3)
Trong đó α (W/m
2
.K) là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên, q
m
(kg/m
2
.s) là cường độ
bay hơi và r là nhiệt ẩm hóa hơi.
 Cường độ bay hơi q
m
(kg/m
2
.s) có thể tính gần đúng theo công thức Dalton
qua hệ số bay hơi α
m
(kg/m
2
.s.bar) và độ chênh lệch áp suất giữa phân áp suất bão hòa
ứng với nhiệt độ nhiệt kế ướt p

m
và phân áp suất p
a
của hơi nướ trong không khí ẩm:
B
760
)pp(q
ammm
−α=
Trong đó: B là áp suất khí trời nơi ta xác đònh độ ẩm tương đối ϕ.
 Dễ dàng thấy rằng nếu áp suất khí trời B được đo bằng bar thì công thức trên
được viết lại dưới dạng:
B
013,1
)pp(q
ammm
−α=
(4)
 Thay giá trò của q
1
theo (2) và q
2
(hay q
m
) theo (3), (4) vào (1) chúng ta được:
p
m
– p
a
=

r.013,1.
m
α
α
B(t – t
ư
) = A.B.( t – t
ư
) (5)
Trong đó: A =
r.013,1.
m
α
α
(6a)
 Hệ số A gọi là hệ số ẩm kế và phụ thuộc vào hệ số trao đổi nhiệt α và hệ số
bay hơi α
m
. Các hệ số này lại phụ thuộc vào tốc độ chuyển động tự nhiên của không
khí. Như vậy, có thể xem A = f(v). Thực nghiệm cho thấy khi tốc độ v < 0,5m/s thì A =
66.10
-5
và khi v > 0,5m/s thì hệ số A xác đònh theo công thức sau:
5
10.
V
75,6
65A
−







+=
(6b)
 Từ (5) có thể rút ra phân áp suất p
a
của hơi nước :
p
a
= p
m
– A.B.(t – t
ư
) (7)
 Mà: ϕ =
b
a
p
p
⇒ Ta có công thức xác đònh độ ẩm tương đối của không khí ϕ theo áp suất bão hòa p
b
và độ chênh nhiệt (t – t
ư
)
)tt(
p
B.A

p
p
ư
bb
m
−−=ϕ
(8)
 Trong (8) p
m
và p
b
đều là áp suất bão hòa nhưng p
m
là áp suất bão hòa ứng
với nhiệt độ nhiệt kế t
ư
còn p
b
là áp suất bão hào ứng với nhiệt độ nhiệt kế khô t. Như
- 19 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
vậy, chúng ta có thể hoàn toàn xác đònh được độ ẩm tương đối của không khí khi biết
nhiệt độ nhiệt kế khô t và nhiệt độ nhiệt kế ướt t
ư
.
Câu 3 : So sánh giữa các quá trình làm lạnh, sấy nóng và phun hơi nước vào không khí
ẩm trên đồ thò i – d của lý thuyết và thực tế.
Sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua ống khí động được biểu diễn trên các đồ
thò từ 1 đến 9. Nhìn chung có dạng như sau:
E

i
A E’
D

B
C ϕ = 1
d
Hình 4 : Giản đồ biểu diễn sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua ống khí động
theo thực tế
−Khi đi qua dàn lạnh (AB, BC) : sự thay đổi trạng thái của không khí không giống so
với lý thuyết. Tại vò trí cuối cùng của quá trình làm lạnh (điểm C), trạng thái của không
khí không phải là bão hòa như lý thuyết mà là trạng thái chưa bão hòa. Đó là do khi
không khí đi ra khỏi dàn lạnh đã nhận thêm nhiệt lượng từ môi trường xung quanh trước
khi đến nhiệt kế bầu khô và nhiệt kế bầu ướt.
−Khi đi qua thiết bò sấy (CD) : sự thay đổi trạng thái của không khí không giống so
với lý thuyết. Quá trình sấy nóng này không phải diễn ra ở điều kiện độ chứa hơi d không
đổi như lý thuyết mà ở đây d lại tăng dần là do không khí sau khi ra khỏi thiết bò sấy đã
nhận thêm ẩm từ môi trường xung quanh trước khi đến nhiệt kế bầu khô và nhiệt kế bầu
ướt.
−Khi đi qua vòi phun hơi nước (DE, DE’) : sự thay đổi trạng thái của không khí giống
với lý thuyết. Do môi trường xung quanh không ảnh hưởng nhiều đến kết quả.
Câu 4: Nguyên nhân dẫn đến sai số giữa thực tế và lý thuyết.
- 20 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
−Sai số do đọc nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt trên đồng hồ hiện số: các số hiện
trên đồng hồ hiện số thường không ổn đònh mà dao động trong khoảng 1 ÷ 2
o
C nên số đọc
được không chính xác lắm.
−Sai số do đo lưu lượng nước ngưng: do đọc thể tích trên ống đong và bấm thời gian

chưa chính xác.
−Sai số do thiết bò: lưu lượng khí vào không ổn đònh, thiết bò không được cách nhiệt
và cách ẩm tuyệt đối với môi trường xung quanh,…
−Sai số do tính toán: sai số do việc tra các giá trò ϕ, i, d trên giản đồ i – d.
VI. PHỤ LỤC :
1. Xác đònh các thông số của không khí:
Trên giản đồ i – d, căn cứ vào nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt, ta xác đònh độ ẩm
tương đối ϕ (%), enthalpy i (kJ/kg) và độ chứa hơi d (kg/kg) của không khí tại các điểm.
i
ϕ < 1
B ϕ = 1
t
k
t
ư
A
i = const
d
Hình 5 : Cách xác đònh các thông số của không khí
thông qua nhiệt độ bầu khô và nhiệt độ bầu ướt
−Từ nhiệt độ t
ư
gióng theo đường t = const, cắt đường ϕ = 1 tại điểm A.
−Đường i = const qua A cho ta biết giá trò i của trạng thái không khí cần xác đònh.Từ
A theo đường i = const cắt đường t
k
tại điểm B. B chính là trạng thái của không khí xác
đònh bởi hai thông số t
k
và t

ư
.
−Đường ϕ = const qua B cho biết độ ẩm tương đối của không khí.
−Từ B kẻ 1 đường thẳng vuông góc với trục d, từ đó ta xác đònh được giá trò d.
2. Xác đònh lưu lượng không khí chuyển động trong ống khí động :
−Lưu lượng trọng lượng G
kk
(kg/s) của không khí chuyển động trong ống khí động có
thể được xác đònh bằng công thức sau đây:
G
kk
= v.F. ρ (9)
Trong đó:
v: vận tốc gió đo tại đầu vào của ống khí động (Bảng 1), m/s
F = 0,0144 m
2
: diện tích miệng ra của ống khí động.
- 21 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
ρ: khối lượng riêng của không khí (Bảng 7), kg/m
3
Trong trường hợp này, ρ được
xác đònh theo nhiệt độ t (
o
C) của nhiệt kế khô tại đầu vào ống khí động.
Bảng 9 : Khối lượng riêng của không khí
ρ
(kg/m
3
) phụ thuộc vào nhiệt độ t (

o
C) của nó
t 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39
ρ
1,165 1,161 1,157 1,154 1,150 1,146 1,142 1,139 1,135 1,131
t 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49
ρ
1,128 1,124 1,121 1,117 1,114 1,110 1,107 1,103 1,100 1,096
t 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59
ρ
1,093 1,089 1,086 1,083 1,079 1,076 1,073 1,070 1,066 1,063
t 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69
ρ
1,060 1,057 1,054 1,051 1,047 1,044 1,041 1,039 1,035 1,032
t 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79
ρ
1,029 1,026 1,023 1,020 1,017 1,014 1,011 1,009 1,006 1,003
3. Tính toán dàn lạnh :
a. Năng suất lạnh của dàn lạnh Q
o
:
Q
o
= G
kk
. (i
1
– i
2
), kW (10)

Trong đó:
G
kk
: lưu lượng trọng lượng của không khí chuyển động trong ống khí động,
được xác đònh theo công thức (1), kg/s
i
1
và i
2
: enthalpy của không khí vào và ra khỏi dàn lạnh (Bảng 2 và Bảng 3) ,
kJ/kg
b. Lượng nước tách ra từ dàn lạnh theo tính toán lý thuyết G
nước
:
G
nước
= 3600. G
kk
. (d
2
– d
1
), kg/h (11)
Trong đó:
d
1
và d
2
: độ chứa hơi của không khí vào và ra khỏi dàn lạnh (Bảng 2 và
Bảng 3), kg/kg

c. Lượng nước thực tế tách ra từ dàn lạnh G’
nước
:
1
1
,
nước
V.06,0
G
τ
=
, kg/h (12)
Trong đó:
V
1
: mẫu đo lượng nước tánh ra từ dàn lạnh (Bảng 1), ml
τ
1
: thời gian lấy mẫu đo lượng nước nói trên (Bảng 1), phút
Với:
60
)s(
)phút(
1
1
τ
=τ
4. Tính thiết bò sấy không khí :
a. Phụ tải nhiệt của thiết bò sấy không khí Q :
Q = G

kk
. (i
3
– i
2
), kW (13)
Trong đó:
i
2
và i
3
: enthalpy của không khí vào và ra khỏi thiết bò sấy nóng không khí
(Bảng 3 và Bảng 4), kJ/kg
b. Lương nhiệt do dòng điện cung cấp qua điện trở :
- 22 -
Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò Nhiệt động lực học
Q’= 1kW (một điện trở)
Q’= 2kW (hai điện trở)
VII. TÀI LIỆU THAM KHẢO :
[1]. Võ Văn Bang – Vũ Bá Minh, “Quá trình và Thiết bò trong Công Nghệ Hóa Học &
Thực phẩm – Tập 3: Truyền Khối”, Nhà xuất bản Đại học Quốc gia TpHCM, 2004, 388tr.
[2]. Trần Văn Phú, “Tính toán và thiết kế hệ thống sấy”, Nhà xuất bản Giáo dục, 2002,
360tr.
- 23 -