thí nghiệm quá trình thiết bị Nhiệt động lực học

Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

1.

TRÍCH YẾU :
1.1. Mục đích thí nghiệm:
Mục đích bài thí nghiệm là 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.
1.2. Kết quả thí nghiệm:
Bảng 1: Số liệu thô
Vận
tốc
gió
tại
đầu
ra
của
ống
khí
động
v
(m/s)

La
àn
đo

1

2,73

2

3

1

2,3

2

3
1,7

1

Trạng
thái
hơi

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa

Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa

Điể
m1
Trướ
c
dàn
lạnh

Điể
m2

Trướ
c
thiết
bò
sấy
tk tư

Điể
m3
Trướ
c vòi
phun
hơi

Điể
m4
Sau
vòi
phun
hơi

tk

tk

tư

27 33

31

tk

tư

31

28 22 20 31

tư

The
å
tích
nươ
ùc
ngư
ng
V1
(ml)

Thơ
øi
gian
nươ
ùc
ngư
ng
1
(s)

20

8,0
31

27 21 19 30

25 31

30

20
8,0

31

28 21 19 30

26 32

30

20
8,0

31

26 20 18 30

25 30

29

30

27 19

17 28 25 30

29

20
8,0
20
8,5

29 26 18

16 28 24 29 28

30

15 28 24 30

20
8,0

26 18

29

20
7,5

30

26 18

14 28 24 29 28

20
7,5

31

27 19

15 29 25 30

29

20
7,5

31

26 18

15 29 24 30

28

20
7,5

31

27 19

15 30

25 32

29

20
7,0

31

27 18

15 30

24 30

28

31

27 19

14 29 24 30

29

Trang 1

20
7,5
7,0

20


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt

2

3

Nhiệt động lực học

31

27 19

14 28 24 29 28

31

27 19

14 29 25 30

31

27 19

14 28 24 29 28

20
7,0

29

20
7,0
20

32

27 19

14 29 25 31

30

7,0
7,0

31

27 19

14 28 24 30

29

7,0

20
20

2.

LÝ THUYẾT THÍ NGHIỆM :
2.1. 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 (Ph < Phs).
 Không khí ẩm bão hòa : là không khí ẩm mà lượng hơi
nước đã chứa tới mức tối đa tức là Gh = Ghmax. 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 (Ph = Phs).
 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 oC sẽ có băng và
tuyết. Trạng thái của hơi nước trong không khí ẩm quá bão hòa
là hơi bão hòa ẩm.
2.2. Các thông số đặc trưng cho không khí ẩm :
THÔN
G SỐ

KÝ
HIỆ
U

ĐƠN
VỊ

Độ
ẩm

tương
đối



%

Hàm

x

Kg

ĐỊNH NGHĨA
- 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.
P

  h 100
%  h 100
%
Pbh
 bh
Ph, Pbh : áp suất hơi riêng phần và áp
suất hơi bão hòa của nước ở cùng
nhiệt độ.
- Là lượng ẩm chứa trong 1 kg không khí

Trang 2


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò
ẩm
(độ
ẩm
tuyệt
đối)

(d,y)

Nhiệt
hàm

H (I)

Nhiệt
độ
bầu
khô

t (tk,
)

Nhiệt động lực học

ẩm/
khô.
kg

M
P
18  Pbh
x h  h  
không
M kkk P  Ph 29 P   Pbh
khí
khô
H = Ckkk.t + (r + Cht).x = t + (2493 +
1,97t).x
Ckkk = 1 kJ/kg.độ
: nhiệt dung riêng của
KJ/ kg kkk.
không t (oC)
: nhiệt độ của không
khí
khí
khô
r = 2493 kJ/kg.độ : nhiệt hóa hơi của
nước ở 0oC
Ch = 1,97 kJ/kg.độ : nhiệt dung riêng của
hơi nước
- Xác đònh nhiệt độ của không khí
bằng nhiệt kế thông thường.
o
C

Nhiệt
độ
bầu

ướt

tư

o

C

Thế
sấy



o

C

Nhiệt
độ
điểm
sương

ts

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.
- Là đại lượng đặc trưng cho khả năng
hút ẩm của không khí.
 = tk - tư
- Làm lạnh không khí ẩm ở x = const cho
đến khi đạt trạng thái bão hòa ( = 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.

2.3. 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 : chính là hơi nước bão hòa được gia nhiệt
làm tăng nhiệt độ nhưng áp suất hơi không đổi.
3.

THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM :
3.1. 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

Trang 3


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

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.
3.2. 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 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.

6
2
1

7 8

7 8

7 8

7 8
9

4

5

3

Hình1: Sơ đồhệthống thí nghiệmnhiệtđộng lực học
1. Quạt gió
3. Máy lạnh
5. Thiếtbòsấy nóng không khí bằng điện trở
7. Nhiệtkếbầu khô
9. Đồng hồđo vận tốc gió

2. Ống khí động
4. Dàn lạnh
6. Vòiphun hơi
8. Nhiệtkếbầu ướt

Hình 1 : Sơ đồ hệ thống thí nghiệm nhiệt động lực học
1.
3.
5.
hơi
7.

9.

Quạt gió
2. Ống khí động
Máy lạnh
4. Dàn lạnh
Thiết bò sấy nóng không khí bằng điện trở
6. Vòi
Nhiệt kế bầu khô
Đồng hồ đo vận tốc gió

4.

phun

8. Nhiệt kế bầu ướt

PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM :
Trong bài thí nghiệm này, sinh viên phải thực hiện các công
việc như sau:

Trang 4


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

1) 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.
2) 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:
1) Bật công tắc tổng, kiểm tra đèn báo đủ ba pha trên tủ
điện.
2) Bật quạt thổi khí, điều chỉnh lưu lượng không khí bằng cách
đóng/ mở cửa gió.
3) Bật công tắc máy lạnh.
4) Bật công tắc điện trở gia nhiệt (sử dụng một điện trở
hay cả hai điện trở).
5) 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/cm2 thì bắt đầu mở van phun hơi.
6) 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.
7) 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.
8) 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.

5.

KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM :

Trang 5


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

Bảng 2: Các thông số của không khí ẩm trước dàn lạnh (môi
trường)
Vận
tốc
gió
tại
đầu
ra
của
ống
khí

động
v (m/s)

Lần
đ
o

1

2,73

2

3

1

2,3

2

3
1,7
1

2
3

Trạng
thái

hơi

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa

Nhiệ
t độ
bầu
khô
tk (oC)

Nhiệ
t độ
bầu
ướt
tư (oC)

31

28

31

27

31

28

31
30
29
30

31

26

31

27

0,734

86,11

0,022

0,784

90,00

0,023

0,670

81,11

0,020

0,792

86,11

0,022

0,781

81,11

0,020

0,723

81,11

0,020

0,723

81,11

0,020

0,734

86,11

0,022

0,670

81,11

0,020

0,734

86,11

0,022

0,734

86,11

0,022

0,734

86,11

0,022

0,734

86,11

0,022

0,734

86,11

0,022

0,734
0,681

86,11
86,11

0,022
0,021

27
27
27
27

31

27

32

27

Trang 6

0,023

26

27

31

90,00

26

31

31

0,784

27

26

31

Enthal
py i1
(kJ/kg)

Độ
chứa
hơi d1
(kg/kg
)

26

30

31

Độ
ẩm
tương
đối
 1 (%)


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò
Quá
nhiệt

Nhiệt động lực học

31

27
0,734

86,11

0,022

Bảng 3: Các thông số của không khí ẩm trước thiết bò sấy
(sau dàn lạnh)
Vận
tốc
gió
tại
đầu
ra
của
ống
khí
động
v (m/s)

Lần
đ
o

1

2,73

2

3

1

2,3

2

3
1,7
1
2

Trạng
thái
hơi

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá

nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa

Nhiệ
t độ
bầu
khô
tk (oC)

Nhiệ
t độ
bầu
ướt
tư (oC)

22

20

21

19

21

19

20

18

19

17

18
18
18
19

0,835

58,33

0,014

0,819

54,44

0,013

0,819

54,44

0,013

0,841

52,22

0,013

0,797

47,65

0,011

0,818

45,56

0,011

0,741

42,94

0,010

0,655

40,00

0,009

0,668

42,94

0,009

0,741

42,94

0,010

0,668

42,94

0,009

0,741

42,94

0,010

0,587

40,00

0,008

0,587
0,587

40,00
40,00

0,008
0,008

14
15

19

15

18

15

19

14

Trang 7

Độ
chứa
hơi d2
(kg/kg
)

15

15

19

Enthal
py i2
(kJ/kg)

16

18

19

Độ

ẩm
tương
đối
 2 (%)

14
14


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

3

Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt

Nhiệt động lực học

19

14

19

14

19

14

0,587

40,00

0,008

0,587

40,00

0,008

0,587

40,00

0,008

Bảng 4: Các thông số của không khí ẩm trước vòi phun hơi
(sau thiết bò sấy)
Vận
tốc
gió
tại
đầu
ra

của
ống
khí
động
v (m/s)

Lần
đ
o

1

2,73

2

3

1

2,3

2

3
1,7

1

Trạng

thái
hơi

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa

Nhiệ
t độ
bầu
khô
tk (oC)

Nhiệ
t độ
bầu
ướt
tư (oC)

31

27

30

25

30

26

30
28
28
28

86,11

0,022

0,675

77,65

0,019

0,723

81,11

0,020

0,675

77,65

0,019

0,790

77,65

0,019

0,726

73,53

0,018

0,726

73,53

0,018

0,726

73,53

0,018

0,730

77,65

0,019

0,670

73,53

0,017

0,675

77,65

0,019

0,618
0,670

73,53
73,53

0,017
0,017

24
24

29

25

29

24

30

25

Trang 8

0,734

25

24

29

Enthal
py i3
(kJ/kg)

Độ
chứa
hơi d3
(kg/kg
)

25

28

30

Độ
ẩm
tương
đối
 3 (%)

24

24


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

2

3

Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt

Nhiệt động lực học

28

24

29

25

28

24

29

0,726

73,53

0,018

0,730

77,65

0,019

0,726

73,53

0,018

0,730

77,65

0,019

0,726

73,53

0,018

25

28

24

Bảng 5: Các thông số của không khí ẩm sau vòi phun hơi (thải
ra ngoài)
Vận
tốc
gió
tại
đầu
ra
của
ống
khí
động
v (m/s)

Lần
đ
o

1

2,73

2

3
2,3
1
2

Trạng
thái
hơi

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá

nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt

Nhiệ
t độ
bầu
khô
tk (oC)

Nhiệ
t độ
bầu
ướt
tư (oC)

33

31

31
32
30
30

0,871

107,06

0,029

0,934

101,76

0,028

0,870

101,76

0,027

0,924

95,88

0,026

0,924

95,88

0,026

0,909

90,00

0,024

0,924

95,88

0,026

0,909

90,00

0,024

0,924
0,845

95,88
90,00

0,026
0,023

30
29
29
28

30

29

29

28

30

29

Trang 9

Enthal
py i4
(kJ/kg)

Độ
chứa
hơi d4
(kg/kg
)

30

29

30

Độ

ẩm
tương
đối
 4 (%)

28


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

3

1

1,7

2

3

Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt
Bão
hòa

Quá
nhiệt
Bão
hòa
Quá
nhiệt

Nhiệt động lực học

32

29

30

28

30

29

29
30
29
31
30

0,800

95,88

0,025

0,845

90,00

0,023

0,924

95,88

0,026

0,909

90,00

0,024

0,924

95,88

0,026

0,909

90,00

0,024

0,934

101,76

0,028

0,924

95,88

0,026

28
29
28
30
29

Bảng 6: Các giá trò tính toán
Vậ
n
tốc
gió
tại
đầ
u ra
của

ốn
g
khí
độ
ng v
(m/s

La

Trạng
thái
hơi

Khố
i
lượn
g
riên
g
của
khô
ng
khí
(kg/
m3 )

Lưu
lương
không
khí

chuyể
n
động
trong
ống
khí
động
Gkk
(kg/s)

Trang 10

Năn
g
suất
lạnh
của
dàn
lạnh
Qo
(kW)

Lượn
g
nước
tách
ra từ
dàn
lạnh
theo

lý
thuye
át
Gnước
(kg/h)

Lượn
g
nước
tách
ra từ
dàn
lạnh
theo
thực
tế
G’nước
(kg/h)

Phụ
tải
nhie
ät
của
thiế
t bò
sấy
khô
ng
khí Q

(kW)


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

)
Bão
hòa 1,161
0,046
1,445
1,439
1
Quá
nhiệt
1,161
0,046
1,445
1,374
Bão
hòa
1,161
0,046
1,623
1,624
2,73
2
Quá
nhiệt

1,161
0,046
1,319
1,130
Bão
hòa
1,165
0,046
1,761
1,754
3
Quá
nhiệt
1,169
0,046
1,634
1,574
Bão
hòa
1,165
0,039
1,473
1,408
1
Quá
nhiệt
1,165
0,039
1,586
1,569

Bão
hòa
1,161
0,038
1,660
1,674
2,3
2
Quá
nhiệt
1,161
0,038
1,468
1,347
Bão
hòa
1,161
0,038
1,660
1,674
3
Quá
nhiệt
1,161
0,038
1,660
1,618
Bão
hòa
1,161

0,028
1,311
1,356
1
Quá
nhiệt
1,161
0,028
1,311
1,356
Bão
hòa
1,161
0,028
1,311
1,356
1,7
2
Quá
nhiệt
1,161
0,028
1,311
1,356
Bão
hòa
1,157
0,028
1,306
1,309

3
Quá
nhiệt
1,161
0,028
1,311
1,356
Công suất thực tế của dàn lạnh: Qo’ = 1 Hp = 746 (W)
Lượng nhiệt do dòng điện cung cấp qua điện trở:
- Một điện trở: Q’ = 1 (kW)
- Hai điện trở: Q’ = 2 (kW)

Trang 11

1,44

1,3

1,44

1,1

1,44

1,2

1,44

1,2

1,53

1,4

1,44

1,3

1,35

1,2

1,35

1,3

1,35

1,3

1,35

1,2

1,26

1,3

1,35

1,2

1,26

1,0

1,26

1,0

1,26

1,1

1,26

1,0

1,26

1,1

1,26
1,0
= 0,746 (kW)


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

6. 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
=1

C

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 đoạn thẳng AB và BC.
- Trong giai đoạn đầu của quá trình làm lạnh (AB): độ ẩm
tuyệt đối d của không khí không đổi (do hàm lượng nước
không đổi) còn nhiệt độ của không khí thì giảm dần
xuống đến nhiệt độ điểm sương. Độ ẩm tương đối  tăng
dần đến trạng thái bão hòa  = 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  của không khí không đổi và bằng 1, do lúc này
không khí đã đạt trạng thái bão hòa. Do vẫn tiếp tục làm
lạnh nên nhiệt độ của không khí vẫn tiếp tục giảm. Độ
ẩm tuyệt đối 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 bằng đoạn thẳng CD. Độ ẩm tuyệt đối d của
không khí không đổi (do hàm lượng nước không đổi) còn nhiệt
độ của không khí thì tăng dần. Độ ẩm tương đối  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 ẩm tuyệt đối
d của không khí tăng lên do không khí nhận thêm ẩm.

Trang 12


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

-

Nhiệt động lực học

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 ẩm tuyệt đối 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 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  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  = 0 thì độ chênh lệch nhiệt độ này là cực đại.
Ngược lại khi không khí ẩm bão hòa hay độ ẩm tương đối  =
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 phân áp suất bão hòa của hơi nước trong không khí ẩm.
Như vậy, độ chênh lệch nhiệt độ 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 . Như
vậy thế sấy bằng:
 = tk - tư

i
<1

Trang 13


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

=1

B
tk
tư

Nhiệt động lực học

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
Từ nhiệt độ tư gióng theo đường t = const, cắt đường  = 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 tk và tư.
Đường  = 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:
Độ ẩm tương đối của không khí  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. Sau đây chúng ta giới thiệu các cơ sở này.
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 – tư). Giả sử q1 là nhiệt lượng mà không khí cung cấp cho bầu
thủy ngân của nhiệt kế ướt và q 2 là nhiệt lượng mà nước
quanh bầu thủy ngân tiêu tốn để bay hơi. Rõ ràng ta có:
q1 = q2
(1)
Theo lý thuyết truyền nhiệt thì: q1 =  (t – tư)
(2)
Và : q2 = qm.r
(3)
2
Trong đó  (W/m .K) là hệ số trao đổi nhiệt đối lưu tự nhiên,
qm (kg/m2.s) là cường độ bay hơi và r là nhiệt ẩm hóa hơi.
Cường độ bay hơi qm (kg/m2.s) có thể tính gần đúng theo công
thức Dalton qua hệ số bay hơi m (kg/m2.s.bar) và độ chênh lệch
áp suất giữa phân áp suất bão hòa ứng với nhiệt độ nhiệt
kế ướt pm và phân áp suất pa của hơi nướ trong không khí ẩm:

760
qm  m (pm  pa )
B
Trong đó: B là áp suất khí trời nơi ta xác đònh độ ẩm tương
đối .
Dễ dàng thấy rằng nếu áp suất khí trời B được đo bằng bar
thì công thức trên được viết lại dưới dạng:
1,013
qm  m (pm  pa )
(4)
B
Thay giá trò của q1 theo (2) và q2 (hay qm) theo (3), (4) vào (1)
chúng ta được:

Trang 14


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học


B(t – tư) = A.B.( t – tư)
(5)
 m .1,013.r

Trong đó: A =
(6a)
 m .1,013.r
Hệ số A gọi là hệ số ẩm kế và phụ thuộc vào hệ số trao

đổi nhiệt  và hệ số bay hơi 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:
6,75  5

A  65
.10
(6b)
V 

Từ (5) có thể rút ra phân áp suất pa của hơi nước :
pa = pm – A.B.(t – tư)
(7)
pa
Mà:  =
pb
 Ta có công thức xác đònh độ ẩm tương đối của không khí 
theo áp suất bão hòa pb và độ chênh nhiệt (t – tư)
p
A .B
 m
(t  tư )
(8)
pb
pb
Trong (8) pm và pb đều là áp suất bão hòa nhưng p m là áp
suất bão hòa ứng với nhiệt độ nhiệt kế t ư còn pb là áp suất
bão hào ứng với nhiệt độ nhiệt kế khô t. Như 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
tư.
pm – pa =

Câu 3 : So sánh giữa các quá trình làm
và phun hơi nước vào không khí ẩm trên
lý thuyết và thực tế.
Sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi
được biểu diễn trên các đồ thò từ 1 đến 9.
có dạng như sau:
E

lạnh, sấy nóng
đồ thò i – d của
qua ống khí động
Nhìn chung, chúng

i

E’

A

D
B
=1

C

d
Trang 15


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

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 ẩm tuyệt đối d không
đổi như lý thuyết mà ở đây d lại tăng dần. Đó 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 : So sánh các giá trò tính toán theo lý thuyết và
thực tế.
 Năng suất lạnh của dàn lạnh :

- Theo lý thuyết: Qo = (1,3  1,8) kW
- Thực tế: Qo’ = 0,746 kW
 Giá trò tính toán theo lý thuyết lớn hơn so với năng suất
lạnh thực sự của máy. Đó là do có sự mất mát nhiệt ra môi
trường xung quanh, làm cho nhiệt lượng mà không khí tỏa ra lớn
hơn nhiệt lượng mà dàn lạnh nhận được.
 Lượng nước tách ra từ dàn lạnh :
- Theo lý thuyết: Gnước = (1,3  1,7) kg/h
- Thực tế: G’nước = (1,2  1,6) kg/h
 Giá trò tính toán theo lý thuyết xấp xỉ bằng với giá trò
thực tế.
 Lượng nhiệt do thiết bò sấy cung cấp :
- Theo lý thuyết: Q = (1,0  1,4) kW
- Thực tế: Q’ = 2 kW
 Giá trò tính toán theo lý thuyết nhỏ hơn so với thực tế. Đó
là do có sự mất mát nhiệt ra môi trường xung quanh, làm cho
nhiệt lượng mà không khí nhận được nhỏ hơn nhiệt lượng do
thiết bò sấy cung cấp.
Câu 5 : Nguyên nhân dẫn đến sai số giữa thực tế và lý
thuyết.
- 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

Trang 16


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

-

Nhiệt động lực học

số thường không ổn đònh mà dao động trong khoảng 1 
2oC 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 , i, d trên
giản đồ i – d.

Câu 6 : nh hưởng của các chế độ thí nghiệm đến sự
thay đổi trạng thái của không khí ẩm.
Khi thay đổi chế độ hoạt động bằng cách thay đổi vò trí cửa
gió, tăng hoặc giảm lượng hơi phun vào thì ảnh hưởng không
đáng kể đến sự thay đổi trạng thái của không khí khi đi qua ống
khí động.

7.

PHỤ LỤC :
7.1. Xác đònh các thông số của không khí:
Trên giản đồ i – d, căn cứ vào nhiệt độ nhiệt kế khô và
nhiệt kế ướt, ta xác đònh độ ẩm tương đối  (%), enthalpy i (kJ/kg)
và độ chứa hơi d (kg/kg) của không khí tại các điểm.

i
<1

=1

B
tk
tư

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

Trang 17


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò

Nhiệt động lực học

Từ nhiệt độ tư gióng theo đường t = const, cắt đường  = 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 tk và tư.
Đường  = 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.
7.2. Xác đònh lưu lượng không khí chuyển động trong

ống khí động :
Lưu lượng trọng lượng Gkk (kg/s) của không khí chuyển động trong
ống khí động có thể được xác đònh bằng công thức sau đây:
Gkk = v.F. 
(9)
Trong đó:

v: vận tốc gió đo tại đầu vào của ống khí động (Bảng 1),
m/s

F = 0,0144 m2: diện tích miệng ra của ống khí động.

: khối lượng riêng của không khí (Bảng 7), kg/m3
Trong trường hợp này,  được xác đònh theo nhiệt độ t (oC) của
nhiệt kế khô tại đầu vào ống khí động.
Bảng 7 : Khối lượng riêng của không khí  (kg/m3) phụ thuộc vào
nhiệt độ t (oC) của nó
t

t

t

t

t


30
1,16

5
40
1,12
8
50
1,09
3
60
1,06
0
70
1,02
9

31
1,16
1
41
1,12
4
51
1,08
9
61
1,05
7
71
1,02
6

32
1,15
7
42
1,12
1
52
1,08
6
62
1,05
4
72
1,02
3

33
1,15
4
43
1,11
7
53
1,08
3
63
1,05
1
73
1,02

0

34
1,15
0
44
1,11
4
54
1,07
9
64
1,04
7
74
1,01
7

35
1,14
6
45
1,11
0
55
1,07
6
65
1,04
4

75
1,01
4

36
1,14
2
46
1,10
7
56
1,07
3
66
1,04
1
76
1,01
1

37
1,13
9
47
1,10
3
57
1,07
0
67

1,03
9
77
1,00
9

38
1,13
5
48
1,10
0
58
1,06
6
68
1,03
5
78
1,00
6

39
1,13
1
49
1,09
6
59
1,06

3
69
1,03
2
79
1,00
3

7.3. Tính toán dàn lạnh :
7.3.1. Năng suất lạnh của dàn lạnh Qo:
Qo = Gkk. (i1 – i2), kW
(10)
Trong đó:
 Gkk: lưu lượng trọng lượng của không khí chuyển động trong
ống khí động, được xác đònh theo công thức (1), kg/s

Trang 18


Thí nghiệm Quá trình - Thiết bò


Nhiệt động lực học

i1 và i2: enthalpy của không khí vào và ra khỏi dàn lạnh
(Bảng 2 và Bảng 3) , kJ/kg

7.3.2. Lượng nước tách ra từ dàn lạnh theo tính toán lý thuyết
Gnước :
Gnước = 3600. Gkk. (d2 – d1), kg/h

(11)
Trong đó:
 d1 và d2: độ chứa hơi của không khí vào và ra khỏi dàn
lạnh (Bảng 2 và Bảng 3), kg/kg
7.3.3. Lượng nước thực tế tách ra từ dàn lạnh G’nước :
0,06.V1
G ,nước
, kg/h
(12)
1
Trong đó:
 V1: mẫu đo lượng nước tánh ra từ dàn lạnh (Bảng 1), ml
 1: thời gian lấy mẫu đo lượng nước nói trên (Bảng 1), phút
Với:
 (s)
1 (phút
) 1
60
7.4. Tính thiết bò sấy không khí :
7.4.1. Phụ tải nhiệt của thiết bò sấy không khí Q :
Q = Gkk. (i3 – i2), kW
(13)
Trong đó:
 i2 và i3: enthalpy của không khí vào và ra khỏi thiết bò sấy
nóng không khí (Bảng 3 và Bảng 4), kJ/kg
7.4.2. Lương nhiệt do dòng điện cung cấp qua điện trở :
Q’= 1kW (một điện trở)
Q’= 2kW (hai điện trở)

8. 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.

Trang 19