Quá trình nhiệt động của không khí ẩm

Chương 3
quá trình nhiệt động của không khí ẩm
1. bài tập giải mẫu:
Bài 1:
Không khí ẩm ở áp suất 1 bar có nhiệt độ t = 25
0
C, độ ẩm tương đối
ϕ
= 0,6.
Xác định phân áp suất hơi nước p
h’
nhiệt độ đọng sương t
s’
độ chứa hơi d, entanpi i
của không khí ẩm.
Lời giải:
Ta có:
.
P
p
maxh
h
=ϕ
Vậy p
h
=
ϕ
.p
hmax
Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t
n

= t =

25
0
C tra được áp suất:
p
hmax
= 0,03166 bar.
Vậy phân áp suất của hơi nước:
p
h
= 0,6.0,03166 = 0,018996
≈
0,019 bar.
Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa với p
h
= 0,019 bar tra được nhiệt độ đọng sương:
t
s
= 17
0
C.
Độ chứa hơi d:
d = 622
.kg/g12
019,01
019,0
.622
pp
p

h
h
=
−
=
−
khô = 0,012 kg/kg khô
Tính entanpi:
i = t + d (2500 + 1,93t)
i= 25 + 0,012 (2500 + 1,93.25) = 55,6 kJ/kg khô.
Bài 2:
10 m
3
không khí ẩm ở áp suất p = 1 bar có nhiệt độ t = 20
0
C, nhiệt độ đọng
sương t
s
= 10
o
C. Xác định độ ẩm tương đối
ϕ
, độ chứa hơi d, entanpi i và khối lượng
không khí ẩm G, khối lượng riêng của không khí ẩm ρ.
Lời giải:
Ta có:
maxh
h
p
p

=ϕ
Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 20
0
C ta có:
p
hmax
= 0,0234 bar
Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 10
0
C ta có:
p
h
= 0,0123 bar
Trường đại học công nghiệp hà nội 32 Bài tập kỹ thuật nhiệt
Vậy: d =
53,0
0234,0
0123,0
=
Theo công thức:
ϕ
=
kg/kg00775,0
0123,01
0123,0
622,0
pp
P
622,0
h

h
=
−
=
−
khô
Ta có: i = t + (2500 + 1,93.t) = 20 + 0,00775 (2500 + 1,93.20)
i = 39,67 kJ/kg khô
Lượng không khí ẩm:
G = G
h
+ G
k
Từ phương trình trạng thái viết cho hơi nước và không khí khô ta tính được:
G
h
=
kg09,0
8314
10.10.0123,0
TR
Vp
5
h
h
==
hơi nước.
G
k
=

.k.kgk75,11
293.287
10.10).0123,01(
TR
VP
5
k
k
=
−
=
khô
G = 0,09 + 11,75 = 11,84 kg
Khối lượng riêng của không khí ẩm:
33
m/kgm/kg184,1
10
48,11
V
G
≈===ρ

Bài 3:
Cho khối lượng vật cần sấy ban đầu G
đ
= 300kg và sau khi sấy G
c
= 250 kg,
thời gian sấy
τ

= 10h. Để sấy dùng không khí có t
1
= 20
0
C,
ϕ
1
= 0,6 được đốt nóng
trong calorifer hơi nước đến t
2
= 95
o
C. Sau khi sấy không khí có nhiệt độ t
3
= 35
0
C.
Xác định lượng không khí cần để sấy, lượng nhiệt, lượng hơi nước cần dùng cho
calorifer nếu hơi có áp suất 1,5 bar. ( Biết áp suất khí quyển p = 1 bar).
Lời giải:
Từ đồ thị I - d (hình 9).
Điểm 1 là điểm giao điểm của t
1
và
ϕ
1
từ đó tìm được d
1
, I
1

Điểm 2 là giao điểm của d
1
= const và t
2
tìm được I
2
Điểm 3 là giao điểm của I
2
= const và t
3
tìm được t
3

Dùng công thức tính toán:
Từ bảng nước và hơi bão hòa với t = 20
0
C ta có:
p
hmax
= 0,0234 bar. Hình 9
Trường đại học công nghiệp hà nội 33 Bài tập kỹ thuật nhiệt
p
h
=
maxh
p.ϕ
= 0,6.0,234 = 0,014 bar
d
1
= 0,622

014,01
014,0
622,0
pp
p
h
h
−
=
−
d
1
= 0,0088 kg/kg khô
I
1
= t
1
+ d
1
(250 + 1,93.t
1
)
I
1
= 20 + 0,0088 (2500 + 1,93.20) = 42,34 kJ/kg khô.
I
2
= t
2
+ d

2
(2500 + 1,93t
2
) với d
2
= d
1
I
2
= 95 + 0,0088 (2500 + 1,93.95) = 118,6 kJ/kg khô
q = I
2
- I
1
= 118,6 - 42,34 = 75,66 kJ/kg khô
Vì quá trình ấy có I
2
= I
3
nên:
I
2
= t
3
+ d
3

(2500 + 1,93t
3
)

d
3
=
kg/kg0326,0
35.93,12500
356,118
t93,12500
tI
3
32
=
+
−
=
+
−
khô
∆
d = d
3
- d
1
= 0,0326 - 0,0088 = 0,0238 kg/kg khô
Lượng nước bốc hơi trong vật sấy trong 1h:
G
n
=
h/kg5
10
250300

GG
cd
=
−
=
τ
−
Lượng không khí cần thiết:
G
≈
.kg210
0238,0
5
d
G
n
==
∆
k.k. khí/h
V =
h/m175
2,1
210G
3
1
==
ρ
Lượng nhiệt cần khi tính chính xác:
Q =
h/kJ158955.

0238,0
66,75
G.
d
II
n
12
==
∆
−
Lượng hơi nước cần cung cấp cho calorifer:
G
h
=
r
Q
Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa theo p = 1,5 bar ta có:
r = 2226 kJ/kg
Vậy G
h
=
kg14,7
2226
15895
=
hơi/h.
Trường đại học công nghiệp hà nội 34 Bài tập kỹ thuật nhiệt
Bài 4:
Khi dùng bơm nhiệt để sấy ta có: không khí vào dàn ngưng của bơm nhiệt có
t

1
= 30
0
C,
ϕ
1
= 0,8. Khi qua dàn ngưng, không khí được đốt nóng đến t
2
= 92
0
C, rồi
vào buồng sấy. Khi ra khỏi buồng sấy không khí có độ ẩm
ϕ
3
= 0,8. Lượng vật sấy
đem vào 550kg, sau 4 h sấy khi lấy ra lượng vật sấy còn 450kg. Xác định:
a. Lượng không khí và lượng nhiệt cần cho quá trình sấy.
b. Xác định công suất máy nén của bơm nhiệt nếu biết hệ số bơm nhiệt
ϕ
= 4.
c. Xác định lượng không khí cần để cấp nhiệt cho dàn bốc hơi của bơm nhiệt nếu
nhiệt độ không khí vào là 30
0
C, ra khỏi dàn bốc hơi là 20
0
C.
Lời giải:
Sử dụng đồ thị I - d (hình 10) ta có:
Điểm 1 là giao điểm của t
1

= 30
0
C và
ϕ
1
= 0,8 tìm được:
d
1
= 22 g/kg khô
I
1
= 21 kcal/kg khô.
Điểm 2 là giao điểm của d
2
= d
1
và t
2
= 92
0
C tìm được:
I
2
= 35 kcal/kg khô.
Điểm 3 là giao điểm của I
3
= I
2
và
ϕ

3
= 0,8 tìm được
d
3
= 41 g/kg khô.
a. Lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy:
G
n
=
h/kg25
4
450550
=
−
Lượng không khí cần:
G
≈
h/kg1316
022,0041,0
25
d
G
n
=
−
=
∆
V =
h/m1097
2,1

1316G
3
==
ρ
Lượng nhiệt cần cho quá trình sấy: Hình 10
Q =
h/kcal1842525.
022,0041,0
2135
G.
dd
II
n
13
12
=
−
−
=
−
−
Q = 21,4 kW
b. Công suất của máy nén:
ϕ
=
k35,5
4
4,21Q
N;
N

Q
==
ϕ
=
W
c. Nhiệt dàn bốc hơi của bơm nhiệt nhận từ không khí:
Trường đại học công nghiệp hà nội 35 Bài tập kỹ thuật nhiệt
Q
2
= Q - N = 21,4 - 5,35 = 16,05 kW
Lượng không khí cần cho dàn bốc hơi:
Q
2
= G
k
.C
pk
.
∆
t
k
G
k
=
h/kg5721s/kg59,1
10.01,1
05,16
t.C
Q
kpk

2
===
∆
V
k
=
h/m4768
2,1
5721
G
3
k
==
ρ
Bài 5:
Dùng máy hút ẩm để sấy (quá trình sấy dịu) cho công suất của máy nén N =
0,5kW, hệ số làm lạnh của máy
ε
=5. Nhiệt độ của không khí bão hòa khi qua dàn
sấy t
1
= 25
0
C, sau đốt nóng trong dàn ngưng không khí có nhiệt độ t
2
= 75
0
C. lượn
nước bốc hơi ra khỏi vật sấy G
n

= 2,5kg/h. Xác định năng suất lạnh Q
o
của máy,
lượng nhiệt đốt nóng không khí trong dàn ngưng Q, nhiệt độ t
3
và độ ẩm
ϕ
3
của
không khí sau khí sấy, lượng không khí cần G, lượng nước ngưng tụ ở dàn bốc hơi
G
nn
trong 1h.
Lời giải:
Dùng đồ thị I - d (hình 11) ta có:
Điểm 1 là giao điểm của t
1
= 25
0
C và
ϕ
1
= 100% tìm được: d
1
= 0,02 kg/kg khô
Điểm 2 là giao điểm của t
2
=75
o
C và d

2
= d
1
Năng suất lạnh Q
0
của máy:
ε
=
N
Q
0
Q
o
=
ε
.N = 5.0,5 = 2,5 kW
Lượng nhiệt do dàn ngưng tỏa ra Q
N
:
Q
N
= Q
o
+ N = 2,5 + 0,5 = 3kW
Nhiệt lượng không khí nhận:
Q = Q
o
= 2,5. 3600 = 9000 kJ/h
Mặt khác: Q
≈

n
13
12
G.
dd
tt
−
−
Hình 11
Từ đó độ chứa hơi d
3
:
d
3
= d
1
+
n
12
G.
Q
)tt( −
= 0,02 +
kg/kg034,0
9000
5,2).2575(
=
−
khô
Từ đồ thị I - d, điểm 3 là giao điểm của d

3
= 34g/kg và I
3
= I
2
tìm được:
ϕ
3

≈
70% t
3

≈
40
0
C.
Lượng không khí cần thiết:
Trường đại học công nghiệp hà nội 36 Bài tập kỹ thuật nhiệt