Quá trình nhiệt động của không khí ẩm
Bài 1:
Không khí ẩm ở áp suất 1 bar có nhiệt độ t = 250C, độ ẩm tương đối j =
0,6. Xác định phân áp suất hơi nước ph’ nhiệt độ đọng sương ts’ độ chứa hơi d,
entanpi i 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 0C, độ ẩm tương đối ϕ =
0,6. Xác định phân áp suất hơi nước p h’ nhiệt độ đọng sương ts’ độ chứa hơi d,
entanpi i của không khí ẩm.
Lời giải:
ph
ϕ= .
Ta có: Ph max
ph = ϕ .phmax
Vậy
Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với tn = t = 250C tra được áp suất:
phmax = 0,03166 bar.
Vậy phân áp suất của hơi nước:
ph = 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:
ts = 170C.
Độ chứa hơi d:
ph 0,019
= 622. = 12g / kg. khô = 0,012 kg/kg khô
d = 622
p − ph 1 − 0,019
Tính entanpi:
i = t + d (2500 + 1,93t)
i= 25 + 0,012 (2500 + 1,93.25) = 55,6 kJ/kg khô.
Bài 2:
10 m3 không khí ẩm ở áp suất p = 1 bar có nhiệt độ t = 20 0C, nhiệt độ đọng
sương ts = 10oC. 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:
ph
ϕ=
Ta có: p h max
Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 200C ta có:
phmax = 0,0234 bar
Từ bảng nước và hơi nước bão hòa với t = 100C ta có:
32
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
ph = 0,0123 bar
33
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
0,0123
= 0,53
Vậy: d=
0,0234
Theo công thức:
Ph 0,0123
ϕ = 0,622 = 0,622 = 0,00775kg / kg khô
p − ph 1 − 0,0123
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 = Gh + Gk
Từ phương trình trạng thái viết cho hơi nước và không khí khô ta tính được:
p h V 0,0123.105.10
= = 0,09 kg hơi nước.
Gh =
R hT 8314
Pk V (1 − 0,0123).105.10
= = 11,75 kgk.k. khô
Gk =
R kT 287.293
G = 0,09 + 11,75 = 11,84 kg
Khối lượng riêng của không khí ẩm:
G 11,48
ρ= = = 1,184kg / m 3 ≈ kg / m 3
V 10
Bài 3:
Cho khối lượng vật cần sấy ban đầu Gđ = 300kg và sau khi sấy Gc = 250 kg,
thời gian sấy τ = 10h. Để sấy dùng không khí có t1 = 200C, ϕ 1 = 0,6 được đốt nóng
trong calorifer hơi nước đến t2 = 95oC. Sau khi sấy không khí có nhiệt độ t3 = 350C.
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 t1 và ϕ 1 từ đó tìm được d1, I1
Điểm 2 là giao điểm của d1 = const và t2 tìm được I2
Điểm 3 là giao điểm của I2 = const và t3 tìm được t3
Dùng công thức tính toán:
Từ bảng nước và hơi bão hòa với t = 200C ta có:
Hình 9
phmax= 0,0234 bar.
34
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
ph = ϕ.p h max = 0,6.0,234 = 0,014 bar
ph 0,014
= 0,622
d1 = 0,622
p − ph 1 − 0,014
d1 = 0,0088 kg/kg khô
I1 = t1 + d1(250 + 1,93.t1)
I1 = 20 + 0,0088 (2500 + 1,93.20) = 42,34 kJ/kg khô.
I2 = t2 + d2 (2500 + 1,93t2) với d2 = d1
I2 = 95 + 0,0088 (2500 + 1,93.95) = 118,6 kJ/kg khô
q = I2 - I1 = 118,6 - 42,34 = 75,66 kJ/kg khô
Vì quá trình ấy có I2 = I3 nên:
I2 = t3 + d3 (2500 + 1,93t3)
I2 − t3 118,6 − 35
= = 0,0326kg / kg khô
d3 =
2500 + 1,93t 3 2500 + 1,93.35
∆ d = d3 - d1 = 0,0326 - 0,0088 = 0,0238 kg/kg khô
Lượng nước bốc hơi trong vật sấy trong 1h:
Gd − Gc 300 − 250
= = 5kg / h
Gn =
τ 10
Lượng không khí cần thiết:
Gn 5
G≈ = = 210kg. k.k. khí/h
∆d 0,0238
G 210
V = ρ = 1,2 = 175m / h
3
1
Lượng nhiệt cần khi tính chính xác:
I 2 − I1 75,66
.G n = .5 = 15895kJ / h
Q=
∆d 0,0238
Lượng hơi nước cần cung cấp cho calorifer:
Q
Gh =
r
Từ bảng hơi nước và hơi bão hòa theo p = 1,5 bar ta có:
r = 2226 kJ/kg
15895
= 7,14 kg hơi/h.
Vậy Gh =
2226
35
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
Bài 4:
Khi dùng bơm nhiệt để sấy ta có: không khí vào dàn ngưng của bơm nhiệt
có t1 = 300C, ϕ 1 = 0,8. Khi qua dàn ngưng, không khí được đốt nóng đến t 2 = 920C,
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 300C, ra khỏi dàn bốc hơi là 200C.
Lời giải:
Sử dụng đồ thị I - d (hình 10) ta có:
Điểm 1 là giao điểm của t1 = 300C và ϕ 1 = 0,8 tìm được:
d1 = 22 g/kg khô
I1 = 21 kcal/kg khô.
Điểm 2 là giao điểm của d2 = d1 và t2 = 920C tìm được:
I2 = 35 kcal/kg khô.
Điểm 3 là giao điểm của I3 = I2 và ϕ 3 = 0,8 tìm được
d3 = 41 g/kg khô.
a. Lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy:
550 − 450
= 25kg / h
Gn =
4
Lượng không khí cần:
Gn 25
G≈ = = 1316kg / h
∆d 0,041 − 0,022
G 1316
= = 1097m 3 / h
V=
ρ 1,2
Lượng nhiệt cần cho quá trình sấy: Hình 10
I 2 − I1 35 − 21
.G n = .25 = 18425 kcal / h
Q=
d 3 − d1 0,041 − 0,022
Q = 21,4 kW
b. Công suất của máy nén:
ϕ = Q ; N = Q = 21,4 = 5,35k W
ϕ
N 4
c. Nhiệt dàn bốc hơi của bơm nhiệt nhận từ không khí:
36
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
Q2 = Q - N = 21,4 - 5,35 = 16,05 kW
Lượng không khí cần cho dàn bốc hơi:
Q2 = Gk.Cpk. ∆ tk
Q2 16,05
Gk = C .∆t = 1,01.10 = 1,59 kg / s = 5721kg / h
pk k
Gk 5721
= = 4768m 3 / h
Vk =
ρ 1,2
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 t1 = 250C, sau đốt nóng trong dàn ngưng không khí có nhiệt độ t 2 = 750C.
lượn nước bốc hơi ra khỏi vật sấy Gn = 2,5kg/h. Xác định năng suất lạnh Qo 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 Gnn trong 1h.
Lời giải:
Dùng đồ thị I - d (hình 11) ta có:
Điểm 1 là giao điểm của t1 = 250C và ϕ 1 = 100% tìm được: d1 = 0,02 kg/kg khô
Điểm 2 là giao điểm của t2 =75oC và d2 = d1
Năng suất lạnh Q0 của máy:
Q0
ε=
N
Qo = ε .N = 5.0,5 = 2,5 kW
Lượng nhiệt do dàn ngưng tỏa ra QN:
QN = Qo + N = 2,5 + 0,5 = 3kW
Nhiệt lượng không khí nhận:
Q = Qo = 2,5. 3600 = 9000 kJ/h
t −t
Mặt khác: Q ≈ d − d .G n
2 1
Hình 11
3 1
Từ đó độ chứa hơi d3:
(t 2 − t 1 ) (75 − 25).2,5
= 0,034kg / kg khô
.G n = 0,02 +
d3 = d1 +
9000
Q
Từ đồ thị I - d, điểm 3 là giao điểm của d3 = 34g/kg và I3 = I2 tìm được:
ϕ 3 ≈ 70% t3 ≈ 400C.
Lượng không khí cần thiết:
37
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
Gn Gn 2,5
= = = 178,6kg / h
G≈
∆d d 3 − d 1 0,034 − 0,02
G 178,6
= = 149 m 3 / h
V=
ρ 1,2
Lượng nước từ không khí ngưng tụ lại dàn bốc hơi:
Gnn ≈ ∆ d.G = (0,034 - 0,02).178,6 = 2,5 kg/h
Chúng ta nhận thấy nếu ta thực hiện một quá trình khép kín như ở đây thì G nn
chính là Gn (lượng nước bốc hơi khỏi vật sấy)
Năng suất lạnh của máy có thể tính:
q ≈ t3 - t4 + t4 - t1 + 4,18 ∆d (t4 - t1) + 1,93d1(t4 – t1) + ∆ d.r
q ≈ t3 - t1 + (t4 -t1) (4,18 ∆d + 1,93d1) + ∆ d.r
q ≈ 40 - 25 + (34 - 25) (4,18.0,014 + 1,93.0,02) + 0,014.2420
q ≈ 50 kJ/kg khô
q.G n 50.2,5
= = 8929kJ / h .
Q0 =
∆d 0,014
Bài 6:
Cần điều hoà nhiệt độ cho một phòng làm việc có thể tích V = 150m 3, cần
giữ nhiệt độ trong phòng tT = 260C, độ ẩm trong phòng ϕT = 0,7, trong khi nhiệt độ
ngoài trời tN = 320C, độ ẩm ϕN = 0,8. Trong phòng có 15 người làm việc bàn giấy
có trang bị 10 bóng đèn ống 40W. Biết nhiệt qua kết cấu bao che phòng Qt = 400
kcal/h, nhiệt bức xạ qua cửa sổ Q4 = 300 kcal/h. Xác định lượng gió L, lượng gió
tái tuần hoàn LT và năng suất lạnh Q0 của máy.
Lời giải:
Từ đồ thị I - d (hình 12) ta xác định các điểm N, T, V:
Điểm N: biết tN = 320C và ϕ N = 0,8 tìm được:
IN = 22,5 kcal/kg
Điểm T: biết tT = 260C và ϕ T = 0,7 tìm được:
IT = 16 kcal/kg
Điểm V: biết ϕ V = 0,95 và dv = dt tìm được:
Iv = 14,5 kcal/kg
tv = 210C
Lượng gió của hệ thống: Hình 12
Qt
L= I − I
T v
Nhiệt thừa Qt
38
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
Qt = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5
Q1 = 400 kcal/h, nhiệt qua kết cấu bao che của phòng.
Q2 = Nhiệt tỏa ra từ người.
Q2 = n.q = 15. 100 = 1500 kcal/h
Q3 - Nhiệt tỏa ra từ bóng đèn
Q3 = n. 860. N = 10. 860. 0,04 = 344 kcal/h
Q4 = 300 kcal/h nhiệt độ bức xạ qua cửa sổ.
Q5 = 0,1.Qt nhiệt do lọt gió qua khe cửa…
Vậy Qt = 400 + 1500 + 344 + 300 + 0,1Qt
2544
= 2827kcal / h
Qt =
0,9
2827
= 1885kg / h
L=
16 − 14,5
L 1885
= 1571m 3 / h
=
v=
ρ 1,2
Lượng gió mới LN:
LN = 25. 1,2. n = 25. 1,2. 15 = 450 kg/h
Lượng gió tái tuần hoàn:
LT = L - LN = 1885 - 450 = 1435 kg/h
Tỷ lệ hòa trộn:
LT HN 1435
ω= = = ≈3
LN HT 450
Từ đồ thị I - d, ta xác định được điểm hòa trộn H (đoạn HT = 1, đoạn HN = 3) và
entanpi IH = 17,5 kcal/kg
Bội số tuần hoàn
V 1571
b = V = 150 ≈ 10,5
t
Năng suất lạnh của máy Q0
QO = L (IH - Iv) = 1885 (17,5 - 14,5) = 5655 kcal/h = 6,6 kW
Lượng nước (ngưng tụ từ không khí) lấy ra được.
w = (dH -dV). L = (0,018 - 0,0156). 1885 = 4,5 kg/h
Khi vận hành, nếu nhiệt độ bên ngoài tăng, nhiệt độ trong phòng cũng tăng và nếu
nhiệt độ bên ngoài giảm thì nhiệt độ trong phòng cũng giảm theo và độ chênh lệch
độ ngoài trời và trong nhà vẫn giữ khoảng 60C ( ∆ t = tN - tT = 32 - 26 = 60C).
39
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
2. bài tập tự luyện:
Bài 7:
1 kg không khí ẩm có áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 15 0C, phân áp suất của hơi
nước ph = 1270N/m2. Xác định độ ẩm tương đối ϕ , nhiệt độ sương ts’, độ chứa
hơi d, entanpi I và khối lượng riêng của không khí ẩm?
Trả lời: ϕ = 0,746; ts = 10,5 0C; d = 8g/kg khô; I = 35,1 kJ/kg khô; ρ = 1,21 kg/m3
Bài 8:
100m3 không khí ẩm ở áp suất p = 1bar, nhiệt độ t = 35 oC, độ ẩm ϕ = 70%. Xác
định độ chứa hơi d, nhiệt độ đọng sương ts, khối lượng không khí Gk, khối lượng
hơi nước Gh có trong không khí ẩm?
Trả lời: d = 25,5 g/kg khô, t = 290C; Gk = 109 kg, Gh = 2,78 kg.
Bài 9:
Không khí ẩm ở p = 1bar, nhiệt độ t = 30 0C, độ chứa hơi d = 18g/kg khô. Xác định
độ ẩm ϕ , nhiệt độ đọng sương ts, entanpi I, độ chứa hơi lớn nhất dmax?
Trả lời; ϕ = 0,66, ts = 22,50C; I = 76 KJ/kg khô, d max = 27,5g/kg khô.
Bài 10:
Không khí ở trạng thái đầu có t1 = 200C, độ ẩm ϕ = 40% được đốt nóng tới nhiệt
độ t2 = 80oC, rồi đưa vào buồng sấy. Sau khi sấy nhiệt độ giảm xuống đến t 3 =
350C. Xác định độ chứa hơi và độ ẩm tương đối của không khí sau khi sấy, nhiệt
cần thiết để bốc hơi 1 kg nước trong vật cần sấy trong một giờ?
Trả lời: d3 = 24g/kg khô, ϕ 3 = 0,66; Q = 3400 kJ/kg.h
Bài 11:
Khối lượng vật cần sấy khi đưa vào buồng sấy Gđ = 300kg, khi lấy ra Gc = 260kg,
thời gian sấy τ = 8h. Không khí ở trạng thái đầu có t 1 = 300C, ϕ 1 = 0,7, sau khi
được đốt nóng trong calorifer nhiệt độ không khí t2 = 900C và được đưa vào buồng
sấy. Nhiệt độ không khí khi ra t3 = 400C. áp suất khí quyển p = 1 bar. Xác định
lượng không khí cần thiết, lượng nhiệt cần thiết, độ ẩm tương đối của không khí
sau khi sấy? Trả lời: G = 250 kg/h, V = 208m 3/h; Q = 15550 kJ/h,
ϕ = 0,7
Bài 12:
Không khí ở nhiệt độ t1 = 300C. ϕ 1= 0,5 được đốt nóng trong calorifer đến t2 =
900C. Không khí sau khi ra khỏi buồng sấy có độ ẩm ϕ 3 = 0,8. Sản phẩm sấy cần
đưa vào để sấy 216 kg, khi lấy sản phẩm ra 200kg, thời gian sấy trong 4h. Tính
lượng không khí cần và lượng nhiệt cần cho quá trình sấy (dùng đồ thị I -d )?
Trả lời: G = 95,2 kg/h, V = 70,3m3/h; Q = 5971 kJ/h
Bài 13:
Cần điều hòa nhiệt độ cho một phòng họp có thể tích V = 800m3, ở nhiệt độ trong
phòng tT = 28oC, độ ẩm trong phòng ϕ T = 0,7. Nhiệt độ ngoài trời tN = 34 0C, độ ẩm
ϕN = 0,85. Trong phòng có 60 người dự họp biết Q1 = 2000kcal/h(chọn q = 80
kcal/h, người), Q4 = 84kcal/h. Xác định lượng gió L, lượng gió tái tuần hoàn LT và
công suất lạnh Qo? Trả lời: L = 9600 kg/h, LT = 7800 kg/h; Qo = 33,5 kW
Bài 14:
Cần lắp máy điều hòa cửa sổ cho một phòng có thể tích V = 100m 3, nhiệt độ và
độ ẩm trong phòng cần tT = 280C, ϕ T = 0,7, nhiệt độ và độ ẩm ngoài trời t N =
340C, ϕ N = 0,85. Nhiệt độ cần lấy đi Q t = 1320 kcal/h, Dùng phương pháp gần
40
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt
đúng để tính công suất lạnh của máy ( cho qv = 0,12, kq = 4)? Trả
lời: QO = 6,6 kW
41
Trường đại học công nghiệp hà nội Bài tập kỹ thuật nhiệt