Determinação de parâmetros de ar úmido. Determinação de parâmetros de ar úmido Ar úmido Características básicas do ar úmido

Figura: 1. Exibição dos processos de tratamento de ar no diagrama d-h

Figura: 2. A imagem no diagrama d-h dos parâmetros de ar condicionado

Termos básicos e definições

O ar atmosférico é uma mistura não estratificada de gases (N2, O2, Ar, CO2, etc.), que é chamada de ar seco e vapor d'água. O ar condicionado é caracterizado por: temperatura t [° C] ou T [K], pressão barométrica pb [Pa], trabalho absoluto \u003d pb + 1 [bar] ou ppar parcial, densidade ρ [kg / m3], entalpia específica (conteúdo de calor) h [kJ / kg]. O estado da umidade no ar atmosférico é caracterizado pela umidade absoluta D [kg], relativa ϕ [%] ou teor de umidade d [g / kg]. A pressão atmosférica do ar pb é a soma das pressões parciais do ar seco pc e do vapor de água pp (lei de Dalton):

rb \u003d pc + pn. (1)

Se os gases podem ser misturados em qualquer quantidade, então o ar pode conter apenas uma certa quantidade de vapor d'água, porque a pressão parcial dos vapores de água рпв na mistura não pode ser maior do que a pressão parcial de saturação рн desses vapores a uma dada temperatura. A existência da pressão de saturação parcial limitante se manifesta no fato de que todo o vapor de água em excesso a essa quantidade é condensado.

Nesse caso, a umidade pode cair na forma de gotículas de água, cristais de gelo, névoa ou geada. O menor teor de umidade no ar pode ser reduzido a zero (em baixas temperaturas), e o maior é de cerca de 3% em peso ou 4% em volume. Umidade absoluta D - a quantidade de vapor [kg] contido em um metro cúbico ar úmido:

onde Мп - massa de vapor, kg; L é o volume de ar úmido, m 3. Em cálculos práticos, a unidade de medida que caracteriza o teor de vapor no ar úmido é considerada o teor de umidade. Teor de umidade do ar úmido d - quantidade de vapor contido no volume de ar úmido, constituído por 1 kg de ar seco e Mw [g] vapor:

d \u003d 1000 (Mp / Mc), (3)

onde Мc é a massa da parte seca do ar úmido, kg. A umidade relativa ϕ ou o grau de umidade, ou índice higrométrico, é a razão entre a pressão parcial do vapor de água e a pressão parcial do vapor saturado, expressa em porcentagem:

ϕ \u003d (pn / pn) 100% ≈ (d / dp) 100%. (4)

A umidade relativa pode ser determinada medindo a taxa de evaporação da água. Naturalmente, quanto mais baixa a umidade, mais ativa será a evaporação da umidade. Se o termômetro estiver envolto em um pano úmido, a leitura do termômetro diminuirá em relação ao termômetro seco. A diferença entre as leituras das temperaturas dos termômetros secos e úmidos dá um certo valor do grau de umidade do ar atmosférico.

A capacidade de calor específica do ar c é a quantidade de calor necessária para aquecer 1 kg de ar por 1 K. A capacidade de calor específica do ar seco a pressão constante depende da temperatura, no entanto, para cálculos práticos de sistemas SCR, a capacidade de calor específica de ar seco e úmido é:

d.c.w \u003d 1 kJ / (kg⋅K) \u003d 0,24 kcal / (kg⋅K) \u003d 0,28 W / (kg⋅K), (5)

A capacidade de calor específico do vapor de água cp é considerada igual a:

cn \u003d 1,86 kJ / (kg⋅K) \u003d 0,44 kcal / (kg⋅K) \u003d 0,52 W / (kg⋅K), (6)

Calor seco ou sensível - calor que é adicionado ou removido do ar sem alterar o estado de agregação do vapor (mudanças de temperatura). O calor latente é o calor que vai mudar o estado agregado do vapor sem mudar a temperatura (por exemplo, secagem). A entalpia (conteúdo de calor) do ar úmido hv.v é a quantidade de calor contida no volume de ar úmido, cuja parte seca pesa 1 kg.

Caso contrário, é a quantidade de calor necessária para aquecer de zero a uma dada temperatura, tal quantidade de ar, cuja parte seca é de 1 kg. Normalmente tome a entalpia específica do ar h \u003d 0 à temperatura do ar t \u003d 0 e o teor de umidade d \u003d 0. A entalpia do ar seco hc.w é igual a:

hc.w \u003d ct \u003d 1,006t [kJ / kg], (7)

onde c é a capacidade térmica específica do ar, kJ / (kg⋅K). A entalpia de 1 kg de vapor de água é:

hv.p \u003d 2500 + 1,86t [kJ / kg], (8)

onde 2500 é o calor latente de evaporação de 1 kg de água a uma temperatura de zero graus, kJ / kg; 1,86 - capacidade de calor do vapor de água, kJ / (kg⋅K). Na temperatura do ar úmido t e teor de umidade d, a entalpia do ar úmido é:

hv.w \u003d 1,006t + (2500 + 1,86t) × (d / 1000) [kJ / kg], onde d \u003d (ϕ / 1000) dn [g / kg], (9)

A capacidade de calor e resfriamento Q do sistema de ar condicionado pode ser determinada usando a fórmula:

Q \u003d m (h2 - h1) [kJ / h], (10)

onde m é o consumo de ar, kg; h1, h2 - entalpia de ar inicial e final. Se o ar úmido for resfriado a um teor de umidade constante, a entalpia e a temperatura diminuirão e a umidade relativa aumentará. Chegará um momento em que o ar ficará saturado e sua umidade relativa será igual a 100%. Isso iniciará a evaporação da umidade do ar na forma de orvalho - condensação de vapor.

Essa temperatura é chamada de ponto de orvalho. A temperatura do ponto de orvalho para várias temperaturas de ar seco e umidade relativa é fornecida na tabela. 1. O ponto de orvalho é o limite do possível resfriamento do ar úmido com um teor de umidade constante. Para determinar o ponto de orvalho, é necessário encontrar uma temperatura na qual o teor de umidade do ar d será igual à sua capacidade de umidade dн.

Construção gráfica de processos de tratamento de ar

Para facilitar os cálculos, a equação para o conteúdo de calor do ar úmido é apresentada na forma de um gráfico denominado diagrama d-h (na literatura técnica, o termo diagrama i-d é algumas vezes usado) .Em 1918, Professor da St. Petersburg University L.K. Ramzin propôs um diagrama d-h, que reflete inequivocamente a relação entre os parâmetros do ar úmido t, d, h, ϕ em um determinado pressão atmosférica pb.

Com a ajuda do diagrama d-h, o método gráfico é usado simplesmente para resolver problemas, cuja solução de forma analítica requer cálculos simples, mas cuidadosos. Na literatura técnica, existem várias interpretações deste diagrama, que apresentam pequenas diferenças em relação ao diagrama Ramzin d-h.

São, por exemplo, o gráfico Mollier, o gráfico Carrier publicado pela Sociedade Americana de Aquecimento, Refrigeração e Ar Condicionado (ASHRAE), o gráfico da Associação Francesa de Engenheiros de Clima, Ventilação e Refrigeração (AICVF). O último diagrama é muito preciso, foi impresso em três cores.

No entanto, em nosso país, o diagrama de Ramzin, via de regra, foi muito difundido e atualmente é utilizado. Ele está disponível em muitos livros didáticos e é usado por organizações de design. Portanto, nós o tomamos como base (Fig. 1) .Este diagrama d-h de Ramzin é construído em um sistema de coordenadas oblíquas. A ordenada é a entalpia h, e a abcissa, localizada em um ângulo de 135 ° com a ordenada, é o teor de umidade d. A origem (ponto 0) corresponde aos valores h \u003d d \u003d 0.

Abaixo do ponto 0, valores negativos entalpias, acima são positivas. Na grade obtida desta forma, linhas de isotérmicas t \u003d const, linhas de umidade relativa constante ϕ \u003d const, pressão parcial de vapor d'água e teor de umidade são traçadas. A curva inferior ϕ \u003d 100% caracteriza o estado saturado do ar e é chamada de curva limite. Com o aumento da pressão barométrica, a linha de saturação se desloca para cima e, com a diminuição da pressão, ela se move para baixo.

Assim, ao realizar cálculos para o LES localizado na área de Kiev, é necessário utilizar um diagrama com pressão barométrica pb \u003d 745 mm Hg. Arte. \u003d 99 kPa. No diagrama d-h, a área localizada acima da curva limite (ϕ \u003d 100%) é a área do vapor insaturado, e a área abaixo da curva limite é o ar úmido supersaturado.

Nesta área, o ar saturado contém umidade em uma fase líquida ou sólida. Como regra, esse estado do ar é instável, portanto, os processos nele contidos não são considerados no diagrama d-h. No diagrama d-h, cada ponto acima da curva limite reflete um certo estado do ar (temperatura, teor de umidade, umidade relativa, entalpia, pressão parcial do vapor de água).

Se o ar passa por um processo termodinâmico, então sua transição de um estado (ponto A) para outro (ponto B) corresponde ao diagrama d-h da linha AB. Em geral, esta é uma linha curva. No entanto, estamos interessados \u200b\u200bapenas nos estados inicial e final do ar, e os intermediários não importam, portanto a linha pode ser representada como uma linha reta conectando os estados inicial e final do ar.

Para determinar no diagrama d-h um ponto correspondente a um determinado estado do ar, basta conhecer dois parâmetros independentes. O ponto que você está procurando está localizado na interseção das linhas correspondentes a esses parâmetros. Desenhando perpendiculares às linhas nas quais outros parâmetros são estabelecidos, determine seus valores. A temperatura do ponto de orvalho também é determinada no diagrama d-h.

Como a temperatura do ponto de orvalho é a temperatura mais baixa para a qual o ar pode ser resfriado a um teor de umidade constante, para encontrar o ponto de orvalho, é suficiente traçar uma linha d \u003d const até que ela cruze com a curva ϕ \u003d 100%. O ponto de intersecção dessas linhas é o ponto de orvalho, e a temperatura correspondente é a temperatura do ponto de orvalho. Usando o diagrama d-h, você pode determinar a temperatura do ar usando um bulbo úmido.

Para fazer isso, a partir de um ponto com parâmetros de ar dados, desenhamos um isentalpo (h \u003d const) para a interseção com a linha ϕ \u003d 100%. A temperatura correspondente ao ponto de intersecção dessas linhas é a temperatura do bulbo úmido. A documentação técnica dos condicionadores de ar estipula as condições sob as quais as medições da capacidade nominal de refrigeração foram feitas. Normalmente, esta é a temperatura do bulbo úmido e do bulbo seco correspondente a 50% de umidade relativa.

Processo de aquecimento de ar

Quando o ar é aquecido, a linha do processo termodinâmico passa ao longo de uma linha reta A-B com um teor de umidade constante (d \u003d const). A temperatura do ar e a entalpia aumentam, enquanto a umidade relativa diminui. O consumo de calor para aquecer o ar é igual à diferença entre as entalpias dos estados final e inicial do ar.

Processo de resfriamento de ar

O processo de resfriamento a ar no diagrama d-h é refletido por uma linha reta direcionada verticalmente para baixo (linha reta A-C). O cálculo é executado da mesma forma que o processo de aquecimento. No entanto, se a linha de resfriamento ficar abaixo da linha de saturação, o processo de resfriamento seguirá direto A-C e mais adiante ao longo da linha ϕ \u003d 100% do ponto C1 ao ponto C2. Parâmetros do ponto C2: d \u003d 4,0 g / kg, t \u003d 0,5 ° C.

Processo de desumidificação de ar úmido

A desumidificação do ar úmido com absorventes sem alteração do teor de calor (sem retirada e fornecimento de calor) ocorre ao longo da reta h \u003d const, ou seja, ao longo da reta A-D direcionada para cima e para a esquerda (reta A-D1). Ao mesmo tempo, o teor de umidade e a umidade relativa diminuem, e a temperatura do ar aumenta, porque no processo de absorção, o vapor se condensa na superfície do absorvente e o calor latente liberado do vapor se transforma em calor sensível. O limite deste processo é o ponto de intersecção da reta h \u003d const com a ordenada d \u003d 0 (ponto D1). O ar neste ponto está completamente livre de umidade.

Umidificação adiabática e resfriamento de ar

Umidificação adiabática e resfriamento (sem troca de calor c ambiente externo) no diagrama d-h do estado inicial (ponto N) é refletido por uma linha reta direcionada para baixo ao longo de h \u003d const (ponto K). O processo ocorre quando o ar entra em contato com a água circulando constantemente no ciclo reverso. Ao mesmo tempo, a temperatura do ar cai, o teor de umidade e a umidade relativa aumentam.

O limite do processo é o ponto na curva ϕ \u003d 100%, que é a temperatura de bulbo úmido. Ao mesmo tempo, a água em recirculação deve adquirir a mesma temperatura. Porém, em SCR reais com processos adiabáticos de resfriamento e umidificação do ar, o ponto ϕ \u003d 100% não é atingido.

Mistura de ar com diferentes parâmetros

No diagrama d-h, os parâmetros do ar misturado (com parâmetros correspondentes aos pontos (X e Y) podem ser obtidos da seguinte forma. Conectamos os pontos X e Y com uma linha reta. Os parâmetros do ar misturado estão nesta linha reta, e o ponto Z o divide em segmentos inversamente proporcionais à massa de ar cada um de partes componentes... Se denotarmos a proporção da mistura n \u003d Gx / Gy, então direto X-Y encontrar o ponto Z, é necessário dividir a reta X-Y pelo número de partes n + 1 e a partir do ponto X colocar um segmento igual a uma parte.

O ponto da mistura estará sempre mais próximo dos parâmetros do ar, cuja parte seca tem grande massa. Ao misturar dois volumes de ar insaturado com estados correspondentes aos pontos X1 e Y1, pode acontecer que a reta X1-Y1 intercepte a curva de saturação ϕ \u003d 100% e o ponto Z1 estará na região de neblina. Esta posição do ponto de mistura Z2 mostra que, como resultado da mistura, a umidade irá cair do ar.

Nesse caso, o ponto da mistura Z1 passará para um estado mais estável na curva de saturação ϕ \u003d 100% para o ponto Z2 ao longo do isentalpo. Ao mesmo tempo, caem dZ1 - dZ2 gramas de umidade para cada quilograma da mistura.

Inclinação no diagrama d-h

Atitude:

ε \u003d (h2 - h1) / (d2 - d1) \u003d Δh / Δd (11)

determina exclusivamente a natureza do processo de mudança do ar úmido. Além disso, os valores das quantidades Δh e Δd podem ter o sinal "+" ou "-", ou podem ser iguais a zero. O valor de ε é chamado de relação térmica-umidade do processo de mudança do ar úmido, e quando o processo é exibido com um feixe no diagrama d-h, é a inclinação:

ε \u003d 1000 (Δh / Δd) \u003d ± (Qsub / MV), kJ / kg,(12)

Assim, a inclinação é igual à razão entre o excesso de calor e a massa de umidade liberada. A inclinação é representada por segmentos de raios no quadro do campo do diagrama d-h (escala das inclinações). Então, para determinar a inclinação processo X-Z é necessário a partir do ponto 0 (na escala de temperatura) traçar uma linha reta paralela do processo X-Z até a escala de declive. Nesse caso linha O-N indicará a inclinação igual a 9000 kJ / kg.

Modelo termodinâmico de SCR

O processo de preparação do ar antes de fornecê-lo a uma sala climatizada é um conjunto de operações tecnológicas e é denominado tecnologia de ar condicionado. A tecnologia de processamento de calor e umidade do ar condicionado é determinada pelos parâmetros iniciais do ar fornecido ao ar condicionado e pelos parâmetros (configurados) necessários do ar na sala.

Para selecionar os métodos de tratamento do ar, é construído um diagrama d-h, que permite, dados certos dados iniciais, encontrar tal tecnologia que irá fornecer os parâmetros de ar especificados na sala tripulada com consumo mínimo de energia, água, ar, etc. A exibição gráfica dos processos de tratamento de ar em um diagrama d-h é chamada de modelo termodinâmico de um sistema de ar condicionado (TDM).

Os parâmetros do ar externo fornecido ao ar condicionado para processamento subsequente variam em uma ampla faixa ao longo do ano e do dia. Portanto, podemos falar sobre o ar externo como uma função multidimensional Xn \u003d xn (t). Consequentemente, o conjunto de parâmetros do ar fornecido é uma função multidimensional Xпр \u003d хпр (t), e na sala tripulada Xпом \u003d хпом (t) (parâmetros na área de trabalho).

Um processo tecnológico é uma descrição analítica ou gráfica do processo de movimento de uma função multidimensional de Xn a Xпр e posteriormente a Xпом. Observe que o estado variável do sistema x (ϕ) é entendido como os indicadores generalizados do sistema em diferentes pontos do espaço e em diferentes momentos. O modelo termodinâmico do movimento da função Xn para Xnom é construído no diagrama d-h, e então o algoritmo de processamento de ar, o equipamento necessário e o método para regulação automática dos parâmetros do ar são determinados.

A construção de um TDM começa com o desenho no diagrama d-h do estado do ar externo de um determinado ponto geográfico. A área estimada de possíveis condições do ar externo é obtida de acordo com SNiP 2.04.05-91 (parâmetros B). O limite superior é a isoterma tl e isentalp hl (parâmetros limitantes da estação quente). O limite inferior é a isoterma tm e isenthalp hm (parâmetros limitantes do frio e períodos de transição do ano).

Os valores-limite da umidade relativa do ar externo são obtidos com base nos resultados das observações meteorológicas. Na ausência de dados, assume-se a faixa de 20 a 100%, assim, a função multivariada dos parâmetros possíveis do ar externo está encerrada no polígono abcdefg (Fig. 2). Em seguida, o valor necessário (calculado) da condição do ar na sala ou na área de trabalho é aplicado ao diagrama d-h.

Pode ser um ponto (ar condicionado de precisão) ou uma área de trabalho P1P2P3P4 (ar condicionado de conforto). Em seguida, a inclinação da mudança nos parâmetros do ar na sala ε é determinada e as linhas de processo são traçadas através dos pontos de limite da área de trabalho. Na ausência de dados sobre o processo de calor e umidade na sala, é possível obter aproximadamente kJ / kg: empresas de comércio e alimentação pública - 8500-10000; auditórios - 8500-10000; apartamentos - 15.000-17.000; espaço de escritório - 17000-20000.

Depois disso, é construída uma zona de parâmetros do ar fornecido. Para isso, nas linhas ε traçadas a partir dos pontos de fronteira da zona Р1Р2Р3Р4, são colocados os segmentos correspondentes à diferença de temperatura calculada:

Δt \u003d tпом - tпр, (13)

onde tpr é a temperatura de projeto do ar fornecido. A solução do problema se reduz à transferência de parâmetros do ar da função multidimensional Xn para a função Xnom. O valor Δt é obtido de acordo com os padrões ou calculado com base nos parâmetros do sistema de refrigeração. Por exemplo, ao usar água como refrigerante, a temperatura final da água na câmara de irrigação tw será:

tw \u003d t2 + Δt1 + Δt2 + Δt3, (14)

onde t1 é a temperatura da água na saída do resfriador (5-7 ° C); Δt1 - aumento da temperatura da água na tubulação do chiller para o trocador de calor da água do ar condicionado (1 ° C); Δt2 - aquecimento da água da câmara de irrigação (2-3 ° C); Δt3 - aquecimento da água devido ao coeficiente de bypass (1 ° C) .Assim, a temperatura da água em contato com o ar será tw \u003d 9-12 ° C. Na prática, a umidade do ar atinge não mais que ϕ \u003d 95%, o que aumenta tw para 10-13 ° C. A temperatura do ar fornecido será:

tw \u003d t2 + Δt2 + Δt3 + Δt4, (15)

onde Δt4 - aquecimento do ar no ventilador (1-2 ° C); Δt5 - aquecimento do ar na conduta do ar de insuflação (1-2 ° C) .Assim, a temperatura do ar de insuflação será de 12-17 ° C. A diferença de temperatura permitida entre o ar de exaustão e o ar fornecido Δt para instalações industriais é de 6-9 ° С, para áreas de vendas - 4-10 ° С, e com uma altura da sala de mais de 3 m - 12-14 ° С.

Em geral, os parâmetros do ar retirado da sala diferem dos da área de trabalho. A diferença entre eles depende da forma como o ar é fornecido à sala, da altura da sala, da taxa de troca de ar e de outros fatores. As zonas Y, P e P no diagrama d-h têm a mesma forma e estão localizadas ao longo da linha ε nas distâncias correspondentes às diferenças de temperatura: Δt1 \u003d tpom - tpr e Δt2 \u003d tsp - tpom. A proporção entre tпр, tпом e t é estimada pelo coeficiente:

m1 \u003d (tsp - tpr) / (tsp - tpr) \u003d (hsp - hpr) / (hsp - hpr),(16)

Assim, o processo de condicionamento de ar se resume a trazer o conjunto de parâmetros do ar externo (polígono abcdef) para o conjunto permitido de parâmetros do ar fornecido (polígono P1P2P3P4). gráficos d-h, várias versões podem ser encontradas na Internet.

Um dos diagramas comuns é o diagrama desenvolvido por Daichi (Moscou), www.daichi.ru. Usando este diagrama, você pode encontrar os parâmetros do ar úmido em diferentes pressões barométricas, construir linhas de processo, determinar os parâmetros de uma mistura de duas correntes de ar, etc. discutido em edições subsequentes de nossa revista.

O ar atmosférico é quase sempre úmido devido à evaporação da água de corpos d'água abertos para a atmosfera, bem como devido à combustão de combustíveis orgânicos com a formação de água, etc. Aquecido ar atmosférico muito frequentemente usado para secar vários materiais em câmaras de secagem e em outros processos tecnológicos... O conteúdo relativo de vapor de água no ar é também um dos componentes mais importantes do conforto climático em instalações residenciais e em instalações para armazenamento de longo prazo de alimentos e produtos industriais. Essas circunstâncias determinam a importância de estudar as propriedades do ar úmido e calcular os processos de secagem.

Aqui iremos considerar a teoria termodinâmica do ar úmido principalmente com o objetivo de aprender como calcular o processo de secagem de material úmido, ou seja, aprender a calcular a vazão de ar que proporcionaria a taxa de secagem necessária do material para os parâmetros dados da instalação de secagem, bem como considerar a análise e o cálculo das instalações de ar condicionado e ar condicionado.

O vapor de água que está presente no ar pode ser superaquecido ou saturado. Sob certas condições, o vapor de água no ar pode condensar; então a umidade cai na forma de uma névoa (nuvem), ou a superfície fica embaçada - o orvalho cai. Porém, apesar das transições de fase, o vapor d'água em ar úmido pode ser considerado com grande precisão como um gás ideal até o estado saturado seco. Na verdade, por exemplo, a uma temperatura t \u003d 50 о С vapor de água saturado tem uma pressão p s \u003d12300 Pa e volume específico. Tendo em mente que a constante do gás para o vapor de água

essa. com esses parâmetros, mesmo o vapor de água saturado com um erro de no máximo 0,6% se comporta como um gás ideal.

Assim, consideraremos o ar úmido como uma mistura de gases ideais com a única condição de que em estados próximos à saturação, os parâmetros de vapor d'água sejam determinados a partir de tabelas ou diagramas.

Vamos apresentar alguns conceitos que caracterizam o estado do ar úmido. Deixe o ar úmido estar em equilíbrio no volume do espaço de 1 m 3. Então a quantidade de ar seco neste volume será, por definição, a densidade do ar seco ρw (kg / m 3), e a quantidade de vapor d'água, respectivamente, ρ in (kg / m 3). Esta quantidade de vapor de água é chamada umidade absoluta ar úmido. A densidade do ar úmido obviamente

Deve-se ter em mente que as densidades de ar seco e vapor d'água devem ser calculadas nas pressões parciais correspondentes, de modo que

essa. consideramos a lei de Dalton válida para ar úmido.

Se a temperatura do ar importante é tentão

Muitas vezes, em vez da densidade do vapor de água, ou seja, em vez de umidade absoluta, o ar úmido é caracterizado pelo chamado teor de umidade d, que é definido como a quantidade de vapor d'água por 1 kg de ar seco. Para determinar o teor de umidade d selecione algum volume no ar úmido V 1, de modo que a massa de ar seco nele seja de 1 kg, ou seja, dimensão V 1 em nosso caso é m 3 / kg sv. Então, a quantidade de umidade neste volume será dkg vp / kg sv. É óbvio que o teor de umidade dassociada à umidade absoluta ρ VP. Na verdade, a massa de ar úmido em volume V 1 é igual

Mas desde o volume V 1 nós escolhemos para que contenha 1 kg de ar seco, então obviamente. O segundo termo é, por definição, teor de umidade d, ou seja,

Considerando o ar seco e o vapor de água como gases ideais, obtemos

Levando em consideração, encontramos a relação entre o teor de umidade e a pressão parcial do vapor d'água no ar

Substituindo valores numéricos aqui, finalmente temos

Visto que o vapor d'água ainda não é um gás ideal no sentido de que sua pressão parcial e temperatura são muito mais baixas do que as críticas, o ar úmido não pode conter uma quantidade arbitrária de umidade na forma de vapor. Vamos ilustrar isso no diagrama p - v vapor de água (ver Fig. 1).

Deixe o estado inicial do vapor de água no ar úmido ser representado pelo ponto C. Se agora em temperatura constante t Com a adição de umidade ao ar úmido na forma de vapor, por exemplo, pela evaporação da água de uma superfície aberta, então o ponto que representa o estado do vapor d'água se moverá ao longo da isoterma t С \u003d const à esquerda. A densidade do vapor de água no ar úmido, ou seja, sua umidade absoluta aumentará. Este aumento na umidade absoluta continuará enquanto o vapor de água em uma determinada temperatura t C não se torna saturado a seco (estado S). Um aumento adicional na umidade absoluta em uma determinada temperatura é impossível, pois o vapor de água começará a condensar. Assim, o valor máximo da umidade absoluta a uma determinada temperatura é a densidade do vapor saturado seco a esta temperatura, ou seja,

A razão entre a umidade absoluta em uma determinada temperatura e a umidade absoluta máxima possível na mesma temperatura é chamada de umidade relativa do ar úmido, ou seja, por definição nós temos

Outra variante da condensação de vapor em ar úmido também é possível, ou seja, o resfriamento isobárico de ar úmido. Então, a pressão parcial do vapor d'água no ar permanece constante. Ponto C no diagrama p - v irá se deslocar para a esquerda ao longo da isobar até o ponto R. Então a umidade começará a cair. Esta situação ocorre muitas vezes durante o verão, durante a noite, quando o ar esfria, quando o orvalho cai sobre as superfícies frias e a névoa se forma no ar. Por esta razão, a temperatura no ponto R, no qual o orvalho começa a cair, é chamada de ponto de orvalho e é denotada t R. É definida como a temperatura de saturação correspondente a uma dada pressão parcial de vapor

A entalpia de ar úmido por 1 kg de ar seco é calculada somando

neste caso, leva-se em consideração que as entalpias de ar seco e de vapor d'água são contadas a partir da temperatura 0 о С (mais precisamente da temperatura do ponto triplo da água, igual a 0,01 о С).

Secagem É o processo de remoção de umidade de materiais.

A umidade pode ser removida mecanicamente (torcer, filtrar, centrifugar) ou térmico, isto é, por evaporação da umidade e remoção dos vapores resultantes.

Em sua essência física, a secagem é uma combinação de processos de transferência de calor e massa relacionados entre si. A remoção da umidade durante a secagem é reduzida ao movimento de calor e umidade dentro do material e sua transferência da superfície do material para o meio ambiente.

De acordo com o método de fornecimento de calor ao material a ser seco, os seguintes tipos de secagem são distinguidos:

– secagem convectiva –Contato direto do material seco com um agente secante, que geralmente é ar aquecido ou gases de combustão (geralmente misturados ao ar);

– secagem de contato- transferência de calor do refrigerante para o material através da parede que os separa;

– secagem por radiação - transferência de calor por raios infravermelhos;

– secagem dielétrica - aquecimento no campo das correntes de alta frequência;

– liofilização - secagem congelada sob alto vácuo.

A forma de ligação de umidade no material

O mecanismo do processo de secagem é amplamente determinado pela forma da ligação umidade-produto: quanto mais forte essa ligação, mais difícil é o processo de secagem. O processo de remoção de umidade do produto é acompanhado por uma violação de sua conexão com o produto, o que requer uma certa quantidade de energia.

Todas as formas de ligação de umidade com o produto são divididas em três grandes grupos: ligação química, ligação física e química, ligação física e mecânica. No processo de secagem de alimentos, como regra, a umidade fisico-química e fisico-mecanicamente ligada é removida.

Água quimicamente ligada é segurado com mais firmeza e não é removido quando o material é aquecido a 120 ... 150 ° C. A umidade quimicamente ligada é mais fortemente ligada ao produto e só pode ser removida aquecendo o material a altas temperaturas ou como resultado de reação química... Essa umidade não pode ser removida do produto por meio de secagem.

Umidade física e mecânica ligada É um líquido nos capilares e um líquido umectante.

A umidade nos capilares é subdividida em umidade macrocapilares e microcapilares... Os macrocapilares são preenchidos com umidade quando entram em contato direto com o material. A umidade entra nos microcapilares tanto por contato direto quanto como resultado de sua absorção do meio ambiente.

Ligação física e química combina dois tipos de umidade: adsortivo e osmoticamente umidade ligada. A umidade de adsorção é mantida firmemente na superfície e nos poros do corpo. Osmoticamente umidade ligada, também chamada de umidade expansiva, está localizada dentro das células do material e é mantida por forças osmóticas. Adsorção umidade requer muito mais energia para sua remoção do que a umidade dilatada.

Parâmetros básicos de ar úmido

Na secagem por convecção, o meio de transferência de calor (agente de secagem) transfere calor para o produto e leva embora a umidade que evapora do produto. Assim, o agente de secagem desempenha o papel de transportador de calor e umidade. O estado do ar úmido é caracterizado pelos seguintes parâmetros: pressão barométrica e pressão parcial de vapor, umidade absoluta e relativa, teor de umidade, densidade, volume específico, temperatura e entalpia. Conhecendo os três parâmetros do ar úmido, você pode encontrar todo o resto.

A importância absoluta do ar chamada de massa de vapor d'água em 1 m 3 de ar úmido (kg / m 3).

Humidade relativa , ou seja, grau de saturação do ar  , é chamada de proporção de umidade absoluta para a massa máxima possível de vapor de água (
), que pode ser contido em 1 m 3 de ar úmido nas mesmas condições (temperatura e pressão barométrica),

, ou seja,
100. (1)

A massa de vapor d'água, kg, contida no ar úmido e por 1 kg de ar absolutamente seco, é chamada de teor de umidade do ar:

, (2)

Entalpia Eu ar úmido refere-se a 1 kg de ar absolutamente seco e é determinado a uma determinada temperatura do ar t ° С como a soma das entalpias de ar absolutamente seco
e vapor de água
(J / kg ar seco):

, (3)

onde de s.v - capacidade térmica específica média de ar absolutamente seco, J / (kgK); eu n - entalpia de vapor d'água, kJ / kg.

Eu  d - diagrama de ar úmido. As propriedades básicas do ar úmido podem ser determinadas usando Eu x-chart, desenvolvido pela primeira vez por L.K. Ramzin em 1918. Diagrama Eu–X (fig. 1) construído para pressão constante R\u003d 745 mm Hg. Arte. (cerca de 99 kN / m 2).

No eixo vertical das ordenadas, a entalpia é traçada em uma determinada escala Eu, e na abscissa - teor de umidade d... O eixo da abscissa está localizado em um ângulo de 135 em relação ao eixo das ordenadas (para aumentar a parte útil do campo do diagrama e para tornar as curvas mais convenientes  \u003d const).

O diagrama mostra as linhas:

teor de umidade constante (d \u003d сnst) - retas verticais paralelas ao eixo das ordenadas;

entalpia constante ( Eu \u003d const) - linhas retas paralelas ao eixo das abcissas, isto é, fazendo um ângulo de 135 ° em relação ao horizonte;

temperaturas constantes, ou isotérmicas (t \u003d const);

umidade relativa constante (  \u003d const);

pressões parciais de vapor d'água r p no ar úmido, cujos valores são plotados em escala na ordenada direita do diagrama.

Figura: 1 Eu–d-diagrama

O ar ambiente ao nosso redor é uma mistura de gases. Quase sempre está molhado. O vapor de água, ao contrário de outros componentes da mistura, pode estar no ar, tanto no estado superaquecido quanto no estado saturado. O teor de vapor d'água no ar muda, tanto no processo de tratamento da umidade nos sistemas de abastecimento de ventilação e condicionadores de ar, quanto na assimilação da umidade no ambiente pelo ar. A parte seca do ar úmido geralmente contém (em volume): cerca de 75% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,03% de dióxido de carbono e uma pequena quantidade de gases inertes - argônio, néon, hélio, xenônio, criptônio), hidrogênio, ozônio e outros. Os componentes especificados da mistura de gás de ar constituem sua parte seca, a outra parte massa de ar é vapor d'água.

Air é visto como mistura de gases ideais, que permite usar as leis da termodinâmica para obter fórmulas de projeto.

De acordo com a lei de Dalton, cada gás da mistura, que compõe o ar, ocupa seu próprio volume, tem sua própria pressão parcial

P i ,

e tem a mesma temperatura com outros gases nesta mistura.

Atenção! Uma definição importante:

A soma das pressões parciais de cada um dos componentes da mistura é igual à pressão barométrica total do ar.

B \u003d Σ P i, Pa.

Considere o conceito do que é pressão parcial ?

Pressão parcial - é a pressão que o gás teria na composição dessa mistura se estivesse na mesma quantidade, no mesmo volume e na mesma temperatura da mistura.

No cálculo da ventilação, consideramos o ar úmido como uma mistura binária, ou seja, uma mistura de dois gases, que consiste em vapor d'água e uma parte seca do ar. Convencionalmente, consideramos a parte seca do ar como um gás homogêneo.

Nesse caminho, pressão barométrica igual à soma das pressões parciais de ar seco P r.v. e vapor de água P n , ou seja,

B \u003d P r.v. + P n

Em condições internas normais, quando a pressão do vapor de água R p aproximadamente igual a 15 mm. rt. Art., Participação do segundo membro P r.v. na fórmula da pressão barométrica, levando em consideração a diferença na densidade do ar úmido e seco, sendo as demais condições iguais, é de apenas 0,75% do valor da densidade do ar seco ρ r.v. ... Portanto, em nossos cálculos de engenharia, presume-se que

ρ air. \u003d ρ r.v.

Quando a umidade do ar muda nos processos de ventilação, a massa de sua parte seca permanece inalterada. Com base nisso, é comum referir a massa de vapor d'água contida no ar a 1 kg. parte seca do ar.

Vamos direto para as grandezas físicas que determinam os parâmetros do ar úmido. É a combinação desses parâmetros que determina o estado do ar úmido:

é uma quantidade que caracteriza grau de calor corporal... É uma medida da energia cinética média movimento de translação moléculas. Atualmente, são utilizadas a escala de temperatura Celsius e a escala de temperatura termodinâmica Kelvin, que se baseiam na segunda lei da termodinâmica. Existe uma relação entre as temperaturas expressas em Kelvin e Celsius, a saber:

T, K \u003d 273,15 + t ° C

É importante notar que o parâmetro do estado é a temperatura absoluta, expressa em Kelvin, mas o grau da escala absoluta é numericamente igual ao grau Celsius, ou seja,

dT \u003d dt.

A umidade do ar é caracterizada pela massa de vapor d'água nele contida. A massa de vapor d'água em gramas por 1 kg de parte seca do ar úmido é chamada teor de umidade do ar d, g / kg.

A quantidade d é igual a:

onde: B - pressão barométrica igual à soma das pressões parciais de ar seco.
P r.v. e vapor de água P n ;
P n - pressão parcial do vapor de água no ar úmido insaturado.

A quantidade φ igual à razão da pressão parcial do vapor de água no ar úmido insaturado P p. à pressão parcial do vapor de água no ar úmido saturado P n.p. à mesma temperatura e pressão barométrica, ou seja,

Em uma umidade relativa de 100%, o ar está completamente saturado com vapor de água, e é chamado ar úmido saturado , e o vapor de água contido neste ar está em um estado saturado.

Se um φ < 100%, então o ar contém vapor de água em um estado superaquecido e é chamado ar úmido insaturado .

A pressão do vapor de água saturado depende apenas da temperatura. Seu valor é determinado experimentalmente e é dado em tabelas especiais. Existem várias fórmulas que aproximam a dependência Pn.p. no Pa ou em milímetros. rt. st... da temperatura em t ° C.

Por exemplo, para a região de temperaturas positivas de 0 ° C e maior a pressão do vapor de água saturado em Pa, expressa aproximadamente pela dependência:

P n.p. \u003d 479 + (11,52 + 1,62 t) 2, Pa

Usando o conceito de umidade relativa φ , o teor de umidade do ar pode ser definido como

Para processos de ventilação, a faixa de temperatura é constante e igual a

De s.v. \u003d 1,005 kJ / (kg × ° C).

Em processos de ventilação típicos na faixa de temperatura, este valor pode ser considerado constante e igual

Cn \u003d 1,8 kJ / (kg × ° C).

J s.v. \u003d C s.v. × t,

onde: t - temperatura do ar, em ° C.

Entalpia de ar seco J s.v. em t \u003d 0 ° C tomar igual a 0.

para água em t \u003d 0 ° C é igual a 2500 kJ / kg.

no ar a qualquer temperatura t, é

J p \u003d 2500 + 1,8 t.

consiste na entalpia de sua parte seca e na entalpia de vapor d'água.

Entalpia J ar úmido, referido 1 kg parte seca do ar úmido, em kJ / kg, a uma temperatura arbitrária t e teor de umidade arbitrário d, é igual a:

onde: 1,005 – C s.v. capacidade de calor do ar seco, _kJ / (kg × ° С);
2500 – r calor específico de vaporização, kJ / (kg × ° С);
1,8 – C p capacidade de calor do vapor de água, kJ / (kg × ° С).

Se o ar transfere calor óbvio, ele aquece, ou seja, sua temperatura sobe. Quando o ar úmido é aquecido, a entalpia muda como resultado das mudanças na temperatura da parte seca do ar e do vapor d'água. Quando o vapor d'água com a mesma temperatura entra no ar de fontes externas (umidificação de vapor isotérmico), ele é transferido calor latente vaporização. A entalpia do ar úmido também aumenta, pois a entalpia do vapor d'água é adicionada à entalpia da parte seca do ar. Ao mesmo tempo, a temperatura do ar quase não muda, razão pela qual foi introduzido este termo - calor latente.

Em geral, a entalpia do ar úmido consiste em calor sensível e latente e, portanto, às vezes é chamada de calor total.

Para cálculos adicionais de sistemas de ventilação e ar condicionado, precisamos dos seguintes parâmetros básicos de ar úmido:

temperatura lata , ° C ;
teor de umidade d em , g / kg ;
humidade relativa φ em , % ;
conteúdo de calor J em , kJ / kg ;
concentração de impurezas prejudiciais DE , mg / m 3 ;
velocidade de viagem V em , m / seg.

Para secar materiais, o ar aquecido em um aquecedor ou gases de combustão misturados com o ar são usados \u200b\u200bcom mais frequência como transportadores de calor e de umidade. Considerando que a mistura dos gases de combustão com o ar atmosférico difere pouco em suas propriedades termofísicas do ar úmido aquecido, consideraremos as características mais importantes do ar úmido.

O ar úmido é uma mistura de ar seco e vapor d'água. O ar úmido é caracterizado pelos seguintes parâmetros principais:

Umidade absoluta determinado pela quantidade de vapor de água em kg,

Humidade relativa , ou o grau de saturação do ar () é a razão entre a massa de vapor d'água em 1m 3 de ar úmido () e a massa máxima possível de vapor d'água em 1m 3 de ar (densidade do vapor saturado) nas mesmas condições (t, P).

Conforme a temperatura aumenta, a (densidade de vapor saturado) aumenta mais rápido do que (densidade de vapor), ou seja, quando aquecido, a umidade relativa diminui.

Teor de umidade é a quantidade de vapor d'água (em kg) contido no ar úmido e por 1 kg de ar absolutamente seco.

onde u é a massa de vapor d'água e a massa de ar absolutamente seco em um determinado volume de ar úmido, kg.

De acordo com a equação de Mendeleev-Cliperon,

Substituindo esses valores na fórmula para (x) teor de umidade, obtemos

Peso molecular do vapor de água (18)

Peso molecular do ar seco (29)

Razão 18/29 \u003d 0,622

De acordo com a lei de Dalton, a pressão total da mistura de gases (P) será igual à soma das pressões parciais dos componentes, ou seja, para o nosso caso considerando isso, então ,

onde está a pressão de saturação

Pressão barométrica

Conteúdo de calor ou a entalpia do ar úmido é expressa como a soma das entalpias de 1 kg de ar seco () e de vapor d'água () nele contido.

desde a capacidade de calor do ar , e a capacidade de calor do vapor de água ... O vapor de água está em processo de secagem em um estado superaquecido misturado ao ar, então

Entalpia de vapor superaquecido a 0 0 С (\u003d 2493 kJ / kg)

Temperatura de Bulbo Seco - denotado pela letra (ou), esta é a temperatura que está ao nosso redor.

Termômetro de umidade - temperatura de saturação adiabática (ou seja, sem troca de calor com o meio ambiente) ou é a temperatura de evaporação da água de uma superfície livre (indicada).

Potencial de secagem - denotado (g) é a diferença entre a temperatura do ar () e a temperatura do termômetro úmido (), caracteriza a capacidade do ar de absorver a umidade do material.

Temperatura do ponto de orvalho () é a temperatura de saturação do ar com teor de umidade constante.

Pressão parcial de umidade é a pressão que o vapor de umidade criaria se esses vapores ocupassem o volume ocupado pela mistura vapor-ar.

Os principais dispositivos usados \u200b\u200bpara medir os parâmetros do ar: (barômetros, termômetros, psicrômetros, higrômetros, registradores - barógrafos, termógrafos).