4. VLAZAN VAZDUH Vlazan vazduh je dvo-komonentna mesavina, suvog vazduha i vodene are. Za suv vazduh kao komonentu vlaznog vazduha vaze zakonitosti idealnog gasa. Za vodenu aru kao komonentu vlaznog vazduha vazse zakonitosti realnog gasa. U zavisnosti u kojem obliku se vodena ara nalazi u vlaznom vazduhu razlikujemo: 1. nezasicen vlazan vazduh ( suv vazduh + regrejana ara) 2. zasicen vlazan vazduh ( suv vazduh + suvozasicena vodena ara) 3. resicen vlazan vazduh, magla ( suv vazduh + suvozasicena vodena ara + voda + led) naomena: Presicenost se moze ostici i vodenom arom u tecnom i cvrtstom stanju (ledena magla), ali takva stanja su bez znacaja u ovom kursu. nezasicen vlazan vazduh: Pritisak: MEHANICKE VELICINE STANJA VLAZNOG VAZDUHA = sv + Ukuan ritisak vlaznog vazduha jednak je zbiru arcijalnih ritisaka suvog vazduha i vodene are. gustina: ρ = ρ sv + ρ Gustina vlaznog vazduha jednak je zbiru gustina suvog vazduha i vodene are. ρ sv = RT g 1 = ρ ( v), t g RT temeratura: t = t sv = t H2O Temeratura vlaznog vaduha jednaka je temeraturi suvog vazduha i temeraturi vodene are u vlaznom vazduhu.
TOPLOTNE VELICINE STANJA VLAZNOG VAZDUHA entalija: i= i sv + x (i ) = = c SV. t + x(1.86. t + 2500) i sv = c SV. t, c SV = 1 kj/kgk, t [ o C] i = f(, t) u ostem slucaju. Za vrednosti <0.1 bar (sto je uglavnom slucaj u vlaznom vazduhu) i = f(t) = 1.86. t + 2500 t, [ o C] unutrasnja energija entroija: u= u sv + x (u ) s= s sv + x (s ) u sv = c vsv. t s - kao kod vodene are u - kao kod vodene are asolutna vlaznost vlaznog vazduha, x (kgh 2 O/kgSV) POKAZATELJI VLAZNOSTI VLAZNOG VAZDUHA Asolutna vlaznost vlaznog vazduha redstavlja odnos masa vodene are i suvog vazduha u vlaznom vazduhu tj. x= m H2O msv x =. Asolutna vlaznost vlaznog vazduha i arcijalni m m sv sv ritisak vodene are mogu se reracunavati jedno u drugo na nacin M H2O x=f( )= M -. relativna vlaznost vlaznog vazduha, ϕ sv Relativna vlaznost vlaznog vazduha,ϕ, redstavlja odnos arcijalnog ritiska vodene are u osmatranom vlaznom vazduhu ( ) i ritiska suvozasicene vodene are iste temerature ( s ). Ako se zeli da se izrazi u % otrebno je omnoziti ga sa 100. ϕ = 1 s - s, je tablicna velicina i cita se u rirucniku za termodinamiku na str.59-60 ili na str.36-38 za temeraturu osmatranog vlaznog vazduha.. Za odredjivanje bilo koje velicina stanja nezasicenog vlaznog vazduha (A) otrebno je znati neke druge dve velicine stanja (B, C) tj A=f(B,C). Tabelarni rikaz svih ovakvih jednacina dat je u tabeli koja sledi. Uociti da je u nekim situacijama neohodno koristiti Molijerov ix dijagram za odredjivanja velicina stanja. Takve situacije su: 1. A=f(ϕ, i) 2. A=f(ϕ, rava vlazenja)
zasicen vlazan vazduh: Mehanicke i tolotne velicine stanja zasicenog vlaznog vazduha mogu se odredjivati na isti nacin kao i mehanicke i tolotne velicine stanja nezasicenog vazduha. Medjutim takav jedan ostuak je otuno neotreban jer su velicine stanja zasicenog vazduha vec izracunate i nalaze se u rirucniku za termodinamiku na str.59-60. Za odredjivanje velicina stanja zasicenog vazduha otrebo je znati samo jednu (neku drugu) velicinu stanja, tj vazi jednacina tia A=f(B). Uociti da za zasicen vlazan vazduh vazi: 1. Relativna vlaznost zasicenog vlaznog vazduha, ϕ, iznosi 1. 2. Parcijalni ritisak are u zasicenom vazduhu iznosi s tj = s 3. Gustina zasicenog vlaznog vazduha odredjuje se izraza: 1 s ρ = " ( v ) RT t g v " - secificna zaremina suvozasicene vodene are, rirucnik str.36-40 Uociti da je u situaciji tia A=f( rava vlazenja) neohodno koristiti Molijerov ix dijagram za odredjivanja velicina stanja zasicenog vlaznog vazduha. resicen vlazan vazduh Kad govorimo o aslutnoj vlaznosti resicenog vlaznog vazduha (x) moramo znati da se jedan deo vodene are nalazi u obliku suvozasicene vodene are i ima vlaznost x s (vlaga u arnom stanju), a da se drugi deo vodene are nalazi u obliku kljucale vode (x-x s ) (vlaga u tecnom stanju). Vlaznost u arnom stanju (x s ), odredjuje se citanjem u rirucniku na str.59-60 za temeraturu osmatranog resicenog vlaznog vazduha. Za odredjivanje velicina stanja resicenog vlaznog (i, x, t) vazduha koristi se Molijerov ix dijagram, izuzetak je situacija i=f(t,x) kada se moze se koristiti jednacina: i = i sv + x s i" +(x-x s )i' i', i" - entalije kljucale vode i suvozasicene vodene are, citaju se u rirucniku na str.39-40 za temeraturu resicenog vlaznog vazduha Takodje se moze koristiti i aroksimativna jednacina: i = c sv. t + x s (1.86. t+2500) + (x-x s )4.186. t
Trikovi, tj skrivalice za ojedine velicine stanja vlaznog vazduha. - Temeratura tacke rose redstavlja temeraturu do koje bi trebalo hladiti vlazan vazduh da bi doslo do kondenzacije regrejane vodene are koja se nalazi u njemu. Drugim recima to je temeratura zasicenog vlaznog vazduha koji ima istu asolutnu vlaznost kao osmatrani vazduh. Temeratura tacke rose u zadacima sluzi da se omocu nje sakrije asolutna vlaznost vlaznog vzazduha (x). - Temeratura adijabatskog zasicenja 1 redstavlja temeratutu do koje bi trebalo adijabatski vlaziti vlazan vazduh tako da on ostane zasicen. Drugim recima to je temeratura zasicenog vlaznog vazduha koji ima istu entaliju kao osmatrani vazduh. Temeratura adijabatskog zasicenja u zadacima sluzi da se reko nje sakrije entalija vlaznog vazduha (i) 1 U ovom kursu smatracemo da je temeratura adijabatskog zasicenja jednaka temeraturi vlaznog termometra, sto je rihvatljiva aroksimacija u intervalu temeratura od 0-100 o C
RACUNSKO ODREDJIVANJE PARAMETARA NEZASICENOG VLAZNOG VAZDUHA x=f(t,ϕ) 18 29 ϕ s -ϕ x=f(t,t vt ) I - i=f(t vt ) i-csv t II - 3 1.86t + 2500 x=f(t,i) i-csv t 4 1.86 t + 2500 s 2 x=f(i,ϕ) samo uotrebom i-x dijagrama x=f(t r ) x=f( ) 18 29 rirucnik str.59-60; x=(x) tr - i=f(t,x). c sv t + x(1.86 t + 2500) 6 5 i=f(t vt ) i=f(x,ϕ t=f(i,x) t=f(x,ϕ) rirucnik str.59-60; i=(i) tvt I - t=f(x,ϕ) II - i=f(t,x). i-x 2500 t= 1+ x 1.86. 7 I - = x 8 18 29 +x II - s = /ϕ t=f(t r,t vt ) I - i=f(t vt ) II - x=f(t r ) III - t=f(i,x) III - rirucnik str.59-60; t=(t) s t=f(i,ϕ) samo uotrebom i-x dijagrama ϕ=f(t,x) s x M H2O M +x sv 9
PROMENE STANJA VLAZNOG VAZDUHA 1. Procesi razmene tolote sa okolinom, U ovakvim rocesima vlaznom vazduhu se dovodi ili odvodi tolota, a tako razlikujemo rocese zagrevanja i hladjenja. Procese razmene tolote sa okolinom vlazan vazduh obavlja izoletski (x=const). Kolicina tolote koju vlazan vazduh razmeni sa okolinom, bilo da je rec o zagrevanju ili hladjenju, odredjuje se iz izraza: Q = m sv (i 2 -i 1 ) Q m sv i 1, i 2, - kolicina tolote koju vazduh razmeni sa okolinom, kj/s tj kw - maseni rotok suvog vazduha, kg/s - entalije vlaznog vazduha re odnosno nakon ramene tolote sa okolinom, kj/kgsv Zagrevanje vlaznog vazduha obavlja se u uredjima koji se obicno zovu zagrejaci. Tolota koju je otrebno redati vlaznom vazduhu u zagrejacu obicno se dobija odvodjenjem tolote od nekog drugog fluida. U tom slucaju zagrejac je izveden kao razmenjivac tolote (Q'=Q). Q'=m'(i f 1 - i f2 ) Q' m' i f1, i f2 - kolicina tolote koju oslobodi grejni fluid, kw - maseni rotok grejnog fluida, kg/s - entalije grejnog fluida na ulazu i izlazu iz zagrejaca, kj/kg Hladjenje vlaznog vazduha obavlja se u uredjajima koji se obicno zovu hladnjaci. Tolota koja se odvodi od vlaznog vazduha u hladnjaku obicno se redaje ili okolini ili nekom drugom fluidu. U ovom drugom slucaju hladnjak se izvodi kao razmenjivac tolote. Ako se nezasicen vlazan vazduh ohladi do temerature koja je niza od tacke rose, dolazi do ojave izdvajanja kondenzata iz vlaznog vazduha. Kondenzat iz vlaznog vazduha zaostaje na zidovima hladnjaka i nakon toga se skulja u risiveru, dok reostali vazduh nausta hladnjak kao zasicen vlazan vazduh iste temerature. Pri tome iz m vv1 =m sv (1+x 1 ) kg nezasicenog vlaznog vazduha nastaje W=m sv (x s -x 1 ) kondenzata i m vvs =m sv (1+x s ) kg zasicenog vlaznog vazduha.
2. Proces mesanja dva vlaznog vazduha Procesi mesanja dva vlazna vazduha obavljaju se u komorama za mesanje. Mesanje vlaznih vazduha vrsi se o sistemu mesanja gasnih struja. Ako omesamo vlazan vazduh stanja 1(m sv1, x 1, i 1 ) sa vlaznim vazduhom stanja 2(m sv2, x 2, i 2 ) dobicemo mesavinu stanja M(m sv, x m, i m ). Odredjivanje velicina stanja mesavine (m sv, x m, i m ) vrsimo ostavljanjem bilansnih jednacina: 1. materijalni bilans suvog vazduha: m sv1 + m sv2 = m sv 2. materijalni bilans vlage: m sv1. x 1 + m sv2. x 2 = m sv. x m 3. tolotni bilans m sv1. i 1 + m sv2. i 2 = m sv. i m Pri odredjivanju stanja dobijene mesavine (tacka M) moze se koristiti i ravilo oluge za slucaj kada su oznati maseni oba vazduha koji formiraju mesavinu. g 1 + g 2 = 1 g 1 x 1 + g 2 x 2 = x m g 1 i 1 + g 2 i 2 = i m g 1, g 2 - maseni udeli vazduha 1 i vazduha 2 u mesavini M
3. Procesi vlazenja vlaznog vazduha Procesi vlazenja vlaznog vazduha vrse se u cilju ovecanja asolutne vlaznosti vlaznog vazduha (x). Vlazenje vlaznog vazduha vrsi se dovodjenjem vodene are, a se vlazenje moze u teorijskoj zanlizi tretirati i kao mesanje vlaznog vazduha i vodene are. Uredjaji se obicno konstruisu kao komore u koje se u fino rasrsenom stanju uvodi vodena ara. Asolutna vlaznost vlaznog vazduha i entalija vlaznog vazduha nakon vlazenja odredjuju se ostavljanjem materijalnog bilanasa vlage i tolotnog bilansa za uredjaj u kojem se vrsi vlazenje. - materijalni bilans vlage : m sv x 1 + W = m sv x 2 W - rotok dovedene vlage (kg/s) m v - rotok suvog vazduha (kg/s) x 1 - asolutna vlaznost vazduha re vlazenja (kgh 2 O/kgSV) x 2 - asolutna vlaznost vazduha nakon vlazenja (kgh 2 O/kgSV) - tolotni bilans : m sv i 1 + W [i w ] = m sv (i 2 ) i w - entalija dovedene vodene are (kj/kg) i 1 - entalija vazduha re vlazenja (kj/kgsv) i 2 - entalija vazduha nakon zagrevanja (kj/kgsv) GRAFICKI PRIKAZ VLAZENJA VLAZNOG VAZDUHA - ucrta se tacka olozaja vlaznog vazduha (re ili osle vlazenja) - odredi se entlija dovodene vodene are - uoci se ta vrednost na obodu ix dijagrama - konstruise se omocna rava kroz ol (P) ix dijagrama i kroz tacku na obodu koja okazuje vrednost entalije dovedene vodene are - konstruise se njoj aralelna rava kroz olozaj vlaznog vazduha (re ili osle vlazenja)
SUSENJE VLAZNOG MATERIJALA Susenje materijala je tehnoloska oeracija koja se srovodi u cilju odstranjivanje odredjene kolicine vlage iz vlaznog materijala. Kao agens susenja uotrebljava se vlazan vazduh, koji se rethodno riremi (na razlicit nacin u razlicitim nacinima susenja) a zatim uotrebljava za susenje vlaznog materijala (sam vazduh se ri tome vlazi). Prema nacinu rieme vazduha razlikujemo jednosteene, visesteene, recirkulacione i rekuerativne susare a rema nacinu vlazenja vlaznog vazduha razlikujemo idealne (teroijske, adijabatske) i realne susare. Svaki materijal sa asekta susenja sastoji se iz dve komonente: suve materije (SM) i vode. Nacin na koji razlikujemo dva (ili vise) materijala je kolicina vlage koju oni sadrze. SM H2O NACINI IZRAZAVANJA VLAZNOSTTI MATERIJALA: 1. Vlaznost materijala, d (kg H 2 O/kg(H 2 O+SM)), redstavlja maseni udeo vlage u materijalu. Vrednosti za d se uvek nalaze u intervalu od 0 do 1 tj 0<d<1. 2. Vlaznost materijala racunato na suvu materiju (SM), D (kg H2O/kgSM), redstavlja maseni odnos vlage rema suvoj materiji u materijalu D>0 Pri koriscenju materijalnih bilanasa moze se koristiti samo d (malo d). Ako je kojim slucajem u D zadatku zadato D (veliko D) ono se mora reracunati na malo d na nacin: d = 1+ D Prikaz komore za susenje u obliku blok dijagrama: (d 1 ) (d 2 ) m vm m om W osti materijalni bilans komore: m vm = m om + W materijalni bilans vlage: m vm. d 1 = m om. d 2 + W
JEDNOSTEPENE TEORIJSKE SUSARE 1. MATERIJALNI BILANS VLAGE ZA KOMORU ZA SUSENJE VLAZNOG MATERIJALA W=m (x - x )=m d 1 - d 2 =m d 1 - d 2 sv 3 2 VM OM 10 1-d2 1-d1 W - odstranjena vlaga iz vlaznnog materijala (kg/s) m VM - rotok vlaznog materijala (kg/s) m OM - rotok osusenog materijala (kg/s) d 1 - ocetna vlaznost materijala (maseni udeo vlage) d 2 - zavrsna vlaznost materijala (maseni udeo vlage) 2. PROTOCI VLAZNOG VAZDUHA KROZ SUSARU m vv1 = m sv (1+x 1 ) m vv1 - rotok vlaznog vazduha na ulazu u susaru (kg/s) m vv3 = m sv (1+x 3 ) m vv3 - rotok vlaznog vazduha na izlazu iz susare (kg/s) 3. GRAFICKI PRIKAZ PROMENA STANJA VLAZNOG VAZDUHA 1-2: x = const 2-3: i = const
VISESTEPENE TEORIJSKE SUSARE 1. PROTOK SUVOG VAZDUHA KROZ SUSARU: m sv = const 2. ODSTRANJENA VLAGA U SUSARI: 3. POTROSNJA TOPLOTE U SUSARI: i=n i sv x 3 x 2 x 5 x 4 x n x n-1 i=1 W= W Q= Q 4. GRAFICKI PRIKAZ PROMENA STANJA VLAZNOG VAZDUHA i=n i=1 =m ( - + - +...+ - ) =m ( - + - +...+ - ) sv i i i i i i i 2 1 4 3 n-1 n-2 12 11
TEORIJSKE SUSARE SA RECIRKULACIJOM JEDNOG DELA ISKORISCENOG VAZDUHA svez vazduh 1. MATERIJALNI BILANS VLAGE ZA KOMORU ZA SUSENJE VLAZNOG MATERIJALA - identicno kao kod jednosteenih susara 2. PROTOCI VAZDUHA U SUSARI SA RECIRKULACIJOM m sv - rotok (ukuan) suvog vazduha m sv1 - rotok (svezeg) suvog vazduha, m sv3 - rotok (oticjnog) suvog vazduha, m sv = m sv1 + m sv3 m sv1 = g. 1 m sv m sv3 = g. 3 m sv m vv - rotok (ukuan) vlaznog vazduha, m vv = m sv (1+x m ) m vv1 - rotok (svezeg) vlaznog vazduha, m vv1 = m sv1 (1+x 1 ) m vv3 - rotok (oticajnog) vlaznog vazduha, m vv3 = m sv3 (1+x 3 ) 3. GRAFICKI PRIKAZ PROMENA STANJA VLAZNOG VAZDUHA 2-M: x = const 2-3: i = const x m = g 1. x 1 + g 3. x 3 i m = g 1. i 1 + g 3. i 3