ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ Ενότητα 1: Βασικές έννοιες Αν. Καθ. Δρ Μαρία Α. Γούλα Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος & Μηχανικών Αντιρρύπανσης
Άδειες Χρήσης Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό υπόκειται σε άδειες χρήσης Creative Commons. Για εκπαιδευτικό υλικό, όπως εικόνες, που υπόκειται σε άλλου τύπου άδειας χρήσης, η άδεια χρήσης αναφέρεται ρητώς. 2
Χρηματοδότηση Το παρόν εκπαιδευτικό υλικό έχει αναπτυχθεί στα πλαίσια του εκπαιδευτικού έργου του διδάσκοντα. Το έργο «Ανοικτά Ακαδημαϊκά Μαθήματα στο TEI Δυτικής Μακεδονίας και στην Ανώτατη Εκκλησιαστική Ακαδημία Θεσσαλονίκης» έχει χρηματοδοτήσει μόνο τη αναδιαμόρφωση του εκπαιδευτικού υλικού. Το έργο υλοποιείται στο πλαίσιο του Επιχειρησιακού Προγράμματος «Εκπαίδευση και Δια Βίου Μάθηση» και συγχρηματοδοτείται από την Ευρωπαϊκή Ένωση (Ευρωπαϊκό Κοινωνικό Ταμείο) και από εθνικούς πόρους. 3
Σκοποί ενότητας Σκοπός της παρούσης ενότητας είναι η επανάληψη των βασικών εννοιών για μηχανικούς αέριας ρύπανσης. 4
Περιεχόμενα ενότητας Πίεση, Θερμοκρασία, Ιξώδες. Συγκέντρωση, Παροχή. Κανονικές Συνθήκες. Ισοζύγια Μάζας και Ενέργειας. Σχεδιασμός Διεργασιών. 5
Μετατροπές μονάδων Η μετατροπή μονάδων από ένα σύστημα σε κάποιο άλλο μπορεί να επιτευχθεί εύκολα με χρήση των κατάλληλων συντελεστών μετατροπής. Οι συντελεστές αυτοί προκύπτουν από απλές εξισώσεις και σχετίζουν αριθμητικά τις δύο μονάδες. Για παράδειγμα, από τη σχέση 12 inches (in) = 1 foot (ft) προκύπτει ο ακόλουθος συντελεστής μετατροπής: 12in 1ft 1 6
Θερμοκρασία αερίων Οι δύο συνηθέστερες κλίμακες θερμοκρασίας είναι οι βαθμοί Celsius (ή αλλιώς Centigrade) και οι βαθμοί Fahrenheit. Οι βαθμοί Celsius βασίζονται στα σημεία βρασμού και τήξης του νερού σε πίεση μίας ατμόσφαιράς (100 ο C και 0 ο C αντίστοιχα). Στους βαθμούς Fahrenheit, οι θερμοκρασίες αυτές αντιστοιχούν σε 212 και 32 ο F αντίστοιχα. Η παρακάτω εξίσωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μετατροπή από την μία κλίμακα στην άλλη. o o T F 1.8T C 32 7
Απόλυτη θερμοκρασία Κάθε θερμοκρασία που έχει ως αρχή μέτρησης το απόλυτο μηδέν της όποιας κλίμακας (Celsius ή Fahrenheit) χαρακτηρίζεται απόλυτη θερμοκρασία. Οι κλίμακες της απόλυτης θερμοκρασίας είναι οι κλίμακες Kelvin και Rankine (μία απόλυτη κλίμακα δεν επιτρέπει αρνητικές τιμές). Το απόλυτο μηδέν ορίζεται ως -273 o C (Kelvin) ή -460 o F (Rankine). Θεωρητικά, σε αυτή τη θερμοκρασία ο όγκος ενός αερίου θα είναι ίσος με το μηδέν. T K T C o 273 o o 460 T R T F 8
Πίεση αερίων (1/2) Ως πίεση χαρακτηρίζεται η δύναμη που ασκείται στη μονάδα της επιφάνειας ενός υλικού. Οι μετρήσεις πίεσης μπορούν να εκφραστούν με διαφορετικές μεθόδους. Για παράδειγμα: Βάση της δύναμης που ασκείται σε μια επιφάνεια (π.χ. Κιλά ανά τετραγωνικό εκατοστό, Kg/cm 2 ή λίβρα ανά τετραγωνική ίντσα, pounds per square inch, psi). Βάση του ύψους ενός υγρού (π.χ. ίντσες νερού, in H 2 O ή χιλιοστά υδραργύρου, mm Hg). 9
Πίεση αερίων (2/2) Η κλίμακα της απόλυτης πίεσης έχει την ίδια έννοια με την κλίμακα της απόλυτης θερμοκρασίας, δηλαδή πίεση 0 psia είναι η θεωρητικά χαμηλότερη δυνατή πίεση, το απόλυτο κενό. P P P a όπου, P = Απόλυτη πίεση, Pa Pa = Βαρομετρική ή ατμοσφαιρική πίεση, psia Pg = Πιεζομετρική ή στατική πίεση (Gauge pressure), psig g 10
«Κανονικές» συνθήκες (ΚΣ) Στο βιβλίο της θεωρίας και στο εργαστήριο η «κανονική» θερμοκρασία που υιοθετείται είναι 25 ο C ενώ η «κανονική» πίεση είναι ίση με 1 atm. Οι ΚΣ είναι απαραίτητες προκειμένου να μπορέσουμε να συγκρίνουμε τις ογκομετρικές ιδιότητες διαφόρων αερίων. Σχήμα: Η επίδραση της θερμοκρασίας στον όγκο αερίων ρευμάτων Πηγή: Διδάσκων (2015). 11
Καταστατική εξίσωση των αερίων Η καταστατική εξίσωση των αερίων: PV nrt όπου, P = απόλυτη πίεση V = όγκος του αερίου n = αριθμός γραμμομορίων R = η σταθερά του νόμου των ιδανικών αερίων T = η απόλυτη θερμοκρασία 12
Νόμοι Boyle Mariotte & Charles Νόμος Boyle Mariotte Ο όγκος συγκεκριμένης ποσότητας αερίου είναι αντιστρόφως ανάλογος της πίεσης, όταν η θερμοκρασία είναι σταθερή. P1V 1 P2V Νόμος Charles Ο όγκος αερίου σε σταθερή πίεση είναι ανάλογος της απόλυτης θερμοκρασίας. V 1 1 2 / / T V T 2 2 13
Συνδυασμένος νόμος (Boyle & Charles) Από τους νόμους των Boyle & Charles, έχουμε: PV PV 1 1 2 2 T T 1 2 P 2 T 1 V1 V2 P 1 T 2 14
Ογκομετρική παροχή Με τον όρο «ογκομετρική παροχή αερίου» εννοούμε τον όγκο ενός αερίου το οποίο περνά από συγκεκριμένο σημείο μιας βιομηχανικής διεργασίας σε δεδομένη χρονική στιγμή. Πραγματική ογκομετρική παροχή Δηλώνει τη χρήση πραγματικών συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας (acfm (actual cubic feet per minute) και m 3 /min στο SI). Κανονική ογκομετρική παροχή Δηλώνει τη χρήση κανονικών συνθηκών πίεσης και θερμοκρασίας και επιτρέπει την σύγκριση αερίων ρευμάτων που προκύπτουν από διαφορετικές διεργασίες (scfm (standard cubic feet per minute) και Nm 3 /min στο SI). 15
Συγκέντρωση Στην αέρια ρύπανση η έκφραση των συγκεντρώσεων δίνεται ως: μg/ m 3 (ή μg/ν m 3 ) mg/ m 3 (ή mg/ν m 3 ) ppm % κ.ο. Μερική πίεση 16
Βιβλιογραφία Έλεγχος Αέριας Ρύπανσης-Σχεδιασμός Αντιρρυπαντικής Τεχνολογίας, Cooper C. David,Alley F. C., ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε. Βασικές αρχές αντιρρυπαντικής τεχνολογίας ατμοσφαιρικών ρύπων, Ραψομανίκης Σπύρος Χ., Καστρινάκης Ελευθέριος Γ., ΕΚΔΟΣΕΙΣ Α. ΤΖΙΟΛΑ & ΥΙΟΙ Α.Ε. 17
Τέλος Ενότητας
Σημείωμα Αναφοράς Copyright ΤΕΙ Δυτικής Μακεδονίας, Μαρία Α. Γούλα. «ΑΝΤΙΡΡΥΠΑΝΤΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΑΙΩΡΟΥΜΕΝΩΝ ΣΩΜΑΤΙΔΙΩΝ». Έκδοση: 1.0. Κοζάνη 2015. 19
Σημείωμα Αδειοδότησης Το παρόν υλικό διατίθεται με τους όρους της άδειας χρήσης Creative Commons Αναφορά, Μη Εμπορική Χρήση Παρόμοια Διανομή 4.0 [1] ή μεταγενέστερη, Διεθνής Έκδοση. Εξαιρούνται τα αυτοτελή έργα τρίτων π.χ. φωτογραφίες, διαγράμματα κ.λ.π., τα οποία εμπεριέχονται σε αυτό και τα οποία αναφέρονται μαζί με τους όρους χρήσης τους στο «Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων». [1] http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/ Ως Μη Εμπορική ορίζεται η χρήση: που δεν περιλαμβάνει άμεσο ή έμμεσο οικονομικό όφελος από την χρήση του έργου, για το διανομέα του έργου και αδειοδόχο. που δεν περιλαμβάνει οικονομική συναλλαγή ως προϋπόθεση για τη χρήση ή πρόσβαση στο έργο. που δεν προσπορίζει στο διανομέα του έργου και αδειοδόχο έμμεσο οικονομικό όφελος (π.χ. διαφημίσεις) από την προβολή του έργου σε διαδικτυακό τόπο. Ο δικαιούχος μπορεί να παρέχει στον αδειοδόχο ξεχωριστή άδεια να χρησιμοποιεί το έργο για εμπορική χρήση, εφόσον αυτό του ζητηθεί. 20
Διατήρηση Σημειωμάτων Οποιαδήποτε αναπαραγωγή ή διασκευή του υλικού θα πρέπει να συμπεριλαμβάνει: το Σημείωμα Αναφοράς. το Σημείωμα Αδειοδότησης. τη δήλωση Διατήρησης Σημειωμάτων. το Σημείωμα Χρήσης Έργων Τρίτων (εφόσον υπάρχει). μαζί με τους συνοδευόμενους υπερσυνδέσμους. 21