Termodinamika vlažnega zraka stanja in spremembe
Termodinamika vlažnega zraka Najpogostejši medij v sušilnih procesih konvektivnega sušenja je VLAŽEN ZRAK Obravnavamo ga kot dvokomponentno zmes Suhi zrak Vodna para Termodinamska stanja in spremembe obravnavamo kot idealni plin
Termodinamika vlažnega zraka Vsebnost vlage v zraku izražamo z: delnim tlakom vodne pare absolutno vlažnostjo p vp [Pa] [kg/kg](x[g/kg] relativno zračno vlažnostjo ϕ [%] odstotno vlažnostjo a [%]
Termodinamika vlažnega zraka Absolutna vlažnost je razmerje med maso vlage (vodne pare) v zraku in maso (1 kg) suhega zraka m m v z [ kg / kg, g / kg] (1 + ) vlažnega zraka 1 suhega zraka + vodne pare m vz m z (1 + ) 1 vlažnega zraka 1/(1 + ) suhega zraka + /(1 + ) vodne pare Relativna zračna vlažnost izraža stopnjo zasičenosti z vlago ϕ p 1[%] pvp 1[%] p vp ps vp
Termodinamika vlažnega zraka Delni tlak vodne pare se po Daltonovem zakonu izraža kot razlika med celotnim tlakom in suhim zrakom, ki predstavlja zmesi vseh plinov razen vodne pare Daltonov zakon P i p i Delni tlak vodne pare p vp P p zr Največji delni tlak vodne pare imenujemo tlak nasičenja Temperaturno odvisnost tlaka nasičenja podaja Kirchoffova enačba p s e 6651 49. 27 4. 531 lnt T [ kpa]
Termodinamika vlažnega zraka Tlaka nasičenja vodne pare v odvisnosti od temperature 12 Tlak nasičenja [Pa] 1 8 6 4 2 2 4 6 8 1 Temperatura [C]
Termodinamika vlažnega zraka Za idealno zmes vodne pare in suhega zraka velja m p ϕ.p ϕ.p vp v vp v v v,622 mz z P p vp z P ϕ.pv P ϕ.pv v 18,16 kg/kmol z 28,966 kg/kmol. p P vp, 622 + ϕ (.P v + z ).p v Gostota zraka se s povečevanjem vlažnosti zmanjšuje ρ vz ρ + ρ z vp P z p vp ( RT z v )
Termodinamika vlažnega zraka Entalpija veličina stanja je enaka vsoti notranje energije in dela proti tlaku H U + P V U ( ) T P V + P( ) T P H ( ) T P Specifična toplota je toplota, ki je potrebna za segrevanje snovi [kj/kg] c Q ( T p ) P Entalpija vlažnega zraka je enaka vsoti entalpij suhega zraka in vodne pare zanemarljive entalpije H vz c Pz ϑ + ( c Pvp ϑ + H v ) H vz c Pz ϑ + [c v ϑ s +c Pvp (ϑ - ϑ s )+ H vs ]
Srednje vrednosti specifične toplote suhega zraka in vodne različnih agregatnih stanj pri različnih temperaturah Temperatura ϑ C - 5 5 1 15 Spec, toplota suhega zraka c Pz kj/kg K 1,55 1,56 1,64 1,78 1,99 vodne pare c Pvp kj/kg K 1,855 1,858 1,864 1,872 1,881 Temperatura ϑ C 2 4 6 8 Spec, toplota tekoče vode c v kj/kg K 4,218 4,195 4,187 4,185 4,186 Temperatura ϑ C - 1-2 - 3-5 Spec, toplota ledu c PL kj/kg K 2,18 2,71 2,34 1,997 1,924
Hidrotermične lastnosti nasičenega zraka z vodno paro pri normalnem tlaku. Temperatura Vlažnost Nasičen tlak Spec. vol. Izparilna nasičenja vodne pare vodne pare entalpija C kg/kg kpa kg/m 3 kj/kg,3821,618,4846 25, 1,7733 1,2271,9396 2477,2 2,14895 2,337,1729 2453,1 3,27558 4,241,336 243, 4,49532 7,375,5114 246,2 5,87516 12,335,8298 2382,1 6,15472 19,92,132 2357,9 7,28154 31,16,1981 2333,3 8,55931 47,36,2933 238,3 9 1,45873 7,11,4235 2282,8 1 11,325,5977 2256,7
a b I II odstotna vlažnost potek adiabatnega ohlajanja in nasičevanja specifični volumen nasičeno vlažnega zraka specifični volumen suhega zraka III cp -specifična toplotna kapaciteta vlažnega zraka
h [kj/kg] NENASIČENO OBOČJE Tkonst ϕ konst. ϕ krivulja rosišča 1 cpvp ϑ OBOČJE NASIČENJA pf() s hkonst. [kgv/kgszr]
[kg v /kgszr ] k c Pvp ϑ + H izp c Pvp ϑ c Pz ϑ h [kj/kg]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka - SEGREVANJE asnih sprememb med segrevanjem ni; m z1 + 1 m z2 + 2 Absolutna vlažnost ostane nespremenjena 1 2 Sprememba entalpije je enaka dovedeni toploti h vz2 h vz1 + q Temperatura med segrevanjem narašča, relativna zračna vlažnost pa pada T 1 < T 2 ϕ 1 > ϕ 2
Termodinamske spremembe vlažnega zraka - SEGREVANJE h [kj/kg] S2 S1 [kg v/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka - OHLAJEVANJE asnih sprememb tudi med ohlajevanjem ni; m z1 + 1 m z2 + 2 Absolutna vlažnost ostane nespremenjena 1 2 Sprememba entalpije je enaka odvedeni toploti h vz2 h vz1 -q Temperatura med ohlajevanjem pada, relativna zračna vlažnost pa narašča T 1 > T 2 ϕ 1 < ϕ 2 Če pade temperatura pod rosišče, del vodne pare kondenzira
Termodinamske spremembe vlažnega zraka - OHLAJEVANJE h [kj/kg] H1 H2 [kg v/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE ZRAČNIH TOKOV g 2 G2 G + G 1 2 G 2, T 2, 2, h 2, ϕ 2, G, T,, h, ϕ, G 1, T 1, 1, h 1, ϕ 1, g 1 G1 G + G 1 2 G G 1 + G 2
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE ZRAČNIH TOKOV Absolutna vlažnost skupnega toka Entalpija skupnega toka 1 G 1 + 2 G 2 G h 1 G 1 + h 2 G 2 h G G 1 G 1 1 + G + G 2 2 2 G h 1 1 h G1 + + G2h G 2 2 Vzvodno pravilo g g 1 2 2 1 h h 2 h h 1
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE ZRAČNIH TOKOV h [kj/kg] 1 h1 h 2 h2 g1 g2 2 1 [kg v/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE ZRAČNIH TOKOV h [kj/kg] s 1 h1 h 2 h2 g1 g2 2 1 [kg v/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE, SEGREVANJE IN ADIABATNO SUŠENJE h [kj/kg] s 1 2 g1 g2 [kgv/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE RECIKLIRNO RAZERJE iz v u v u iz asna bilanca kontinuiranega procesa G( iz v ) L(u iz u v )
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE RECIKLIRNO RAZERJE Ekonomičnost sušilnice povečamo z vračanjem zraka v proces z iz iz v u v u iz v r iz + (1-r) z r v iz z z
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE RECIKLIRNO RAZERJE h [kj/kg] 1 h1 h 2 h2 r 1 -r 2 1 [kg v/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE, SEGREVANJE IN ADIABATNO SUŠENJE Toplotne zahteve Q 1 + (1 r) ( TZ T T Z T A ) H izp
Termodinamske spremembe vlažnega zraka EŠANJE, SEGREVANJE IN ADIABATNO SUŠENJE Toplotne zahteve Q (1 r) ( TH r + T T Z T A ) H izp
Termodinamske spremembe vlažnega zraka NAVLAŽEVANJE Vloga navlaževanja v postopku sušenja med segrevanjem rekondicioniranje sanacija zaskorjenja izenačevanje kondicioniranje obarvanja sterilizacija Načini navlaževanja s toplo vodo z vodno paro + + szr v v kg kg s kg G V V G G + + szr V V kg kj s kj h G V h h h V h G h G h h h h V V V h h h V G 1 1
Termodinamske spremembe vlažnega zraka - NAVLAŽEVANJE h [kj/kg] V 1 P 1 P 2 H/ V 2 V/G V/G H V H/ [kg v/kgszr]
Termodinamske spremembe vlažnega zraka TEPERATURA VLAŽNEGA TEROETRA Temperatura mokrega termometra je dosežena v stacionarnih pogojih temperature in vlažnosti zraka SUHI TEROETE R OKRI TEROETE R m z h izp d α da (T z T m ) m z k g da OKRA TKANINA ODZRAČEVANJE DOVODNA CEV TESNILO T m T z kg h α izp DESTILIRANA VODA
Termodinamske spremembe vlažnega zraka TEPERATURA ADIABATEGA NASIČENJA Adiabaten proces zaprt, nestacionaren - vodi do ravnovesja - temperatura dosežena pri izentalpnem procesu T z, z c Pz T T s, s h izp Energijska bilanca -c Pz T h izp T T s T z h c Pz izp