Determinación de parámetros de aire húmedo. Parámetros termodinámicos del aire húmedo Humidificación y enfriamiento del aire adiabático

El aire atmosférico siempre contiene una cierta cantidad de humedad en forma de vapor de agua. Esta mezcla de aire seco y vapor de agua se llama aire húmedo. Además del vapor de agua, el aire húmedo puede contener pequeñas gotas de agua (en forma de niebla) o cristales de hielo (nieve, niebla helada). El vapor de agua en el aire húmedo puede estar saturado o sobrecalentado. Una mezcla de aire seco y vapor de agua saturado se llama saturado aire húmedo. Una mezcla de aire seco y vapor de agua sobrecalentado se llama insaturado aire húmedo. A presiones bajas (cercanas a la atmosférica), con una precisión suficiente para cálculos técnicos, tanto el aire seco como el vapor de agua pueden considerarse gases ideales. Al calcular procesos con aire húmedo, generalmente se considera 1 kg de aire seco. La cantidad variable es la cantidad de vapor que contiene la mezcla. Por tanto, todos los valores específicos que caracterizan al aire húmedo se refieren a 1 kg de aire seco (y no a una mezcla).

Propiedades termodinámicas aire húmedo caracterizado por los siguientes parámetros de estado: temperatura de bulbo seco t c; contenido de humedad d, entalpía I, humedad relativaφ. Además, se utilizan otros parámetros en los cálculos: temperatura del termómetro húmedo t m, temperatura del punto de rocío t p, densidad del aire ρ, humedad absoluta e, presión parcial de vapor de agua p p.

Temperatura - cantidad termodinámica que determina el grado de calentamiento corporal. Actualmente, se utilizan varias escalas de temperatura: Celsius (t, ºС), Kelvin (T, K), Fahrenheit (f, ºF), etc. Las relaciones entre las lecturas en estas escalas están determinadas por las siguientes ecuaciones:

T К = t ºС +273,

t ºС = 5/9 (f ºF - 32),

f ºF = 9/5 t ºС +32.

Presión aire atmosférico p b (Pa) es igual a la suma de las presiones parciales de aire seco p s.v y vapor de agua p p (ley de Dalton):

p b = p s.v + p p. (1)

La presión parcial del vapor de agua en el aire atmosférico está determinada por la fórmula:

p p = φ p n, (2)

donde φ es la humedad relativa del aire,%; ð n es la presión de saturación, determinada a partir de las tablas de vapor de agua saturado a la temperatura correspondiente, Pa.

Densidad el aire atmosférico es igual a la suma de las densidades de aire seco y vapor de agua:

ρ = ρ r.v + ρ elemento (3)

Aplicando la ecuación de estado de un gas ideal:, obtenemos:

(4)

donde R s.v = 287 J / (kg K) - constante de gas específica del aire seco;

R p = 463 J / (kg · K) - constante de gas específica del vapor de agua.

A presión atmosférica p b = 101,325 kPa, la densidad del aire seco es:

. (5)

En t = 0 ºС y p b = 101,325 kPa, la densidad del aire seco es ρ d.w = 1,293 kg / m 3.

La densidad del aire atmosférico es:

. (6)

La ecuación (6) muestra que el aire atmosférico (húmedo) es más liviano que el aire seco a las mismas temperaturas y presiones, y un aumento en el contenido de vapor de agua en el aire disminuye su densidad. Dado que la diferencia en los valores de ρ r.v. y ρ es insignificante, en los cálculos prácticos tomamos ρ ≈ ρ r.v.

Humedad. Distinga entre humedad absoluta, contenido de humedad y humedad relativa.

Humedad absoluta e es la masa de vapor de agua (kg) contenida en 1 m 3 de aire húmedo. La humedad absoluta se puede expresar como la densidad del vapor en la mezcla a su presión parcial y temperatura de la mezcla y se determina mediante la fórmula:

. (7)

La máxima humedad absoluta posible corresponde al estado de saturación y se denomina capacidad de humedad.

Usando la ecuación de estado para un gas ideal, obtenemos:

Humedad relativaφ es igual a la relación entre la humedad absoluta del aire ρ p y la máxima humedad absoluta posible ρ n (capacidad de humedad) a una temperatura determinada. Muestra el grado de saturación del aire con vapor de agua en relación con el estado de saturación completa. Para los gases ideales, la relación de densidad se puede reemplazar por la relación de las presiones parciales de los componentes.

La humedad relativa está determinada por la fórmula:

. (10)

Para φ< 100% воздух ненасыщенный, при φ = 100% воздух полностью насыщен водяными парами, и его называют насыщенным.

Saturación de aireΨ es la relación entre el contenido de humedad del aire saturado y el aire insaturado y está determinada por la fórmula:

. (11)

Capacidad calorífica aire húmedo generalmente se refiere a (1 + d) kg de aire húmedo y está determinado por la fórmula:

s en = s s.v + d s n, (12)

donde c d.w y c p son el calor específico a presión constante de aire seco y vapor de agua, respectivamente, kJ / (kg K).

Para el rango de temperatura de menos 50 ° C a 50 ° C, las capacidades caloríficas específicas del aire seco y el vapor pueden considerarse constantes: con d.w = 1.006 kJ / (kg K), con n = 1.86 kJ / (kg K).

Entalpía El aire húmedo se define como la entalpía de una mezcla de gases que consta de 1 kg de aire seco y d kg de vapor de agua, y se determina mediante la fórmula:

Yo = yo s.v + d yo p (13)

donde i s.v - entalpía específica del aire seco, kJ / kg; i p - entalpía específica del vapor de agua contenido en aire húmedo, kJ / kg.

Las entalpías del aire seco y del vapor de agua están determinadas por las fórmulas:

yo s.v = s.v. t = 1.006 t, (14)

yo n = r + con n · t. (15)

donde r es el calor latente de vaporización a la presión parcial del vapor de agua en la mezcla, kJ / kg.

El calor latente de vaporización r para los valores de t H de 0 ° C a 100 ° C se puede expresar mediante la fórmula:

r = 2500 - 2,3 t n.

Al calcular las entalpías de mezclas, siempre es muy importante tener el mismo punto de referencia para las entalpías de cada componente. Como punto de referencia, tomaremos la entalpía en t = 0 ºС yd = 0. Para el aire atmosférico, la entalpía determina la cantidad de calor que se debe suministrar al aire, cuya parte seca tiene una masa de 1 kg, para cambiar su estado del inicial (I = 0 kJ / kg) anterior a este. La entalpía puede ser positiva o negativa.

La sustitución de las relaciones obtenidas en la fórmula (13) lo lleva a la forma:

Temperatura del punto de rocío t p Es la temperatura del aire a la que es necesario enfriar el aire húmedo insaturado para que se sature el vapor sobrecalentado que contiene. Con un enfriamiento adicional del aire húmedo (por debajo de la temperatura del punto de rocío), el vapor de agua se condensa.

Temperatura del bulbo húmedo... Para medir la humedad, a menudo se usa un instrumento llamado psicrómetro. Consta de dos termómetros: seco y húmedo. Un termómetro húmedo se distingue por el hecho de que el elemento sensor está envuelto en un paño humedecido con agua. Un termómetro seco muestra la temperatura del aire húmedo, sus lecturas se llaman temperatura de bulbo seco t s. Un termómetro húmedo muestra la temperatura del agua contenida en un paño húmedo. Cuando se sopla aire sobre un termómetro húmedo, el agua se evapora de la superficie de un paño húmedo. Dado que el calor de vaporización se gasta en la evaporación de la humedad, la temperatura de un paño húmedo disminuirá, por lo que dicho termómetro siempre muestra una temperatura más baja que un termómetro seco. Cuando hay una diferencia de temperatura entre el aire y el agua, se produce un flujo de calor del aire al agua. Cuando el calor recibido por el agua del aire se vuelve igual al calor gastado en la evaporación, el aumento de la temperatura del agua se detiene. Esta temperatura de equilibrio se llama temperatura del bulbo húmedo t m . Si el agua entra en un cierto volumen de aire a una temperatura t m, entonces debido a la evaporación de una parte de esta agua, después de un tiempo el aire se satura. Este proceso de saturación se llama adiabático. En estas condiciones, todo el calor suministrado por el aire al agua se consume solo para la evaporación y luego regresa nuevamente con vapor al aire.

Diagrama i-d de aire húmedo

El diagrama de aire húmedo da una representación gráfica de la relación entre los parámetros del aire húmedo y es el principal para determinar los parámetros de la condición del aire y calcular los procesos de tratamiento de calor y humedad.

V Gráfico I-D(Fig. 2) la abscisa muestra el contenido de humedad d g / kg de aire seco y la ordenada muestra la entalpía I del aire húmedo. El diagrama muestra líneas rectas verticales de contenido de humedad constante (d = const). Se toma como punto de referencia el punto O, en el que t = 0 ° C, d = 0 g / kg y, por tanto, I = 0 kJ / kg. Al construir el diagrama, se utilizó un sistema de coordenadas oblicuas para aumentar el área de aire insaturado. El ángulo entre la dirección de los ejes es de 135 ° o 150 °. Para facilitar su uso, se dibuja un eje de contenido de humedad convencional en un ángulo de 90º con respecto al eje de entalpía. El gráfico está trazado para presión barométrica constante. Utilice gráficos de I-d creados para presión atmosférica p b = 99,3 kPa (745 mm Hg) y presión atmosférica p b = 101,3 kPa (760 mm Hg).

Las isotermas (t c = constante) y las curvas de humedad relativa (φ = constante) se representan en el diagrama. La ecuación (16) muestra que las isotermas en el diagrama I-d son líneas rectas. Todo el campo del diagrama se divide en dos partes por la línea φ = 100%. Por encima de esta línea hay un área de aire insaturado. La línea φ = 100% contiene los parámetros de aire saturado. Debajo de esta línea se encuentran los parámetros del estado del aire saturado que contiene gotas de humedad en suspensión (niebla).

Para la conveniencia del trabajo, se traza una dependencia en la parte inferior del diagrama, se traza una línea de presión parcial de vapor de agua p p sobre el contenido de humedad d. La escala de presión se encuentra en el lado derecho del diagrama. Cada punto del diagrama I-d corresponde a un cierto estado de aire húmedo.

Determinación de los parámetros del aire húmedo según el diagrama I-d. El método para determinar los parámetros se muestra en la Fig. 2. La posición del punto A está determinada por dos parámetros, por ejemplo, temperatura t A y humedad relativa φ A. Determinamos gráficamente: temperatura del bulbo seco tc, contenido de humedad d A, entalpía I A. La temperatura del punto de rocío tp se define como la temperatura del punto de intersección de la línea d A = constante con una línea φ = 100% (punto P). Los parámetros del aire en estado de completa saturación con humedad se determinan en la intersección de la isoterma t A con la línea φ = 100% (punto H).

El proceso de humidificación del aire sin suministro y extracción de calor se llevará a cabo con entalpía constante I A = const ( proceso A-M). En la intersección de la línea I A = constante con la línea φ = 100% (punto M), encontramos la temperatura del termómetro húmedo t m (la línea de entalpía constante prácticamente coincide con la isoterma
t m = constante). En aire húmedo insaturado, la temperatura de bulbo húmedo es menor que la temperatura de bulbo seco.

Encontramos la presión parcial del vapor de agua p P trazando una línea d A = constante desde el punto A hasta la intersección con la línea de presión parcial.

La diferencia de temperatura t c - t m = Δt ps se llama psicrométrica, y la diferencia de temperatura t c - t p se llama higrométrica.

1. Humedad absoluta.

Cantidad másica de vapor en 1 m 3 de aire -

2. Humedad relativa.

La relación entre la cantidad de masa de vapor en la mezcla de vapor y aire y la cantidad máxima posible a la misma temperatura.

(143)

Ecuación de Mendeleev-Clapeyron:

Para pareja

Dónde:

Para determinar la humedad relativa del aire, se utiliza un dispositivo "psicrómetro", que consta de dos termómetros: húmedo y seco. La diferencia en las lecturas del termómetro se calibra en valores.

3. Contenido de humedad.

La cantidad de vapor en la mezcla por 1 kg de aire seco.

Suponga que tenemos 1 m 3 de aire. Su masa es.

Este metro cúbico contiene: - kg de vapor, - kg de aire seco.

Obviamente: .

4. Entalpía del aire.

Consta de dos cantidades: la entalpía del aire seco y el vapor.

5. Punto de rocío.

La temperatura a la cual el gas de un estado dado, enfriándose a un contenido de humedad constante (d = constante), se satura (= 1.0) se llama punto de rocío.

6. Temperatura de bulbo húmedo.

La temperatura a la que un gas interactúa con un líquido, enfriándose a entalpía constante (J = constante), se satura (= 1.0), se llama temperatura de bulbo húmedo t M.

Diagrama de condiciones de aire.

El diagrama fue compilado por el científico ruso Ramzin (1918) y se muestra en la Fig.169.

El diagrama se presenta para una presión atmosférica promedio P = 745 mm Hg. Arte. y, en esencia, es la isobara del equilibrio del sistema vapor-aire seco.

Los ejes de coordenadas del gráfico J-d se rotan en un ángulo de 135 0. En la parte inferior hay una línea oblicua para determinar la presión parcial del vapor de agua P n. Presión parcial de aire seco

El diagrama de arriba muestra la curva de saturación (= 100%). El proceso de secado en el diagrama solo se puede representar por encima de esta curva. Para un punto arbitrario "" A "" en el diagrama de Ramzin, se pueden determinar los siguientes parámetros de aire:

Figura 169. Gráfico j-d el estado del aire húmedo.

Secado estático.

En el proceso de secado por convección, por ejemplo, con aire, el material húmedo interactúa, entra en contacto con una mezcla de vapor y aire, la presión parcial de vapor de agua en la que se encuentra. La humedad puede dejar el material en forma de vapor si la presión de vapor parcial en la capa límite delgada sobre la superficie del material o, como se dice, en el material P m es mayor.

La fuerza impulsora del proceso de secado (Dalton, 1803)

(146)

Equilibrio = 0. El contenido de humedad de un material correspondiente a la condición de equilibrio se denomina contenido de humedad de equilibrio (U p).

Hagamos el experimento. En la cámara del armario de secado a una determinada temperatura (t = constante), colocamos una sustancia absolutamente seca sobre largo tiempo... Con un cierto aire en el gabinete, el contenido de humedad del material alcanzará U p. Al cambiar, puede obtener la curva (isoterma) de absorción de humedad por parte del material. Al disminuir, la curva de desorción.

La Figura 170 muestra la curva de sorción-desorción del material húmedo (isoterma de equilibrio).

Figura 170. Isoterma del equilibrio de material húmedo con aire.

1 área de material higroscópico, 2 áreas de punto higroscópico, 3 áreas de material húmedo, 4 áreas de sorción, 5 áreas de desorción, 6 áreas de secado .

Hay curvas de equilibrio:

1.higroscópico

2.Material no absorbente.

Las isotermas se muestran en la Fig.171.

Figura 171. Isotermas de equilibrio.

a) higroscópico, b) material no higroscópico.

Humedad relativa en el secador y en la atmósfera.

Después del secador, en contacto con el aire atmosférico, el material higroscópico aumenta significativamente el contenido de humedad (Fig. 171 a) debido a la adsorción de humedad del aire. Por lo tanto, después del secado, el material higroscópico debe almacenarse en condiciones que no permitan el contacto con el aire atmosférico (desecación, envoltura, etc.).

Balance de materiales.

Un secador de túnel generalmente se acepta como estudiante. ella tiene vehiculos en forma de carros (secado de ladrillos, madera, etc.). El diagrama de instalación se muestra en la Fig.172.

Figura 172. Diagrama del secador de túnel.

1 ventilador, 2 calentadores, 3 secadoras, 4 carros, 5 líneas de reciclaje de aire de escape.

Leyenda:

Consumo de aire y parámetros antes del calentador de aire, después y después del secador.

Rodeándonos aire atmosférico es una mezcla de gases. Casi siempre está mojado. El vapor de agua, a diferencia de otros componentes de la mezcla, puede estar en el aire, tanto en estado sobrecalentado como saturado. El contenido de vapor de agua en el aire cambia, tanto en el proceso de tratamiento húmedo en los sistemas de ventilación de suministro y acondicionadores de aire, como en la asimilación de la humedad de la habitación por el aire. La parte seca del aire húmedo generalmente contiene (por volumen): aproximadamente 75% de nitrógeno, 21% de oxígeno, 0.03% de dióxido de carbono y una pequeña cantidad de gases inertes (argón, neón, helio, xenón, criptón), hidrógeno, ozono y otros . Los componentes especificados de la mezcla de gas de aire constituyen su parte seca, la otra parte masa de aire es vapor de agua.

El aire se ve como mezcla de gas ideal, lo que permite utilizar las leyes de la termodinámica para obtener fórmulas de cálculo.

Según la ley de Dalton, cada gas de la mezcla, que constituye el aire, ocupa su propio volumen, tiene su propia presión parcial

Pi ,

y tiene la misma temperatura que otros gases en esta mezcla.

¡Atención! Una definición importante:

La suma de las presiones parciales de cada uno de los componentes de la mezcla es igual a la presión barométrica total del aire.

B = Σ P i, Pa.

Considere el concepto de lo que es presión parcial ?

Presión parcial- esta es la presión que tendría el gas en la composición de esta mezcla si estuviera en la misma cantidad, en el mismo volumen y a la misma temperatura que en la mezcla.

Al calcular la ventilación, consideramos el aire húmedo como una mezcla binaria, es decir, una mezcla de dos gases, que consiste en vapor de agua y una parte seca de aire. Convencionalmente, tomamos la parte seca del aire como un gas homogéneo.

Por lo tanto, presión barométrica igual a la suma de las presiones parciales del aire seco P r.v. y vapor de agua P n , es decir.,

B = P r.v. + P n

En condiciones normales de interior, cuando la presión del vapor de agua R p aproximadamente igual a 15 mm. rt. Art., Participación del segundo miembro P r.v. en la fórmula de presión barométrica, teniendo en cuenta la diferencia en la densidad del aire húmedo y seco, siendo iguales las demás condiciones, es solo el 0,75% del valor de la densidad del aire seco ρ r.v. ... Por lo tanto, en nuestros cálculos de ingeniería se supone que

ρ aire. = ρ r.v.

Con un cambio en la humedad del aire en los procesos de ventilación, la masa de su parte seca permanece sin cambios. En base a esto, se acostumbra referir la masa de vapor de agua contenida en el aire a 1 kilogramo. parte seca del aire.

Vayamos directamente a esas cantidades físicas que determinan los parámetros del aire húmedo. Es la combinación de estos parámetros la que determina el estado del aire húmedo:

es una cantidad que caracteriza temperatura corporal... Es una medida de la energía cinética promedio del movimiento de traslación de las moléculas. Actualmente se utiliza la escala de temperatura Celsius y la escala de temperatura termodinámica Kelvin, las cuales se basan en la segunda ley de la termodinámica. Existe una relación entre las temperaturas expresadas en Kelvin y Celsius, a saber:

T, K = 273,15 + t ° C

Es importante notar que el parámetro del estado es la temperatura absoluta, expresada en Kelvin, pero el grado de la escala absoluta es numéricamente igual al grado de Celsius, es decir.

dT = dt.

La humedad del aire se caracteriza por la masa de vapor de agua que contiene. La masa de vapor de agua en gramos por 1 kg de parte seca de aire húmedo se llama contenido de humedad del aire d, g / kg.

La magnitud D es igual a:

dónde: B - presión barométrica igual a la suma de las presiones parciales del aire seco.
P r.v. y vapor de agua P n ;
P n - presión parcial de vapor de agua en aire húmedo insaturado.

La magnitud φ igual a la relación de la presión parcial de vapor de agua en aire húmedo insaturado P p. a la presión parcial de vapor de agua en aire húmedo saturado P n.p. a la misma temperatura y presión barométrica, es decir

A una humedad relativa del 100%, el aire está completamente saturado de vapor de agua y se llama aire húmedo saturado , y el vapor de agua contenido en este aire está en un estado saturado.

Si φ < 100%, entonces el aire contiene vapor de agua en un estado sobrecalentado y se llama aire húmedo insaturado .

La presión del vapor de agua saturado depende solo de la temperatura. Su valor se determina experimentalmente y se da en tablas especiales. Hay una serie de fórmulas que se aproximan a la dependencia Pn.p. v Pensilvania o en mm. rt. S t... en la temperatura en t ° C.

Por ejemplo, para la región de temperaturas positivas de 0 ° C y mayor presión de vapor de agua saturada en Pa, aproximadamente expresada por la dependencia:

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

Usando el concepto de humedad relativa φ , el contenido de humedad del aire se puede definir como

Para los procesos de ventilación, el rango de temperatura es un valor constante y es igual a

De s.v. = 1,005 kJ / (kg × ° C).

En lo habitual para los procesos de ventilación en el rango de temperatura, este valor puede considerarse constante e igual

C n = 1,8 kJ / (kg × ° C).

J s.v. = C s.v. × t,

dónde: t - temperatura del aire, en ° C.

Entalpía de aire seco J s.v. a t = 0 ° C tomar igual a 0.

para agua en t = 0 ° C es igual a 2500 kJ / kg.

en el aire a cualquier temperatura t, es

J p = 2500 + 1,8 t.

Consiste en la entalpía de su parte seca y la entalpía del vapor de agua.

Entalpía J aire húmedo, referido 1 kilogramo parte seca del aire húmedo, en kJ / kg, a una temperatura arbitraria t y contenido de humedad arbitrario D, es igual a:

dónde: 1,005 – C s.v. capacidad calorífica del aire seco, _kJ / (kg × ° С);
2500 – r calor específico de vaporización, kJ / (kg × ° С);
1,8 – C n capacidad calorífica del vapor de agua, kJ / (kg × ° С).

Si el aire se transfiere calidez obvia, se calienta, es decir su temperatura sube. Cuando se calienta el aire húmedo, la entalpía cambia como resultado de cambios en la temperatura de la parte seca del aire y del vapor de agua. Cuando el vapor de agua con la misma temperatura ingresa al aire de fuentes externas (humidificación de vapor isotérmico), se transfiere calor latente vaporización. En este caso, la entalpía del aire húmedo también aumenta, porque la entalpía del vapor de agua se suma a la entalpía de la parte seca del aire. Al mismo tiempo, la temperatura del aire casi no cambia, razón por la cual se introdujo este término: calor latente.

En general, la entalpía del aire húmedo consiste en calor sensible y latente, por lo tanto, la entalpía a veces se denomina calor total.

Para cálculos adicionales de sistemas de ventilación y aire acondicionado, necesitamos los siguientes parámetros básicos de aire húmedo:

temperatura estaño , ° C ;
contenido de humedad d en , g / kg ;
humedad relativa φ en , % ;
contenido de calor J en , kJ / kg ;
concentración de impurezas nocivas CON , mg / m 3 ;
velocidad de viaje V en , m / seg.

El aire atmosférico es casi siempre húmedo debido a la evaporación del agua de los reservorios abiertos a la atmósfera, así como por la combustión de combustibles orgánicos con formación de agua, etc. El aire atmosférico calentado se utiliza muy a menudo para secar diversos materiales en cámaras de secado y en otros. procesos tecnológicos... El contenido relativo de vapor de agua en el aire es también uno de los componentes más importantes del confort climático en locales residenciales y en locales para almacenamiento a largo plazo productos alimenticios y productos industriales. Estas circunstancias determinan la importancia de estudiar las propiedades del aire húmedo y calcular los procesos de secado.

Aquí consideraremos la teoría termodinámica del aire húmedo, principalmente con el objetivo de aprender a calcular el proceso de secado del material húmedo, es decir. aprender a calcular el caudal de aire que aseguraría la velocidad de secado requerida del material para los parámetros dados de la instalación de secado, así como para considerar el análisis y cálculo de las instalaciones de aire acondicionado y climatización.

El vapor de agua que está presente en el aire puede estar sobrecalentado o saturado. Bajo ciertas condiciones, el vapor de agua en el aire puede condensarse; luego la humedad cae en forma de niebla (nube), o la superficie se empaña - cae rocío. No obstante, a pesar de las transiciones de fase, el vapor de agua en aire húmedo puede considerarse con gran precisión como gas ideal hasta un estado seco saturado. De hecho, por ejemplo, a una temperatura t= 50 о С vapor de agua saturado tiene una presión p s = 12300 Pa y volumen específico. Teniendo en cuenta que la constante de gas para el vapor de agua

aquellos. con estos parámetros, incluso el vapor de agua saturado con un error no superior al 0,6% se comporta como un gas ideal.

Así, consideraremos el aire húmedo como una mezcla de gases ideales con la única salvedad de que en estados cercanos a la saturación, los parámetros del vapor de agua se determinarán a partir de tablas o diagramas.

Introducimos algunos conceptos que caracterizan el estado del aire húmedo. Deje que el aire húmedo esté en equilibrio en un volumen de 1 m 3. Entonces, la cantidad de aire seco en este volumen será, por definición, la densidad del aire seco ρw (kg / m3) y la cantidad de vapor de agua, respectivamente, ρwp (kg / m3). Esta cantidad de vapor de agua se llama humedad absoluta aire húmedo. La densidad del aire húmedo obviamente

Debe tenerse en cuenta que las densidades de aire seco y vapor de agua deben calcularse a las presiones parciales correspondientes, de tal forma que

aquellos. consideramos que la ley de Dalton es válida para aire húmedo.

Si la temperatura del aire importante es t, luego

A menudo, en lugar de la densidad del vapor de agua, es decir, en lugar de la humedad absoluta, el aire húmedo se caracteriza por el llamado contenido de humedad D, que se define como la cantidad de vapor de agua por 1 kg de aire seco. Para la determinación del contenido de humedad D seleccione un poco de volumen en aire húmedo V 1, de modo que la masa de aire seco que contiene es de 1 kg, es decir dimensión V 1 en nuestro caso es m 3 / kg sv. Entonces la cantidad de humedad en este volumen será D kg vp / kg sv. Obviamente, el contenido de humedad D asociado a la humedad absoluta ρ VP. De hecho, la masa de aire húmedo en volumen V 1 es igual

Pero como el volumen V 1 hemos elegido para que contenga 1 kg de aire seco, es obvio. El segundo término es, por definición, contenido de humedad. D, es decir.

Considerando el aire seco y el vapor de agua como gases ideales, obtenemos

Teniendo en cuenta, encontramos la relación entre el contenido de humedad y la presión parcial del vapor de agua en el aire.

Sustituyendo aquí los valores numéricos, finalmente tenemos

Dado que el vapor de agua todavía no es un gas ideal en el sentido de que su presión parcial y temperatura son mucho más bajas que las críticas, el aire húmedo no puede contener una cantidad arbitraria de humedad en forma de vapor. Ilustremos esto en el diagrama. p - v vapor de agua (ver Fig. 1).

Deje que el estado inicial del vapor de agua en el aire húmedo esté representado por el punto C.Si ahora está a temperatura constante t Al agregar humedad al aire húmedo en forma de vapor, por ejemplo, al evaporar el agua de una superficie abierta, el punto que representa el estado del vapor de agua se moverá a lo largo de la isoterma. tС = constante a la izquierda. La densidad del vapor de agua en aire húmedo, es decir su humedad absoluta aumentará. Este aumento de la humedad absoluta continuará mientras el vapor de agua a una temperatura determinada t C no se satura en seco (estado S). Un aumento adicional de la humedad absoluta a una temperatura determinada es imposible, ya que el vapor de agua comenzará a condensarse. Por lo tanto, el valor máximo de la humedad absoluta a una temperatura dada es la densidad del vapor seco saturado a esta temperatura, es decir,

La relación entre la humedad absoluta a una temperatura dada y la máxima humedad absoluta posible a la misma temperatura se denomina humedad relativa del aire húmedo, es decir, por definición tenemos

También es posible otra variante de condensación de vapor en aire húmedo, a saber, enfriamiento isobárico de aire húmedo. Entonces, la presión parcial de vapor de agua en el aire permanece constante. Punto C en el diagrama p - v se desplazará hacia la izquierda a lo largo de la isobara hasta el punto R. Entonces la humedad comenzará a caer. Esta situación se lleva a cabo muy a menudo durante el verano durante la noche cuando el aire se enfría, cuando el rocío cae sobre superficies frías y se forma niebla en el aire. Por esta razón, la temperatura en el punto R, en el cual el rocío comienza a caer, se llama punto de rocío y se denota t R. Se define como la temperatura de saturación correspondiente a una determinada presión de vapor parcial.

La entalpía del aire húmedo por 1 kg de aire seco se calcula sumando

en este caso, se tiene en cuenta que las entalpías del aire seco y el vapor de agua se miden desde una temperatura de 0 о С (más precisamente, desde la temperatura del punto triple del agua, igual a 0,01 о С).

Charla SECADO.

El secado es el proceso de eliminar la humedad de sólidos evaporándolo y eliminando los vapores resultantes.

El secado térmico suele ir precedido de métodos mecánicos de eliminación de la humedad (prensado, sedimentación, filtración, centrifugación).

En todos los casos, el secado en forma de vapores elimina un componente altamente volátil (agua, solvente orgánico, etc.)

En esencia física, el secado es un proceso de calor conjunto, transferencia de masa y se reduce al movimiento de la humedad bajo la influencia del calor desde la profundidad del material que se seca hasta su superficie y su posterior evaporación. Durante el proceso de secado, el cuerpo húmedo tiende a un estado de equilibrio con medio ambiente por tanto, su temperatura y contenido de humedad en el caso general es función del tiempo y de las coordenadas.

En la práctica, el concepto se utiliza humedad v, que se define como:

(5.2)

Si entonces entonces

Por el método de suministro de calor, se distinguen:

Secado por convección, realizado por contacto directo del material y el agente secante;

Secado por contacto (conductivo), el calor se transfiere al material a través de la pared que los separa;

Secado por radiación: transfiriendo calor mediante radiación infrarroja;

Secado por congelación, en el que se elimina la humedad del material en estado congelado (generalmente al vacío);

Secado dieléctrico, en el que el material se seca en el campo de corrientes de alta frecuencia.

Con cualquier método de secado, el material está en contacto con aire húmedo. En la mayoría de los casos, el agua se elimina del material, por lo que generalmente se considera un sistema de vapor de agua seco.

Parámetros de aire húmedo.

Una mezcla de aire seco con vapor de agua es aire húmedo. Parámetros de aire húmedo:

Humedad relativa y absoluta;

Capacidad calorífica y entalpía.

Aire húmedo, con pequeñas PAG y T, puede considerarse una mezcla binaria de gases ideales: aire seco y vapor de agua. Luego, de acuerdo con la ley de Dalton, puede escribir:

(5.3)

dónde PAG- presión de la mezcla vapor-gas , p c г- presión parcial de aire seco, - presión parcial de vapor de agua.

Vapor libre o sobrecalentado - dado T y P no se condensa. El contenido de vapor máximo posible en el gas, por encima del cual se observa condensación, corresponde a las condiciones de saturación en un cierto T y presión parcial .

Distinga entre la humedad relativa absoluta y el contenido de humedad del aire.

Humedad absoluta¿Es la masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire húmedo? (kg / m 3)... El concepto de humedad absoluta coincide con el concepto de densidad de vapor a temperatura T y presión parcial .

Humedad relativa es la relación entre la cantidad de vapor de agua en el aire y el máximo posible en las condiciones dadas, o la relación entre la densidad del vapor en las condiciones dadas y la densidad del vapor saturado en las mismas condiciones:

Según la ecuación de estado del gas ideal de Mendeleev - Cliperon para vapor en estado libre y saturado, tenemos:

y (5.5)

Aquí M p es la masa de un mol de vapor en kg, R es la constante de gas.

Teniendo en cuenta (5.5), la ecuación (5.4) toma la forma:

La humedad relativa determina la capacidad de retención de humedad del agente secante (aire).

Aquí G P- masa (caudal másico) de vapor, L - masa (caudal másico) de gas absolutamente seco. Expresemos las cantidades G П y L mediante la ecuación de estado de un gas ideal:

Entonces la relación (5.7) se transforma a la forma:

(5.8)

Masa de 1 mol de aire seco en kg.

Introduciendo y dado obtenemos:

(5.9)

Para sistema aire-vapor de agua , ... Entonces tenemos:

(5.10)

Entonces, se ha establecido una relación entre el contenido de humedad x y la humedad relativa φ del aire.

Calor especifico El gas húmedo se toma como el valor aditivo de las capacidades caloríficas del gas seco y el vapor.

Calor específico del gas húmedo C, referido a 1 kg de gas seco (aire):

(5.11)

donde está el calor específico del gas seco, el calor específico del vapor.

Calor específico referido a 1 kg mezcla de vapor y gas:

(5.12)

Al calcular, generalmente use con.

Entalpía específica del aire húmedo Н se refiere a 1 kg de aire absolutamente seco y se determina a una temperatura del aire dada T como la suma de las entalpías del aire absolutamente seco y el vapor de agua:

(5.13)

La entalpía específica del vapor sobrecalentado se determina mediante la siguiente expresión.

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