Cálculos en diagrama i d. Diagrama de Mollier. Pendiente del haz de proceso en el diagrama j-d
Después de leer este artículo, recomiendo leer el artículo sobre entalpía, capacidad frigorífica latente y determinación de la cantidad de condensado formado en sistemas de aire acondicionado y deshumidificación:
¡Buenos días, queridos colegas principiantes!
Al comienzo de mi viaje profesional, me encontré con este diagrama. A primera vista, puede parecer aterrador, pero si comprende los principios fundamentales por los que funciona, puede enamorarse de él: D. En la vida cotidiana, se llama diagrama i-d.
En este artículo, intentaré explicar simplemente (en mis dedos) los puntos principales, para que luego, a partir de la base recibida, profundice de forma independiente en esta red de características del aire.
Así es como se ve en los libros de texto. Se pone un poco espeluznante.
Eliminaré todo lo superfluo que no necesitaré para mi explicación y presentaré el diagrama i-d de esta forma:
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Todavía no está del todo claro qué es. Vamos a dividirlo en 4 elementos:
El primer elemento es el contenido de humedad (D o d). Pero antes de empezar a hablar de la humedad del aire en general, me gustaría acordar algo contigo.
Pongámonos de acuerdo "en la orilla" a la vez sobre un concepto. Deshagámonos de un estereotipo firmemente arraigado en nosotros (al menos en mí) sobre lo que es el vapor. Desde muy niño me señalaban una olla o tetera hirviendo y me decían, metiendo un dedo en el “humo” que salía de la vasija: “¡Mira! Eso es vapor". Pero como muchas personas amigas de la física, debemos entender que “El vapor de agua es un estado gaseoso agua. no tiene colores, gusto y olfato. Son solo moléculas de H2O en estado gaseoso, que no son visibles. Y lo que vemos, saliendo de la tetera, es una mezcla de agua en estado gaseoso (vapor) y “gotas de agua en estado límite entre líquido y gas”, o mejor dicho, vemos esto último (con reservas, podemos también llamamos lo que vemos - niebla). Como resultado, obtenemos eso en este momento, alrededor de cada uno de nosotros hay aire seco (una mezcla de oxígeno, nitrógeno...) y vapor (H2O).
Entonces, el contenido de humedad nos dice cuánto de este vapor está presente en el aire. En la mayoría de los diagramas i-d, este valor se mide en [g/kg], es decir, cuántos gramos de vapor (H2O en estado gaseoso) hay en un kilogramo de aire (1 metro cúbico de aire en su apartamento pesa alrededor de 1,2 kilogramos). En su apartamento para condiciones confortables en 1 kilogramo de aire debe haber 7-8 gramos de vapor.
En el diagrama i-d, el contenido de humedad se representa mediante líneas verticales y la información de gradación se encuentra en la parte inferior del diagrama:
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El segundo elemento importante a entender es la temperatura del aire (T o t). No creo que haya necesidad de explicar aquí. En la mayoría de los diagramas i-d, este valor se mide en grados Celsius [°C]. En el diagrama i-d, la temperatura se representa mediante líneas inclinadas y la información de gradación se encuentra en el lado izquierdo del diagrama:
(para ampliar la imagen, haga clic y luego haga clic de nuevo)El tercer elemento del diagrama ID es humedad relativa(φ). La humedad relativa es exactamente el tipo de humedad que escuchamos en los televisores y radios cuando escuchamos el pronóstico del tiempo. Se mide como un porcentaje [%].
Surge una pregunta razonable: "¿Cuál es la diferencia entre la humedad relativa y el contenido de humedad?" Voy a responder a esta pregunta paso a paso:
Primera etapa:
El aire puede contener una cierta cantidad de vapor. El aire tiene cierta “capacidad de carga de vapor”. Por ejemplo, en su habitación, un kilogramo de aire puede "llevar a bordo" no más de 15 gramos de vapor.
Suponga que su habitación es cómoda, y en cada kilogramo de aire en su habitación hay 8 gramos de vapor, y cada kilogramo de aire puede contener 15 gramos de vapor. Como resultado, obtenemos que el 53,3% del máximo vapor posible está en el aire, es decir humedad relativa - 53,3%.
Segunda fase:
La capacidad de aire varía con diferentes temperaturas. Cuanto mayor sea la temperatura del aire, más vapor puede contener, cuanto menor sea la temperatura, menor será la capacidad.
Supongamos que hemos calentado el aire de su habitación con un calentador convencional de +20 grados a +30 grados, pero la cantidad de vapor en cada kilogramo de aire sigue siendo la misma: 8 gramos. A +30 grados, el aire puede "llevar a bordo" hasta 27 gramos de vapor, como resultado, en nuestro aire calentado, el 29,6% del máximo vapor posible, es decir. humedad relativa - 29,6%.
Lo mismo ocurre con el enfriamiento. Si enfriamos el aire a +11 grados, obtenemos una "capacidad de carga" igual a 8,2 gramos de vapor por kilogramo de aire y una humedad relativa del 97,6%.
Tenga en cuenta que había la misma cantidad de humedad en el aire: 8 gramos, y la humedad relativa saltó del 29,6 % al 97,6 %. Esto sucedió debido a las fluctuaciones de temperatura.
Cuando escuchas sobre el clima en la radio en invierno, donde dicen que hace menos 20 grados afuera y la humedad es del 80%, esto significa que hay alrededor de 0,3 gramos de vapor en el aire. Una vez en su apartamento, este aire se calienta hasta +20 y la humedad relativa de dicho aire se convierte en un 2%, y este es un aire muy seco (de hecho, en el apartamento en invierno, la humedad se mantiene en un 10-30% debido a la salida de humedad de los baños, de las cocinas y de las personas, pero que también está por debajo de los parámetros de confort).
Tercera etapa:
¿Qué sucede si bajamos la temperatura a un nivel tal que la "capacidad de carga" del aire sea menor que la cantidad de vapor en el aire? Por ejemplo, hasta +5 grados, donde la capacidad de aire es de 5,5 gramos/kilogramo. Esa parte del H2O gaseoso que no entra en el “cuerpo” (en nuestro caso son 2,5 gramos) comenzará a convertirse en líquido, es decir en agua. En la vida cotidiana, este proceso es especialmente visible cuando las ventanas se empañan debido a que la temperatura de los vidrios es más baja que la temperatura promedio en la habitación, tanto que hay poco espacio para la humedad en el aire y el el vapor, convirtiéndose en líquido, se deposita en los vasos.
En el diagrama i-d, la humedad relativa se muestra como líneas curvas y la información de gradación se encuentra en las propias líneas:
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El cuarto elemento del diagrama ID es la entalpía (I o i). La entalpía contiene el componente energético del estado de calor y humedad del aire. Tras un estudio adicional (fuera de este artículo, por ejemplo, en mi artículo sobre entalpía ) merece la pena prestarle especial atención cuando se trata de deshumidificación y humidificación del aire. Pero por ahora atención especial no nos centraremos en este elemento. La entalpía se mide en [kJ/kg]. En el diagrama i-d, la entalpía se representa mediante líneas inclinadas, y la información sobre la gradación se encuentra en el gráfico mismo (o a la izquierda y en la parte superior del diagrama).
diagrama id aire húmedo fue fundada en 1918 por L.K. Ramzín. Los frutos del trabajo de este científico ruso todavía se utilizan. Su diagrama sigue siendo hoy una herramienta fiel y confiable para calcular las propiedades básicas del aire húmedo.
Dado que el cálculo del cambio de estado aire atmosférico asociado con cálculos complejos, generalmente se usa un método más simple y conveniente. Aquellos. Se utiliza Ramzin, que también se denomina diagrama psicrométrico.
V coordenadas i-d Los diagramas muestran las dependencias de los principales parámetros del aire húmedo. Estos son temperatura, contenido de humedad, humedad relativa, entalpía. A una presión barométrica dada, la entalpía por 1 kg de aire seco (kJ/kg) se traza a lo largo del eje y. En el eje de abscisas, el contenido de humedad del aire se representa en g por 1 kg de aire seco.
El sistema de coordenadas del gráfico i-d es oblicuo. El ángulo entre los ejes es de 135º. Esta disposición de los ejes le permite ampliar el área de aire húmedo no saturado. Por lo tanto, el diagrama se vuelve más conveniente para las construcciones gráficas.
Las líneas de entalpía constante I=const pasan formando un ángulo de 135º con el eje y. Las líneas de contenido de humedad constante d=const corren paralelas al eje y.
La cuadrícula formada por las líneas I=const y d=const consiste en paralelogramos. Construyen líneas de isotermas t=const y líneas de humedad relativa constante φ=const.
Vale la pena señalar que, aunque las isotermas son líneas rectas, no son del todo paralelas entre sí. El ángulo de su inclinación con respecto al eje horizontal es diferente. Cuanto más baja es la temperatura, más paralelas son las isotermas. Las líneas de temperatura que se muestran en el diagrama corresponden a valores de bulbo seco.
La curva con humedad relativa φ=100% se construye sobre la base de datos de tablas de aire saturado. Por encima de esta curva en el diagrama hay un área de aire húmedo no saturado. En consecuencia, debajo de esta curva, hay un área de aire húmedo sobresaturado. La humedad del aire saturado, caracterizada por esta zona, se encuentra en estado líquido o sólido. Aquellos. es niebla Esta área del diagrama no se usa en los cálculos de las características del aire húmedo, por lo que se omite su construcción.
Todos los puntos del diagrama caracterizan un estado específico de aire húmedo. Para determinar la posición de cualquier punto, debe conocer dos de los cuatro parámetros del estado del aire húmedo: I, d, t o φ.
Aire húmedo en cualquier punto i-d diagramas se caracteriza por un cierto contenido de humedad y calor. Todos los puntos situados por encima de la curva φ=100% caracterizan tal estado de aire húmedo, en el que el vapor de agua en el aire se encuentra en un estado sobrecalentado. Los puntos situados en la curva φ=100%, la llamada curva de saturación, caracterizan el estado de saturación del vapor de agua en el aire. Todos los puntos ubicados debajo de la curva de saturación caracterizan el estado en el que la temperatura del aire húmedo está por debajo de la temperatura de saturación. Por lo tanto, habrá vapor de humedad en el aire. Esto significa que la humedad del aire consistirá en una mezcla de vapor seco y gotitas de agua.
Al resolver prácticas tareas i-d el diagrama se usa no solo para calcular los parámetros del estado del aire. Con su ayuda, también se construyen cambios en su estado durante los procesos de calentamiento, enfriamiento, humectación, deshumidificación, así como su combinación arbitraria. En los cálculos, a menudo se utilizan parámetros del aire como la temperatura del punto de rocío t p y la temperatura de bulbo húmedo t m Ambos parámetros se pueden trazar en un diagrama i-d.
La temperatura del punto de rocío t p es la temperatura correspondiente al valor al que debe enfriarse el aire húmedo para saturarse con un contenido de humedad constante (d=const). En el diagrama i-d, la temperatura del punto de rocío t p se determina de la siguiente manera. Se toma un punto que caracteriza el estado dado del aire húmedo. A partir de él dibujamos una línea recta paralela al eje y hasta que se cruza con la curva de saturación φ=100%. Esa isoterma, que intersectará esta curva en el punto obtenido, mostrará la temperatura del punto de rocío t p en un contenido de humedad del aire dado.
La temperatura de bulbo húmedo t m es la temperatura a la que el aire húmedo se enfría y se satura con un contenido de humedad constante. Para determinar la temperatura del bulbo húmedo en el diagrama i-d, haga lo siguiente. Una línea de entalpía constante I=const se traza a través de un punto que caracteriza un estado dado de aire húmedo hasta que se cruza con la curva de saturación φ=100%. El valor de la temperatura de bulbo húmedo corresponderá a la isoterma que pasa por el punto de intersección.
En el diagrama i-d, todos los procesos de transición del aire de un estado a otro se representan mediante curvas que pasan por puntos que caracterizan los estados inicial y final del aire húmedo.
¿Cómo aplicar el diagrama i-d de aire húmedo? Como se mencionó anteriormente, para determinar el estado del aire, necesita conocer dos parámetros cualesquiera del diagrama. Por ejemplo, tomemos una temperatura de bulbo seco y una temperatura de bulbo húmedo. Habiendo encontrado el punto de intersección de las líneas de estas temperaturas, obtenemos el estado del aire a temperaturas dadas. Así, este punto caracteriza claramente el estado del aire. De manera similar al ejemplo, estas temperaturas se pueden usar para encontrar el estado del aire en cualquier punto del diagrama i-d.
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LK Ramzin construyó " carné de identidad» - un diagrama que se usa ampliamente en los cálculos de secado, aire acondicionado en una serie de otros cálculos relacionados con el cambio en el estado del aire húmedo. Este diagrama expresa la dependencia gráfica de los principales parámetros del aire ( t, φ, pags PAGS, D, I) a una presión barométrica dada.
elementos " I, D» – los diagramas se muestran en la fig. 7.4. El diagrama está construido en un sistema de coordenadas oblicuas con un ángulo entre los ejes I y D 135°. Los valores de entalpías y temperaturas del aire se trazan a lo largo del eje de ordenadas ( I, kJ/kg aire seco y t, °С), a lo largo del eje de abscisas: los valores del contenido de humedad del aire húmedo D, g/kg.
Arroz. 7.4. Aproximado " carné de identidad» - diagrama
Se mencionó anteriormente que los parámetros ( tºC I kJ/kg, φ%, D g/kg, pags P Pa), que determinan el estado del aire húmedo, en " I, D» - el diagrama se puede representar gráficamente con un punto. Por ejemplo, en la fig. debajo del punto A corresponden a los parámetros del aire húmedo: temperatura t= 27 °С, humedad relativa φ = 35%, entalpía I= 48 kJ/kg, contenido de humedad D= 8 g/kg, presión de vapor parcial pags P = 1,24 kPa.
Es necesario tener en cuenta que los parámetros de aire húmedo obtenidos gráficamente corresponden a una presión barométrica (atmosférica) de 760 mm Hg. Art., para lo cual el que se muestra en la Fig. " carné de identidad"- diagrama.
La práctica de usar cálculos gráfico-analíticos para determinar la presión parcial del vapor usando " carné de identidad» - diagramas muestra que las discrepancias entre los resultados obtenidos (dentro del 1 - 2%) se explican por el grado de precisión de los diagramas.
Si los parámetros del punto A en " carné de identidad"- diagrama (Fig. 7.5) I A ,D A, y la B final - I B, D B, entonces la razón ( I B - I A) / ( D B - D A) 1000 = ε es la pendiente de la línea (haz), caracterizando este cambio en el estado del aire en las coordenadas " carné de identidad» – diagramas.
Arroz. 7.5. Determinación de la pendiente ε usando " carné de identidad» – diagramas.
El valor de ε tiene la dimensión de kJ/kg de humedad. Por otra parte, en la práctica de utilizar carné de identidad» - diagramas, el valor de ε obtenido por cálculo se conoce de antemano.
En ese caso, en carné de identidad”- el diagrama se puede usar para construir un rayo correspondiente al valor obtenido de ε. Para hacer esto, use un conjunto de rayos correspondientes a diferentes valores del coeficiente angular y trazados a lo largo del contorno " carné de identidad» – diagramas. La construcción de estos rayos se llevó a cabo de la siguiente manera (ver Fig. 7.6).
Para construir una escala angular, se consideran varios cambios en el estado del aire húmedo, asumiendo los mismos parámetros iniciales del aire para todos los casos considerados en la Figura 4: este es el origen de coordenadas ( I 1 = 0, D 1 = 0). Si los parámetros finales se denotan por I 2 y D 2, entonces la expresión del coeficiente de la pendiente se puede escribir en este caso
ε = 
.
Por ejemplo, tomando D 2 = 10 g/kg y I 2 = 1 kJ/kg (corresponde al punto 1 de la Fig. 1.4), ε = (1/10) 1000 = 100 kJ/kg. Para el punto 2, ε = 200 kJ/kg, y así sucesivamente para todos los puntos considerados en la Figura 1.4. Para I= 0 ε = 0, es decir, rayos en " carné de identidad» – los diagramas coinciden. De manera similar, se pueden aplicar rayos con pendientes negativas.
en los campos" identificación» - los diagramas se trazan con la dirección de los rayos de escala para los valores de los coeficientes angulares en el rango de - 30,000 a + 30,000 kJ / kg de humedad. Todos estos rayos provienen del origen.
El uso práctico de la escala angular se reduce a una transferencia paralela (por ejemplo, usando una regla) de un haz de escala con un valor conocido de la pendiente a un punto dado en " identificación» - diagrama. En la fig. se muestra la transferencia de la viga de ε = 100 al punto B.
Sobre la base de " carné de identidad» – diagrama de escala angular.
Determinación de la temperatura del punto de rocíot P y temperatura de bulbo húmedot M con "carné de identidad » – diagramas.
La temperatura del punto de rocío es la temperatura del aire saturado a un contenido de humedad dado. Sobre el " carné de identidad» - diagrama para determinar tР es necesario descender desde el punto de este estado del aire (punto A en la figura siguiente) a lo largo de la línea D= const hasta que se cruza con la línea de saturación φ = 100% (punto B). En este caso, la isoterma que pasa por el punto B corresponde a t r
Definición de valores t R y t M a " identificación» - diagrama
Temperatura del bulbo húmedo t M es igual a la temperatura del aire en estado saturado a una entalpía dada. V " carné de identidad» - diagrama t M pasa por el punto de intersección de la isoterma con la línea φ = 100% (punto B) y prácticamente coincide (con los parámetros que tienen lugar en los sistemas de aire acondicionado) con la línea I= constante que pasa por el punto B.
La imagen de los procesos de calentamiento y enfriamiento del aire en "carné de identidad "-diagrama. El proceso de calentamiento de aire en un intercambiador de calor de superficie: un calentador en " carné de identidad» - el diagrama está representado por una línea vertical AB (ver figura abajo) cuando D= constante, ya que el contenido de humedad del aire no cambia cuando entra en contacto con una superficie seca y calentada. La temperatura y la entalpía durante el calentamiento aumentan y la humedad relativa disminuye.
El proceso de refrigeración por aire en un intercambiador de calor de superficie-refrigerador de aire se puede implementar de dos maneras. La primera forma es enfriar el aire con un contenido de humedad constante (proceso a en la Fig. 1.6). este proceso en D= fugas constantes si la temperatura de la superficie del enfriador de aire es más alta que la temperatura del punto de rocío t R. El proceso se desarrollará a lo largo de la línea VG o, en casos extremos, a lo largo de la línea VG’.
La segunda forma es enfriar el aire mientras se reduce su contenido de humedad, lo cual es posible solo cuando la humedad cae del aire (caso b en la Fig. 7.8). La condición para la implementación de dicho proceso es que la temperatura de la superficie del enfriador de aire o cualquier otra superficie en contacto con el aire debe estar por debajo de la temperatura del punto de rocío del aire en el punto D. En este caso, el vapor de agua se condensará en el aire y el proceso de enfriamiento estará acompañado por una disminución en el contenido de humedad en el aire. En la fig. este proceso irá a lo largo de la línea SL, y el punto W corresponde a la temperatura t PV superficie del enfriador de aire. En la práctica, el proceso de enfriamiento termina antes y alcanza, por ejemplo, el punto E a una temperatura t MI.
Arroz. 7.8. La imagen de los procesos de calentamiento y enfriamiento del aire en " carné de identidad» - diagrama
Los procesos de mezclar dos corrientes de aire en "carné de identidad » - diagrama.
Los sistemas de aire acondicionado utilizan los procesos de mezclar dos corrientes de aire con diferentes condiciones. Por ejemplo, usar aire recirculado o mezclar aire preparado con aire interior cuando se suministra desde un acondicionador de aire. También son posibles otros casos de mezcla.
Es de interés para los cálculos de procesos de mezcla encontrar una conexión entre los cálculos analíticos de procesos y sus representaciones gráficas en " carné de identidad» - diagrama. En la fig. 7.9 se presentan dos casos de procesos de mezcla: a) - punto de estado del aire en " carné de identidad» - el diagrama se encuentra por encima de la línea φ = 100% y caso b) - el punto de la mezcla se encuentra por debajo de la línea φ = 100%.
Considere el caso a). Estado del aire punto A en cantidad GRAMO Y con parámetros D un y I A se mezcla con el aire del estado del punto B en una cantidad GRAMO B con parámetros D B y I B. Al mismo tiempo, se acepta la condición de que los cálculos se realicen para 1 kg de aire del estado A. Entonces el valor n = GRAMO V/ GRAMO Y se estima cuánto aire del estado del punto B cae sobre 1 kg de aire del estado del punto A. Para 1 kg de aire del estado del punto A, puede anotar los saldos de calor y humedad durante la mezcla.
I A+ I B = (1 + norte)I CM;
D A+ Dakota del Norte B = (1 + norte)D CM,
donde I Medios de comunicación D CM - parámetros de mezcla.
De las ecuaciones obtener:
.
La ecuación es la ecuación de una línea recta, cualquier punto de la cual indica los parámetros de mezcla I Medios de comunicación D CM. La posición del punto de mezcla C en la línea AB se puede encontrar por la razón de los lados de los triángulos semejantes ASD y CBE
Arroz. 7.9. Procesos de mezcla de aire en " carné de identidad» - diagrama. a) - el punto de la mezcla se encuentra por encima de la línea φ = 100%; b) - el punto de mezcla se encuentra por debajo de φ = 100%.
,
aquellos. el punto C divide la línea recta AB en partes inversamente proporcionales a las masas del aire mezclado.
Si se conoce la posición del punto C sobre la línea AB, entonces podemos encontrar las masas GRAMO un y GRAMO B. Se sigue de la ecuación
,
similar
En la práctica, es posible que en el período frío del año el punto de mezcla C 1 ’ se encuentre por debajo de la línea φ = 100%. En este caso, en el proceso de mezcla, se producirá condensación de humedad. La humedad condensada cae del aire y estará en un estado de saturación después de mezclarse a φ = 100 %. Los parámetros de la mezcla están determinados con bastante precisión por el punto de intersección de la línea φ \u003d 100% (punto C 2) y I CM = const. En este caso, la cantidad de humedad que ha caído es igual a Δ D.
Es muy conveniente determinar los parámetros del aire húmedo, así como resolver una serie de problemas prácticos relacionados con el secado de diversos materiales, utilizando un gráfico identificación diagramas, propuestos por primera vez por el científico soviético L.K. Ramzin en 1918.
Construido para una presión barométrica de 98 kPa. En la práctica, el diagrama se puede usar en todos los casos de cálculo de secadores, ya que con fluctuaciones ordinarias presión atmosférica valores I y D cambia poco.
El diagrama en coordenadas i-d es una interpretación gráfica de la ecuación de entalpía para aire húmedo. Refleja la relación de los principales parámetros del aire húmedo. Cada punto del diagrama resalta algún estado con parámetros bien definidos. Para encontrar alguna de las características del aire húmedo, basta conocer sólo dos parámetros de su estado.
El diagrama I-d del aire húmedo se construye en un sistema de coordenadas oblicuas. En el eje y hacia arriba y hacia abajo desde el punto cero (i \u003d 0, d \u003d 0), se trazan los valores de entalpía y las líneas i \u003d const se dibujan paralelas al eje de abscisas, es decir , en un ángulo de 135 0 con la vertical. En este caso, la isoterma de 0 o C en la región no saturada se ubica casi horizontalmente. En cuanto a la escala para leer el contenido de humedad d, por conveniencia se reduce a una línea recta horizontal que pasa por el origen.
La curva de la presión parcial del vapor de agua también se traza en el diagrama i-d. Para ello se utiliza la siguiente ecuación:
R p \u003d B * d / (0.622 + d),
Para valores variables de d, obtenemos que, por ejemplo, para d=0 P p =0, para d=d 1 P p = P p1, para d=d 2 P p = P p2, etc. Dada una cierta escala para presiones parciales, en la parte inferior del diagrama en un sistema rectangular de ejes de coordenadas, se traza una curva P p =f(d) en los puntos indicados. Después de eso, se trazan líneas curvas de humedad relativa constante (φ = const) en el diagrama i-d. La curva inferior φ = 100% caracteriza el estado del aire saturado con vapor de agua ( curva de saturación).
Además, se construyen líneas rectas de isotermas (t = const) en el diagrama i-d del aire húmedo, que caracterizan los procesos de evaporación de la humedad, teniendo en cuenta la cantidad adicional de calor introducida por el agua que tiene una temperatura de 0 ° C.
En el proceso de evaporación de la humedad, la entalpía del aire permanece constante, ya que el calor tomado del aire para el secado de los materiales regresa junto con la humedad evaporada, es decir, en la ecuación:
yo = yo en + d*i p
Una disminución en el primer término será compensada por un aumento en el segundo término. En el diagrama i-d, este proceso va a lo largo de la línea (i = const) y tiene el nombre condicional del proceso evaporación adiabática. El límite del enfriamiento del aire es la temperatura adiabática del bulbo húmedo, que se encuentra en el diagrama como la temperatura del punto en la intersección de las líneas (i = const) con la curva de saturación (φ = 100%).
O dicho de otro modo, si desde el punto A (con coordenadas i = 72 kJ/kg, d = 12,5 g/kg aire seco, t = 40 °C, V = 0,905 m 3 /kg aire seco φ = 27 %), emitiendo un cierto estado de aire húmedo, dibujar hacia abajo un haz vertical d = const, entonces será un proceso de enfriamiento del aire sin cambiar su contenido de humedad; el valor de la humedad relativa φ en este caso aumenta gradualmente. Cuando este haz continúa hasta cruzarse con la curva φ = 100% (punto "B" con coordenadas i = 49 kJ/kg, d = 12,5 g/kg aire seco, t = 17,5 °C, V = 0,84 m 3 /kg aire seco j \u003d 100%), obtenemos la temperatura más baja tp (se llama temperatura de derretimiento), en el que el aire con un contenido de humedad dado d aún puede retener vapores en forma no condensada; una mayor disminución de la temperatura conduce a la pérdida de humedad ya sea en suspensión (niebla), o en forma de rocío en las superficies de las cercas (paredes de automóviles, productos), o escarcha y nieve (tuberías de evaporación de la máquina de refrigeración).
Si el aire en el estado A se humidifica sin suministro o remoción de calor (por ejemplo, de una superficie de agua abierta), entonces el proceso caracterizado por la línea de CA ocurrirá sin cambiar la entalpía (i = constante). Temperatura tm en la intersección de esta línea con la curva de saturación (punto "C" con coordenadas i \u003d 72 kJ / kg, d \u003d 19 g / kg aire seco, t \u003d 24 ° C, V \u003d 0,87 m 3 / kg aire seco φ = 100%) y es temperatura del bulbo húmedo.
Usando i-d, es conveniente analizar los procesos que ocurren cuando se mezclan flujos de aire húmedo.
Asimismo, el diagrama i-d de aire húmedo es ampliamente utilizado para el cálculo de parámetros de aire acondicionado, entendido como un conjunto de medios y métodos para influir en la temperatura y la humedad.
El aire húmedo es una mezcla de aire seco y vapor de agua. Las propiedades del aire húmedo se caracterizan por los siguientes parámetros principales: temperatura de bulbo seco t, presión barométrica P b, presión parcial de vapor de agua P p, humedad relativa φ, contenido de humedad d, entalpía específica i, temperatura de punto de rocío tp, bulbo húmedo temperatura tm, densidad ρ.
El diagrama i-d es una relación gráfica entre los principales parámetros del aire t, φ, d, i a una determinada presión atmosférica barométrica P b y se utiliza para visualizar los resultados del cálculo de los procesos de procesamiento de aire húmedo.
El diagrama i-d fue compilado por primera vez en 1918 por el ingeniero de calefacción soviético L.K. Ramzin.
El diagrama está construido en un sistema de coordenadas oblicuas, lo que permite expandir el área de aire húmedo no saturado y hace que el diagrama sea conveniente para las construcciones gráficas. Los valores de la entalpía específica i se trazan a lo largo del eje de ordenadas del diagrama, y los valores del contenido de humedad d se trazan a lo largo del eje de abscisas, dirigidos en un ángulo de 135° con respecto al eje i. El campo del diagrama está dividido por líneas de valores constantes de entalpía específica i=const y contenido de humedad d=const. El diagrama también muestra líneas de valores de temperatura constante t = const, que no son paralelas entre sí, y cuanto mayor es la temperatura del aire húmedo, más se desvían hacia arriba las isotermas. Las líneas de valores constantes de humedad relativa φ=const también se trazan en el campo del diagrama.
humedad relativa es la relación entre la presión parcial del vapor de agua contenido en el aire húmedo de un estado dado y la presión parcial del vapor de agua saturado a la misma temperatura.
Contenido de humedad- esta es la masa de vapor de agua en aire húmedo por 1 kg de la masa de su parte seca.
entalpía específica- esta es la cantidad de calor contenida en el aire húmedo a una temperatura y presión dadas, en relación con 1 kg de aire seco.
El diagrama i-d de la curva φ=100% se divide en dos zonas. Toda el área del diagrama sobre esta curva caracteriza los parámetros del aire húmedo no saturado, y debajo, el área de niebla.
La niebla es un sistema de dos fases que consta de aire húmedo saturado y humedad suspendida en forma de pequeñas gotas de agua o partículas de hielo.
Para calcular los parámetros de aire húmedo y construcciones i-d Los gráficos utilizan cuatro ecuaciones básicas:
1) Presión de vapor de agua saturado sobre una superficie plana de agua (t > 0) o hielo (t ≤ 0), kPa:
donde α in, β in - constantes para el agua, α in \u003d 17.504, β in \u003d 241.2 ° С
α l, β l - constantes para hielo, α l \u003d 22.489, β l \u003d 272.88 ° С
2) Humedad relativa φ, %:
donde P b - presión barométrica, kPa
4) Entalpía específica del aire húmedo i, kJ/kg p.m.:
temperatura de derretimiento es la temperatura a la que se debe enfriar el aire no saturado para que se sature manteniendo un contenido de humedad constante.
Para encontrar la temperatura del punto de rocío en el diagrama i-d a través de un punto que caracteriza el estado del aire, debe dibujar una línea d=const hasta que se cruce con la curva φ=100%. La temperatura del punto de rocío es la temperatura límite a la que se puede enfriar el aire húmedo con un contenido de humedad constante sin condensación.
Temperatura del bulbo húmedo- esta es la temperatura que toma el aire húmedo no saturado con los parámetros iniciales i 1 y d 1 como resultado de la transferencia adiabática de calor y masa con agua en estado líquido o sólido, que tiene una temperatura constante t en \u003d tm después de alcanzar un estado saturado estado que satisface la igualdad:
donde c in - capacidad calorífica específica del agua, kJ / (kg ° C)
La diferencia i n - i 1 suele ser pequeña, por lo que el proceso de saturación adiabática a menudo se denomina isoentálpico, aunque en realidad i n = i 1 solo en t m = 0.
Para encontrar la temperatura del termómetro húmedo en el diagrama i-d a través de un punto que caracteriza el estado del aire, debe dibujar una línea de entalpía constante i=const hasta que se cruce con la curva φ=100%.
La densidad del aire húmedo está determinada por la fórmula, kg / m 3:
donde T es la temperatura en grados Kelvin
La cantidad de calor necesaria para calentar el aire se puede calcular mediante la fórmula, kW:
La cantidad de calor eliminado del aire durante el enfriamiento, kW:
donde i 1 , i 2 - entalpía específica en los puntos inicial y final, respectivamente, kJ / kg s.v.
G s - consumo de aire seco, kg / s
donde d 1 , d 2 - contenido de humedad en los puntos inicial y final, respectivamente, g/kg d.m.
Al mezclar dos flujos de aire, el contenido de humedad y la entalpía específica de la mezcla están determinados por las fórmulas:
En el diagrama, el punto de mezcla se encuentra en la línea recta 1-2 y la divide en segmentos inversamente proporcionales a las cantidades de aire mezcladas:
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Es posible que el punto de mezcla 3* esté por debajo de la línea φ=100%. En este caso, el proceso de mezcla va acompañado de la condensación de parte del vapor de agua contenido en la mezcla y el punto de mezcla 3 estará en la intersección de las líneas i 3* =const y φ=100%.
En el sitio presentado en la página "Cálculos", puede calcular hasta 8 estados de aire húmedo con la construcción de rayos de proceso en el diagrama i-d.
Para determinar el estado inicial, debe especificar dos de los cuatro parámetros (t, φ, d, i) y el caudal de aire seco L c *. El caudal se establece suponiendo una densidad del aire de 1,2 kg/m 3 . A partir de aquí, se determina el caudal másico de aire seco, que se utiliza en cálculos posteriores. La tabla de salida muestra los valores reales del flujo de aire volumétrico correspondiente a la densidad del aire real.
El nuevo estado se puede calcular definiendo el proceso y configurando los parámetros finales.
El diagrama muestra los siguientes procesos: calentamiento, enfriamiento, enfriamiento adiabático, humidificación con vapor, mezcla y el proceso general, determinado por dos parámetros cualesquiera.
| Proceso | Designacion | Descripción |
| Calor | O | Se introduce la temperatura final deseada o la potencia calorífica deseada. |
| Enfriamiento | C | Se introduce la temperatura final objetivo o la potencia frigorífica objetivo. Este cálculo se basa en la suposición de que la temperatura de la superficie del enfriador permanece sin cambios, y los parámetros iniciales del aire tienden al punto en que la temperatura de la superficie del enfriador es φ=100 %. Como si hubiera una mezcla de aire del estado inicial con aire completamente saturado en la superficie del enfriador. |
| Enfriamiento adiabático | A | Se ingresa la humedad relativa final objetivo, ya sea el contenido de humedad o la temperatura. |
| Humidificación por vapor | PAGS | Se ingresa la humedad relativa final especificada o el contenido de humedad. |
| Proceso general | X | Se ingresan los valores de dos de los cuatro parámetros (t, φ, d, i), que son finales para el proceso dado. |
| mezclando | S | Este proceso se define sin establecer parámetros. Se utilizan los dos caudales de aire anteriores. Si se alcanza el contenido de humedad máximo permitido durante la mezcla, se produce una condensación adiabática del vapor de agua. Como resultado, se calcula la cantidad de humedad condensada. |
LITERATURA:
1. Burtsev S.I., Tsvetkov Yu.N. aire mojado Composición y propiedades: Proc. tolerancia. - San Petersburgo: SPbGAHPT, 1998. - 146 p.
2. Manual ABOK 1-2004. aire mojado - M.: AVOK-PRESS, 2004. - 46 p.
3. Manual de ASHRAE. fundamentos - Atlanta, 2001.
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