Calcoli nel diagramma i d. Diagramma di Mollier. Pendenza del fascio di processo sul diagramma J-D
Dopo aver letto questo articolo, ti consiglio di leggere l'articolo su entalpia, potenza frigorifera latente e determinazione della quantità di condensa che si forma negli impianti di condizionamento e deumidificazione:
Buona giornata, cari colleghi alle prime armi!
All'inizio della mia carriera professionale, mi sono imbattuto in questo diagramma. A prima vista può sembrare spaventoso, ma se capisci i principi principali con cui funziona, te ne innamori: D. Nella vita di tutti i giorni, si chiama diagramma i-d.
In questo articolo, cercherò di spiegare semplicemente (con le dita) i punti principali, in modo che tu, partendo dalla base risultante, approfondisca autonomamente questa rete di caratteristiche dell'aria.
Sembra qualcosa di simile nei libri di testo. Diventa in qualche modo inquietante.
Eliminerò tutto ciò che è superfluo che non mi sarà necessario per la mia spiegazione e presenterò il diagramma i-d come segue:
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Non è ancora del tutto chiaro di cosa si tratti. Dividiamolo in 4 elementi:
Il primo elemento è il contenuto di umidità (D o d). Ma prima di iniziare a parlare di umidità dell'aria in generale, vorrei essere d'accordo su qualcosa con te.
Mettiamoci d'accordo "sulla riva" su un concetto alla volta. Eliminiamo uno stereotipo che è saldamente radicato in noi (almeno in me) su cosa sia il vapore. Fin dalla mia infanzia hanno indicato una pentola o un bollitore bollente e hanno detto, puntando il dito verso il “fumo” che usciva dal recipiente: “Guarda! Questo è vapore." Ma come molte persone che sono amiche della fisica, dobbiamo capire che “il vapore acqueo è uno stato gassoso acqua... Non ha colori, gusto e olfatto”. Queste sono solo molecole di H2O allo stato gassoso che non sono visibili. E quello che vediamo sgorgare dal bollitore è un miscuglio di acqua allo stato gassoso (vapore) e “gocce d'acqua allo stato limite tra liquido e gas”, o meglio vediamo quest'ultimo (anche, con riserva, possiamo chiamare quello che vediamo - nebbia). Di conseguenza, lo otteniamo questo momento, intorno a ciascuno di noi c'è aria secca (una miscela di ossigeno, azoto...) e vapore (H2O).
Quindi, il contenuto di umidità ci dice quanto di questo vapore è presente nell'aria. Nella maggior parte dei diagrammi i-d, questo valore è misurato in [g / kg], cioè quanti grammi di vapore (H2O allo stato gassoso) ci sono in un chilogrammo di aria (1 metro cubo di aria nel tuo appartamento pesa circa 1,2 chilogrammi). Per condizioni confortevoli nel tuo appartamento, dovrebbero esserci 7-8 grammi di vapore in 1 chilogrammo di aria.
Nel diagramma i-d, il contenuto di umidità è rappresentato da linee verticali e le informazioni sulla gradazione si trovano nella parte inferiore del diagramma:
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Il secondo elemento importante da capire è la temperatura dell'aria (T o t). Penso che non ci sia bisogno di spiegare nulla qui. La maggior parte dei grafici i-d misura questo valore in gradi Celsius [° C]. Nel diagramma i-d, la temperatura è rappresentata con linee oblique e le informazioni sulla gradazione si trovano sul lato sinistro del diagramma:
(per ingrandire l'immagine è necessario cliccare e poi cliccare di nuovo su di essa)Il terzo elemento del grafico ID è umidità relativa(φ). L'umidità relativa è esattamente il tipo di umidità di cui sentiamo parlare dai televisori e dalle radio quando ascoltiamo le previsioni del tempo. È misurato in percentuale [%].
Sorge una domanda ragionevole: "Qual è la differenza tra umidità relativa e contenuto di umidità?" Risponderò a questa domanda in più fasi:
Primo stadio:
L'aria può trattenere una certa quantità di vapore. L'aria ha una certa "capacità di vapore". Ad esempio, nella tua stanza un chilogrammo di aria può “prendere a bordo” non più di 15 grammi di vapore.
Supponiamo che la tua stanza sia confortevole e che ci siano 8 grammi di vapore in ogni chilogrammo di aria nella tua stanza e ogni chilogrammo di aria può contenere 15 grammi di vapore. Di conseguenza, otteniamo che il 53,3% del vapore massimo possibile è nell'aria, cioè umidità relativa dell'aria - 53,3%.
Seconda fase:
La capacità dell'aria è diversa a diverse temperature... Maggiore è la temperatura dell'aria, più vapore può trattenere, minore è la temperatura, minore è la capacità.
Supponiamo di aver riscaldato l'aria nella tua stanza con un riscaldatore convenzionale da +20 gradi a +30 gradi, ma la quantità di vapore in ogni chilogrammo di aria rimane la stessa - 8 grammi ciascuno. A +30 gradi, l'aria può "prendere a bordo" fino a 27 grammi di vapore, di conseguenza, nella nostra aria riscaldata - il 29,6% del vapore massimo possibile, ad es. umidità relativa dell'aria - 29,6%.
È lo stesso con il raffreddamento. Se raffreddiamo l'aria a +11 gradi, otteniamo una "capacità di carico" pari a 8,2 grammi di vapore per chilogrammo di aria e un'umidità relativa pari al 97,6%.
Si noti che l'umidità nell'aria era la stessa quantità: 8 grammi e l'umidità relativa è aumentata dal 29,6% al 97,6%. Ciò era dovuto alle fluttuazioni di temperatura.
Quando si sente parlare del tempo alla radio in inverno, dove si dice che fuori ci sono meno 20 gradi e l'umidità è dell'80%, significa che nell'aria ci sono circa 0,3 grammi di vapore. Entrando nel tuo appartamento, quest'aria si riscalda fino a +20 e l'umidità relativa di tale aria diventa del 2%, e questa è aria molto secca (infatti, nell'appartamento in inverno, l'umidità è mantenuta a un livello di 10-30 % dovuto al rilascio di umidità dai bagni, dalla cucina e dalle persone, ma che è anche al di sotto dei parametri di comfort).
Fase tre:
Cosa succede se abbassiamo la temperatura a un livello tale in cui la "capacità di carico" dell'aria è inferiore alla quantità di vapore nell'aria? Ad esempio, fino a +5 gradi, dove la capacità dell'aria è di 5,5 grammi / chilogrammo. Quella parte di H2O gassosa, che non si adatta al "corpo" (nel nostro caso è di 2,5 grammi), inizierà a trasformarsi in liquido, ad es. in acqua. Nella vita di tutti i giorni, questo processo è particolarmente evidente quando le finestre si appannano a causa del fatto che la temperatura del vetro è inferiore alla temperatura media della stanza, tanto che c'è poco spazio per l'umidità nell'aria e il vapore , trasformandosi in liquido, si deposita sul bicchiere.
Nel diagramma i-d, l'umidità relativa è rappresentata in linee curve e le informazioni sulla gradazione si trovano sulle linee stesse:
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Il quarto elemento del diagramma ID è l'entalpia (I o i). L'entalpia contiene la componente energetica dello stato di calore e umidità dell'aria. Dopo ulteriori studi (al di fuori di questo articolo, ad esempio, nel mio articolo sull'entalpia ) vale la pena prestare particolare attenzione quando si tratta di deumidificazione e umidificazione dell'aria. Ma per ora attenzione speciale non ci concentreremo su questo elemento. L'entalpia è misurata in [kJ / kg]. Nel diagramma i-d, l'entalpia è rappresentata da linee oblique e le informazioni sulla gradazione si trovano sul grafico stesso (oa sinistra e in alto nel diagramma).
I-d grafico aria umidaè stato creato nel 1918 da L.K. Ramzin. I frutti del lavoro di questo scienziato russo sono usati ancora oggi. Il suo diagramma è attualmente ancora uno strumento valido e affidabile per il calcolo delle proprietà di base dell'aria umida.
Dal calcolo del cambio di stato aria atmosfericaè associato a calcoli complessi, quindi viene solitamente utilizzato un metodo più semplice e conveniente. Quelli. usa Ramzin, che è anche chiamato diagramma psicrometrico.
V coordinate i-d i diagrammi mostrano le dipendenze dei parametri principali dell'aria umida. Questi sono temperatura, contenuto di umidità, umidità relativa, entalpia. A una data pressione barometrica sull'ordinata, l'entalpia viene tracciata per kg di aria secca (kJ / kg). Lungo l'ascissa, il contenuto di umidità dell'aria è tracciato in g per 1 kg di aria secca.
Il sistema di coordinate del grafico i-d è obliquo. L'angolo tra gli assi è 135º. Questa disposizione degli assi consente di espandere l'area dell'aria umida insatura. Pertanto, il diagramma diventa più conveniente per le costruzioni grafiche.
Le linee di entalpia costante I = const passano ad un angolo di 135º rispetto all'asse delle ordinate. Linee di contenuto di umidità costante d = const corrono parallele all'asse delle ordinate.
La mesh formata dalle linee I = const e d = const è costituita da parallelogrammi. Su di essi sono tracciate le linee di isoterme t = const e le linee di umidità relativa costante φ = const.
Vale la pena notare che sebbene le isoterme siano linee rette, non sono affatto parallele tra loro. L'angolo della loro inclinazione rispetto all'asse orizzontale è diverso. Più bassa è la temperatura, più parallele sono le isoterme. Le linee di temperatura mostrate nel diagramma corrispondono ai valori di bulbo secco.
Sulla base dei dati delle tabelle dell'aria satura viene costruita una curva con umidità relativa φ = 100%. Al di sopra di questa curva, il diagramma mostra un'area di aria umida insatura. Di conseguenza, al di sotto di questa curva, c'è un'area di aria umida sovrasatura. L'umidità nell'aria satura, caratterizzata da quest'area, è allo stato liquido o solido. Quelli. rappresenta la nebbia. Quest'area del diagramma non viene utilizzata per calcolare le caratteristiche dell'aria umida, quindi la sua costruzione viene omessa.
Tutti i punti del diagramma rappresentano uno stato specifico dell'aria umida. Per determinare la posizione di qualsiasi punto, è necessario conoscere due parametri dello stato dell'aria umida da quattro: I, d, t o φ.
Aria umida in qualsiasi punto i-d il diagramma è caratterizzato da un certo contenuto di umidità e calore. Tutti i punti situati al di sopra della curva φ = 100% caratterizzano lo stato dell'aria umida in cui il vapore acqueo nell'aria è in uno stato surriscaldato. I punti posti sulla curva φ = 100%, la cosiddetta curva di saturazione, caratterizzano lo stato saturo del vapore acqueo nell'aria. Tutti i punti situati al di sotto della curva di saturazione caratterizzano lo stato in cui la temperatura dell'aria umida è inferiore alla temperatura di saturazione. Di conseguenza, ci sarà vapore umido nell'aria. Ciò significa che l'umidità nell'aria sarà una miscela di vapore secco e goccioline d'acqua.
Quando si parla di pratica compiti i-d il diagramma viene utilizzato non solo per il calcolo dei parametri della condizione dell'aria. Con il suo aiuto, si creano anche cambiamenti nel suo stato durante i processi di riscaldamento, raffreddamento, umidificazione, deumidificazione, nonché la loro combinazione arbitraria. Nei calcoli, tali parametri dell'aria vengono spesso utilizzati come temperatura del punto di rugiada t p e temperatura del bulbo umido t m Entrambi i parametri possono essere tracciati sul diagramma i-d.
La temperatura del punto di rugiada t p è la temperatura corrispondente al valore al quale l'aria umida deve essere raffreddata per saturarsi ad un contenuto di umidità costante (d = const). Sul diagramma i-d, la temperatura del punto di rugiada t p è determinata come segue. Viene preso un punto che caratterizza il dato stato dell'aria umida. Da esso, traccia una retta parallela all'ordinata fino a quando non interseca la curva di saturazione φ = 100%. L'isoterma che intersecherà questa curva nel punto ottenuto e mostrerà la temperatura del punto di rugiada t p a un dato contenuto di umidità dell'aria.
La temperatura a bulbo umido t m è la temperatura alla quale l'aria umida, una volta raffreddata, si satura con un contenuto di umidità costante. Per determinare la temperatura di un bulbo umido sul diagramma i-d, procedere come segue. Si traccia una linea di entalpia costante I = const attraverso il punto che caratterizza lo stato dato dell'aria umida fino a quando non si interseca con la curva di saturazione φ = 100%. La temperatura del bulbo umido corrisponderà all'isoterma attraverso il punto di intersezione.
Sul diagramma i-d, tutti i processi di transizione dell'aria da uno stato all'altro sono rappresentati da curve passanti per i punti che caratterizzano lo stato iniziale e finale dell'aria umida.
Come applicare un grafico i-d ad aria umida? Come accennato in precedenza, per determinare lo stato dell'aria, è necessario conoscere due parametri qualsiasi del diagramma. Ad esempio, prendiamo qualsiasi temperatura a bulbo secco e qualsiasi temperatura a bulbo umido. Avendo trovato il punto di intersezione delle linee di queste temperature, otteniamo lo stato dell'aria alle temperature date. Quindi, questo punto caratterizza chiaramente lo stato dell'aria. Analogamente all'esempio, queste temperature possono essere utilizzate per trovare lo stato dell'aria in qualsiasi punto del diagramma i-d.
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L.K.Ramzin ha costruito " ID»- un diagramma ampiamente utilizzato nei calcoli di essiccazione, condizionamento dell'aria in una serie di altri calcoli relativi ai cambiamenti nello stato dell'aria umida. Questo diagramma esprime la dipendenza grafica dei principali parametri dell'aria ( T, φ, P P, D, io) ad una data pressione barometrica.
Elementi " io, D»- i diagrammi sono mostrati in fig. 7.4. Il diagramma è costruito in un sistema di coordinate oblique con un angolo tra gli assi io e D 135°. L'ordinata sono le entalpie e le temperature dell'aria ( io, kJ / kg aria secca e T, ° С), lungo l'ascissa - i valori del contenuto di umidità dell'aria umida D, g/kg.
Riso. 7.4. Approssimativo " ID"- diagramma
È stato menzionato in precedenza che i parametri ( T°C, io kJ / kg, φ%, D g/kg, P P Pa), che determinano lo stato dell'aria umida, da " io, D»- il diagramma può essere rappresentato graficamente come un punto. Ad esempio, in Fig. sotto il punto A corrispondono ai parametri dell'aria umida: temperatura T= 27 ° С, umidità relativa φ = 35%, entalpia io= 48 kJ / kg, contenuto di umidità D= 8 g/kg, pressione di vapore parziale P P = 1,24 kPa.
È necessario tenere conto del fatto che i parametri dell'aria umida ottenuti graficamente corrispondono a una pressione barometrica (atmosferica) di 760 mm Hg. Art., per il quale è stato costruito mostrato in Fig. " ID"- diagramma.
La pratica di utilizzare calcoli analitici grafici per determinare la pressione parziale del vapore utilizzando " ID»- i diagrammi mostrano che la discrepanza tra i risultati ottenuti (entro 1 - 2%) è spiegata dal grado di accuratezza dei diagrammi.
Se i parametri del punto A sono su " ID"- il diagramma (Fig. 7.5) io UN , D A, e finale B - io B, D B, quindi il rapporto ( io B - io UN) / ( D B - D A) · 1000 = ε-è la pendenza della linea (raggio), che caratterizza il dato cambiamento dello stato dell'aria nelle coordinate " ID"- diagrammi.
Riso. 7.5. Determinazione della pendenza ε mediante " ID"- diagrammi.
Il valore di ε ha la dimensione di kJ / kg di umidità. D'altra parte, nella pratica di utilizzare “ ID»- il valore di ε ottenuto mediante calcolo è noto in anticipo nei diagrammi.
In questo caso, su " ID»- il diagramma può costruire un raggio corrispondente al valore ottenuto di ε. Per fare ciò, utilizzare un insieme di raggi corrispondenti a diversi valori della pendenza e tracciati lungo il contorno " ID"- diagrammi. La costruzione di questi raggi è stata eseguita come segue (vedi Fig. 7.6).
Per costruire la scala angolare si considerano varie variazioni dello stato dell'aria umida, prendendo gli stessi parametri iniziali dell'aria per tutti i casi considerati in Figura 4 - questa è l'origine ( io 1 = 0, D 1 = 0). Se i parametri finali sono indicati con io 2 e D 2, in questo caso si può scrivere l'espressione per la pendenza
ε = 
.
Ad esempio, prendere D 2 = 10 g/kg e io 2 = 1 kJ / kg (corrisponde al punto 1 in Fig. 1.4), ε = (1/10) 1000 = 100 kJ / kg. Per il punto 2 ε = 200 kJ / kg e così via per tutti i punti considerati nella Figura 1.4. Per io= 0 ε = 0, cioè raggi accesi ID"- il diagramma è lo stesso. In modo simile, possono essere applicate travi con valori di pendenza negativi.
sui campi" ID»- i diagrammi mostrano le direzioni dei raggi della scala per i valori dei coefficienti angolari nell'intervallo da - 30.000 a + 30.000 kJ / kg di umidità. Tutti questi raggi provengono dall'origine.
L'uso pratico della scala angolare si riduce al trasferimento parallelo (ad esempio utilizzando un righello) della trave della scala con un valore noto della pendenza in un dato punto a " ID"- il diagramma. Nella fig. mostra il trasferimento di un raggio con ε = 100 al punto B.
Basandosi su " ID"- un diagramma di una scala angolare.
Determinazione della temperatura del punto di rugiadaT P e temperatura a bulbo umidoT M usando "ID "- diagrammi.
La temperatura del punto di rugiada è la temperatura dell'aria satura a un dato contenuto di umidità. Sul " ID"- un diagramma per determinare T P è necessario dal punto di questo stato d'aria (punto A nella figura sotto) per scendere lungo la linea D= cost all'intersezione con la linea di saturazione φ = 100% (punto B). In questo caso corrisponde l'isoterma passante per il punto B T R.
Definizione di valori T P e T M a " ID"- il diagramma
Temperatura a bulbo umido T M è uguale alla temperatura dell'aria in uno stato saturo ad una data entalpia. V" ID"- il diagramma T M passa per il punto di intersezione dell'isoterma con la retta φ = 100% (punto B) e praticamente coincide (con i parametri in atto negli impianti di condizionamento) con la retta io= cost passante per il punto B.
Un'immagine dei processi di riscaldamento e raffreddamento dell'aria su "ID "- diagramma. Il processo di riscaldamento dell'aria in uno scambiatore di calore superficiale - riscaldatore d'aria in " ID"- il diagramma è rappresentato dalla linea verticale AB (vedi figura sotto) a D= const, poiché il contenuto di umidità dell'aria non cambia al contatto con una superficie riscaldata e asciutta. La temperatura e l'entalpia aumentano quando riscaldate e l'umidità relativa diminuisce.
Il processo di raffreddamento ad aria in uno scambiatore di calore a superficie-raffreddatore ad aria può essere implementato in due modi. Il primo modo è raffreddare l'aria a un contenuto di umidità costante (processo a in Fig. 1.6). Questo processo a D= const fluisce se la temperatura superficiale del refrigeratore d'aria è superiore alla temperatura del punto di rugiada T R. Il processo si svolgerà lungo la linea VG o, in casi estremi, lungo la linea VG'.
Il secondo modo è raffreddare l'aria con una diminuzione del suo contenuto di umidità, che è possibile solo quando l'umidità cade dall'aria (caso b in Fig. 7.8). La condizione per l'attuazione di tale processo è che la temperatura della superficie del refrigeratore d'aria o di qualsiasi altra superficie a contatto con l'aria deve essere inferiore al punto di rugiada dell'aria al punto D. In questo caso, condensazione del vapore acqueo nell'aria si verificherà e il processo di raffreddamento sarà accompagnato da una diminuzione del contenuto di umidità nell'aria ... Nella fig. questo processo procederà lungo la linea SZ e il punto W corrisponde alla temperatura T PV superficie del raffreddatore d'aria. In pratica il processo di raffreddamento termina prima e raggiunge, ad esempio, il punto E ad una temperatura T e.
Riso. 7.8. Un'immagine dei processi di riscaldamento e raffreddamento dell'aria su " ID"- il diagramma
I processi di miscelazione di due flussi d'aria in "ID "- il diagramma.
I sistemi di condizionamento dell'aria utilizzano i processi di miscelazione di due flussi d'aria con stati diversi. Ad esempio, utilizzando l'aria di ricircolo o miscelando l'aria preparata con l'aria interna fornita da un condizionatore d'aria. Sono possibili anche altri casi di confusione.
È interessante per il calcolo dei processi di miscelazione trovare una connessione tra i calcoli analitici dei processi e le loro immagini grafiche su " ID"- il diagramma. Nella fig. 7.9 presenta due casi di attuazione dei processi di miscelazione: a) - punto dello stato dell'aria su " ID»- il diagramma è al di sopra della linea φ = 100% e caso b) - il punto della miscela è al di sotto della linea φ = 100%.
Consideriamo il caso a). Aria dello stato del punto A nell'importo G E con i parametri D e io A si mescola con l'aria dello stato del punto B in una quantità G B con parametri D Gruppo musicale io B. In questo caso si accetta la condizione che i calcoli siano fatti per 1 kg di aria di stato A. Allora il valore di n = G V / G E si stima quanta aria dello stato del punto B cade su 1 kg di aria dello stato del punto A. Per 1 kg di aria dello stato del punto A, si possono annotare i saldi di calore e umidità durante la miscelazione
io A+ io B = (1 + n)io CENTIMETRO;
D A+ nd B = (1 + n)D CENTIMETRO,
dove io Media D CM sono i parametri della miscela.
Dalle equazioni si ottiene:
.
L'equazione è l'equazione di una retta, ogni punto della quale indica i parametri di miscelazione io Media D CENTIMETRO. La posizione del punto di miscelazione C sulla linea AB può essere trovata dal rapporto tra i lati di triangoli simili ASD e CBE
Riso. 7.9. Processi di miscelazione dell'aria in " ID"- il diagramma. a) - il punto della miscela si trova al di sopra della linea φ = 100%; b) - il punto della miscela è inferiore a φ = 100%.
,
quelli. il punto C divide la retta AB in parti inversamente proporzionali alle masse dell'aria mista.
Se è nota la posizione del punto C sulla retta AB, allora possiamo trovare le masse G A e G B. Dall'equazione segue
,
allo stesso modo
In pratica, il caso è possibile quando nella stagione fredda il punto della miscela С 1 'si trova al di sotto della linea φ = 100%. In questo caso, durante il processo di miscelazione si verificherà la condensazione dell'umidità. L'umidità condensata cade dall'aria e dopo la miscelazione sarà in uno stato di saturazione a φ = 100%. I parametri della miscela sono determinati in modo abbastanza accurato dal punto di intersezione della linea φ = 100% (punto C 2) e io CM = cost. In questo caso, la quantità di umidità precipitata è pari a Δ D.
Determinare i parametri dell'aria umida, oltre a risolvere una serie di problemi pratici legati all'essiccazione di vari materiali, è molto conveniente graficamente con ID diagrammi, proposti per la prima volta dallo scienziato sovietico L.K. Ramzin nel 1918.
Costruito per una pressione barometrica di 98 kPa. In pratica il diagramma può essere utilizzato in tutti i casi di calcolo degli essiccatori, poiché con fluttuazioni normali pressione atmosferica senso io e D cambia poco.
Il diagramma i-d è un'interpretazione grafica dell'equazione dell'entalpia dell'aria umida. Riflette la relazione tra i parametri principali dell'aria umida. Ogni punto del diagramma evidenzia un determinato stato con parametri ben definiti. Per trovare una qualsiasi delle caratteristiche dell'aria umida, è sufficiente conoscere solo due parametri del suo stato.
Il diagramma I-d dell'aria umida è integrato nel sistema di coordinate oblique. Sull'asse delle ordinate su e giù dal punto zero (i = 0, d = 0), vengono tracciati i valori di entalpia e le linee i = const vengono tracciate parallele all'asse delle ascisse, cioè con un angolo di 135 0 alla verticale. In questo caso, l'isoterma 0 о С nella regione insatura si trova quasi orizzontalmente. Quanto alla scala per la lettura del contenuto di umidità d, per comodità è riportata su una linea orizzontale passante per l'origine.
Il diagramma i-d è anche tracciato con una curva della pressione parziale del vapore acqueo. A questo scopo si usa l'equazione:
P p = B * d / (0,622 + d),
Avendo dato quale per valori variabili di d, otteniamo che, ad esempio, per d = 0 P p = 0, per d = d 1 P p = P p1, per d = d 2 P p = P p2, etc . Data una certa scala per le pressioni parziali, viene tracciata una curva P p = f (d) nei punti indicati nella parte inferiore del diagramma in un sistema di coordinate rettangolari. Successivamente, le curve di umidità relativa costante (φ = const) vengono tracciate sul diagramma i-d. La curva inferiore φ = 100% caratterizza lo stato dell'aria satura di vapore acqueo ( curva di saturazione).
Anche sul diagramma i-d dell'aria umida vengono tracciate rette di isoterme (t = const), che caratterizzano i processi di evaporazione dell'umidità, tenendo conto della quantità aggiuntiva di calore introdotta dall'acqua avente una temperatura di 0 ° C.
Nel processo di evaporazione dell'umidità, l'entalpia dell'aria rimane costante, poiché il calore prelevato dall'aria per l'essiccazione dei materiali ritorna ad essa insieme all'umidità evaporata, ovvero nell'equazione:
io = io b + d * io p
Una diminuzione nel primo termine sarà compensata da un aumento nel secondo termine. Sul diagramma i-d, questo processo viene eseguito lungo la linea (i = const) ed è convenzionalmente chiamato processo evaporazione adiabatica... Il limite di raffreddamento ad aria è la temperatura adiabatica del termometro umido, che si trova nel diagramma come temperatura del punto di intersezione delle rette (i = const) con la curva di saturazione (φ = 100%).
Ovvero, se dal punto A (con coordinate i = 72 kJ/kg, d = 12,5 g/kg aria secca, t = 40°C, V = 0,905 m 3/kg aria secca φ = 27%), emettendo un certo stato di aria umida, disegnare un raggio verticale d = const, quindi sarà un processo di raffreddamento dell'aria senza modificarne il contenuto di umidità; il valore dell'umidità relativa φ in questo caso aumenta gradualmente. Quando questo raggio prosegue fino all'intersezione con la curva φ = 100% (punto "B" con coordinate i = 49 kJ/kg, d = 12,5 g/kg aria secca, t = 17,5 °C, V = 0 ,84 m 3 /kg aria secca j \u003d 100%), otteniamo la temperatura più bassa tp (si chiama temperatura del punto di rugiada), in cui l'aria con un dato contenuto di umidità d è ancora in grado di trattenere i vapori in forma non condensata; un ulteriore abbassamento della temperatura porta alla perdita di umidità sia in sospensione (nebbia), sia sotto forma di rugiada sulle superfici delle recinzioni (pareti auto, prodotti), o gelo e neve (tubazioni evaporatore della macchina frigorifera).
Se l'aria nello stato A viene umidificata senza apporto o prelievo di calore (ad esempio da una superficie d'acqua aperta), allora il processo caratterizzato dalla linea AC avverrà senza modificare l'entalpia (i = const). Temperatura tm all'intersezione di questa linea con la curva di saturazione (punto "C" con coordinate i \u003d 72 kJ / kg, d \u003d 19 g / kg aria secca, t \u003d 24 ° C, V \u003d 0,87 m 3 / kg aria secca φ = 100%) ed è temperatura a bulbo umido.
Utilizzando i-d, è conveniente analizzare i processi che si verificano quando i flussi di aria umida vengono miscelati.
Inoltre, il diagramma i-d dell'aria umida è ampiamente utilizzato per il calcolo dei parametri di condizionamento dell'aria, inteso come un insieme di mezzi e metodi per influenzare la temperatura e l'umidità.
L'aria umida è una miscela di aria secca e vapore acqueo. Le proprietà dell'aria umida sono caratterizzate dai seguenti parametri principali: temperatura di bulbo secco t, pressione barometrica P b, pressione parziale del vapore acqueo P p, umidità relativa φ, contenuto di umidità d, entalpia specifica i, temperatura del punto di rugiada tp, bulbo umido temperatura tm, densità ρ.
Il diagramma i-d è una relazione grafica tra i principali parametri dell'aria t, φ, d, i ad una certa pressione atmosferica barometrica P b e viene utilizzato per visualizzare i risultati del calcolo del trattamento dell'aria umida.
Il diagramma i-d fu compilato per la prima volta nel 1918 dall'ingegnere di riscaldamento sovietico L.K. Ramzin.
Il diagramma è costruito in un sistema di coordinate oblique, che consente di espandere l'area dell'aria umida insatura e rende il diagramma conveniente per le costruzioni grafiche. I valori dell'entalpia specifica i sono tracciati lungo l'asse delle ordinate del diagramma e i valori del contenuto di umidità d sono tracciati lungo l'asse delle ascisse, orientato con un angolo di 135° rispetto all'asse i. Il campo del diagramma è diviso per linee di valori costanti di entalpia specifica i=const e contenuto di umidità d=const. Il diagramma mostra anche linee di valori di temperatura costanti t = const, che non sono paralleli tra loro, e maggiore è la temperatura dell'aria umida, più le isoterme deviano verso l'alto. Sul campo del diagramma vengono tracciate anche linee di valori costanti di umidità relativa φ=const.
umidità relativaè il rapporto tra la pressione parziale del vapore acqueo contenuto nell'aria umida di un dato stato e la pressione parziale del vapore acqueo saturo alla stessa temperatura.
Contenuto di umidità- questa è la massa del vapore acqueo nell'aria umida per 1 kg della massa della sua parte secca.
Entalpia specifica- è la quantità di calore contenuta nell'aria umida ad una data temperatura e pressione, relativa a 1 kg di aria secca.
Il diagramma i-d della curva φ=100% è diviso in due aree. L'intera area del diagramma sopra questa curva caratterizza i parametri dell'aria umida insatura e, al di sotto, l'area della nebbia.
La nebbia è un sistema a due fasi costituito da aria umida satura e umidità sospesa sotto forma di minuscole gocce d'acqua o particelle di ghiaccio.
Per calcolare i parametri di aria umida e costruzioni i-d I grafici utilizzano quattro equazioni di base:
1) Pressione del vapore acqueo saturo sopra una superficie piana di acqua (t > 0) o ghiaccio (t ≤ 0), kPa:
dove α in, β in - costanti per l'acqua, α in \u003d 17.504, β in \u003d 241,2 ° С
α l, β l - costanti per il ghiaccio, α l \u003d 22,489, β l \u003d 272,88 ° С
2) Umidità relativa φ, %:
dove P b - pressione barometrica, kPa
4) Entalpia specifica dell'aria umida i, kJ/kg w.m.:
Temperatura del punto di rugiadaè la temperatura alla quale l'aria insatura deve essere raffreddata per diventare satura mantenendo un contenuto di umidità costante.
Per trovare la temperatura del punto di rugiada sul diagramma i-d attraverso un punto che caratterizza lo stato dell'aria, è necessario tracciare una linea d=const fino all'intersezione con la curva φ=100%. La temperatura del punto di rugiada è la temperatura limite alla quale l'aria umida può essere raffreddata a un contenuto di umidità costante senza condensa.
Temperatura a bulbo umido- questa è la temperatura che l'aria umida insatura assume con i parametri iniziali i 1 e d 1 a seguito del calore adiabatico e del trasferimento di massa con acqua allo stato liquido o solido, avente una temperatura costante t in \u003d tm dopo aver raggiunto una saturazione stato che soddisfa l'uguaglianza:
dove c in - capacità termica specifica dell'acqua, kJ / (kg ° C)
La differenza i n - i 1 è solitamente piccola, quindi il processo di saturazione adiabatica è spesso chiamato isoentalpico, sebbene in realtà i n = i 1 solo a t m = 0.
Per trovare la temperatura del termometro umido sul diagramma i-d attraverso un punto che caratterizza lo stato dell'aria, è necessario tracciare una linea di entalpia costante i=const fino all'intersezione con la curva φ=100%.
La densità dell'aria umida è determinata dalla formula, kg / m 3:
dove T è la temperatura in gradi Kelvin
La quantità di calore necessaria per riscaldare l'aria può essere calcolata con la formula, kW:
La quantità di calore rimossa dall'aria durante il raffreddamento, kW:
dove i 1 , i 2 - entalpia specifica rispettivamente nei punti iniziale e finale, kJ / kg s.v.
G s - consumo di aria secca, kg / s
dove d 1 , d 2 - contenuto di umidità rispettivamente nei punti di inizio e fine, g/kg d.m.
Quando si mescolano due flussi d'aria, il contenuto di umidità e l'entalpia specifica della miscela sono determinati dalle formule:
Nel diagramma, il punto di miscelazione giace sulla retta 1-2 e la divide in segmenti inversamente proporzionali alle quantità d'aria miscelate:
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È possibile che il punto di miscelazione 3* sia al di sotto della linea φ=100%. In questo caso, il processo di miscelazione è accompagnato dalla condensazione di parte del vapore acqueo contenuto nella miscela e il punto di miscelazione 3 si troverà all'intersezione delle linee i 3* =const e φ=100%.
Sul sito presentato nella pagina "Calcoli" è possibile calcolare fino a 8 stati di aria umida con la costruzione dei raggi di processo sul diagramma i-d.
Per determinare lo stato iniziale, è necessario specificare due dei quattro parametri (t, φ, d, i) e la portata di aria secca L c *. La portata è impostata assumendo una densità dell'aria di 1,2 kg/m 3 . Da qui viene determinata la portata massica dell'aria secca, che viene utilizzata in ulteriori calcoli. La tabella di output mostra i valori effettivi della portata d'aria volumetrica corrispondente alla densità dell'aria effettiva.
Il nuovo stato può essere calcolato definendo il processo e impostando i parametri finali.
Il diagramma mostra i seguenti processi: riscaldamento, raffreddamento, raffreddamento adiabatico, umidificazione a vapore, miscelazione e il processo generale, determinato da due parametri qualsiasi.
| Processi | Designazione | Descrizione |
| Calore | o | Viene inserita la temperatura finale desiderata o la potenza termica desiderata. |
| Raffreddamento | C | Viene inserita la temperatura finale target o la capacità di raffreddamento target. Questo calcolo si basa sul presupposto che la temperatura superficiale del refrigeratore rimanga invariata e che i parametri iniziali dell'aria tendano al punto con la temperatura superficiale del refrigeratore pari a φ=100%. Come se ci fosse una miscela di aria dello stato iniziale con aria completamente saturata sulla superficie del refrigeratore. |
| Raffreddamento adiabatico | UN | Viene inserita l'umidità relativa finale target, contenuto di umidità o temperatura. |
| Umidificazione a vapore | P | Viene immessa l'umidità relativa finale specificata, o contenuto di umidità. |
| Processo generale | X | Vengono inseriti i valori di due dei quattro parametri (t, φ, d, i), che sono definitivi per il dato processo. |
| Miscelazione | S | Questo processo è definito senza impostare parametri. Vengono utilizzate le due portate d'aria precedenti. Se durante la miscelazione viene raggiunto il contenuto di umidità massimo consentito, si verifica la condensazione adiabatica del vapore acqueo. Di conseguenza, viene calcolata la quantità di umidità condensata. |
LETTERATURA:
1. Burtsev SI, Tsvetkov Yu.N. Aria umida. Composizione e proprietà: Proc. indennità. - San Pietroburgo: SPbGAHPT, 1998. - 146 pag.
2. Manuale ABOK 1-2004. Aria umida. - M.: AVOK-PRESS, 2004. - 46 pag.
3. Manuale ASHRAE. fondamentali. - Atlanta, 2001.
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