L6. DETERMINAREA MARIMILOR DE STARE

ALE AERULUI UMED

7.1. Notiuni generale

Amestecul mecanic dintre aerul uscat si vaporii de apa formeaza aerul umed. Presiunile partiale ale aerului pa, respectiv ale vaporilor de apa pv sunt:

pa = p.ra ; pv = p.rv , (7.1)

in care: p este presiunea totala a aerului umed, iar ra si rv sunt participatiile volumice ale aerului uscat si respectiv ale vaporilor de apa.

Presiunea partiala a vaporilor de apa in aerul atmosferic este foarte mica si in consecinta este posibila evaporarea apei la o temperatura mult inferioara temperaturii de vaporizare la presiunea normala fizica de 1,01325 bar, unde t = 100oC. Pe fenomenul de evaporare superficiala a apei se bazeaza existenta vaporilor de apa din aerul atmosferic la temperaturi scazute, 0oC si sub 0oC.

7.2. Calculul marimilor principale ale aerului umed

In baza legii lui Dalton se poate scrie :

p = pa pv . ( 7.2 )

Aerul umed care contine cantitatea maxima de umiditate (de vapori de apa) se numeste aer saturat. Pentru aerul umed se definesc urmatoarele marimi:

- Gradul de umiditate x, denumit si umiditatea absoluta sau continut de umiditate, este raportul dintre masa vaporilor de apa si masa aerului uscat:

, (7.3)

sau: (7.4)

in care: Mv , Ma sunt masele moleculare ale vaporilor de apa si ale aerului uscat; pv si ps sunt presiunea partiala respectiv presiunea de saturatie a vaporilor de apa, iar xs - gradul de umiditate al aerului umed saturat.

- Gradul de saturatie , se defineste cu relatia :

- . (7.5)

Presiunea partiala a vaporilor de apa, se determina din relatia (7.4) :

bar . (7.6)

Presiunea partiala a aerului uscat este:

bar . (7.7)

Densitatea aerului umed se determina cu relatia :

kg/m3 , (7.8)

in care: pentru R = 8314 J / kmol.K; Ma = 28,964 kg / kmol; Mv = 18,016

kg / kmol, se obtine in S.I.:

kg/m3 , (7.9)

in care T este temperatura absoluta, in K; p si pv se inlocuiesc in N / m2.

Umiditatea relativa a aerului umed este raportul dintre cantitatea de vapori existenta in aer si cantitatea maxima de vapori de apa pe care o poate absorbi aerul la acea temperatura si se defineste cu relatia :

- . (7.10)

in practica se considera = .

Volumul masic al aerului umed se defineste cu:

m3/kg . (7.11)

Caldura masica la p = ct. a aerului umed este:

, kJ/(kg.K) , (7.12)

in care: cpa = 1,0106 kJ / (kg.K) este caldura masica medie a aerului uscat intre 0 si 50oC; cpv= 1,866 kJ/(kg.K) este caldura masica medie a vaporilor de apa intre 0 si 75oC.

Entalpia amestecului a 1 kg aer uscat si x kg vapori de apa este:

H1 x = cpa.t x (cpa .t 2512) kJ / (1 x ) kg amestec ( 7.13 )

Entalpia masica a 1 kg de aer umed va fi :

kJ/kg aer umed ( 7.14 )

Temperatura punctului de roua ( punctul ) este temperatura de saturatie a aerului umed care se raceste, pastrandu-si umiditatea absoluta (x) constanta.

Punctul se poate calcula astfel: cunoscandu-l pe x, se determina pv cu relatia (7.6), iar din tabelul 7.2 se citeste temperatura corespunzatoare acestei presiuni, considerand-o egala cu ps.

7.3. Determinarea experimentala a marimilor aerului umed

Umiditatea aerului se masoara cu aparate numite: higrometre, psicrometre sau psihrometre.

Cel mai utilizat este psicrometrul din figura 7.1, denumit psicrometru cu ventilator de tip Asmann, care consta dintr-un termometru uscat (1) si un termometru umed (2), ultimul fiind infasurat intr-o panza higroscopica imbibata cu apa. Capetele termometrelor sunt scaldate de curentul de aer umed aspirat de catre un mic ventilator (4), actionat cu resort metalic sau electric, cu o viteza mai mare de 2,5 m / s.

Datorita evaporarii, temperatura tum indicata de termometrul umed (2) este mai mica decat temperatura tus indicata de termometru uscat (1).

Umiditatea relativa a aerului se determina folosind relatia (7.10) scrisa sub forma:

- , (7.15)

in care: p’s este presiunea partiala a vaporilor de apa saturati continuti de aer, la temperatura tum;

ps- presiunea partiala a vaporilor de apa saturati continuti de aer insa la temperatura tus; C -

coeficient psicrometric, in bar / K; pb = p este presiunea barometrica si totodata si presiunea totala a aerului umed, in bar; po= 1,01325 bar, este presiunea la starea normala fizica.

Coeficientul psicrometric depinde de viteza de circulatie a aerului w si se determina din tabelul 7.1. iar valorile lui p’

s si ps se citesc din tabelul 7.2 in functie de tum si tus .

 

 

 

 

Fig.7.1. Psicrometru cu ventilator,

tip Asmann; 1, 2- terometre;

3- suport; 4- ventilator.

Tabelul 7.1 Coeficientul psicrometric C

w m / s C bar / K w m / s C bar / K 0,13 1,3.10-3 0,80 0,8.10-3

0,20 1,1.10-3 2,30 0,7.10-3

0,40 0,9.10-3 4,00 0,67.10-3

Tabelul 7.2. Presiunea partiala , continutul de vapori de apa x si entalpia a aerului umed saturat, la temperatura t.

t oC x

kg / kg

H1 x

kJ/(1 x)kg am.

N / m2 torr

0 1 2 3 4-10 259,5 1,946 0,001650 -5,986-9 283,3 2,125 0,001180 -4,605-8 309,5 2,321 0,001969 -3,182

Tabelul 7.2 Continuare.

0 1 2 3 4-7 337,6 2,532 0,002149 -1,716-6 368,1 2,761 0,002343 -0,209-5 401,0 3,008 0,002552 1,298-4 436,8 3,276 0,002781 2,889-3 475,5 3,566 0,003030 4,521-2 517,2 3,879 0,00330 6,196-1 562,1 4,216 0,00359 7,9120 610,5 4,579 0,00390 9,7541 657,3 4,93 0,00420 11,5122 705,3 5,29 0,00451 12,9363 758,6 5,69 0,00485 15,1544 813,3 6,10 0,00520 17,0385 872,0 6,54 0,00558 18,8806 934,6 7,01 0,00598 21,0157 1001,3 7,51 0,00642 23,1508 1073,3 8,05 0,00688 25,3709 1148,0 8,61 0,00736 27,58810 1228,0 9,21 0,00788 29,93211 1264,0 9,48 0,00844 32,31812 1402,6 10,52 0,00902 34,83013 1497,3 11,23 0,00964 37,38414 1598,6 11,99 0,01030 40,10515 1705,3 12,79 0,01100 42,70016 1817,3 13,63 0,01174 45,63117 1937,3 14,53 0,01254 48,56118 2064,0 15,48 0,01337 51,91019 2197,3 16,48 0,01425 55,25920 2338,6 17,54 0,01519 58,60821 2486,6 18,65 0,01618 61,95722 2644,0 19,83 0,01724 65,72523 2809,3 21,07 0,01833 69,49324 2984,0 22,38 0,01951 73,67925 3168,0 23,76 0,02077 77,865

Tabelul 7.2 Continuare.

0 1 2 3 426 3361,2 25,21 0,02209 82,05127 3565,2 26,74 0,02347 86,65628 3780,0 28,35 0,02493 91,68029 4005,2 30,04 0,02649 97,12230 4242,7 31,82 0,02814 102,146

31 4493,2 33,70 0,02980 107,58832 4754,5 35,66 0,03169 113,44933 5030,5 37,73 0,03364 119,31034 5320,0 39,90 0,03569 125,58935 5624,0 42,18 0,0379 132,28736 5941,2 44,56 0,0401 139,40437 6276,0 47,07 0,0425 146,52138 6625,2 49,69 0,0451 154,05639 6992,0 52,44 0,0478 162,01040 7376,0 55,32 0,0506 170,382

7.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

In tabelul 7.3 se trec marimile masurate si calculate ale aerului umed. Se vor face masuratori pentru determinarea marimilor aerului atmosferic (ambiant), in diferite locuri din laborator cu psicrometrul Asmann si in limita timpului disponibil chiar in afara cladirii.

Gradul de umiditate se obtine din relatia (7.5) considerandu-se = , unde valoarea lui xs se considera aceea din dreptul temperaturii indicate de termometru umed (tum), din tabelul 7.2, astfel:

x = . xs kg / kg .

Presiunea partiala a aerului uscat se determina cu relatia (7.7); densitatea aerului umed cu relatia (7.9) calculata pentru temperatura citita la termometru uscat (tus), iar pv = . ps .

Caldura masica cu relatia (7.12), iar entalpia masica a 1 kg de aer umed cu relatiile (7.13) si (7.14) sau utilizand valoarea lui H1 x din tabelul 7.2 pentru valoarea lui (tus).

Umiditatea relativa a aerului se va calcula cu relatia (7.15) unde pentru C se adopta valoarea C = 0,67.10-3 bar / K .

Tabelul 7.3 Tabelul cu rezultate experimentale si calculate

Nr.

Crt.

Marimea masurata

sau calculata

Simbol U.M. Determinarea Obs.

1 2 3 4

1 Presiunea barome-

trica respectiv pre-

siunea totala a aeru-

lui umed

p = pb bar          

2 Temperatura termo- tumOC          

metrului umed3 Temperatura termo-

metrului uscat

tusoC          

4 Presiunea partiala a

vaporilor de apa sa-

turati la temperatura

termometrului umed

p’s bar          

5 Presiunea partiala a

vaporilor de apa sa-

turati la temperatura

termometrului uscat

ps bar          

6 Umiditatea relativa

a aerului umed

-          

7 Gradul de umiditate x kg/kg          8 Presiunea partiala a

aerului uscat

pa bar          

9 Densitatea aerului

umed

kg/m3          

10 Caldura masica la

p = ct.a aerului umed

cpkJ/(kgK)          

11 Entalpia masica a

1 kg de aer umed

h kJ/kg.

aer

umed