Studiul unor transformari termodinamice ale aerului umed

STUDIUL UNOR TRANSFORMARI TERMODINAMICE ALE AERULUI UMED

1. Scopul lucrarii.

Lucrarea are ca scop studiul experimental a unor transformari de stare ale aerului umed, pe care acesta le sufera intr-o instalatie de tratare.

2. Schema instalatiei experimentale.

Schema de principiu a instalatiei experimentale este prezentata in figura1.

Ventilatorul 1 aspira aer din mediul inconjurator si il trimite in bateria de incalzire, cu rezistente electrice, 2. Diafragma 3 permite masurarea debitului de aer prin citirea diferentei de presiune Dp la manometrul cu apa 4. Aerul cald este introdus in camera de umidificare 5, unde circula in contracurent cu apa stropita prin duzele 6. In camera de umidificare este introdusa o umplutura formata din placi de material plastic, perforate, care are rolul de a realiza o suprafata mare de contact intre aer si apa. Apa este colectata in bazinul 8 situat la partea inferioara a camerei de umidificare. Aerul racit si umidificat este evacuat catre exterior prin canalizatia de la partea superioara, 9.

3. Efectuarea determinarilor experimentale.

Manevrele de pornire ale instalatiei trebuie efectuate in urmatoarea ordine:

se porneste ventilatorul;

se pune sub tensiune bateria de incalzire cu rezistente electrice;

se deschide robinetul 7 de alimentare cu apa;

se verifica daca robinetul de golire 10 este deschis;

se verifica daca termometrele t_1u si t_3u au bulbul umezit

Se asteapta 5-10 minute pentru ca instalatia sa intre in regim stationar si se masoara parametrii precizati in tabelul 1. Citirile se fac la intervale de cateva minute.

Tabelul 1

Masuratori experimentale

Temperaturile t₁ si t_1u din sectiunea 1-1, se refera la mediul ambiant si se masoara cu ajutorul psihrometrului.

Temperaturile t₂, t₃ si t_3u se masoara cu ajutorul termometrelor plasate in sectiunea 2-2, dupa bateria de incalzire si in sectiunea de iesire3-3.

Debitul se citeste din diagrama de debit a diafragmei din figura 2. Suberul ventilatorului se regleaza astfel incat diferenta de presiune Dp sa fie in jur de 20 mm H₂O.

La terminarea masuratorilor se executa in ordine inversa manevrele de pornire.

Fig.1 Schema instalatiei experimentale.

1 – ventilator; 2 – baterie de incalzire; 3 – diafragma; 4 – manometru diferential; 5 – camera de umidificare; 6 – duze de stropire; 7 – robinet de alimentare; 8 – bazin; 9 – conducta de evacuare;

10 – robinet de golire

Fig.2. Caracteristica de debit a diafragmei

4. Prelucrarea datelor experimentale.

Pe baza datelor din tabelul 1 se determina, pentru fiecare sectiune, parametrii de stare precizati in tabelul 2.

Transformarile termodinamice pe care le sufera aerul in instalatie sunt:

- 1-2: incalzire uscata ( x=const.);

- 2-3: racire cu umidificare.

Tabelul 2

Marimile de stare in sectiunile caracteristice

Umiditatea relativa j₁ respectiv j₃ se determina pe baza indicatiilor termometrelor uscat si umed utilizand datele din tabelul 4.

Ceilalti parametri se determina fie cu ajutorul diagramei h_1+x -x din figura 3 , fie analitic, utilizand relatiile din anexa.

Pentru fiecare transformare se determina schimbul de caldura si de umiditate:

[ kW ]

[ kg/h ]

Debitul de aer umed refulat de ventilator se determina cu relatia:

[ kg/h ]

unde [kg/h] este debitul citit din diagrama din fig.2, [kg/m³] este densitatea aerului umed in sectiunea 2, inainte de diafragma, iar [kg/m³] este densitatea aerului considerat gaz perfect, la conditiile pentru care a fost calculata caracteristica de debit a diafragmei.

Rezulta debitul de aer uscat:

[ kg/h ]

Rezultatele se centralizeaza in tabelul 3.

Tabelul 3

Rezultatele prelucrarilor datelor experimentale

5. Continutul referatului.

Schema si descrierea instalatiei experimentale.

Tabelul 1, cu datele masurate.

Tabelul 2, cu marimile de stare.

Tabelul 3, cu rezultatele calculelor.

Reprezentarea transformarilor in diagrama h_1+x -x.

Presiunea de saturatie a vaporilor de apa

Tabelul 5

Tabelul 4.

Umiditatea relativa a aerului j in functie de t [ ⁰C ] si diferenta de temperatura t-t_u [ ⁰C ]

Anexa.

RELATII ANALITICE PENTRU MARIMILE AERULUI UMED

Presiunea de saturatie a vaporilor de apa din aer in functie de temperatura T [ K ] :

in care:

pentru domeniul t= -20…0 ^oC, si

pentru domeniul t= 0…70 ^oC

Continutul de umiditate in functie de umiditatea relativa j

[ kg vap/kg a.usc. ]

Umiditatea relativa in functie de continutul de umiditate x :

[ % ]

Presiunea partiala a vaporilor de apa din aerul la presiunea atmosferica p_B:

[ Pa ]

Densitatea aerului umed functie de presiunea atmosferica si temperatura:

[ kg/m³ ]in care: p_B [ Pa ] si T [ K ]

sau

[ kg/m³ ]in care:p_B [ mmHg ] si T [ K ]

Entalpia aerului umed (inclusiv la saturatie) in functie de temperatura t [ ⁰C ]:

[ kJ/kg a.usc. ]