Universitatea OvidiusFacultatea de tiine Aplicate i
InginerieSpecializare Tehnologii i Management n Prelucrarea
Petrolului
TERMODINAMICA TEHNICA APLICATA
AERUL UMED
STUDENT: MILITARU IONUT ANDREI PROF. COORD. : NITA IRINA ANUL I
MASTER TMPP
AERUL UMED
Prin aer umed se nelege amestecul de aer uscat i vapori de ap,
care se ntlnete n atmosfera terestr i n diverse aplicaii. Aerul
uscat la rndul su este un amestec de gaze perfecte n care predomin
azotul (cca. 79% participaie volumic, respectiv 77% participaie
masic) i oxigenul (cca. 21% participaie volumic, respectiv 23%
participaie masic). n participaii foarte mici, aproape
nesemnificative, se mai pot ntlni n aerul uscat: argon, bioxid de
carbon, neon, heliu, cripton, hidrogen, xenon, ozon sau radon.
Aerul umed se ntlnete ca agent de lucru n numeroase aplicaii:
procese de uscare, ventilaii, climatizare, refrigerare i congelare,
procese de ardere din motoare i focare industriale etc.
Cu toate c aa cum se va arta n continuare, vaporii de ap din
aerul umed pot s fie considerai ca avnd proprietile gazului
perfect, aerul umed necesit un studiu aparte i nu i se pot aplica n
mod simplist legile amestecurilor de gaze perfecte. Aceast afirmaie
se justific prin faptul c n majoritatea cazurilor care prezint
interes practic, aerul umed se gsete de regul la presiunea
atmosferic, sau la presiuni relativ apropiate de aceasta i la
temperaturi nici prea sczute (pn la cca. -50C), nici prea ridicate
(maxim cca. 100-200C). n aceste condiii, chiar dac aerul uscat se
gsete numai n stare de gaz i respect legile gazului perfect,
umiditatea din aer se poate ntlni att sub form de gaz, ct i de
lichid, sau chiar n stare solid. n consecin, aerul umed prezint
particulariti care l difereniaz esenial de un simplu amestec de
gaze perfecte.
La o anumit presiune, cantitatea de umiditate coninut de aerul
umed sub form de vapori, poate s varieze pn la o valoare maxim,
care depinde de temperatura amestecului. Starea aerului umed care
conine cantitatea maxim posibil de umiditate se numete stare de
saturaie, iar amestecul de aer i vapori de ap n cantitate maxim se
numete aer umed saturat sau, mai simplu, aer saturat. Mrind
cantitatea de umiditate din aer peste valoarea corespunztoare strii
de saturaie, surplusul de umiditate se va regsi n aer sub form de
picturi foarte fine de lichid aflate n suspensie. Aceast stare
termodinamic este denumit cea. Aerul umed care prezint aceste
caracteristici se numete aer umed suprasaturat. Cu ct cantitatea de
umiditate depete mai mult valoarea corespunztoare strii de
saturaie, cu att ceaa devine mai dens, datorit numrului mai mare de
picturi n suspensie din aer. Atunci cnd se afl n stare de vapori,
umiditatea din aer se gsete la presiuni pariale foarte mici, iar
vaporii de ap pot fi considerai gaz perfect. Starea aerului umed
este definit de presiune, temperatur, umiditate, volum specific sau
densitate, cldur specific i entalpie, mrimi care vor fi analizate n
continuare.
DATE FIZICE PENTRU AER UMED :
temperatura, t1 m3 de aer uscattensiunea vaporilor de
apacontinut umiditate la saturatie, xscontinut caldura la
saturatie, is
greutatela 0C va fi la tCla tC va fi la 0C
Ckg/m3m3m3mmHgg/kg aer uscatkcal/kg
-201,3960,9271,0790,770,63-4.43
-151,3680,9451,0581,241,01-3,01
-101,3420,9631,0381,951,60-1,45
-51,3170,9821,0193,012,470,26
01,2931,0001,0004,583,782,25
51,2701,0180,9826,545,404,42
101,2481,0370,9659,217,686,97
151,2261,0550,94812,7910,69,98
201,2051,0730,93217,5314,713,8
251,1851,0920,91623,7620,018,1
301,1651,1100,90131,8227,223,8
351,1461,1281,12842,1836,630,8
401,1281,1471,14755,3248,839,6
451,1101,1651,16571,8865,050,8
501,0931,1831,18392,5186,265,3
551,0761,2020,832118,0114,084,1
601,0601,2200,820149,4152109
651,0441,2380,808187,5204143
701,0291,2570,796233,7276190
751,0141,2720,784289,1382258
801,0001,2930,773355,1545363
850,9861,3120,763433,6328545
900,9731,3300,752525,81400912
950,9591,3480,742633,931202015
1000,9471,3670,732760--
Temperatura :
Exista trei temperaturi care caracterizeaza aerul umed, si anume
:
temperatura termometrului uscat (t) temperatura indicata de
orice termometru precis care nu este influentat de radiatii termice
in timpul masuratorii;
temperatura termometrului umed (t) temperatura indicata de un
termometru obisnuit al carui rezervor cu mercur este infasurat in
panza imbibata cu apa; ea este temperatura de saturatie adiabatica
sau temperatura limitei de racire a aerului;
temperatura punctului de roua (tr) temperatura la care presiunea
vaporilor din aerul umed, avand o anumita temperatura si un anumit
continut de umezeala, racit izobar, devine egala cu presiunea lor
de saturatie; ea reprezinta temperatura de la care incepe
condensarea vaporilor de apa la racirea izobara a aerului umed.
Umiditatea :
In tehnica ventilarii, vaporii de apa continuti in aerul
atmosferic prezinta un interes deosebit, deoarece cantitatea lor
influenteaza foarte mult proprietatile fizice ale amestecului de
gaze.
La o anumita temperatura si presiune barometrica, continutul de
vapori de apa intr-un kg de aer nu poate depasi o anumita limita,
care reprezinta cantitatea de vapori de apa ce satureaza aerul. La
depasirea acestei limite, surplusul de vapori de apa trec in stare
lichida (se condenseaza), formand ceata.
La presiune barometrica constanta, cantitatea de vapori de apa
necesara saturarii aerului creste o data cu cresterea temperaturii
aerului.
La temperatura constanta, cantitatea de vapori ce satureaza
aerul scade cu cresterea presiunii barometrice.
Umiditatea aerului este caracterizata prin urmatoarele elemente
principale :
continutul de umiditate (x), sau raportul de amestec greutatea
in grame a vaporilor de apa continuti in aerul umed, raportata la 1
kg de aer uscat; umiditatea absoluta (a), sau concentratia
vaporilor greutatea in grame a vaporilor de apa continuti intr-un
metru cub de aer umed; umiditatea absoluta se poate masura prin
greutatea specifica a vaporilor de apa din aerul umed; umiditatea
relativa () raportul dintre umiditatea absoluta (a) a aerului umed
si umiditatea absoluta maxima la saturatie (as), la aceeasi
temperatura si la aceeasi presiune barometrica.
Pentru definirea acestor marimi, se defineste mai intai
presiunea barometrica a aerului umed (p) suma presiunilor partiale
a aerului uscat (pa) si a vaporilor de apa (pv) :
p = pa + pv [mm Hg];
Rezulta : x = mv / ma = 622* (pv / p - pv) [g/kg];
a = mv / V [g/m3];
= (a / as)*100 [%]
unde :
mv masa vaporilor de apa;ma masa de aer uscat;V volumul aerului
umed;
atunci cand vaporii de apa satureaza aerul, continutul de
umezeala devine maxim si se noteaza cu xs; daca vaporii de apa
satureaza aerul, umiditatea absoluta devine maxima si se noteaza cu
as;
In practica umiditatea relativa se poate exprima in mai multe
moduri :
prin raportul dintre presiunea vaporilor continuti de aerul umed
(pv) si presiunea lor de saturatie (ps) :
(pv / ps)*100 [%];
prin raportul dintre continutul de umiditate din aerul umed (x)
si continutul maxim de umiditate la saturatie (xs) :
(x / xs)*100 [%]
Umiditatea realtiva poate varia intre 0 - 100%.
Greutatea specifica - aerul umed are o greutate specifica mai
mica decat cea a aerului uscat :Temperatura CUmiditatea relativa -
(%)
0102030405060708090100
01,2931,2931,2921,2921,2921,2921,2921,2911,2911,2911,290
51,2711,27012,7691,2691,2691,2691,2691,2681,2681,2671,267
101,2481,2471,2471,2461,2461,2451,2441,2441,2431,2431,242
151,2261,2251,2251,2241,2231,2221,2211,2201,2191,2181,218
201,2051,2041,2031,2011,2001,1991,1981,1971,1961,1951,194
251,1851,1831,1821,1801,1791,1771,1761,1741,1731,1711,170
301,1651,1621,1611,1591,1571,1561,1541,1521,1501,1481,146
351,1461,1431,1411,1391,1361,1341,1311,1291,1271,1251,122
401,1281,1251,1221,1191,1161,1121,1091,1061,1031,1001,097
451,1001,1061,1031,0981,0941,0901,0861,0821,0781,0741,070
501,0931,o881,0831,0781,0731,0681,0641,0591,0541,0491,044
= a 0,0129*( *ps / T) [kg/m3]
unde :
T temperatura absoluta;a greutatea specifica a aerului uscat,
care se poate calcula cu expresia :
a = 1,293 / [1+ (1/273)*t] [kg/m3]1,293 = greutatea unui metru
cub de aer uscat la temperatura de 0C.
Caldura specifica
Pentru temperaturi sub 100C, caldura specifica a aerului uscat,
la presiune constanta, poate fi considerata :
cpa = 0,24 [kcal/kg*grd]
Caldura specifica a vaporilor de apa, la presiune constanta, se
poate considera :
cpv = 0,46 [kcal/kg*grd]
Caldura specifica a amestecului de aer uscat si vapori de apa
:
cpu = [cpa +cpv(x / 1000)] / [1 + (x / 1000)] [kcal/kg*grd]
iar raportata la aerul uscat :
cpu = cpa + cpv*(x / 1000) = 0,24 + 0,46*(x / 1000)
[kcal/kg*grd]
Entalpia (continutul de caldura)
In ceea ce priveste entalpia, se definesc trei valori distincte
ale acesteia si anume :
entalpia specifica a aerului uscat (ia) cresterea continutului
de caldura a unitatii de masa de aer, in transformarea acestuia de
la temperatura de 0C pana la temperatura data t, sub presiune
constanta;
entalpia specifica a vaporilor de apa (iv) cresterea
continutului de caldura a unitatii de masa a vaporilor de apa
saturati, in transformarea acestora de la 0C pana la temperatura
data t, sub presiune constanta;
entalpia totala a aerului umed (i) raportata la un kg de aer
uscat, rezulta din insumarea algebrica a entalpiilor componentelor
amestecului compus dintr-un kg de aer uscat si din (x/1000) kg de
vapori de apa.
ia = cpa*t = 0,24*t [kcal/kg];
iv = cpv*t + lv = 0,46*t + 597 [kcal/kg];
i = cpa*t + (cpv*t + lv)*(x / 1000) = 0,24*t = (0,46*t + 597)*(x
/ 1000) [kcal/kg]
unde :
lv caldura latenta de vaporizare, [kcal/kg]. Determinarea
parametrilor aerului umedPentru determinarea parametrilor unui
punct de stare se utilizeaza in general metodele:
Metoda sau dispozitivulPrincipiul de bazaFelul indicatiei
Metoda absorbtieiFizicTemperatura punctului de roua
Metoda condensarii izobareTermodinamicTemperatura punctului de
roua
Higrometrul cu fir de parFizicUmiditatea relativa
PsichrometrulTermodinamicTemperatura termometrului
uscatTemperatura termometrului umed
Metoda inchetariiTermodinamicUmiditatea absoluta
Higrometrul cu rezistenta electricaFizico-electricUmiditatea
absolutaUmiditatea relativa
Higrometrul electroliticElectrochimicUmiditatea absoluta
Higrometrul cu difuziuneFizicUmiditatea relativa
Metode utiliziand netroni rapiziFzicUmiditatea absoluta
In tehnica se utilizeaza in special metoda psichrometrica, care
prezinta avantajul simplitatii, in conditiile unei precizii
suficiente. Metoda psichrometrica se bazeaza pe procesul
termodinamic de evaporare a apei prin preluarea din mediul
inconjurator a cantitatii de caldura necesare procesului. Daca se
imbraca rezervorul (bulbul) unui termometru cu un material textil
umezit in permanenta printr-un fitil introdus intr-un vas cu apa,
iar rezervorul este plasat intr-un jet de aer, termometrul va
indica o temperatura twb (wet bulb temperature), mai scazuta decat
cea indicata de un termometru uscat, tdb (dry bulb temperature).
Fluxul de caldura absorbit prin evaporare este dat de expresia:
Unde,S - suprafata bulbului termometrului umed, [m2]c -
coefcient de evaporare, [ kg/(m2s mbar)]rwb - caldura latenta de
vaporizare la temperatura twb, [J/kg](ps)wb - presiunea de
saturatie la temperatura twb, [mbar]pv - presiunea partiala a
vaporilor de apa, [mbar]p0- presiunea normala, p0=1013.25 mbarB -
presiunea baromerica, [mbar]
Fluxul de caldura cedat de termometrul umed prin convectie:Q2= S
( tdb twb), [W] unde, - coeficientul de transfer de caldura prin
convectie de la aerul umed la suprafata bulbului termometrului
umed, [W/(m2K)]In regim stationar: Q1=Q2 Rezulta: pv=(ps)wb H B
(tdb-twb)Unde s-a notat cu H constanta psichhrometrica: H = / c rw
p0 , [K-1]
Experimental s-a determinat expresia: H=(86.45+ ) 10-5 , [K-1]
unde w este viteza aerului [m/s].Pentru psichrometrele normale cu
ventilator si presiunile exprimate in mbar, constanta
psichrometrica are valoarea H=0.9101x10-4 K-1, in intervalul de
temperaturi 10C - 40C.
Diagrama H-x pentru aerul umed
Calculele referitoare la variaiile de stare ale serului umed se
efectueaz cu diagrama H-x a aerului umed. La o anumit presiune
barometric, de obicei 760 mm Hg, aceast diagram stabilete grafic
relaiile dintre urmtorii cinci parametri ai aerului umed: t
(temperatura termometrului uscat, n C), x (coninutul de umezeal, n
g/kg de aer uscat), i (coninutul de cldur, n kcal/kg de aer uscat),
(umiditatea relativ, n %) i pv (presiunea parial a vaporilor de ap
coninui n aerul umed, n mm Hg).
Diagrama H-x este trasat n coordonate oblice. Pe axa absciselor
ON snt trecute valorile x, iar pe axa ordonatelor OI, valorile
entalpiei i a aerului umed la aceeai presiune barometric.
Diagrama H-x pentru aerul umed
Axa absciselor face cu axa ordonatelor un unghi, care de obicei
se ia de 135; pentru a mbunti trasarea curbelor de umiditate
relativ constant.Dreptele i = cst. sunt paralele cu abscisa ON.
Pentru reducerea dimensiunilor diagramei, axa absciselor nu se
figureaz, valorile trecndu-se pe o dreapt auxiliar ON,
perpendicular pe axa ordonatelor.
Parametrii aerului n diagrama HHhhhfs-x
Izotermele sunt reprezentate prin drepte (aproape paralele),
care se ntlnesc ntr-un punct M situat pe prelungirea dreptei
auxiliare ON', n stnga diagramei.Curbele = cst. au ca baz curba de
saturaie a aerului = 100%, care mparte diagrama n dou zone:
deasupra - zona amestecului de aer i de vapori de ap (aer
nesaturat), iar dedesubt - zona de cea, adic a amestecului de ap
(cea) i de aer n stare de suprasaturaie.n partea de jos a diagramei
sunt trecute valorile presiunii pariale a vaporilor de ap pv. Sub
curba de saturaie = 100%, izotermele i schimb direcia dup drepte
foarte apropiate de dreptele i = cst. (izoterme de cea).Un punct I
din diagrama H-x reprezint o anumit stare a aerului umed, definit
prin parametrii lui x1, i1, t1, 1, precum i prin presiunea parial a
vaporilor de ap pv1. Cunoscnd doi dintre parametri, punctul
reprezentativ al strii aerului este definit.Temperatura t1 a
punctului U situat la intersecia dreptei il = cst, cu curba = 100%
reprezint temperatura termometrului umed a aerului de stare
1.Punctul 1 situat la intersecia x1 = cst. cu curba = 100%
reprezint punctul de rou corespunztor aerului umed de stare 1.
Exemplu. Cunoscnd t = 28C i = 60%, starea aerului este definit n
diagrama I-x prinpunctul de intersecie a izotermei t = 28C cu curba
= 60%; de aici rezult ceilali parametri, i anume: i = 15,5 kcal/kg;
x = 14,4 g/kg i pv = 17,0 mm Hg. De asemenea, se gsete temperatura
umed t' = 22,2C i temperatura punctului de rou t = 19,9C.
Scara unghiular. Variaia strii aerului umed n procesele de
schimb de cldur i umiditate poate fi uor reprezentat i urmrit cu
ajutorul scrii unghiulare trasate pe marginea diagramei I-x. Dac
aerul cu starea iniial reprezentat n diagrama I-x prin punctul 1
este adus la starea final 2, aceasta se poate realiza prin
modificarea entalpiei de la i1 la i2 i a coninutului de umiditate
de la x1 la x2, deci cu preluare sau cu cedare de cldur i
umiditate. Variaia strii aerului n acest caz se exprim prin
raportul de termoumiditate:
care determin n diagrama I-x linia procesului de schimbare a
strii aerului (raza procesului). Valorile lui sunt trecute n
diagrama H-x sub forma unor fascicule de drepte care pornesc din
originea acestei diagrame (x = 0, i = 0).
Exemplu. Aerul de stare 1 avnd x1 = 3 g/kg i i1 = 5 kcal/kg
preia cldura i umiditatea, ajungnd la starea 2 cu x2 = 8 g/kg i i2
= 11 kcal/kg. Raportul de termoumiditate va fi: deci evoluia
procesului aerului n diagrama I-x va urmri dreapta 1-2, paralel cu
direcia = 1200 a scrii unghiulare.
Scara unghiular n diagrama H-x
n general, procesul schimbrii strii aerului n diagrama H-x poate
decurge dup oricare direcie, n funcie de caracterul procesului de
preluare sau de cedare de cldur i umiditate. Din punct de vedere al
valorilor diagrama H-x poate fi mprit n patru zone limitate de
dreptele x = cst. i i = cst.La procesele AB sau AC, ce au loc dup i
= cst, valoarea raportului de termoumiditate va fi:
Zonele diagramei H-x
Stiati ca? Zilnic respirm de peste 20.000 de ori, introducnd
aproximativ 12.000 de litri de aer n plmni. Facem asta pentru a
asigura necesarul de oxigen al organismului. Aerul umed capteaza
particulele de praf, acest lucru este foarte util persoanelor care
sufera de alergii. Aerul cald si umed (cel din casa iarna) duce la
aparitia de migrene, depresii, probleme circulatorii, dereglari ale
somnului si poate declansa infectii sau chiar astm. Aerul rece si
umed agraveaza diverse forme de reumatism cronic degenerativ. Cea
mai de top planta purificatoare de aer, astfel ierarhizata de catre
studiul NASA este palmierul Areca. Numit cel mai eficient
umidificator de aer, palmierul Areca poate fi numarat printre
plantele ce mentin aerul umed pe timpuri uscate si elimina, in mod
continuu, toxinele chimice din aer. In timpul iernii, palmierul
poate literalmente inlocui utilizarea umidificatoarelor electrice!
Scorul acordat de NASA in ceea ce priveste coeficientul de
purificare a aerului este de 8,4. Stiati ca uraganul se formeaza
atunci cand aerul umed este pus in miscare de caldura de deasupra
oceanelor din regiunile calde?
Bibliografie
http://scrieliber.ro/stiati-ca-273/
http://www.stadlerform.ro/index.php?route=information/information&information_id=8
https://universulflorilor.wordpress.com/2014/01/07/beneficiile-plantelor-in-birou/
http://www.termo.utcluj.ro/termo/05curs.pdf
http://cfcem.ee.tuiasi.ro/pdf/Capitolul%202%20Notiuni%20de%20aer%20uscat%20si%20umed.pdf
http://blogrum.marketonline.ro/stiati-cum-se-formeaza-uraganul/
http://www.termo.utcluj.ro/termoluc/Lucr07/L7.html
http://www.creeaza.com/tehnologie/tehnica-mecanica/Aerul-umed643.php
https://www.academia.edu/5437639/UMIDITATEA_AERULUI
http://idd.univ-ovidius.ro/tutorials/cursuri/FIM/ING9/09Climatizare.pdf
http://www.google.ro/url?sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=13&ved=0CCoQFjACOAo&url=http%3A%2F%2Fxa.yimg.com%2Fkq%2Fgroups%2F23234402%2F1386658568%2Fname%2FAerul%2Bumed.pdf&ei=3nNQVf_ML-u6ygOHhYBo&usg=AFQjCNHu3SomkHaJpyUSUmloYhHmVco0lQ&sig2=P8anZNNbBqeZKQohajVJ4A
http://ro.instalbiz.com/resources/33-resource-caracteristicile-aerului-umed-1_68.html
http://www.slideshare.net/luciansachelarie/curs15-aer-umed
http://www.digi24.ro/Stiri/Digi24/Timp+liber/Stil+de+viata/TINERETE+FARA+BATRANETE+Ce+boli+pot+provoca+excesul+de+umiditate
http://www.medsana.ro/blog/umezeala-semn-de-boala/
http://adevarul.ro/sanatate/medicina/aerul-umed-mentine-nasul-infundat-1_50abb91b7c42d5a6637f42e8/index.html
http://biblioteca.regielive.ro/download-88310.html