Curs 8 - analiza termodinamică a aerului umed

1.1 PROPRIETATI

Gazele umede reprezintă amestecuri polifazice aflate în starea de echilibru termodinamic, fiind implicate în procesele caracteristice instalaţiilor de ventilare, climatizare, condiţionare, uscare, de răcire sau de protecţia atmosferei; în industria chimică se întâlnesc diverse procese de combinare sau de separare a fazelor în sau din gazele umede.

In particular, aerul umed este unul dintre cei mai utilizaţi agenti termodinamici, fiind reprezentat în general de un amestec de gaze uscate (în principal oxigen şi azot) şi apă în stare de vapori; în anumite condiţii temperatură se poate întâlni şi faza lichidă a apei dispersată fin în picaturi (t > ttr = 0.01°C ) sau solidă (zăpadă, gheată) când t < 0.01°C.

Domeniile de temperatură caracteristice sunt:

-40°C...+50°C (ventilare, condiţionare, climatizare);

+40°C...+300°C (instalaţii de uscare);

-190°C...+10..15°C (instalaţii de răcire);

+10°C...+60°C (instalaţii de protecţia atmosferei);

-200°C...+300°C (procese din industria chimică),

In condiţii obişnuite de temperatură şi presiune, atât aerul uscat cât vaporii de apă se comportă apropiat de un gaz ideal.

1.2 PARAMETRII DE STARE

Principalii parametrii fundamentali pentru aerul umed sunt:

1.2.1. Umiditatea relativă

Reprezintă raportul dintre densitatea vaporilor şi densitatea maxima vaporilor (la saturaţie)

Aplicand ecuatia de stare Clapeyron pentru gaze ideale, se observa usor ca ρv<ρs

δs δv

Starea normală l şi de saturaţie, R, pentru aerul umed, în diagrama "p-v"

1.2.2. Umiditatea absolută (gradul de umezeală) x

Reprezintă raportul dintre masa vaporilor de apă şi masa aerului uscat.

Concentraţia masică (participaţia masică a vaporilor în amestec) fiind raportul dintre masa vaporilor şi masa totală.

1.2.3. Grad de saturaţie ψ

Prin definiţie, gradul de saturaţie ψeste:

1.2.4. Masa molară

Pentru amestecuri de gaze ideale, masa molară a amestecului este:

unde rj este participaţia volumică a componentului j, care, pentru gaze este identică cu participaţia molară.Aerul umed aer masa molara sub cea a aerului uscat.

1.2.5. Densitatea normală ρN (la t = O °C şi p = 101325 N/m2)

de unde, cu VN =22.414 m3/kmol rezulta:

1.2.6. Entalpia convenţională h1+x

Conform schemei sinoptice a entalpiei, rezultă: