ΤΕ.ΤΡΟ. ΑΤΕΙ ΚΑΛΑΜΑΤΑΣ

 Ψυχρομετρία είναι η διαδικασία του ποσοτικού προσδιορισμού θερμοδυναμικών ιδιοτήτων του αέρα και χρήσης αυτών των ιδιοτήτων για την ανάλυση των συνθηκών και των μεταβολών της κατάστασης του αέρα σε ένα χώρο. Στην ψυχρομετρία, ο αέρας, ή υγρός αέρας, είναι το μίγμα δύο τέλειων αερίων, του ξηρού αέρα, δηλ. του καθαρού ατμοσφαιρικού αέρα και των υδρατμών. Η ποσότητα των υδρατμών στον αέρα κυμαίνεται από το μηδέν (ξηρός αέρας) έως ένα μέγιστο (κατάσταση κορεσμού) που εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση.

 Ειδική υγρασία (specific humidity), W, W=m υ /m ξα (kg υδρατμών/kg ξηρού αέρα)  Σχετική υγρασία (relative humidity), φ(%), φ=m υ /m κ (kg υδρατμών/kg κορεσμένου μίγματος στην ίδια θερμοκρασία)  Αισθητή θερμότητα είναι η θερμότητα που μεταβάλλει τη θερμοκρασία του αέρα χωρίς να αλλάζει το περιεχόμενό του σε υγρασία  Λανθάνουσα θερμότητα είναι η θερμότητα που απαιτείται για την αλλαγή φάσης των υδρατμών, χωρίς να μεταβληθεί η θερμοκρασία ή η πίεση του αέρα  Ενθαλπία είναι το άθροισμα της αισθητής και της λανθάνουσας θερμότητας, εκφράζει την εσωτερική ενέργεια ενός σώματος  Ειδική ενθαλπί α, h, (ολική θερμότητα kJ/kg ξηρού αέρα)  Ειδικός όγκος αέρα, υ, υ=V/m (όγκος υγρού αέρα m 3 /kg ξηρού αέρα)  Σημείο δρόσου, (drew point temperature) Τ d ( o C) είναι η θερμοκρασία κατά την οποία αρχίζει η υγροποίηση των υδρατμών (συμπύκνωση υδρατμών), έχουμε αποβολή της υγρασίας υπό μορφή σταγόνων νερού.

 Θερμοκρασία ξηρού βολβού (dry bulb temperature) Τ db ( o C) Μετριέται με τα συνήθη υδραργυρικά θερμόμετρα όπου ο βολβός του θερμομέτρου είναι ξηρός, απαλλαγμένος από υγρασία.  Θερμοκρασία υγρού βολβού (wet bulb temperature) T wb ( o C) Μετριέται με τα συνήθη θερμόμετρα όπου ο βολβός περιβάλλεται από γάζα νοτισμένη με νερό και στη συνέχεια εκτίθεται σε ρεύμα αέρα, δηλαδή βρίσκεται σε συνθήκες ταχείας εξάτμισης

 Ο ψυχρομετρικός χάρτης ή ψυχρομετρικό διάγραμμα είναι μια γραφική απεικόνιση των θερμοδυναμικών ιδιοτήτων του αέρα καθώς και των σχέσεων μεταξύ τους.

Σε οποιαδήποτε μεταβολή κατά μήκος των γραμμών, η θερμοκρασία του ξηρού βολβού παραμένει σταθερή ενώ μεταβάλλεται η ειδική υγρασία του αέρα. Η θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται είναι η λανθάνουσα θερμότητα Q λ =h 2 -h 1

Σε οποιαδήποτε μεταβολή κατά μήκος των γραμμών, η θερμοκρασία του ξηρού βολβού μεταβάλλεται ενώ παραμένει σταθερή η ειδική υγρασία του αέρα. Η θερμότητα που εκλύεται ή απορροφάται είναι η αισθητή θερμότητα Q α =h 2 -h 1

 Δίνεται υγρός αέρας θερμοκρασίας ξηρού βολβού T db =40 o C θερμοκρασίας υγρού βολβού T wb =20 o C. Να βρεθούν από τον ψυχρομετρικό χάρτη τα υπόλοιπα θερμοδυναμικά μεγέθη. Δηλ. ειδική ενθαλπία h, σχετική υγρασία φ, ειδική υγρασία W, σημείο δρόσου Td και ειδικός όγκος αέρα υ.

Tdb = 40 °C, Twb = 20 °C

 ειδική ενθαλπία h=56,7kJ/kg ξα  σχετική υγρασία φ=15%  ειδική υγρασία W=6,2 gr υ /kg ξα =0,0062kg υ /kg ξα  σημείο δρόσου Τ d =7 o C  ειδικός όγκος αέρα υ=0,896m 3 /kg ξα

Η διεργασία προσθήκης ή αφαίρεσης αισθητής θερμότητας αναπαρίσταται στον ψυχρομετρικό χάρτη από οριζόντια γραμμή (παράλληλη προς τον άξονα της θερμοκρασίας ξηρού θερμομέτρου), δεδομένου ότι δεν μεταβάλλεται η αναλογία μίγματος.

Υγρός αέρας κεκορεσμένος στους 2 °C, παροχής 10 m 3 /s έρχεται σε επαφή με θερμαντικό στοιχείο, από το οποίο εξέρχεται στους 40 °C. Να υπολογισθεί η απαιτούμενη θερμική ισχύς της διεργασίας. Αρχικές Συνθήκες h 1 = 13,0 kJ/kg (ξ.α.) W 1 = 4,3 gr (υ)/kg (ξ.α.) υ 1 = 0,784 m 3 /kg (ξ.α.) Τελικές Συνθήκες h 2 = 51,6 kJ/kg (ξ.α.) W 2 = 4,3 gr (υ)/kg (ξ.α.) Ροή μάζας ξ.α.: = 10 / 0,784 = 12,76 kg / s (ξ.α.) Επειδή η διεργασία λαμβάνει χώρα υπό σταθερή πίεση και αριθμό γραμμομορίων, η προστιθέμενη θερμότητα περιγράφεται από την μεταβολή της ενθαλπίας. Άρα: Q = 12,76 kg/s (51,6 – 13,0) kJ/kg = 492 kW

Οι υδρατμοί συμπυκνώνονται μόλις ο υγρός αέρας ψυχθεί σε θερμοκρασία χαμηλώτερη του σημείου δρόσου. Ισοζύγιο ενέργειας: Ισοζύγιο μάζας: Άρα:

Υγρός αέρας Τ db =30 °C, φ=50%, q=10 m 3 /s εισέρχεται σε ψυκτικό στοιχείο, από το οποίο εξέρχεται κεκορεσμένος στους 10 °C. Να υπολογισθεί η απαιτούμενη θερμική ισχύς της διεργασίας. Αρχικές Συνθήκες h 1 = 64,3 kJ/kg (ξ.α.) W 1 = 13,3 gr (υ)/kg (ξ.α.) υ 1 = 0,877 m 3 /kg (ξ.α.) Τελικές Συνθήκες h 2 = 29,5 kJ/kg (ξ.α.) W 2 = 7,66 gr (υ)/kg (ξ.α.) h w2 = 42,11 kJ/kg (υ) (από πίνακα) Ροή μάζας ξ.α.: = 5 / 0,877 = 5,70 kg / s (ξ.α.) 5,70 [(64,3 - 29,5) - (0, ,00766) 42,11] = 197 kW

Διέπεται από τις εξισώσεις:  Διατήρησης της ενέργειας:  Διατήρησης της μάζας ξηρού αέρα:  Διατήρησης της μάζας ύδατος: Δηλ. η κατάσταση 3 βρίσκεται στην γραμμή που ενώνει τις καταστάσεις 1 και 2 και την διαιρεί σε δύο τμήματα των οποίων ο λόγος ισούται με τον λόγο των μαζών ξηρού αέρα των δύο δειγμάτων.

Υγρός αέρας T db =4 °C, T wb =2 °C, q=2 m 3 /s αναμιγνύεται αδιαβατικά με δείγμα T db =25 °C, φ=50%, q=6,25 m 3 /s. Να υπολογισθεί η T db και T wb του προκύπτοντος μίγματος. Από τον ψυχρομετρικό χάρτη προκύπτει ότι W 1 =3,5 gr(υ)/kg (ξα), υ 1 = 0,789 m 3 /kg (ξ.α.) και W 2 =10 gr(υ)/kg (ξα), υ 2 = 0,858 m 3 /kg (ξ.α.), οπότε: = 2/0,789 = 2,535 kg/s(ξ.α.) = 6,25/0,858 = 7,284 kg/s(ξ.α.) Λύνοντας την προηγούμενη σχέση ως προς W 3

Η διεργασία αυτή χρησιμοποιείται για την ύγρανση του αέρα. Διέπεται από τις εξισώσεις: Διατήρησης της ενέργειας: Διατήρησης της μάζας ύδατος: Από αυτές προκύπτει: Η τελευταία σχέση δηλώνει ότι η τελική κατάσταση στον ψυχρομετρικό χάρτη προσδιορίζεται από την ειδική ενθαλπία του ψεκαζόμενου νερού, η οποία περνά από το αρχικό σημείο του υγρού αέρα.

Σε υγρό αέρα t ξ =4 °C, t υ =8 °C, q=2 m 3 /s (ξα) ψεκάζεται αδιαβατικά κεκορεσμένος ατμός θερμοκρασίας 110 °C, μέχρι t δ =13 °C. Να υπολογισθεί η τελική t ξ του δείγματος και η ροή μάζας του ατμού. Από πίνακες προκύπτει ότι η ενθαλπία του ατμού είναι hw = 2691 kJ/kg(υ). Βάσει της θεωρητικής σχέσεως: Η τελευταία αυτή συνθήκη απεικονίζεται στο ειδικό τμήμα του ψ.χ. (γραμμή αναφοράς). Εν συνεχεία ξεκινώντας από την αρχική κατάσταση του υγρού αέρα, χαράσσεται παράλληλος προς την γραμμή αναφοράς (γραμμή συνθήκης). Η τελική κατάσταση είναι η τομή της γραμμής συνθήκης με την οριζόντια γραμμή η οποία αρχίζει από την ένδειξη 13 (t δ =13 °C) της γραμμής κορεσμού. Άρα t ξ2 = 21 °C. Η ροή μάζας του ατμού προκύπτει από την εξίσωση διατήρησης της μάζας των υδρατμών:

Ο κλιματισμός ενός χώρου καθορίζεται: 1.Από την ποσότητα του προσφερόμενου υγρού αέρα και 2.Από την ποσότητα του κλιματιζόμενου αέρα για την απομάκρυνση της θερμότητας και υγρασίας Διατήρηση ενέργειας: Διατήρησης της μάζας ύδατος: Από αυτές προκύπτει ότι: Δηλαδή για δεδομένη επιθυμητή κατάσταση απαγωγής του αέρα, όλες οι δυνατές καταστάσεις του αέρα προσαγωγής βρίσκονται σε ευθεία η οποία ξεκινά από την συνθήκη απαγωγής με διεύθυνση που καθορίζεται από τον προηγούμενο λόγο.

Αέρας απάγεται σε συνθήκες t ξ =25 °C, t υ =19 °C. Τα αισθητά κέρδη του χώρου είναι 9 kW. Η εκλυόμενη υγρασία είναι 0,0015 kg/s (υ). Αυτή θεωρείται ως κεκορεσμένος υδρατμός στους 30 °C. Στον χώρο εισάγεται υγρός αέρας t ξ =15 °C. Να υπολογισθεί η t υ του εισαγομένου αέρα και η παροχή του. Από πίνακες προκύπτει ότι η ενθαλπία των κεκορεσμένων υδρατμών είναι h g = 2555,52 kJ/kg (υ). Οπότε: Στον ψ.χ. χαράσσεται η γραμμή αναφοράς για την τιμή αυτή. Φέρεται παράλληλος προς αυτήν μέχρι την κατάσταση 2. Η τομή της τελευταίας με την t ξ =15 °C αντιστοιχεί στην αρχική κατάσταση. Οπότε t υ = 13,8 °C.