UNIVEZIT TOÁŠE TI VE ZLÍNĚ FKULT PLIKOVNÉ INFOTIKY VYNÉ STTĚ Z POCESNÍHO INŽENÝSTVÍ 10 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Dagar Janáčvá, Hana Charvátvá Zlín 201 Tent studijní ateriál vznikl za finanční dry Evrskéh sciálníh fndu (ESF) a rzčtu České reubliky v ráci řešení rjektu: ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
2 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Obsah Sušicí vzduch (Sušení - část )...Chyba! Zálžka není definvána. 1. Základní jy... 2. Sušicí rstředí - vlhký vzduch.... Diagra vlhkéh vzduchu... 7 Sezna syblů... 9 Pužitá literatura... 10 ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
Vlastnsti vlhkéh vzduchu Vlastnsti vlhkéh vzduchu STUČNÝ OSH PŘEDNÁŠKY: Sušicí rstředí Vlastnsti vlhkéh vzduchu Diagra vlhkéh vzduchu Průběh hřevu, vlhčení a chlazení vzduchu v diagrau tivace: Sušení jak technlgický rces je dnes využíván v nha blastech růyslu, jeh růběh ůže výrazně vlivnit kvalitu rdukvaných výrbků. T nás nutí k nastavení nejvhdnějších dínek r sušicí rces, které bez znalsti teretických základů není žný. Sušení za tiálních dínek á význaný vliv na výslednu jakst sušenéh ateriálu, klesá střeba energie - vzhlede k její rstucí ceně lze dsáhnut nealých eknických úsr. CÍL: Pchení rinciu sušicíh děje a řírava studentů na řešení úlh z technické raxe, které jsu sjeny se sušení. 1. Základní jy Sušení: Sušení se nazývá rces, ři které se cí teelné energie dstraňuje z ateriálu vlhkst ve frě vdní áry jak z vrchu tak z vnitřní textury. Sušení difuzní děj: savlný řens vlhksti hybe lekul z blasti vyšší kncentrace d blasti s nižší kncentrací vlive tela. Sušicí křivka: charakteristika sušícíh rcesu, která vyjadřuje zěnu vlhksti sušenéh ateriálu v závislsti na dbě sušení. Vlhký vzduch: sěs suchéh vzduchu a vdní áry Diagra vlhkéh vzduchu: technický diagra r určvání stavu vzduchu sestrjený v ksúhlých suřadnicích 2. Sušicí rstředí vlhký vzduch V technické raxi je nejčastější sušicí rstředí vzduch a vlhkstí vda. Prjekt sušárny usí tedy zajišťvat, aby vzduch rudil sušárnu v takvé nžství a v takvé stavu, aby hl celkvé nžství dařené vdy. Pr statický výčet sušárny je tedy nutn znát záknitsti, jiiž se řídí růběh zěny sušicíh rstředí. ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
4 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Vzduch užívaný jak sušicí rstředí je sěsí suchéh vzduchu a vdní áry, tzv. vlhký vzduch. Fyzikální vlastnsti vlhkéh vzduchu Při teltách nad 22 K a ři nízkých tlacích (10 5 Pa) lze vlhký vzduch z hlediska terdynaiky važvat za ideální sěs lyn - ára. V takvé sěsi se jedna slžka (suchý vzduch) chvá tak, že ji lze širké rzezí tlaků važvat za ideální lyn. Druhá slžka (vdní ára) ředevší v blízksti nasycenéh stavu a ři alé tlaku slňuje ředstavu ideálníh lynu hůře. Uvážíe-li že arciální tlak vdní áry ve vlhké vzduchu ředstavuje uze zlek celkvéh tlaku, ůžee řiustit ředstavu vlhkéh vzduchu jak sěsi dvu ideálních lynů. Nutn ři t ít na zřeteli, že jedna z bu slžek (vdní ára) ři dsažení eze nasycení kndenzuje. Pr ideální lyny a jejich sěsi latí Daltnův zákn, dle něhž je tlak sěsi sučte dílčích tlaků jedntlivých slžek, které lynnu sěs tvří. Pr vlhký vzduch tedy latí vztah : + Parciální tlaky řehřáté vdní áry a suchéh vzduchu lze vyčítat ze stavvé rvnice ideálních lynů : T T, V V kde T je abslutní telta a bje V jsu araetry vlhkéh vzduchu. U sěsí lyn - ára výhdné vztahvat stavvé veličiny na jedntkvé nžství suchéh lynu, které je běhe sušení stálé. ění se uze bsah vdní áry a bje sěsi. nžství vdní áry vztažené na jedntkvé nžství suchéh vzduchu se značuje jak relativní htnstní zlek vlhksti Y. Pdle tét definice lze ěrnu vlhkst Y vyjádřit ρ cí rvnice : Y ρ jedntlivé hdnty knstant lze určit cí vztahů :, kde je univerzální lynvá knstanta 814,2 [J kl 1 K 1 ] a htnsti slžek sěsi. -1 18,00[kg kl ], 28,98[kg kl, jsu lární -1 ] Dsazení d rvnic (2.11), (2.12) dstanee : -1-1 -1-1 462 [J kg K ], 287,1 [J kg K ] ěrnu vlhkst vzduchu, za užití těcht hdnt lze vyjádřit vztahe : ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
5 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Y, 622 0 neb Y 0, 622 dsud ak ůžee vyjádřit tlak áry vztahe : Y 0, 622 + Y Pr vlbu knečné vlhksti u hygrskických ateriálů je důležité znát hdntu rvnvážné vlhksti. Tat hdnta je závislá na relativní vlhksti sušicíh rstředí. elativní vlhkst sušicíh rstředí ϕ je ěřítke nasycensti vzduchu vdní áru a je dána výraze : ϕ bslutní vlhkst vzduchu stavvé rvnice lyne : ρ je v dstatě husttu vdní áry ve vzduchu. Ze ρ T lvá ěrná vlhkst vzduchu udává čet lů áry řiadající na jeden l suchéh vzduchu : Y 1, 61 ϕ Telta ezníh adiabatickéh chlazení tj. telta, na kteru lze v teelně izlvané sustavě chladit vzduch ři stálé tlaku bez řívdu tela uze dařvání vdy téže telty. Odařvání vdy sknčí v kažiku, kdy se vzduch nad vdní hladinu nasytí vdní áru. Pr tent rces je žné sestavit telenu a vlhkstní bilanci : c t + i ( Δ ) c + x Δ Za ředkladu, že všechn tel třebné k daření vdy debírá vzduch, bude telta vdy běhe rcesu stálá : t t t e D + t e x Y + Tat telta se nazývá telta ezníh adiabatickéh chlazení t D. Vztáhnee-li zěny entalie na zěnu ěrné vlhksti, dstanee rvnici: ie i Δ i c t D x x Δ x e i e ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
6 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Telta rsnéh bdu je telta, na kteru je třeba chladit nenasycenu sěs vzduch vdní ára, aby ára začala kndenzvat. Při znáé tlaku vdní áry, naleznee teltu rsnéh bdu v tabulkách za ředkladu, že. Pr husttu vlhkéh vzduchu (kud važujee vlhký vzduch za sěs dvu ideálních lynů), latí aditivní zákn, cž znaená, že hustta vlhkéh vzduchu se rvná sučtu hustt vzduchu a vdní áry ři říslušných arciálních tlacích slžek : ρ T + T T + T T 1 1 T Entalie vlhkéh vzduchu Entalii vlhkéh vzduchu vyjádříe jak sučet entalie suchéh vzduchu a vdní áry : I i + i Vztáhnee-li ji na 1kg suchéh vzduchu (tedy na (1+x) kg vlhkéh vzduchu) dstanee ěrnu entalii. Platí : I i i + y i Střední ěrné tel není knstantní a v rzezí telt d 0 d 500 C je dán vztahe. Za tht ředkladu ak : c 0,996 10 + 0, 095 t i (0,996 10 + 0,095 t) t Entalie vdní áry je dána vztahe [2] : ( 2490 + 1,97 t) 10 Tedy entalie vlhkéh vzduchu je dána rvnicí : i i i + Y i ( 0,996 10 + 0,095 t) t + Y (2490 + 1,97t )10 ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
7. Diagra vlhkéh vzduchu (llierův, také azinův) Vlastnsti vlhkéh vzduchu Pr zjedndušení výčtů a sledvání zěn stavů sušicíh rstředí se z výhdu užívá diagrau vlhkéh vzduchu. Suřadnice tht diagrau jsu relativní ěrná entalie vlhkéh vzduchu I a relativní htnstní zlek vlhksti Y, které jsu vztaženy na 1kg suchéh vzduchu. Obsah vlhksti Y je udán v kg vlhksti na kg abslutně suchéh vzduchu vlhksti Y. Y Prtže v důsledku velkéh výarnéh tela vdy by ři užití ravúhléh systéu suřadnic rbíhaly iztery v diagrau říliš strě, vyhvuje lée ksúhlý systé suřadnic. Jak další araetry vlhkéh vzduchu jsu d diagrau vyneseny telta t, relativní vlhkst ϕ, iztery adiabatickéh nasycení, arciální tlak vdní áry ve vzduchu bsažené, ěrná entalie I, ěrná vlhkst vzduchu Y atd. Ksúhlý systé suřadnic Každý bd v diagrau ředstavuje určitý stav vlhkéh vzduchu a dá se stanvit jak růsečík kterýchkliv dvu čar uvedených knstantních vlastnstí. Křivka knstantní relativní vlhksti φ 100 % rzděluje diagra na dvě části nad křivku jsu stavy sěsi vzduch a vdní áry, d křivku vdní áry kndenzují (jedná se blast lhviny). Při výčtech beree za základ htnst sušiny, tj. bezvdéh ateriálu. Diagrau se r jeh jednduchst k výčtů r sušící rcesy čast užívá, ři čež r jedntlivé celkvé tlaky vzduchu se usí vždy zvlášť knstruvat. ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
8 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Diagra vlhkéh vzduchu říka knstantní entalie I 200 kj / kg., říka knstantníh bsahu vlhksti Y 0,08 kg/ kg. iztera t 110 C., iztera adiabatickéh nasycení (vlhkéh telěru) tw 51 C., křivka knstantní relativní vlhksti ϕ 100% - vzduch je vlhkstí nasycen, říka arciálníh tlaku vdní áry. Průběh zěn stavu vzduchu v diagrau ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
9 Vlastnsti vlhkéh vzduchu Sezna syblů Sybl Veličina Jedntka c ěrná teelná kaacita ateriálu [ kj kg K ] c c ěrná teelná kaacita suchéh ateriálu [ kj kg ] K i ěrná entalie vdní áry [ J kg ] i e ěrná entalie sušicíh vzduchu na hranici sytsti vystuujícíh ze sušárny [ J kg ] i ěrná entalie sušicíh vzduchu vstuujícíh d sušárny [ J kg ] htnst vlhksti [ kg ] C htnst sušiny [ kg ] htnst abslutně suché tuhé látky [ kg ] at. ṁ htnstní růtk suchéh vzduchu sušárnu [ kg s ] ṁ C růtk suchéh ateriálu sušárnu [ kg s ] celkvý tlak sěsi řehřáté vdní áry a suchéh vzduchu [ Pa ] arciální tlak řehřáté vdní áry [ Pa ] arciální tlak suchéh vzduchu [ Pa ] arciální tlak nasycených ar vlhksti ři teltě lynu [ Pa ] atsférický tlak [ Pa ] at. t 0 telta klníh rstředí [ t telta sušicíh rstředí [ C] t D telta ezníh adiabatickéh chlazení [ C] t telta ateriálu [ C] at. x kartézká suřadnice [ ] I relativní ěrná entalie ateriálu [ kj kg ] kg kl lární htnst áry [ ] lární htnst suchéh vzduchu [ kg kl ] univerzální lynvá lynvá knstanta [ J kl K ] lynvá knstanta řehřáté vdní áry [ J kl ] K lynvá knstanta suchéh vzduchu [ J kl ] K T abslutní telta vlhkéh vzduchu [ C] V bje vlhkéh vzduchu [ ] X relativní htnstní zlek vlhksti v ateriálu [ ] * X rvnvážná vlhkst ateriálu [ ] Y relativní htnstní zlek vlhksti v lynné áře [ ] τ čas [] s ρ hustta řehřáté vdní áry [ kg ] ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD
10 Vlastnsti vlhkéh vzduchu ρ hustta vlhkéh vzduchu [ kg ] ϕ relativní vlhkst sušicíh rstředí [ ] ϕ e vlhkst vzduchu vystuujícíh z sušárny [%] ϕ i vlhkst vzduchu vystuujícíh z kalriferu [%] ϕ vlhkst čerstvéh vzduchu vstuujícíh d sušárny [%] 0 w tk vlhksti [kg. s -1 ] τ čas [] s ϕ relativní vlhkst sušicíh rstředí [ ] Přednáškvý text se vztahuje k tázká: Sušení. Vlastnsti sušicíh vzduchu. llierův i-x diagra vlhkéh vzduchu. ěrná entalie, relativní htnstní zlek, relativní vlhkst, rsný bd, telta vlhkéh telěru. Průběh rcesu sušení, hřevu, chlazení v diagrau vlhkéh vzduchu. Pužitá literatura [1] Klazník, K.: Terie technlgických rcesů II, VUT rn, FT Zlín, 1975 [2] Klat, P.: Přens tela a hty, FS, VŠ-TU Ostrava, 2001 [] Šesták,J., ieger,f.: Přens hybnsti, tela a hty, FS, ČVUT Praha, 199 [4] Klazník, K.: delvání zracvatelských rcesů, VUT rn, FT Zlín, 1990 [5] íka, V. a kl: Cheick-inženýrské výčty I, II, VŠCHT Praha, III. vydání, 1996 [6] Valchář, J., Chc,., Tůa, V., Klář, S.: Sušení v cheické růyslu, Státní Nakladatelství Technické Literatury, Praha, 1.vyd., 1967., s.260, ISN 04-619-67. ODENIZCE VÝUKOVÝCH TEIÁLŮ DIDKTICKÝCH ETOD