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