30.12.2014 Views

Nekoliko riješenih zadataka iz područja Vlažnog zraka - FSB

Nekoliko riješenih zadataka iz područja Vlažnog zraka - FSB

Nekoliko riješenih zadataka iz područja Vlažnog zraka - FSB

SHOW MORE
SHOW LESS

Create successful ePaper yourself

Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.

<strong>Nekoliko</strong> riješenih <strong>zadataka</strong> <strong>iz</strong> područja Vlažnog <strong>zraka</strong><br />

Kako je već najavljeno, studenti koji slušaju predmet Osnove termodinamike A , na<br />

pismenom dijelu ispita rješavat će i zadatak <strong>iz</strong> područja Vlažnog <strong>zraka</strong>, umjesto zadatka <strong>iz</strong><br />

područja Izgaranja. To znači da će se na pismenom dijelu ispita alternirati zadaci <strong>iz</strong> navedena<br />

dva područja.<br />

U tu svrhu daju se primjeri rješenja nekoliko <strong>zadataka</strong> <strong>iz</strong> područja Vlažnog <strong>zraka</strong>. Tijekom<br />

rješavanja <strong>zadataka</strong> koristila se literatura [1] i [2]<br />

1. Zadatak<br />

Zadaci i rješenja<br />

U prostoriji dimenzija 5 × 5 × 3 m nalazi se vlažni zrak ukupnog tlaka 760 mmHg,<br />

temperature 35 o C i relativne vlažnosti 40 %. Potrebno je odrediti:<br />

a) – sadržaj vlage i specifičnu entalpiju tog <strong>zraka</strong>;<br />

b) – temperaturu rosišta tog <strong>zraka</strong>;<br />

c) – specifični volumen <strong>zraka</strong><br />

d) – masu suhog <strong>zraka</strong> i masu vodene pare (vlage) u toj prostoriji.<br />

Rješenje<br />

a) – Sadržaj vlage i specifičnu entalpiju ovog <strong>zraka</strong> određuje se prema sljedećim jednadžbama<br />

( ϑ1<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

ϕ1<br />

ps<br />

ϕ1<br />

ps<br />

x1<br />

= 0,622<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ1<br />

s 1 p −ϕ1<br />

s<br />

x 1 = 0,01412 kg/kg<br />

o<br />

( 35 C)<br />

0,40 ⋅ 0,05622<br />

= 0,622 ⋅<br />

p ( 35 C) 1,0133 − 0,40 ⋅ 0, 05622<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅35<br />

+ 0,01412 ⋅ ( 2500 + 1,93 35)<br />

1+ x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ1<br />

⋅<br />

= 71,43 kJ/kg<br />

( h ) ( h )<br />

1+<br />

x<br />

x<br />

−<br />

sH 1+<br />

x<br />

sH<br />

− x<br />

1<br />

1<br />

= cvϑ<br />

sH<br />

(1)<br />

b) – Temperaturu rosišta <strong>zraka</strong> dobije se <strong>iz</strong> uvjeta x 1 = x R , koristeći sljedeću jednadžbu<br />

p<br />

xR 0, 622<br />

p −<br />

( ϑR<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

s<br />

= →<br />

s<br />

x p<br />

0,622<br />

+ xR<br />

R<br />

0,01412 ⋅1,0133<br />

0,622 + 0,01412<br />

R<br />

( ) = =<br />

0,02249 bar<br />

p ϑ<br />

s R<br />

=<br />

Koristeći toplinske tablice [2], linearnom interpolacijom se dobiva <strong>iz</strong>nos temperature rosišta<br />

20 −19<br />

ϑ = 19 +<br />

⋅<br />

0,02337 − 0,02196<br />

( 0,02249 − 0,02196)<br />

R<br />

=<br />

19,38 o C


c) – volumen <strong>zraka</strong>, sveden na kilogram suhog <strong>zraka</strong>, računa se prema jednadžbi<br />

T<br />

308,15<br />

461<br />

1<br />

5<br />

p<br />

1,0133⋅10<br />

1<br />

( ) = ,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,01412)<br />

v1 + x<br />

x<br />

=<br />

1<br />

0,893 m 3 /kg<br />

d) – Masu suhog <strong>zraka</strong> odnosno masu vlage određuje se prema sljedećim jednadžbama:<br />

m<br />

p V<br />

o<br />

( p −ϕ<br />

p ( 35 C<br />

) ( 1,0133 − 0,40 ⋅ 0,05622)<br />

⋅10<br />

⋅ 75<br />

5<br />

z<br />

1 s<br />

z<br />

= =<br />

=<br />

=<br />

RzT<br />

RzT1<br />

287 ⋅308,15<br />

84,026 kg<br />

md = x1mz<br />

= 0,01412 ⋅84,026<br />

= 1,186 kg<br />

Masu vode, koja je u ovom slučaju u obliku pregrijane vodene pare, može se također<br />

<strong>iz</strong>računati koristeći sljedeću jednadžbu<br />

m<br />

=<br />

p V ϕ p<br />

=<br />

o<br />

( 35 C)<br />

5<br />

0,4 ⋅ 0,05622 ⋅10<br />

⋅ 75<br />

=<br />

461,5 ⋅308,15<br />

d 1 s<br />

z<br />

=<br />

RdT<br />

RzT1<br />

a što je identično gore dobivenom rezultatu!<br />

1,186 kg<br />

2. Zadatak<br />

U dobro <strong>iz</strong>oliranoj cijevi je smješten ventilator snage 1,3 kW. Ventilator usisava vlažni zrak<br />

nekog ulaznog stanja, tako da je na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong> cijevi (<strong>iz</strong>a ventilatora) <strong>iz</strong>mjeren volumenski<br />

protok <strong>zraka</strong> 0,5 m 3 /s, pri temperaturi 22 o C i relativnoj vlažnosti 60%. Potrebno je odrediti:<br />

a) – temperaturu i relativnu vlažnost <strong>zraka</strong> na ulazu u cijev (ispred ventilatora);<br />

b) – volumenski protok <strong>zraka</strong> na ulazu u cijev.<br />

Uzeti da je ukupni tlak <strong>zraka</strong> prije i nakon ventilatora 1 bar. Stanja <strong>zraka</strong> na ulazu u ventilator<br />

i na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong> ventilatora prikazati u h 1+x ,x- dijagramu!<br />

Rješenje<br />

a) Primjenjujući I. zakon termodinamike za ova otvoreni sustav, kroz čije granice kontrolnog<br />

volumena struji zrak, odnosno zadana snaga ventilatora, može se napisati sljedeću jednadžbu:<br />

(( h ) ( h ) )<br />

− (1)<br />

P<br />

12<br />

= qm<br />

1+ x<br />

−<br />

2 1+<br />

x<br />

2<br />

Maseni protok suhog <strong>zraka</strong> je konstantan i određuje se <strong>iz</strong> zadanih podataka <strong>zraka</strong> na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong><br />

cijevi<br />

q<br />

m<br />

=<br />

q<br />

pqV<br />

=<br />

461,5<br />

2 2<br />

V 2<br />

2<br />

1+ x<br />

x<br />

2<br />

( v ) ⋅T<br />

( + 0,622)<br />

(2)<br />

Sadržaj vlage x 2 se računa prema jednadžbi


( ϑ2<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

ϕ2<br />

ps<br />

ϕ<br />

2<br />

ps<br />

x2<br />

= 0,622<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

2 s 2 p − ϕ2<br />

s<br />

x 2 = 0,0100 kg/kg<br />

Vraćanjem ove vrijednosti u jed. (2) slijedi<br />

o<br />

( 22 C)<br />

0,60 ⋅ 0,02642<br />

= 0,622 ⋅<br />

p ( 22 C) 1−<br />

0,60 ⋅ 0, 02642<br />

q<br />

m<br />

=<br />

1⋅10<br />

461,5 ⋅ 295,15 ⋅<br />

5<br />

⋅ 0,5<br />

( 0,0100 + 0,622)<br />

= 0,5808 kg/s<br />

Iz zadanih podatak je moguće odrediti specifičnu entalpiju (h 1+x ) 2<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

22 + 0,0100 ⋅ ( 2500 + 1,93 22)<br />

1+ x 2 pz<br />

2 2 0 pdϑ2<br />

⋅<br />

= 47,53 kJ/kg<br />

Iz jed.(1), zajedno s <strong>iz</strong>računatim i zadanim vrijednostima, odredi se specifičnu entalpiju (h 1+x ) 1<br />

( h ) ( h )<br />

P<br />

1,3<br />

= 47,53 -<br />

0,5808<br />

12<br />

1 + x<br />

=<br />

1 1+<br />

x<br />

−<br />

=<br />

2<br />

qm<br />

45,292 kJ/kg<br />

Koristeći <strong>iz</strong>raz za specifičnu entalpiju za stanje 1, (h 1+x ) 1<br />

( h ) = 1,<br />

ϑ + x ( r + c ϑ )<br />

1+<br />

x<br />

005<br />

1<br />

2<br />

1<br />

0<br />

pd<br />

1<br />

i uvjet da je x 1 = x 2 , moguće je odrediti temperaturu vlažnog <strong>zraka</strong> ispred ventilatora<br />

ϑ<br />

( h )<br />

− r x<br />

45,292 − 0,01⋅<br />

2500<br />

=<br />

1,005 + 1,93⋅<br />

0,01<br />

1+<br />

x 1 0 1<br />

1<br />

=<br />

=<br />

c<br />

pz<br />

+ x1c<br />

pd<br />

19,81 o C<br />

pa se i relativnu vlažnost <strong>zraka</strong> ispred ventilatora određuje prema jednadžbi<br />

ϕ<br />

x<br />

p<br />

1<br />

1<br />

= (3)<br />

( 0,622<br />

+ x1<br />

) ps<br />

( ϑ1<br />

)<br />

Tlak zasićenja p s (ϑ 1 =19,81 o C) određuje se linearnom interpolacijom i podacima <strong>iz</strong> [2]<br />

p<br />

s<br />

ps<br />

o<br />

o<br />

o<br />

o ps<br />

( ) ( )<br />

( 20 C) − ps<br />

( 19 C)<br />

19,81 C = ps<br />

19 C +<br />

⋅<br />

20 −19<br />

o<br />

0,02337 − 0,02196<br />

( 19,81 C) = 0,02196 +<br />

⋅ 0, 81 =<br />

20 −19<br />

0,81<br />

0,0231 bar<br />

Vraćanjem ove vrijednosti u jed.(3)dobiva se tražena vrijednost relativne vlažnosti<br />

0,01⋅1<br />

ϕ =<br />

0,6850; (= 68,5%)<br />

( 0,622 + 0,01) ⋅ 0, 0231<br />

1<br />

=<br />

b) Volumenski se protok <strong>zraka</strong> na ulazu u ventilator (cijev) računa prema jednadžbi


T<br />

292,96<br />

qV<br />

= qm<br />

1+ x m<br />

461 x<br />

1<br />

1<br />

5<br />

p<br />

1⋅10<br />

q V1 = 0,4963 m 3 /s<br />

1<br />

( v ) = q ⋅ ,5 ( 1+<br />

) = 0,5808⋅<br />

461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 0,01)<br />

1<br />

+<br />

3. Zadatak<br />

Jedan od načina odstranjivanja vlage <strong>iz</strong> vlažnog <strong>zraka</strong> (odvlaživanje) se svodi na ohlađivanje<br />

tog <strong>zraka</strong> u jednom hladnjaku ispod temperature rosišta, naknadnog odstranjivanja nastale<br />

kapljevite vlage, te potom zagrijavanja tog <strong>zraka</strong> u zagrijaču do (obično) početne temperature.<br />

Na taj je način potrebno 500 m 3 /h vlažnog <strong>zraka</strong> početnog stanja 50 o C i relativne vlažnosti 80<br />

%, dovesti na istu temperaturu i relativnu vlažnost 40%. Potrebno je odrediti:<br />

a) – temperaturu <strong>zraka</strong> na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong> hladnjaka;<br />

b) – rashladni učinak hladnjaka i ogrjevni učinak zagrijača <strong>zraka</strong>;<br />

c) – maseni protok kondenzirajuće vlage.<br />

Skica procesa u h 1+x ,x – dijagramu!<br />

Skicu opisanog procesa prikazuje slika 1.<br />

Rješenje<br />

Slika 1. Skica procesa<br />

a) – Ako se stanjem 3 označi traženo konačno stanje <strong>zraka</strong>, tada su sljedeće vrijednosti<br />

veličina u tom stanju:<br />

o<br />

( ϑ3<br />

= 50 C)<br />

p ( ϑ = 50 C)<br />

ϕ3<br />

ps<br />

0,40 ⋅ 0,12335<br />

x<br />

3<br />

= 0,622<br />

= 0,622 ⋅<br />

= 0,0323 kg/kg<br />

o<br />

p − ϕ<br />

1−<br />

0,40 ⋅ 0,12335<br />

3<br />

s<br />

3<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅50<br />

+ 0,0323⋅<br />

( 2500 + 1,93⋅50)<br />

1 + x 3 pz<br />

3 3 0 pdϑ3<br />

=<br />

134,12 kJ/kg


Veličine početnog stanja vlažnog <strong>zraka</strong> imaju sljedeće vrijednosti:<br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 50 C)<br />

p ( ϑ = 50 C)<br />

ϕ1<br />

ps<br />

0,80 ⋅ 0,12335<br />

x<br />

1<br />

= 0,622<br />

= 0,622 ⋅<br />

= 0,0681 kg/kg<br />

o<br />

p −ϕ<br />

1−<br />

0,80 ⋅ 0,12335<br />

1<br />

s<br />

1<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅50<br />

+ 0,0681⋅<br />

( 2500 + 1,93⋅50)<br />

1 + x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ3<br />

=<br />

227,07 kJ/kg<br />

T<br />

323,15<br />

461<br />

1<br />

5<br />

p<br />

1⋅10<br />

1<br />

( ) = ,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,0681)<br />

v1 + x<br />

x<br />

=<br />

1<br />

1,0292 m 3 /kg<br />

pa maseni protok suhog <strong>zraka</strong> kroz sustav <strong>iz</strong>nosi<br />

q<br />

q<br />

500<br />

=<br />

1,0292<br />

V1<br />

mz<br />

=<br />

=<br />

( v1<br />

+x<br />

)<br />

1<br />

485,83 kg/h<br />

Iz uvjeta da je x 3 = x 2s , može se napisati sljedeću jednadžbu<br />

x2s = 0, 622<br />

p<br />

p −<br />

( ϑ2<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

s<br />

s<br />

2<br />

<strong>iz</strong> koje se lako <strong>iz</strong>računa p s (ϑ 2 )<br />

p<br />

2s<br />

( ϑ )<br />

s 2<br />

x p 0,0323⋅1<br />

= = = 0,049366<br />

0,622 + x 0,622 + 0,0323<br />

2s<br />

bar<br />

Iz tog se tlaka, koristeći toplinske tablice, linearnom interpolacijom odredi temperaturu ϑ 2<br />

ϑ<br />

2<br />

= 32,5 ° C<br />

Specifična entalpija u točki 2s je<br />

( h ) c ϑ x ( r c ϑ ) ( )<br />

1 x pz 2s 2s 0 pd 2s<br />

+<br />

= + + = 1,005⋅ 32,52 + 0,0323⋅ 2500 + 1,93⋅<br />

32,52<br />

2s<br />

= 115,46 kJ/kg<br />

( h 1+<br />

x<br />

) 2s<br />

Točka 2 pada u zasićeno područje s vlagom i u obliku kapljevine, pa je specifična entalpija u<br />

toj točki jednaka<br />

( h1 + x<br />

) = c<br />

pzϑ2<br />

+ x2s<br />

( r0<br />

+ c<br />

pdϑ3<br />

) + ( x1<br />

− x2s<br />

) cvϑ2<br />

2<br />

( x ) ( ) ( )<br />

( h + ) = kJ/kg<br />

h<br />

1 +<br />

= 1,005⋅ 32,52 + 0,0323⋅ 2500 + 1,93⋅ 32,52 + 0,0681−0,0323 ⋅4,187⋅<br />

32,52<br />

2<br />

1 x<br />

120,33<br />

2<br />

b) Rashladni učinak hladnjaka <strong>iz</strong>nosi


485,83<br />

Φhl = Φ12 = qmz (( h1 + x) − ( h1<br />

) ) ( )<br />

2 + x<br />

= ⋅<br />

1<br />

120,33 − 227,07 = - 14,40 kW<br />

3600<br />

a ogrjevni učinak zagrijača <strong>zraka</strong> je<br />

485,83<br />

Φgr = Φ2s3 = qmz (( h1 + x) − ( h1<br />

) ) ( )<br />

3 + x<br />

= ⋅<br />

2s<br />

134,12 − 115,46 = 2,52kW<br />

3600<br />

c) Maseni protok kondenzata je jednak<br />

q<br />

( x − ) = 485,83⋅<br />

( 0,0681−<br />

0,0323)<br />

mv<br />

= qmz<br />

2<br />

x2s<br />

=<br />

17,39 kg/h<br />

Prikaz procesa u h 1+x ,x – dijagramu prikazuje donja slika 2.<br />

Slika 2. Prikaz procesa, u h 1+x , x – dijagramu<br />

4. Zadatak<br />

U <strong>iz</strong>olirano mješalište ulazi 500 m 3 /h vlažnog <strong>zraka</strong> stanja 1,1 bar, temperature 30 o C i<br />

relativne vlažnosti 50% i struja vlažnog <strong>zraka</strong> ukupnog tlaka 1,1 bar, temperature 40 o C,<br />

relativne vlažnosti 60% nepoznatog volumenskog protoka. Nastala mješavina se zatim hladi<br />

u hladnjaku, tako da <strong>iz</strong> hladnjaka <strong>iz</strong>lazi zasićeni vlažni zrak temperature 25 o C i također<br />

ukupnog tlaka 1,1 bar. Potrebno je odrediti:<br />

a) – volumenski protok druge (toplije) struje;<br />

b) – rashladni učinak hladnjaka.<br />

Cjelokupni proces prikazati u h 1+x ,x – dijagramu!


Rješenje<br />

Slika 3a prikazuje shemu zadanog procesa, a slika 3b prikazuje proces u h 1+x ,x – dijagramu<br />

Slika 3a. Shema procesa<br />

Slika 3b. Prikaz procesa u h 1+x ,x- dijagramu<br />

a) – Iz zadanih se podataka mogu odrediti veličine u točki 1<br />

x<br />

ϕ1<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 30 C)<br />

0,50 ⋅ 0,04241<br />

= 0,622 ⋅<br />

p ( ϑ = 30 C) 1,1 − 0,50 ⋅ 0, 04241<br />

1<br />

=<br />

1 s 3<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅30<br />

+ 0,0122 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅30)<br />

0,0122 kg/kg<br />

1 + x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ1<br />

=<br />

T<br />

303,15<br />

461<br />

1<br />

5<br />

p<br />

1,1 ⋅10<br />

1<br />

( ) = ,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,0122)<br />

v1 + x<br />

x<br />

=<br />

1<br />

61,36 kJ/kg<br />

0,807 m 3 /kg


q<br />

q<br />

500<br />

=<br />

0,807<br />

V1<br />

mz1<br />

=<br />

=<br />

( v1<br />

+x<br />

)<br />

1<br />

619,88<br />

kg/h<br />

Nadalje je moguće odrediti stanje u točki 4, koja predstavlja stanje zasićenog vlažnog <strong>zraka</strong><br />

x<br />

o<br />

( ϑ4<br />

= 25 C)<br />

0,03166<br />

= 0,622 ⋅<br />

p ( ϑ = 25 C) 1,1 − 0, 03166<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −<br />

4<br />

=<br />

s 4<br />

0,0184 kg/kg<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

25 + 0,0184 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

25)<br />

1 + x 4 pz<br />

4 4 0 pdϑ4<br />

=<br />

Relevantne veličine u točki 2 (toplija struja) su<br />

x<br />

ϕ2<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

o<br />

( ϑ2<br />

= 40 C)<br />

0,60 ⋅ 0,07375<br />

= 0,622 ⋅<br />

p ( ϑ = 40 C) 1,1 − 0,60 ⋅ 0, 07375<br />

2<br />

=<br />

2 s 2<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

40 + 0,0261⋅<br />

( 2500 + 1,93⋅<br />

40)<br />

1 + x 2 pz<br />

2 4 0 pdϑ2<br />

=<br />

T<br />

p<br />

313,15<br />

5<br />

1,1 ⋅10<br />

0,0261 kg/kg<br />

72,01 kJ/kg<br />

107,39 kJ/kg<br />

2<br />

3<br />

( ) = 461,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,0261) 0,852 m /kg<br />

v1 + x<br />

x<br />

2<br />

2<br />

=<br />

Kako je x 3 = x 4 , <strong>iz</strong> bilance vlage mješališta, lako se određuje maseni protok toplije struje<br />

q<br />

q<br />

x<br />

− x<br />

0,0184-0,0122<br />

619,88 499,09 kg/h<br />

3 1<br />

m2<br />

=<br />

m1<br />

= ⋅ =<br />

x2 −x3<br />

0,0261−0,0184<br />

pa je traženi volumenski protok druge (toplije) struje jednak<br />

( v )<br />

qV<br />

2<br />

= qmz2<br />

1+x<br />

= 499,09 ⋅ 0,852 = 425,23 m 3 /h<br />

2<br />

b) – Specifična entalpija u točki 3 (na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong> mješališta) dobije se <strong>iz</strong> energijske bilance<br />

postavljene za ovo <strong>iz</strong>olirano mješalište<br />

( h )<br />

q<br />

( h ) + q ( h )<br />

619,88 ⋅ 61,36 + 499,09 ⋅107,39<br />

=<br />

619,88 + 499,09<br />

mz1 1+<br />

x 1 mz2 1+<br />

x 2<br />

1 + x<br />

=<br />

=<br />

3<br />

qmz1<br />

+ qmz2<br />

pa rashladni učinak hladnjaka <strong>iz</strong>nosi<br />

Φ<br />

619,88 + 499,09<br />

3600<br />

(( h ) − ( h ) ) =<br />

⋅ ( 72,01−<br />

81,89)<br />

hl<br />

= Φ34<br />

= qmz<br />

1+ x 4 1+<br />

x<br />

=<br />

31<br />

81,89 kJ/kg<br />

- 3,07 kW


5. Zadatak<br />

Stanje vlažnog (okolišnjeg) <strong>zraka</strong> određuje se psihrometrom na kojem termometri pokazuju<br />

temperature 35 o C odnosno 23 o C, dok barometar pokazuje tlak od 760 mm Hg. Potrebno je<br />

odrediti.<br />

a) – sadržaj vlage i relativnu vlažnost tog <strong>zraka</strong>;<br />

b) – temperaturu rosišta tok (okolišnjeg) <strong>zraka</strong>.<br />

Način određivanja stanja <strong>zraka</strong> na temelju očitanih temperatura, kao i temperaturu rosišta<br />

prikazati u h 1+x ,x- dijagramu!<br />

Rješenje<br />

a) – Višu temperaturu na psihrometru pokazuje suhi a nižu temperaturu vlažni termometar, to<br />

znači da je<br />

ϑ = ϑ<br />

s 1<br />

=<br />

vl<br />

ϑ sH<br />

35 o C;<br />

ϑ = = 23 o C → temperatura granice hlađenja<br />

Prema [1] može se napisati sljedeću jednadžbu<br />

( h ) ( h )<br />

1+<br />

x<br />

x<br />

−<br />

sH 1+<br />

x<br />

sH<br />

− x<br />

1<br />

1<br />

= cvϑ<br />

sH<br />

(1)<br />

Iz zadanih podataka moguće je <strong>iz</strong>računati specifičnu entalpiju i sadržaj pare u točki granice<br />

hlađenja sH:<br />

o<br />

( ϑsH<br />

= 23 C)<br />

p ( ϑ = 23 C)<br />

ps<br />

0,02808<br />

x<br />

sH<br />

= 0,622<br />

= 0,622 ⋅<br />

= 0,0177 kg/kg (a)<br />

o<br />

p −<br />

1,0133 − 0,02808<br />

s<br />

sH<br />

( ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

23 + 0,0177 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

23)<br />

h 68,22 kJ/kg (b)<br />

1 + x sH pz<br />

sH sH 0 pdϑsH<br />

=<br />

( h1 + x<br />

) = c<br />

pz<br />

1<br />

+ x1( r0<br />

+ c<br />

pdϑ1<br />

) = 1,005⋅35<br />

+ x1<br />

⋅ ( 2500 + 1,93⋅35) = 35,175 + 2567,55x1<br />

1<br />

ϑ (c)<br />

Uvrštavanjem (a), (b) i (c) u jed. (1) dobiva se jednadžbu u kojoj se javlja nepoznanica x 1<br />

68,22 − 35,175 − 2567,55x<br />

0,0177 − x<br />

1<br />

1<br />

= 4,187 ⋅ 23 = 96,30<br />

odakle se dobiva sadržaj vlage okolišnjeg <strong>zraka</strong><br />

x<br />

33,045 −1,7045<br />

=<br />

2567,55 − 96,30<br />

1<br />

=<br />

0,0127 kg/kg<br />

pa tražena relativna vlažnost <strong>zraka</strong> ima vrijednost


ϕ =<br />

1<br />

0,0127 ⋅1,0133<br />

o<br />

( 0,622 + x ) p ( ϑ = 35 C) ( 0,622 + 0,0127) ⋅ 0, 05622<br />

1<br />

x<br />

1<br />

s<br />

p<br />

1<br />

=<br />

= 0,3606; (36,06%)<br />

Prema tome stanje <strong>zraka</strong> je p= 1,0133 bar; ϑ = 35 o C; ϕ = 36,06 %<br />

b) – Temperaturu rosišta ovog <strong>zraka</strong> dobiva se <strong>iz</strong> uvjeta<br />

x<br />

= x<br />

=<br />

R 1<br />

0, 622<br />

p<br />

p −<br />

( ϑR<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

s<br />

s<br />

R<br />

<strong>iz</strong> kojeg se dobiva tlak zasićenja p<br />

s( ϑ R<br />

)<br />

x p<br />

0,622<br />

+ x1<br />

0,0127 ⋅1,0133<br />

0,622 + 0,0127<br />

1<br />

( ) = =<br />

0,0203 bar<br />

p ϑ<br />

s R<br />

=<br />

Koristeći toplinske tablice [2] linearnom interpolacijon se dobiva traženu temperaturu u točki<br />

rosišta<br />

o 18 -17<br />

ϑ<br />

R<br />

= 17,362 C +<br />

⋅ ( 0,0203 − 0,019362)<br />

= 18,10 o C<br />

0,02062 - 0,019362<br />

Prikaz procesa u h 1+x, x – dijagramu je na slici 4.<br />

Slika 4. Prikaz rješenja u h 1+x ,x – dijagramu


6. Zadatak<br />

Vlažni zrak temperature 20 o C, ukupnog tlaka 1,02 bar ima temperaturu rosišta 12 o C.<br />

Potrebno je odrediti:<br />

a) – relativni i apsolutnu vlažnost, te sadržaj vlage tog <strong>zraka</strong>;<br />

b) – ukupni tlak na kojeg se <strong>iz</strong>otermno mora komprimirati taj zrak, da bi on postao<br />

zasićen s pojavom vlage samo u obliku suhozasićene pare!<br />

Rješenje<br />

a) – Iz uvjeta da je x 1 = x R može se napisati sljedeći oblik jednadžbe<br />

0,622<br />

ϕ p<br />

1<br />

p − ϕ<br />

1<br />

( ϑ1<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

s<br />

s<br />

1<br />

p<br />

= 0,622<br />

p −<br />

( ϑR<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

s<br />

s<br />

R<br />

<strong>iz</strong> kojeg se <strong>iz</strong>ravno dobiva<br />

ϕ<br />

p<br />

( ϑR<br />

)<br />

( ϑ )<br />

p<br />

o<br />

( ϑR<br />

= 12 C)<br />

=<br />

o<br />

( ϑ = 20 C) 0, 02337<br />

0,014014<br />

s<br />

s<br />

1<br />

= =<br />

=<br />

ps<br />

1 ps<br />

1<br />

0,5997; (59,97%)<br />

Apsolutnu vlažnost se računa prema jednadžbi<br />

o<br />

( ϑ = 20 C)<br />

pd<br />

ϕ1<br />

ps<br />

1<br />

M<br />

w 0,5997 ⋅ 0,02337 ⋅18<br />

ρ<br />

d<br />

= =<br />

=<br />

= 0,0103 kg/m 3<br />

R T R T<br />

8314 ⋅ 293,15<br />

w<br />

1<br />

m<br />

1<br />

Sadržaj vlage ovog <strong>zraka</strong> je<br />

x<br />

ϕ1<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p − ϕ<br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 20 C)<br />

0,5997 ⋅ 0,02337<br />

= 0,622 ⋅<br />

p ( ϑ = 20 C) 1,02 − 0,5997 ⋅ 0, 02337<br />

3<br />

=<br />

1 s 1<br />

0,0087 kg/kg<br />

b) – Ukupni tlak vlažnog <strong>zraka</strong> nakon <strong>iz</strong>otermne kompresije dobiva se <strong>iz</strong> uvjeta da je x s (p 2 ,ϑ 1 )<br />

= x 1 , odnosno <strong>iz</strong> jednadžbe<br />

p<br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 20 C)<br />

=<br />

o 1<br />

p ( ϑ = 20 C) s<br />

0,622<br />

x<br />

p2<br />

−<br />

s 1<br />

o<br />

ps<br />

ϑ1<br />

= 20 C 0,622 + x1<br />

p2<br />

=<br />

x1<br />

( )( ) 0,02337 ⋅ ( 0,622 + 0,0087)<br />

=<br />

0,0087<br />

= 1,694 bar


7. Zadatak<br />

U adijabatsko mješalište ulazi struja vlažnog <strong>zraka</strong> temperature 4 o C i sadržaja vlage 3,6 g/kg<br />

i struja <strong>zraka</strong> temperature 20 o C, relativne vlažnosti 60%. Te se dvije struje miješaju u<br />

masenim omjerima 1:1. Nastalu se mješavinu zagrijava u zagrijaču <strong>zraka</strong> ogrjevnog učinka 5<br />

kW na 30 o C, nakon čega se taj zrak ovlažuje zasićenom parom tlaka 1,2 bara koju se<br />

prethodno prigušuje na 1,05 bar, sve dok zrak ne postane zasićen s vlagom samo u obliku<br />

suhozasićene pare temperature 20 o C. Ukupni tlak vlažnog <strong>zraka</strong> u opisanom procesu <strong>iz</strong>nosi<br />

1,05 bar. Potrebno je odrediti:<br />

a) volumenske protoke struja na ulazu u mješalište, kao i volumenski protok struje nakon<br />

ovlaživanja vodom;<br />

b) – sadržaj pare i maseni protok ubr<strong>iz</strong>gavajuće vodene pare;<br />

Skica cjelokupnog procesa u h 1+x ,x – dijagramu!<br />

Rješenje<br />

a) – Prvo se odrede veličine stanja vlažnog <strong>zraka</strong> prije miješanja<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

4 + 0,0036 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

4) 13,048 kJ/kg<br />

1 + x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ1<br />

=<br />

T<br />

p<br />

277,15<br />

1,05⋅10<br />

1<br />

3<br />

( ) = 461,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,0036) 0,762 m /kg<br />

v1 + x<br />

x<br />

1<br />

1<br />

=<br />

5<br />

x<br />

o<br />

( ϑ2<br />

= 20 C)<br />

p ( ϑ = 20 C)<br />

ϕ2<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

0,6 ⋅ 0,02337<br />

= 0,622 ⋅<br />

1,05 − 0,6 ⋅ 0,02337<br />

2<br />

=<br />

2 s 2<br />

T<br />

p<br />

293,15<br />

1,05⋅10<br />

0,0084 kg/kg<br />

2<br />

3<br />

( ) = 461,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,0052) 0,808 m /kg<br />

v1 + x<br />

x<br />

2<br />

2<br />

=<br />

5<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

20 + 0,0084 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

20) 41,47 kJ/kg<br />

1 + x 2 pz<br />

2 2 0 pdϑ2<br />

=<br />

Budući je maseni omjer miješanja struja 1:1, specifična entalpija odnosno sadržaj vlage<br />

mješavine su jednako aritmetičkoj sredini odnosnih veličina ulaznih struja<br />

( h )<br />

x<br />

( h ) + ( h )<br />

2<br />

13,048 + 41,47<br />

=<br />

2<br />

1+<br />

x 1 1+<br />

x 2<br />

1 + x<br />

=<br />

=<br />

m<br />

x<br />

+ x<br />

2<br />

0,0036 + 0,0084<br />

=<br />

2<br />

1 2<br />

m<br />

=<br />

=<br />

0,0060 kg/kg<br />

27,26 kJ/kg<br />

Temperaturu nastale mješavine dobije se <strong>iz</strong> jednadžbe za specifičnu entalpiju mješavine<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ϑ )<br />

ϑ<br />

( h )<br />

27,26<br />

− 0,0060 ⋅ 2500<br />

o<br />

=<br />

12,06 C<br />

0,0060 ⋅1,93<br />

+ 1,005<br />

1+<br />

x 1 m 0<br />

1 + x m pz<br />

m m 0 pd<br />

m<br />

→<br />

m<br />

=<br />

=<br />

xmc<br />

pd<br />

+ c<br />

pd<br />

− x<br />

r<br />

Specifična entalpija <strong>zraka</strong> nakon zagrijavanja, uz x 4 = x m


( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅30<br />

+ 0,0060 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅30) 45,49 kJ/kg<br />

1 + x 4 pz<br />

4 4 0 pdϑ4<br />

=<br />

Ukupni maseni protok dobiva se <strong>iz</strong> zadanog ogrjevnog učinka zagrijača <strong>zraka</strong><br />

q<br />

Φ<br />

5⋅3600<br />

=<br />

45,49 − 27,26<br />

gr<br />

m<br />

=<br />

=<br />

( h1<br />

+ x<br />

) − ( h1<br />

)<br />

4 + x m<br />

987,83 kg/h<br />

Kako je zadan maseni omjer miješanja struja 1:1, to znači da obje struje imaju jednake<br />

masene protoke koje odgovaraju polovici gornje vrijednosti<br />

q<br />

q<br />

=<br />

2<br />

987,38<br />

=<br />

2<br />

m<br />

m1<br />

= qm2<br />

=<br />

493,69 kg/h<br />

pa traženi volumenski protoci struja na ulazu u mješalište <strong>iz</strong>nose<br />

( v )<br />

q<br />

1<br />

qm1<br />

1<br />

= 493,62 ⋅ 0,762 = 376,19 m 3 /h<br />

V<br />

=<br />

+x<br />

1<br />

( v )<br />

qV<br />

1<br />

= qm2<br />

1+x<br />

= 493,62 ⋅ 0,808 = 398,85m 3 /h<br />

2<br />

b) Specifičnu entalpiju ubr<strong>iz</strong>gavajuće vodene dobiva se <strong>iz</strong> jednadžbe<br />

h<br />

x<br />

D<br />

=<br />

( h ) − ( h )<br />

1+<br />

x<br />

x<br />

5<br />

5<br />

− x<br />

1+<br />

x<br />

4<br />

4<br />

o<br />

( ϑ5<br />

= 20 C)<br />

p ( ϑ = 20 C)<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −<br />

0,02337<br />

= 0,622 ⋅<br />

1,05 − 0,02337<br />

5<br />

=<br />

s 5<br />

0,0142 kg/kg<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

20 + 0,0142 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

20) 56,15 kJ/kg<br />

1 + x 5 pz<br />

5 5 0 pdϑ5<br />

=<br />

Vraćanjem ovih i prethodno <strong>iz</strong>računatih vrijednosti u jed.(1) dobiva se vrijednost tražene<br />

temperature ubr<strong>iz</strong>gavajuće vode<br />

h<br />

( h ) − ( h )<br />

56,15 − 45,49<br />

=<br />

0,0142 − 0,0060<br />

1+<br />

x 5 1+<br />

x 4<br />

D<br />

=<br />

=<br />

x5<br />

− x4<br />

pa je sadržaj pare prije prigušivanja jednak<br />

'( p = 1,2 bar)<br />

1300 −<br />

=<br />

( 1,2 bar) 2243, 76<br />

1300 kJ/kg<br />

hD<br />

− h<br />

439,299<br />

x<br />

D<br />

=<br />

= 0,3836 kg/kg<br />

r<br />

Maseni protok ubr<strong>iz</strong>gavajuće vodene pare <strong>iz</strong>nosi<br />

(1)<br />

q<br />

( x − ) = 987,38⋅<br />

( 0,0142 − 0,0060)<br />

mD<br />

= qm<br />

5<br />

x4<br />

=<br />

8,097 kg/h<br />

Skicu cjelokupnog procesa u h 1+x ,x – dijagramu prikazuje slika 5.


Slika 5. Prikaz procesa u h 1+x , x – dijagramu<br />

8. Zadatak<br />

U struju vlažnog <strong>zraka</strong> ukupnog tlaka 1,0133 bar, temperature 40 o C, relativne vlažnosti 20% i<br />

volumenskog protoka 250 m 3 /h adijabatski se ubr<strong>iz</strong>gava struju kapljevite vode temperature 20<br />

o C koja ishlapljuje u taj zrak, hladeći i ovlažujući ga pri tome. Temperatura <strong>zraka</strong> nakon<br />

ubr<strong>iz</strong>gavanja vode je 25 o C, dok je ukupni tlak također 1,0133 bar. Potrebno je odrediti:<br />

a) – relativnu vlažnost <strong>zraka</strong> nakon ubr<strong>iz</strong>gavanja i maseni protok ubr<strong>iz</strong>gavajuće vode;<br />

b) – koristeći h 1+x, x dijagram očitati minimalnu temperaturu na koju se može ohladiti taj zrak s<br />

tom ubr<strong>iz</strong>gavajućom vodom. Tako očitanu minimalnu temperaturu prekontrolirati i<br />

analitičkim putem! Koliki bi trebao <strong>iz</strong>nositi maseni protok vode u tom slučaju<br />

Proces skicirati u h 1+x ,x – dijagramu!<br />

Rješenje<br />

a) – Prvo se treba odrediti sadržaj pare, specifičnu entalpiju <strong>zraka</strong> početnog stanja kao i<br />

maseni protok suhog <strong>zraka</strong><br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 40 C)<br />

p ( ϑ = 40 C)<br />

ϕ1<br />

ps<br />

x = 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

0,20 ⋅ 0,07375<br />

= 0,622 ⋅<br />

1,0133 − 0,20 ⋅ 0,07375<br />

1<br />

=<br />

1 s 1<br />

0,009228 kg/kg


( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005 ⋅ 40 + 0,009228 ⋅ ( 2500 + 1,93 ⋅ 40)<br />

63,98 kJ/kg<br />

1 + x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ1<br />

=<br />

T<br />

p<br />

313,15<br />

1,0133⋅10<br />

1<br />

3<br />

( ) = 461,5 ( 0,622 + ) = 461,5 ⋅ ⋅ ( 0,622 + 0,009228) 0,90027 m /kg<br />

v1 + x<br />

x<br />

1<br />

1<br />

=<br />

5<br />

q<br />

q<br />

250<br />

=<br />

0,90027<br />

V1<br />

mz<br />

=<br />

=<br />

( v1<br />

+x<br />

)<br />

1<br />

277,69 kg/h<br />

Stanje <strong>zraka</strong> nakon ubr<strong>iz</strong>gavanja određuje se <strong>iz</strong> sljedeće jednadžbe<br />

( h ) ( h )<br />

1+<br />

x<br />

<strong>iz</strong> koje slijedi<br />

x<br />

−<br />

2 1+<br />

x<br />

2<br />

− x<br />

1<br />

1<br />

= cvϑv<br />

(1)<br />

x<br />

( h1 + x<br />

) − x2cvϑv<br />

= ( h1<br />

+ x<br />

) − x1c<br />

vϑv<br />

c<br />

( h )<br />

pz<br />

ϑ<br />

2<br />

1<br />

( r0<br />

+ c<br />

pdϑ2<br />

) − x2cvϑv<br />

= ( h1<br />

x<br />

) − x1c<br />

vϑv<br />

2<br />

+ x2<br />

+<br />

− x c ϑ − c<br />

ϑ 63,91−<br />

0,0092 ⋅ 4,187 ⋅ 20 −1,005⋅<br />

25<br />

=<br />

2500 + 1,93⋅<br />

25 − 4,187 ⋅ 20<br />

1+<br />

x 1 1 v v pz<br />

2<br />

2<br />

=<br />

=<br />

r0<br />

+ c<br />

pdϑ2<br />

− cvϑv<br />

pa relativna vlažnost <strong>zraka</strong> u stanju 2 <strong>iz</strong>nosi<br />

1<br />

0,01542 kg/kg<br />

ϕ<br />

x<br />

p<br />

0,01542 ⋅1,0133<br />

2<br />

2<br />

=<br />

=<br />

=<br />

o<br />

( 0,622 + x2<br />

) ps<br />

( ϑ2<br />

= 25 C) ( 0,622 + 0,01542) ⋅ 0, 03166<br />

0,7743; (77,43%)<br />

Maseni protok ubr<strong>iz</strong>gavajuće vode je<br />

q<br />

mv<br />

mz<br />

( x − ) = 277,69 ⋅ ( 0,01542 − 0,009228)<br />

= q x<br />

2<br />

1<br />

= 1,719 kg/h<br />

b) – Minimalnu temperaturu na koju se može ohladiti struju <strong>zraka</strong> stanja 1, shodno jed.(1),<br />

dobije se na način, da se na skalu smjernicu nanese vrijednost specifične entalpije<br />

ubr<strong>iz</strong>gavajuće vode h v = c v ϑ v =4,187⋅20 = 83,86 kJ/kg, i zatim se tu točku spoji s ishodištem<br />

h 1+x, x – dijagrama, pa se <strong>iz</strong> točke početnog stanja zrak 1 povuče paralelu s prethodnom<br />

spojnicim do presjecišta s linijom zasićenja ϕ = 1, i očita u točki tog presjecišta vrijednost<br />

minimalne temperature na koju se može ohladiti zadanu struju <strong>zraka</strong>.<br />

ϑ 2min = 22,01 o C<br />

Prekontrolirajmo ovi temperaturu računski shodno jed.(1)<br />

( h ) ( h )<br />

1+<br />

x<br />

x<br />

−<br />

3 1+<br />

x<br />

3<br />

− x<br />

1<br />

1<br />

= cvϑv<br />

(2)


x<br />

o<br />

( ϑ2s<br />

= 22,01 C)<br />

p ( ϑ = 22,01 C)<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −<br />

0,02654<br />

= 0,622 ⋅<br />

1,0133 − 0,02654<br />

3<br />

=<br />

s 2s<br />

0,01673 kg/kg<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

22,01+<br />

0,016732 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

22,01) 64,6588 kJ/kg<br />

1 + x 2s pz<br />

2min 3 0 pdϑ2 min<br />

=<br />

Vraćanjem ovih i prethodnih vrijednosti u jed.(2), provodi se kontrolu iste<br />

64,6588 − 63,91<br />

= 4,187 ⋅ 20,01<br />

0,01673 − 0,009228<br />

90,13 ≈ 92,16<br />

što potvrđuje činjenicu da je minimalna temperatura dobro očitana u h 1+x ,x – dijagramu!<br />

Jasno je da se za taj slučaj mora ubr<strong>iz</strong>gavati više vode, pa se maseni protok vode u ovom<br />

slučaju, računa prema jednadžbi<br />

q = q x − x = 277,69 ⋅ 0,01673 − 0,009228 2,083 kg/h<br />

( ) ( )<br />

mb mz 3 1<br />

=<br />

Skicu procesa u h 1+x ,x – dijagramu prikazuje slika 6.<br />

Slika 6. Prikaz procesa u h 1+x ,x – dijagramu


9. Zadatak<br />

Struju vlažnog <strong>zraka</strong> temperature 50 o C, stupnja zasićenja 40 % i ukupnog tlaka 1,2 bara<br />

adijabatski se prigušuje na tlak 1 bar. Potrebno je odrediti:<br />

a) - relativnu vlažnost <strong>zraka</strong> nakon prigušivanja;<br />

b) - omjer promjera cijevi prije i nakon prigušilišta, da bi brzine strujanja <strong>zraka</strong> prije i<br />

nakon prigušilišta bile međusobno jednake!<br />

Rješenje<br />

a) - Za adijabatsko prigušivanje vrijedi zakonitost<br />

( h 1 x<br />

) 1<br />

( h 1 + x<br />

) 2<br />

kao i zakonitost da je<br />

+<br />

= (1)<br />

x 1 = x 2 (2)<br />

Ako se raspiše jed.(1), dobiva se sljedeću jednakost<br />

( r + c ϑ ) = c ϑ + x ( r c )<br />

c + x<br />

+<br />

pz ϑ1<br />

1 0 pd<br />

1 pz<br />

2 1 0 pdϑ2<br />

<strong>iz</strong> koje pro<strong>iz</strong>lazi činjenica da je<br />

ϑ 1 = ϑ 2 (3)<br />

(To je i razumljivo, budući su stanja <strong>zraka</strong> prije i nakon prigušivanja u nezasićenom području<br />

u kojem se i vlaga (vodena para) i suhi zrak ponašaju kao idealni plinovi!)<br />

Nakon prigušivanja vlažnom zraku se promijenila relativna vlažnost, koju se računa prema<br />

jednadžbi<br />

ϕ<br />

2<br />

=<br />

(0,622 + x<br />

2<br />

x<br />

2<br />

p<br />

) ⋅ p<br />

s<br />

o<br />

( ϑ = 50 C)<br />

2<br />

2<br />

(4)<br />

Odredimo relativnu vlažnost, odnosno sadržaj vlage prije ptrigušivanja<br />

p1<br />

1,2<br />

ϕ1 = χ1<br />

= 0,40 ⋅<br />

= 0,4263<br />

p −<br />

⋅ 0,12335<br />

x<br />

1<br />

o<br />

( 1−<br />

χ ) p ( ϑ = 50 C) 1,2 − ( 1−<br />

0,40)<br />

1<br />

s<br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 50 C)<br />

p ( ϑ = 50 C)<br />

ϕ1<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

1<br />

0,4263⋅<br />

0,12335<br />

= 0,622 ⋅<br />

1,2 − 0,4263⋅<br />

0,12335<br />

1<br />

=<br />

1 s 1<br />

0,0285 kg/kg<br />

Vraćanjem ove <strong>iz</strong>računate vrijednosti kao i ostalih zadanih u jed.(4) dobiva se <strong>iz</strong>nos relativne<br />

vlažnosti <strong>zraka</strong> nakon prigušivanja


ϕ =<br />

(0,622 + x<br />

x<br />

p<br />

0,0285 ⋅1<br />

2 2<br />

2<br />

=<br />

=<br />

o<br />

2<br />

) ⋅ ps<br />

( ϑ2<br />

= 50 C) ( 0,622 + 0,0285) ⋅ 0, 12335<br />

0,3552; (35,52%)<br />

Očito se relativna vlažnost <strong>zraka</strong> nakon prigušivanja smanjuje, a što je u skladu s činjenicom<br />

da se linija zasićenja ϕ = 1,0 sa smanjenjem ukupnog tlaka pomiče u desno!<br />

b) – Traženi omjer promjera dobije se <strong>iz</strong> zakona o održanju mase, kojeg se može napisati u<br />

obliku<br />

T1<br />

461,5 ( 0,622 + x )<br />

2<br />

2<br />

2<br />

d<br />

( )<br />

1<br />

πw<br />

d<br />

2πw<br />

d v<br />

1 1+<br />

x 1<br />

p1<br />

p2<br />

1<br />

= → = =<br />

= =<br />

4 ⋅ ( v1<br />

+<br />

) 4 ⋅ (<br />

1<br />

)<br />

2<br />

(<br />

1<br />

) T<br />

x<br />

v<br />

1<br />

1<br />

1,2<br />

1<br />

+ x<br />

d v<br />

2<br />

+ x<br />

p<br />

2<br />

461,5 ( 0,622 + x1<br />

)<br />

p<br />

d 1<br />

= 0,913<br />

d<br />

2<br />

Prikaz promatranog procesa u h 1+x ,x – dijagramu daje se na slici 7.<br />

2<br />

Slika 7. Prikaz procesa prigušivanja u h 1+x ,x- dijagramu


10. Zadatak<br />

U struju vlažnog <strong>zraka</strong> temperature 10 o C i sadržaja vlage 3 g/kg adijabatski ubr<strong>iz</strong>gavamo<br />

vodenu paru tako da se nakon adijabatskog ubr<strong>iz</strong>gavanja postiže temperaturu <strong>zraka</strong> 25 o C i<br />

sadržaj vlage 22 g/kg. Ukupni tlak vlažnog <strong>zraka</strong> je 1 bar što je ujedno i tlak ubr<strong>iz</strong>gavajuće<br />

vodene pare. Ako ukupni maseni protok suhog <strong>zraka</strong> u procesu <strong>iz</strong>nosi 220 kg/h potrebno je:<br />

a) - provjeriti da li stanje <strong>zraka</strong> nakon ubr<strong>iz</strong>gavanja pare pada u zasićeno područje;<br />

b) – ako je odgovor pod a) potvrdan, odrediti maseni protok vlage koja kondenzira;<br />

c) – odrediti stanje vodene pare koju se ubr<strong>iz</strong>gava kao i njezin maseni protok u promatranom<br />

slučaju.<br />

Proces prikazati u h 1+x ,x – dijagramu!<br />

Rješenje<br />

a) – Da bi se odgovorilo na pitanje pod a) treba odrediti sadržaj vlage x 2s<br />

o<br />

( ϑ2<br />

= 25 C )<br />

p ( ϑ = 25 C)<br />

ps<br />

0,03166<br />

x<br />

2s<br />

= 0,622<br />

= 0,622 ⋅<br />

= 0,02034 kg/kg = 20,34 g/kg<br />

o<br />

p −<br />

1−<br />

0,03166<br />

s<br />

2<br />

Kako je zadani x 2 = 22 g/kg > x 2s = 20,34 g/kg, to znači da stanje <strong>zraka</strong> nakon ubr<strong>iz</strong>gavanja<br />

vodene pare spada u zasićeno područje, pa će se dio ubr<strong>iz</strong>gavane vodene pare nužno<br />

kondenzirati.<br />

b) – Maseni protok nastalog kondenzata računa se prema jednadžbi<br />

q<br />

( x − ) = 220 ⋅ ( 0,022 − 0,02034)<br />

mv<br />

= qmz<br />

2<br />

x2s<br />

=<br />

0,365 kg/h<br />

c) – Specifičnu entalpiju ubr<strong>iz</strong>gavajuće vodene pare određuje se <strong>iz</strong> jednadžbe<br />

h<br />

D<br />

=<br />

( h ) − ( h )<br />

1+<br />

x<br />

x<br />

2<br />

2<br />

− x<br />

1+<br />

x<br />

1<br />

1<br />

(1)<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅10<br />

+ 0,003⋅<br />

( 2500 + 1,93⋅10) 17,608 kJ/kg<br />

1 + x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ1<br />

=<br />

( h1 + x<br />

) = c<br />

pzϑ2<br />

+ x2s<br />

( r0<br />

+ c<br />

pdϑ2<br />

) + ( x2<br />

− x2s<br />

) cvϑ2<br />

2<br />

( h ) = 1,005⋅<br />

25 + 0,02034 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

25) + ( 0,022 − 0,02034) ⋅ 4,187 ⋅ 25 77,13 kJ/kg<br />

1 +x<br />

=<br />

2<br />

Uvrštavanjem ovih i zadanih vrijednosti u jed.(1) dobiva se traženi <strong>iz</strong>nos ubr<strong>iz</strong>gavajuće<br />

vodene pare<br />

h<br />

( h ) − ( h )<br />

77,13 −17,608<br />

=<br />

0,022 − 0,003<br />

1+<br />

x 2 1+<br />

x 1<br />

D<br />

=<br />

=<br />

x2<br />

− x1<br />

3132,7 kJ/kg<br />

Kako je h D = 3132, 7 kJ/kg > h''(p = 1 bar) = 2257,51 kJ/kg znači da se radi o pregrijanoj<br />

vodenoj pari čiju se temperaturu odredi koristeći toplinske tablice i linearnu interpolaciju


340 - 320<br />

ϑ = 320 o C +<br />

⋅<br />

3155,45 - 3114,89<br />

( 3132,7 − 3114,89)<br />

D<br />

=<br />

320,8 o C<br />

pa je stanje ubr<strong>iz</strong>gavajuće vodene pare: p = 1 bar; ϑ D = 320,8 o C<br />

Maseni protok ubr<strong>iz</strong>gavajuće vodene pare <strong>iz</strong>nosi<br />

q<br />

( x − ) = 220 ⋅ ( 0,022 − 0,003)<br />

mD<br />

= qmz<br />

2<br />

x1<br />

=<br />

4,18 kg/h<br />

Prikaz procesa u h 1+x ,x – dijagramu prikazuje slika 8.<br />

Slika 8. Prikaz procesa u h 1+x ,x – dijagramu<br />

11. Zadatak<br />

Vlažni zrak stupnja zasićenja 1,6 temperature 0 o C u kojem se višak vlage javlja na način da<br />

je maseni omjer vlažne i ledene magle 1:1, treba razmagliti zagrijavanjem do temperature<br />

rosišta tog <strong>zraka</strong>. Ako je ukupni tlak tog vlažnog <strong>zraka</strong> 1,1 bar, potrebno je odrediti:<br />

a) – temperaturu rosišta tog <strong>zraka</strong>;<br />

b) – potrebni specifični toplinski tok kojeg treba dovoditi za razmagljivanje tog <strong>zraka</strong>.<br />

Proces skicirati u h 1+x ,x – dijagramu.<br />

Rješenje<br />

a) – Temperaturu rosišta se dobije <strong>iz</strong> uvjeta da je x 1 = x R , pa slijedi jednadžba


x<br />

R<br />

p<br />

( ϑR<br />

)<br />

p ( ϑ )<br />

( )<br />

s<br />

= 0,622 → ps<br />

ϑR<br />

p −<br />

s R<br />

xR<br />

p<br />

=<br />

0,622 + x<br />

R<br />

(1)<br />

o<br />

( ϑ0<br />

= 0 C)<br />

p ( ϑ = 0 C)<br />

ps<br />

= χ1<br />

⋅ 0,622<br />

o<br />

p −<br />

0,006108<br />

= 1,6 ⋅ 0,622 ⋅<br />

1,1 − 0,006108<br />

x1 = xR<br />

= χ1xs<br />

0<br />

=<br />

s 0<br />

Uvrštavanjem ove vrijednosti u jed.(1) dobiva se<br />

x p<br />

0,622<br />

+ xR<br />

0,00648 ⋅1,1<br />

0,00648 + 0,622<br />

R<br />

( ) = =<br />

0,01134 bar<br />

p ϑ<br />

s R<br />

=<br />

0,00648 kg/kg<br />

Koristeći toplinske tablice i linearnu interpolaciju, dolazi se do vrijednosti temperature rosišta<br />

9 - 8<br />

ϑ = 8 o C +<br />

⋅<br />

0,011472 - 0,010720<br />

( 0,01134 − 0,010720)<br />

R<br />

=<br />

8,83 o C<br />

b) – Dovođeni specifični toplinski tok na zagrijaču <strong>zraka</strong> računa se prema jednadžbi<br />

( h 1 + x<br />

) R<br />

− ( h 1 x<br />

) 1<br />

q 1R<br />

+<br />

= (2)<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅8,83<br />

+ 0,00648⋅<br />

( 2500 + 1,93⋅8,83) 21,18 kJ/kg<br />

1 + x R pz<br />

R R 0 pdϑR<br />

=<br />

Zrak u stanju 1 sadrži x s0 vlage u obliku suhozasićene pare, 0,5⋅(x 1 –x s0 ) vlage u obliku leda i<br />

isto toliko vlage u obliku kapljevine temperature 0 o C, pa je specifična entalpija tog <strong>zraka</strong><br />

jednaka<br />

( 1<br />

) = x s0<br />

r 0<br />

− 0,<br />

5⋅<br />

( x 1<br />

− x s0<br />

) q k<br />

h x<br />

+<br />

(3)<br />

1<br />

x<br />

= χ<br />

x<br />

1<br />

s0<br />

=<br />

1<br />

0,00648<br />

= 0,00405 kg/kg<br />

1,6<br />

Vraćanjem ove vrijednosti u jed.(3) slijedi<br />

( ) = x r − ,5 ⋅ ( x − x ) = 0,00405⋅<br />

2500 − 0,5 ⋅ ( 0,00648 − 0,00405) 334<br />

h1 + x s0 0<br />

0<br />

1<br />

1 s0<br />

qk<br />

⋅<br />

( h )<br />

1 +x<br />

=<br />

1<br />

9,72 kJ/kg<br />

Uvrštavanjem ovih <strong>iz</strong>računatih vrijednosti u jed.(2) dobiva se vrijednost traženog specifičnog<br />

toplinskog toka<br />

( h ) − ( h )<br />

q1R 1<br />

1<br />

= 21,18 - 9,73 =<br />

=<br />

+ x R + x<br />

1<br />

11,46 kJ/kg<br />

Dijagram na slici 9 predstavlja proces u h 1+x ,x – dijagramu.


Slika 9. Prikaz procesa u h 1+x ,x – dijagramu<br />

12. Zadatak<br />

Vlažni zrak ukupnog tlaka 100 kPa, temperature 20 o C i relativne vlažnosti 90% se<br />

<strong>iz</strong>entropski komprimira u kompresoru na tlak 800 kPa. Potrebno je odrediti:<br />

a) - relativnu vlažnost <strong>zraka</strong> na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong> kompresora;<br />

b) – specifičnu utrošenu snagu za ovu kompresiju<br />

Rješenje<br />

a) – Pretpostavka je, a koju se kasnije, provjerava, da se <strong>iz</strong>entropska kompresija odvija u<br />

nezasićenom području vlažnog <strong>zraka</strong>, gdje se i vlaga (vodena para) i suhi zrak ponašaju po<br />

zakonitostima idealnog plina. Tijekom te kompresije ne mijenja se sadržaj vlage pa je x 1 = x 2 ,<br />

te se prvo odredi sadržaj pare x 1<br />

x<br />

o<br />

( ϑ1<br />

= 20 C)<br />

p ( ϑ = 20 C)<br />

ϕ1<br />

ps<br />

= 0,622<br />

o<br />

p −ϕ<br />

0,90 ⋅ 0,02337<br />

= 0,622 ⋅<br />

1,0 − 0,90 ⋅ 0,02337<br />

1<br />

=<br />

1 s 1<br />

0,01336<br />

kg/kg<br />

x<br />

2<br />

ϕ p<br />

( ϑ2<br />

)<br />

x1<br />

p2<br />

→ϕ<br />

2<br />

=<br />

p ( ϑ ) ( 0,622 + x ) p ( ϑ )<br />

2 s<br />

= x1<br />

= 0,622<br />

(1)<br />

p2<br />

− ϕ1<br />

s 2<br />

1 s 2<br />

Dakle, treba odrediti temperaturu nakon <strong>iz</strong>entropske kompresije, a nju se računa <strong>iz</strong> omjera<br />

temperatura i tlakova pri <strong>iz</strong>entropskoj promjeni mješavine idealnih plinova


κ −1<br />

⎛ p κ<br />

2<br />

⎞<br />

T<br />

2<br />

= T1<br />

⎜<br />

⎟<br />

(2)<br />

p1<br />

⎝<br />

⎠<br />

Potrebno je odrediti <strong>iz</strong>entropski eksponent κ<br />

Cm<br />

p<br />

Cm<br />

p<br />

yzCm<br />

pz<br />

+ ydCm<br />

pd<br />

κ = = =<br />

(3)<br />

C C − R y C + y C − R<br />

mV<br />

mp<br />

m<br />

z<br />

mpz<br />

d<br />

mpd<br />

m<br />

Molne udjele y z i y d u vlažnom zraku, mogu se odrediti <strong>iz</strong> molne vlažnosti kako slijedi<br />

κ<br />

n<br />

d<br />

d<br />

= = ,61⋅<br />

x1<br />

= 1,61⋅<br />

0,01336 = 0,0251→<br />

nd<br />

= 0, 0251<br />

nz<br />

1 ⋅ n<br />

z<br />

y<br />

n<br />

nz<br />

+ 0,0251⋅<br />

nz<br />

1<br />

=<br />

1+<br />

0,0251<br />

z<br />

z<br />

= =<br />

=<br />

nz<br />

+ nd<br />

nz<br />

0,9789<br />

y d = 1 – y z = 1 – 0,9789 = 0,0211<br />

Vraćanjem ovih vrijednosti u jed.(3) dobiva se vrijednost <strong>iz</strong>entropskog eksponenta κ<br />

κ =<br />

y<br />

z<br />

y<br />

C<br />

z<br />

C<br />

mpz<br />

mpz<br />

+ y C<br />

+ y C<br />

d<br />

d<br />

mpd<br />

mpd<br />

− R<br />

m<br />

0,9789 ⋅ 29,0948 + 0,0211⋅33,499<br />

=<br />

= 1,3983<br />

0,9789 ⋅ 29,0948 + 0,0211⋅33,499<br />

− 8,314<br />

Uvrštavajući ovu vrijednost u jed.(2), dobiva se <strong>iz</strong>nos tražene temperature T 2<br />

κ −1<br />

1,3983−1<br />

⎛ p<br />

8 1,3983<br />

2<br />

⎞ κ<br />

⎛ ⎞<br />

T<br />

2<br />

= T1<br />

⎜<br />

⎟ = 293,15⋅⎜<br />

⎟ = 530,06 K; ( = 256,9<br />

⎝ p1<br />

⎠<br />

⎝ 1 ⎠<br />

Tlak zasićenja za ovu temperaturu dobiva se linearnom interpolacijom<br />

p<br />

260.- 255<br />

( ) 46,921-<br />

o<br />

43,227<br />

ϑ = 256,9 C = 43,227 +<br />

⋅ ( 256,9 - 255) 45,324 bar<br />

s 2<br />

=<br />

pa relativna vlažnost <strong>zraka</strong> na <strong>iz</strong>lazu <strong>iz</strong> kompresora <strong>iz</strong>nosi<br />

o<br />

C)<br />

ϕ =<br />

x<br />

p<br />

=<br />

0,01336 ⋅8<br />

1 2<br />

2<br />

=<br />

( 0,622<br />

+ x1<br />

) ps<br />

( ϑ2<br />

) ( 0,622 + 0,01336) ⋅ 45, 324<br />

0,0037; (3,7%)<br />

Vidi se da se nakon <strong>iz</strong>entropske kompresije radi o <strong>iz</strong>razito suhom zraku, što znači da je utjecaj<br />

povećanja temperature tijekom kompresije bio bitno veći od utjecaja povećanja ukupnog tlaka<br />

tijekom ove <strong>iz</strong>entropske kompresije.


) – Specifičnu utrošenu snagu, normiranu na masu suhog <strong>zraka</strong>, određuje se prema jednadžbi<br />

( w teh<br />

) 12<br />

( h 1 + x<br />

) 1<br />

− ( h 1 + x<br />

) 2<br />

= (4)<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

20 + 0,01336 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

20) 54,02 kJ/kg<br />

1 + x 1 pz<br />

1 1 0 pdϑ1<br />

=<br />

( h ) = c ϑ + x ( r + c ) = 1,005⋅<br />

256,9 + 0,01336 ⋅ ( 2500 + 1,93⋅<br />

256,9) 298,21kJ/kg<br />

1 + x 2 pz<br />

2 2 0 pdϑ12<br />

=<br />

Vraćanjem ovih vrijednosti u jed.(4) dobiva se vrijednost utrošene specifične snage<br />

( w ) = 54,02 − 298, 21<br />

teh<br />

12<br />

= - 244,19 kJ/kg<br />

[1] A. Galović: Termodinamika II, V. promijenjeno <strong>iz</strong>danje, Udžbenici Sveučilišta u<br />

Zagrebu, Zagreb, 2010.<br />

[2] B. Halasz, A. Galović, I. Boras: Toplinske tablice, Fakultet strojarstva i brodogradnje,<br />

Zagreb, 2010.<br />

Antun Galović

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!