Nekoliko rijeÅ¡enih zadataka iz podruÄja Vlažnog zraka - FSB
Nekoliko rijeÅ¡enih zadataka iz podruÄja Vlažnog zraka - FSB
Nekoliko rijeÅ¡enih zadataka iz podruÄja Vlažnog zraka - FSB
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