Gépészet | Felsőoktatás » A nedves levegő H-X diagramja

A NEDVES LEVEGŐ h-x diagramja A klímatechnikai szerelő szakképzéshez A nedves levegő h-x diagramja A hűtési feladatok egy igen jelentős része a környezetünket képező levegővel van kapcsolatban. A levegő gyakran csak mint közvetítőközeg vesz részt a hűtési folyamatokban. A háztartási hűtőszekrényekben, hűtőtárolókban, gyorsfagyasztó alagutakban stb. a hűtőberendezés elsődlegesen levegőt hűt, és ez a hideg közvetítőközeg végzi el a tulajdonképpeni hűtési feladatot a hűtés helyén, a hűtött áruval vagy anyaggal érintkezésbe kerülve. De óriási alkalmazási területe a hűtésnek az un. klímatechnika is, ahol magának a levegőnek a "kezelése" képezi a hűtési feladatot. A hűtőtechnikai gyakorlatban mindig un. nedves levegővel van dolgunk. A környezetünket képező levegő ugyanis egy olyan sokkomponensű gázkeverék, amelynek komponensei túlnyomórészt nem kondenzálódó gázok, de egyik komponense a víz

(H2O) gáznemű, cseppfolyós és szilárd állapotban is előfordulhat e keverékben. A hőmérséklet mellett a víztartalom a légállapot legfontosabb jellemzője. A nedves levegő hőtani jellemzői A levegő különböző gázok keveréke. 21 % térfogatarányban oxigént, 78 % térfogatarányban nitrogént, valamint hidrogént, szén-dioxidot, nemesgázokat, port és vízgőzt tartalmaz. A hűtési feladatok többsége levegő hűtésével kapcsolatos, pl. hűtőbútorok, kamrák stb. légterének hűtése A klimatizálás feladatoknál a légállapot-szabályozás több állapotváltozási folyamata merül fel: a levegő hűtése vagy fűtése, nedvesítése vagy szárítása is előfordul; A levegőben - a vízgőz kivételével - olyan gázok vannak, amelyek kritikus hőmérséklete lényegesen kisebb a légkörinél, sőt a mélyhűtésnél előforduló szokványos hőmérsékletnél is különösen légköri nyomáson. A nedvesség azonban vagy gőz, vagy

gőz+nedvesség (köd), vagy gőz+jég (dér) formájában van jelen. Ezért levegő hűtési feladatok esetén nagyon fontos a nedves levegő állapotváltozásainak ismerete. A nedves levegő jellemzői: Abszolút nedvességtartalom: Azt a nedvességet. amit 1 kg száraz levegő tartalmaz a levegő abszolút nedvességtartalmának nevezzük, jele x,; SI-egységben kg/kg, szokásos mértékegysége a g/kg, száraz levegőre vonatkoztatva Relatív nedvességtartalom: A levegő nem tartalmazhat tetszés szerinti mennyiségben vizet gőz formájában. A levegő hőmérsékletéhez tartozólag van egy olyan nedvességmennyiség, amelynél többet nem képes a levegő gőz formájában tartalmazni. Ez a nedvességmennyiség a levegőt telitetté teszi. s ezért ezt a nedvességmennyiséget az adott hőmérsékletű levegőre nézve telítési abszolút nedvességtartalomnak nevezzük, jele: φ=100% A relatív nedvességtartalom az adott hőmérsékletű levegő telítetlenségi,

ill. telítettségi mértékére utal Ha a levegő száraz, telítetlen (a φ relatív nedvességtartalom kicsi), a levegő erősen szárító hatású. Ha a levegő közel van a telítettségi állapothoz (a φ relatív nedvességtartalom közel van l00%-hoz), a levegő szárító hatása kicsi. A relatív nedvességtartalom egy adott hőmérsékletű és nedvességtartalmú levegő esetén a levegő xg abszolút nedvességtartalmának viszonya az ugyanazon hőmérsékletű, de telített levegő Xt abszolút nedvességtartalmához. A levegő h-x diagramjának felépítése: A vízszintes tengelyen olvasható a levegő x g/kg nedvességtartalma 1 kg száraz levegőre vonatkoztatva, a jobbra lejtő ferde vonalak alatt h az 1 kg levegő entalpiája (a fajlagos entalpia). A függőleges tengelyen be vannak jelölve a t = állandó hőmérséklet vonalai, amelyek a vízszinteshez képest jobbra enyhén emelkedő egyenesek. Ha az egyes levegő-hőmérsékletekhez tartozó

teítési abszolút nedvességtartatmakat felvisszük, akkor megkapjuk a φ = 1 vagy φ = 100% határgörbét. A φ = 1 határgörbe fölötti rész a telítetlen levegőállapot zónája. A határgörbe alatti rész az ún. ködzóna A csak bizonyos %-ban telített állapotok, vagyis a φ = 0,9; φ = 0,8; φ = 0,7 stb. állandó relatív nedvességtartalom görbéi. A levegő állapotát a levegő-hőmérséklete és relatív nedvességtartalma (tl és φ) egyértelműen meghatározza. A levegő hőmérsékletének meghatározása a normális hőmérő által mutatott hőmérsékletértékkel történik. Ahhoz, hogy a levegő állapotát méréssel meghatározhassuk, a levegő hőmérsékletén kívül meg kell mérnünk a relatív nedvességtartalmát is. A relatív nedvességtartalom meghatározása két hőmérsékletméréssel, a levegő normális (ún. száraz) hőmérsékletének és az ún. nedves hőmérsékletének mérése útján történik. A mért nedves

hőmérséklet és a levegő száraz hőmérséklete ismeretében a táblázat segítségével a levegő relatív nedvességtartalma meghatározható. A méréshez használatos Assmann-féle pszichrométer kialakítását mutatja az ábra. ÁIIapotvá1tozások az h-x diagramban A klímaberendezésben lezajló állapotváltozásokat a berendezés rendeltetése (fűtés, hűtés, nedvesítés vagy szárítás), a leveg6 kezdő és végső állapota határozza meg. A lehetséges állapotváltozások a következők: A levegő keverése. Ha két különböző állapotú levegőt összekeverünk, a keverési pont a keverendő levegők állapotát jelző pontokat összekötő egyenesen fekszik. A keverési pont értelemszerűen ahhoz a ponthoz van közelebb, amely levegőmennyiség a másiknál nagyobb: Különböző állapotú (A; B) levegő keveredése A levegő fűtése. Légtechnikai berendezésekben a levegőt általában víz, gőz vagy elektromos fűtésű léghevítő

fűti. A levegővel hőt közlünk, miközben abszolút nedvességtartalma (x) nem változik. Az állapotváltozás tehát a függőleges x = állandó vonal mentén megy végbe. 1 kg nedves levegővel közölt hő Q = h2 - h1, ahol hl, kJ /kg, a kezdő, h2, kJ /kg, a végső légállapothoz tartozó hőtartalom. Állandó nedvességtartalom melletti állapotváltozás A levegő melegítése A levegő felületi hűtése a h-x diagramban Ehhez újabb fogalom a levegő harmatpontjának ismerete szükséges. Az 1 pont állapotú levegőt x=állandó (függőleges) vonal mentén hűtve relatív nedvességtartalma a hőmérséklet-csökkenés következtében nő, mígnem eléri a telített állapotot (2 pont). A nedvesség itt a levegőből víz formájában kiválik. Ez a harmatponti hőmérséklet. Tovább hűtve a levegőt az abszolút nedvességtartalom is csökken, így a levegő állapota a telítési görbén lefelé tolódik, és pl. a 2 pontba jut Felületi hűtőn

áthaladó levegő állapotváltozása azonban ettől az elméleti állapotváltozástól eltér. A kialakuló végállapotot úgy kell értelmeznünk, mint a hideg felülettel érintkező, annak hőmérsékletére lehűlt levegő és a hűtő lamellái között átáramló levegő keverékét. Az állapotváltozás a kiinduló légállapotot jellemző pontot a léghűtő közepes felületi hőmérsékletének a telítési görbén kimetszett pontjával összekötő egyenesen megy végbe. Levegő hűtése állandó hőmérsékletű felülettel A levegő nedves hőcseréje A nedves hőcserén a levegőnek és a víznek közvetlen érintkezését értjük, miközben hő áramlik a két közeg között. Az állapotváltozás iránya a víz hőmérsékletétől függ. A lehetséges állapotváltozásokat az ábra szemlélteti, és a következő táblázat foglalja össze. A gyakorlatban a telítési görbét csak megközelítjük, elérni nem is szükséges (a

beállítandó relatív nedvességtartalom - a tervezett állapotváltozás jó kézben tartásához általában 85.90%) A klímatechnikai gyakorlatban elsősorban az 1., 4 (adiabatikus nedvesítés) és 6. állapotváltozások fordulnak elő Az 1., 2, 3 állapotváltozások esetén a levegő lehűtését, ill. az 1. állapotváltozáskor a nedvesség elvonását a keringtetett víz hűtésévei végezzük. Az 5., 6 és 7 állapotváltozásokhoz az elpárolgáshoz szükségei hőt a víz fűtésével pótoljuk. Vízgőz keverése levegővel. Az ábrán látható 1 állapotú levegőhöz hg hőtartalmú gőzt keverve, a 2 állapothoz jutunk. Az állapotváltozás iránya éppen a gőz hőtartalma: 2500 kJ/kg Elektromos gőzfejlesztőből nyert, kisnyomású gőz esetén az állapotváltozás vonala kis eltéréssel egyezik a t=áll. vonallal. Egyszerűség kedvéért a szerkesztéseket így végezzük