Uap air dan sifat-sifatnya

Uap air diproduksi di ketel uap tekanan konstan dan suhu konstan. Pertama, air dipanaskan sampai titik didih (tetap konstan) atau suhu jenuh. . Dengan pemanasan lebih lanjut, air mendidih berubah menjadi uap dan suhunya tetap konstan sampai air benar-benar menguap. Mendidih adalah proses penguapan di seluruh volume cairan. Penguapan - penguapan dari permukaan cairan.

Perpindahan materi dari keadaan cair menjadi gas disebut penguapan , dan dari keadaan gas menjadi cair kondensasi . Banyaknya kalor yang harus diberikan kepada air untuk mengubahnya dari wujud cair ke wujud uap pada titik didihnya disebut panas penguapan .

Jumlah panas yang dibutuhkan untuk pemanasan 1 kg air per 10 C disebut kapasitas panas air . = 1 kkal/kg. derajat

Titik didih air tergantung pada tekanan (ada tabel khusus):

perut = 1 kgf / cm2 = 1 atm, t k \u003d 100 °

R abs = 1,7 kgf / cm2, t k \u003d 115 °

R abs = 5 kgf / cm2, t k \u003d 151 °

R abs = 10 kgf / cm2, tk = 179°С

R abs = 14 kgf / cm2, t k = 195°С

Pada suhu air di ruang boiler di outlet 150 ° C dan kembali t di-

pada 70 ° C setiap kg air membawa 80 kkal kehangatan.

Dalam sistem pasokan uap 1 kg air kukus portabel sekitar 600 kkal kehangatan.

Air praktis tidak dapat dimampatkan. Mengambil volume terkecil t=+4°С. Pada t di atas dan di bawah +4°C, volume air meningkat. Suhu di mana kondensasi uap air berlebih dimulai disebut t "titik embun".

Bedakan uap jenuh dan terlalu panas. Selama penguapan, beberapa molekul terbang dari permukaan cairan dan membentuk uap di atasnya. Jika suhu cairan dijaga konstan, yaitu, panas terus menerus disuplai ke sana, maka jumlah molekul yang melarikan diri akan meningkat, sedangkan karena pergerakan molekul uap yang kacau, bersamaan dengan pembentukan uap, proses sebaliknya terjadi. - kondensasi di mana bagian dari molekul uap kembali ke cair.

Jika penguapan terjadi dalam bejana tertutup, maka jumlah uap akan meningkat sampai tercapai keseimbangan, yaitu jumlah cairan dan uap menjadi konstan.

Uap yang berada dalam kesetimbangan dinamis dengan cairannya dan memiliki suhu dan tekanan yang sama dengannya disebut uap jenuh.

Uap jenuh basah, yang disebut uap, di mana ada tetesan air ketel; uap jenuh tanpa tetesan air disebut uap jenuh kering .

Bagikan dari yang kering uap jenuh dalam uap basah disebut derajat kekeringan uap (x). Dalam hal ini, kadar air uap akan sama dengan 1 - X. Untuk uap jenuh kering x = 1. Jika panas diberikan ke uap jenuh kering pada tekanan konstan, maka uap super panas diperoleh. Suhu uap superheated lebih tinggi dari suhu air boiler. Steam superheated diperoleh dari steam jenuh kering di superheater, yang dipasang di cerobong boiler.

Penggunaan uap jenuh basah tidak diinginkan, karena ketika bergerak melalui pipa uap, kejutan hidrolik (guncangan tajam di dalam pipa) kondensat yang menumpuk di fitting, di tikungan dan di tempat rendah di pipa uap, serta di pompa uap , adalah mungkin. Penurunan tekanan yang tajam dalam ketel uap ke tekanan atmosfer sangat berbahaya, yang dapat terjadi sebagai akibat dari pelanggaran darurat terhadap kekuatan ketel, karena suhu air sebelum perubahan tekanan seperti itu di atas 100 ° C, maka kelebihan panas dihabiskan untuk penguapan, yang terjadi hampir seketika. Jumlah uap naik tajam, yang mengarah pada peningkatan tekanan instan di boiler dan kerusakan serius. Semakin besar volume air dalam boiler dan semakin tinggi suhunya, semakin besar konsekuensi penghancuran tersebut. Volume uap adalah 1700 kali volume air.

super panas pasangan memiliki lebih banyak suhu tinggi dari jenuh pada tekanan yang sama - tidak memiliki kelembaban. Steam superheated diproduksi di superheater khusus, di mana steam jenuh kering dipanaskan oleh gas buang. Steam superheated tidak digunakan untuk memanaskan ruang boiler, jadi tidak ada superheater.

Sifat utama uap jenuh:

1) t duduk. uap = t kip. air pada R tertentu

2) t b.p. air tergantung pada Rsteam di boiler

3) uap jenuh mengembun.

Sifat utama uap super panas:

1) uap super panas tidak mengembun

2) uap superheated tidak tergantung pada tekanan uap di dalam boiler.

(Skema untuk mendapatkan uap dalam ketel uap) (kartu pada halaman 28 adalah opsional)

Air, uap air dan sifat-sifatnya

Air- zat paling melimpah di bumi senyawa kimia hidrogen dengan oksigen. Air adalah pelarut yang sangat baik dan karena itu segalanya perairan alami- Ini adalah larutan yang mengandung berbagai zat - garam, gas, dan kotoran lainnya.
Air dan uap air paling banyak digunakan dalam industri sebagai fluida kerja dan pendingin. Hal ini terutama disebabkan oleh ketersediaan karena distribusi air di alam, serta fakta bahwa air dan uap air memiliki karakteristik termodinamika yang relatif baik.
Jadi, panas spesifik air lebih tinggi dibandingkan dengan banyak cairan dan padatan (ketika suhu naik ke titik didih, yaitu dalam kisaran suhu 0 ... 100 ° C pada tekanan atmosfir c = 4,19 kJDkg-K)). Tidak seperti cairan lainnya dan padatan konduktivitas termal air dengan peningkatan suhu hingga 120 ... 140 ° C meningkat tergantung pada tekanan, dan pada peningkatan lebih lanjut suhu semakin menurun. kepadatan tertinggi air (1.000 g/cm3) dicapai pada 4 °C. Titik lebur (es mencair) 0 °С.
Perubahan keadaan agregasi air dari cair ke gas disebut penguapan, dan dari gas ke cair - kondensasi.
transformasi air cair menjadi uap - penguapan - dimungkinkan selama penguapan dan ketika air mendidih.
Penguapan air - proses penguapan dengan pelepasan dan penguapan molekul air dari permukaannya yang terbuka, terjadi pada suhu di bawah titik didih pada tekanan tertentu. Selama penguapan, molekul pecah dan terbang menjauh dari permukaan cairan, meningkat relatif terhadap nilai keseimbangan kecepatan gerakan, sebagai akibatnya kecepatan rata-rata pergerakan molekul dalam massa cairan berkurang dan, sebagai akibatnya, suhu seluruh massa air menurun.
Ketika panas disuplai ke massa cair, mis. ketika air dipanaskan, suhu dan laju penguapannya meningkat, dan ada saatnya yang sesuai dengan nilai-nilai tertentu suhu dan tekanan, ketika penguapan dimulai dalam volume air - air mendidih.
Air mendidih adalah proses penguapan intensif tidak hanya pada permukaan bebasnya, tetapi juga di dalam gelembung uap yang dihasilkan, pada suhu pemanasan air tertentu, yang disebut titik didih. Pada tekanan atmosfer, titik didih kira-kira 100 ° C; dengan meningkatnya tekanan, titik didih naik.
Banyaknya kalor yang harus dilaporkan kepada 1 kg air untuk berubah dari wujud cair menjadi uap pada titik didihnya disebut kalor laten penguapan r. Dengan bertambahnya tekanan, kalor laten penguapan berkurang (Tabel 1.1).

Kondensasi- proses kebalikan dari mengubah uap menjadi cair. Cairan ini disebut kondensat. Proses ini disertai dengan pelepasan panas. Jumlah panas yang dilepaskan selama kondensasi 1 kg uap disebut panas kondensasi uap, secara numerik sama dengan panas laten penguapan.

uap air- air dalam gas keadaan agregasi. Uap air yang memiliki kepadatan maksimum pada tekanan tertentu disebut jenuh. Uap jenuh berada dalam kesetimbangan termodinamika dengan fase cair, yaitu memiliki suhu dan tekanan yang sama dengan air mendidih. Uap air jenuh bisa basah atau kering. Dalam volume uap jenuh basah, dalam bentuk tetesan kecil, ada air, yang terbentuk ketika cangkang gelembung uap pecah. Uap jenuh kering tidak mengandung tetesan air, hal ini ditandai dengan suhu jenuh. Sifat-sifat uap jenuh (densitas, kapasitas panas spesifik, dll.) hanya ditentukan oleh tekanan. Uap yang suhunya untuk tekanan tertentu melebihi suhu uap jenuh disebut superheated. Perbedaan suhu antara uap superheated dan uap jenuh kering pada tekanan yang sama disebut steam superheat.
Rasio massa uap jenuh kering dengan massa uap jenuh basah disebut kandungan uap, atau derajat kekeringan uap x. Ini karakteristik penting uap air jenuh basah menentukan proporsi uap dalam campuran uap-air, di mana y adalah proporsi cairan:
X = 1 - y.
Pemisahan tetesan air dari uap disebut pemisahan, dan perangkat yang dirancang untuk tujuan ini disebut pemisah.
Entalpi uap jenuh basah hx, kJ/kg, dinyatakan dalam derajat kekeringan sebagai berikut:
hx = h" + rx,
di mana h "adalah entalpi air pada titik didih, kJ / kg.
Tabel 1.1
Sifat air dan uap jenuh kering tergantung pada tekanan

Entalpi uap super panas/gpp, kJ/kg:

uap air - badan kerja di turbin uap, mesin uap, di pembangkit nuklir, pendingin di berbagai penukar panas.

Uap - tubuh gas dalam keadaan mendekati cairan mendidih.

penguapan - proses perubahan zat dari wujud cair ke wujud uap.

Penguapan - penguapan, yang selalu terjadi pada suhu berapa pun dari permukaan cairan.

Pada suhu tertentu, tergantung pada sifat cairan dan tekanan di mana ia berada, penguapan terjadi di seluruh massa cairan. Proses ini disebut mendidih .

Proses kebalikan dari penguapan disebut kondensasi . Kondensasi, seperti penguapan, berlangsung pada suhu konstan.

Proses perubahan wujud benda padat menjadi uap disebut... sublimasi . Membalikkan proses transisi uap ke keadaan padat ditelepon desublimasi .

Ketika cairan menguap menjadi area yang terbatas(dalam ketel uap) fenomena sebaliknya terjadi secara bersamaan - kondensasi uap. Jika laju kondensasi menjadi kecepatan yang sama penguapan, maka terjadi keseimbangan dinamis. Uap dalam hal ini memiliki kerapatan maksimum dan disebut kaya feri .

Jika temperatur steam lebih tinggi dari temperatur steam jenuh pada tekanan yang sama, maka steam tersebut disebut terlalu panas .

Selisih antara suhu uap superheated dan suhu uap jenuh pada tekanan yang sama disebut derajat panas berlebih .

Karena volume spesifik steam superheated lebih besar dari volume spesifik steam jenuh, densitas steam superheated lebih kecil dari densitas steam jenuh. Oleh karena itu, uap superheated tidak jenuh.

Pada saat penguapan tetes terakhir cairan dalam ruang terbatas tanpa mengubah suhu dan tekanan (yaitu, ketika cairan berhenti menguap), a kering jenuh uap . Keadaan uap tersebut ditentukan oleh satu parameter - tekanan.

Campuran mekanis dari tetesan kering dan tetesan kecil cairan disebut basah feri .

Fraksi massa uap kering dalam uap basah - derajat kekeringan X:

x=m cn /m vp , (6.7)

di mana m cn- massa uap kering dalam keadaan basah; m vp adalah massa uap basah.

Fraksi massa pada cairan dalam uap basah - derajat kelembaban :

pada= 1–x = 1–m cn /m vp = (m vp –m cn)/m vp . (6.8)

6.4. Karakteristik Udara Lembab

Udara atmosfer, terutama terdiri dari oksigen, nitrogen, karbon dioksida, selalu mengandung uap air.

Campuran udara kering dan uap air disebut basah udara . Udara lembab pada tekanan dan suhu tertentu dapat mengandung jumlah uap air yang bervariasi.

Campuran udara kering dan uap air jenuh disebut basah jenuh udara . Dalam hal ini, jumlah maksimum uap air yang mungkin untuk suhu tertentu ada di udara lembab. Saat udara ini mendingin, uap air akan mengembun. Tekanan parsial uap air dalam campuran ini sama dengan tekanan saturasi pada suhu tertentu.

Jika udara lembab mengandung uap air dalam keadaan super panas pada suhu tertentu, maka itu disebut tak jenuh . Karena tidak mengandung uap air dalam jumlah maksimum yang mungkin untuk suhu tertentu, ia mampu melembabkan lebih lanjut. Udara ini digunakan sebagai agen pengering di berbagai pengering.

Menurut hukum Dalton, tekanan R udara lembab adalah jumlah dari tekanan parsial udara kering R di dan uap air R P :

p = p di + p P . (6.9)

Nilai maksimum p P pada suhu tertentu dari udara lembab adalah tekanan uap air jenuh p n .

Untuk menemukan tekanan parsial uap, gunakan perangkat khusus - higrometer . Alat ini digunakan untuk menentukan titik embun , yaitu suhu t p dimana udara harus didinginkan pada tekanan konstan untuk menjadi jenuh.

Mengetahui titik embun, adalah mungkin untuk menentukan tekanan parsial uap di udara dari tabel sebagai tekanan saturasi p n sesuai dengan titik embun t p .

Mutlak kelembaban udara disebut jumlah uap air dalam 1 m 3 udara lembab. Kelembaban mutlak sama dengan kerapatan uap pada tekanan parsial dan suhu udara t n .

Perbandingan antara kelembaban mutlak udara tak jenuh pada suhu tertentu dengan kelembaban mutlak udara jenuh pada suhu yang sama disebut relatif kelembaban udara

=s P /dengan n atau φ= (dengan P /dengan n) 100%, (6.10)

Untuk udara kering φ =0, untuk tak jenuh φ <1, для насыщенного φ =1 (100%).

Mengingat uap air sebagai gas ideal, menurut hukum Boyle-Mariotte, rasio densitas dapat diganti dengan rasio tekanan. Kemudian:

φ=ρ P /ρ n atau φ= p P / p n· 100%. (6.11)

Massa jenis udara lembab terdiri dari massa udara kering dan uap air yang terkandung dalam 1 m 3 volume:

ρ=ρ di +ρ P = p di / (R di T)+φ/ v′′ . (6.12)

Berat molekul udara lembab ditentukan oleh rumus:

μ =28,95–10,934φ∙ p n / p . (6.13)

Nilai p n dan v′′ pada suhu udara t diambil dari tabel uap air, φ - menurut psikrometer, p- dengan barometer.

Konten kelembaban adalah rasio massa uap dengan massa udara kering:

d=M P /M di , (6.14)

di mana M P , M di- massa uap dan udara kering di udara lembab.

Hubungan antara kadar air dan kelembaban relatif:

d=0,622φ· p n ·/( p - φ· p n). (6.15)

Konstanta gas udara:

R=8314/μ =8314/(28,95–10,934 μ· p n / p). (6.16)

Rumus berikut juga berlaku:

R = (287+462d)/(1+d).

Volume udara lembab per 1 kg udara kering:

V ow.v = R T/p. (6.17)

Volume spesifik udara lembab:

v=V ow.v /(1+d). (6.17a)

Kapasitas panas massa spesifik campuran uap-udara:

dengan cm = dengan di +d s P . (6.18)

3. Uap air dan sifat-sifatnya

3.1. Uap air. Konsep dasar dan definisi.

Salah satu fluida kerja yang paling umum di turbin uap, mesin uap, pembangkit listrik tenaga nuklir, pendingin di berbagai penukar panas adalah uap air. Uap - benda gas dalam keadaan dekat dengan cairan mendidih. penguapan Proses perubahan wujud zat dari wujud cair menjadi wujud uap. Penguapan - penguapan, yang selalu terjadi pada suhu berapa pun dari permukaan cairan. Pada suhu tertentu, tergantung pada sifat cairan dan tekanan di mana ia berada, penguapan dimulai di seluruh massa cairan. Proses ini disebut mendidih . Proses kebalikan dari penguapan disebut kondensasi . Itu juga berjalan pada suhu konstan. Proses perubahan wujud benda padat menjadi uap disebut... sublimasi . Proses kebalikan dari transisi uap ke keadaan padat disebut desublimasi . Ketika cairan menguap dalam ruang terbatas (di ketel uap), fenomena sebaliknya terjadi secara bersamaan - kondensasi uap. Jika laju kondensasi menjadi sama dengan laju penguapan, maka terjadi kesetimbangan dinamis. Uap dalam hal ini memiliki kerapatan maksimum dan disebut uap jenuh . Jika temperatur steam lebih tinggi dari temperatur steam jenuh pada tekanan yang sama, maka steam tersebut disebut terlalu panas . Selisih antara suhu uap superheated dan suhu uap jenuh pada tekanan yang sama disebut derajat panas berlebih . Karena volume spesifik steam superheated lebih besar dari volume spesifik steam jenuh, densitas steam superheated lebih kecil dari densitas steam jenuh. Oleh karena itu, uap super panas adalah uap tak jenuh . Pada saat penguapan tetes terakhir cairan dalam ruang terbatas, tanpa mengubah suhu dan tekanan, a uap jenuh kering . Keadaan uap tersebut ditentukan oleh satu parameter - tekanan. Campuran mekanis dari tetesan kering dan tetesan kecil cairan disebut uap basah . Fraksi massa uap kering dalam uap basah disebut derajat kekeringan –X.

X\u003d m cn / m ch,

m cn - massa uap kering dalam basah; m vp - massa uap basah. Fraksi massa zat cair dalam uap basah disebut derajat kelembaban –pada.

pada= 1 – .

Untuk cairan mendidih pada suhu jenuh  = 0, untuk uap kering –  = 1.

3.2 Udara lembab. Kelembaban mutlak dan relatif.

Udara atmosfer banyak digunakan dalam teknologi: sebagai fluida kerja (pada unit pendingin udara, AC, penukar panas dan pengering) dan sebagai komponen untuk pembakaran bahan bakar (pada mesin pembakaran internal, pembangkit turbin gas, pembangkit uap).

Udara kering disebut udara yang tidak mengandung uap air. Udara atmosfer selalu mengandung uap air.

udara lembab adalah campuran udara kering dan uap air.

Dalam rekayasa panas, beberapa benda gas disebut uap. Jadi, misalnya, air dalam keadaan gas disebut uap air, amonia - uap amonia.

Mari kita pertimbangkan secara lebih rinci sifat termodinamika air dan uap. (1-6).

Pembentukan uap dari cairan dengan nama yang sama terjadi melalui penguapan dan pendidihan . Ada perbedaan mendasar antara proses-proses ini. Penguapan cairan hanya terjadi dari permukaan terbuka. Molekul individu dengan kecepatan tinggi mengatasi daya tarik molekul tetangga dan terbang keluar ke ruang sekitarnya. Laju penguapan meningkat dengan suhu cairan. Inti dari mendidih adalah bahwa pembentukan uap terjadi terutama dalam volume cairan itu sendiri karena penguapannya di dalam gelembung uap. Berikut ini adalah keadaan uap air:

uap basah;

uap jenuh kering;

uap super panas.

Udara atmosfer (udara lembab) dapat berupa:

udara lembab jenuh;

udara lembab jenuh;

udara lembab tak jenuh.

jenuh Udara lembab adalah campuran udara kering dan uap air lembab. Fenomena alam adalah kabut. Jenuh Udara lembab adalah campuran udara kering dan uap air jenuh kering. tak jenuh Udara lembab adalah campuran udara kering dan uap air yang sangat panas.

Perlu dicatat arti yang berbeda secara mendasar dari istilah "basah" dalam kaitannya dengan uap dan udara. Uap disebut basah jika mengandung cairan yang terdispersi halus. Udara lembab dalam semua kasus yang menarik bagi teknologi mengandung uap air jenuh yang sangat panas atau kering. Dalam kasus umum, udara lembab juga dapat mengandung uap air lembab (misalnya, awan), tetapi kasus ini tidak menarik secara teknis dan tidak dipertimbangkan lebih lanjut.

Di udara atmosfer (lembab), setiap komponen berada di bawah tekanan parsialnya sendiri, memiliki suhu yang sama dengan suhu udara lembab dan didistribusikan secara merata di seluruh volume.

Sifat termodinamika udara lembab sebagai campuran gas udara kering dan uap air ditentukan menurut hukum karakteristik gas ideal.

Perhitungan proses dengan udara lembab biasanya dilakukan dengan syarat jumlah udara kering dalam campuran tidak berubah. Variabelnya adalah jumlah uap air yang terkandung dalam campuran. Oleh karena itu, nilai spesifik yang mencirikan udara lembab mengacu pada 1 kg udara kering.

Tekanan udara lembab ditentukan oleh hukum Dalton:

=Рв+Рп, (3.1)

Dimana Pv adalah tekanan parsial udara kering, kPa; Pp adalah tekanan parsial uap air, kPa.

Mari kita tulis persamaan Clapeyron - Mendeleev

basah PV udara = MRT; (3.2)

kering udara P B V=M B R B T; (3.3)

air uap P P V=M P R P T, (3.4)

di mana V adalah volume udara lembab, m 3; M, M V, M P - massa lembab, udara kering dan uap air, masing-masing, kg; R, R V, R P – konstanta gas lembab, udara kering dan uap air, masing-masing, kJ/(kgK); T adalah suhu mutlak udara lembab, K.

Kelembaban udara mutlak - jumlah uap air yang terkandung dalam 1 m 3 udara lembab. Ini dilambangkan dengan P dan diukur dalam kg / m 3 atau g / m 3. Dengan kata lain, ini mewakili kerapatan uap air di udara: P \u003d R P / (R P T). Jelas bahwa

P \u003d M P / V, di mana V adalah volume udara lembab dengan massa M.

Kelembaban relatif  adalah perbandingan antara kelembaban mutlak udara dalam keadaan tertentu dengan kelembaban mutlak udara jenuh (H) pada suhu yang sama.

Dua keadaan karakteristik udara dapat dicatat dalam hal nilai :<100 %, при этом Р П <Р Н и водяной пар перегретый, а влажный воздух ненасыщенный;=100 %, при этом Р П =Р Н и водяной пар сухой насыщенный, а влажный воздух насыщенный. Температура, до которой необходимо охлаждать ненасыщенный влажный воздух, чтобы содержащийся в нем перегретый пар стал сухим насыщенным, называется температурой точки росы t Н.

3.3 sayad - diagram udara lembab

Untuk pertama kalinya id - chart untuk udara lembab diusulkan oleh prof. OKE. Ramzin. Saat ini, digunakan dalam perhitungan sistem pendingin udara, pengeringan, ventilasi dan pemanas. Vid - diagram di sepanjang absis menunjukkan kadar air d, g / kg udara kering, dan sepanjang ordinat - entalpi spesifik udara lembab i, kJ / kg udara kering. Untuk pengaturan garis individu yang lebih nyaman yang digambar pada diagram id, itu dibangun dalam koordinat miring, di mana sumbu absis digambar pada sudut 135° ke sumbu y.

Dengan pengaturan sumbu koordinat ini, garis i=const, yang seharusnya sejajar dengan sumbu x, menjadi miring. Untuk memudahkan perhitungan, nilai d diturunkan ke sumbu koordinat horizontal.

Garis d=const berupa garis lurus yang sejajar dengan sumbu y, yaitu Tegak lurus. Selain itu, isoterm t C =const, t M =const (garis putus-putus pada diagram) diplot pada diagram id dalam garis nilai kelembaban relatif konstan (mulai dari .=5% hingga =100 %). Garis nilai kelembaban relatif konstan =const dibangun hanya sampai isoterm 100 °, yaitu sampai tekanan uap parsial di udara P P kurang dari tekanan atmosfer P. Pada saat P P menjadi sama dengan P, garis-garis ini kehilangan makna fisis, yang dapat dilihat dari persamaan (10), di mana, pada P P = P, kadar airnya adalah d=const.

Kurva kelembaban relatif konstan =100% membagi seluruh diagram menjadi dua bagian. Bagian itu yang terletak di atas garis ini merupakan daerah udara lembab tak jenuh di mana uap berada dalam keadaan superheated. Bagian diagram di bawah garis =100% adalah luas udara lembab jenuh.

Karena pada =100% pembacaan termometer kering dan basah adalah sama, t C =t M , maka isoterm t C =t M =konst berpotongan pada garis =100%..

Untuk menemukan titik pada diagram yang sesuai dengan keadaan udara lembab tertentu, cukup mengetahui dua parameternya dari yang ditunjukkan pada diagram. Saat melakukan percobaan, disarankan untuk menggunakan parameter yang lebih mudah dan lebih akurat diukur dalam percobaan. Dalam kasus kami, parameter ini adalah suhu umbi kering dan basah.

Mengetahui suhu ini, seseorang dapat menemukan titik perpotongan dari isoterm yang sesuai pada diagram. Titik yang ditemukan dengan cara ini akan menentukan keadaan udara lembab, dan dari diagram id, Anda dapat menentukan semua parameter udara lainnya: kadar air - d; kelembaban relatif -, entalpi udara -i; tekanan uap parsial - R P, suhu titik embun - t M.

Topik 2. Dasar-dasar rekayasa panas.

Rekayasa panas adalah ilmu yang mempelajari metode memperoleh, mengubah, mentransfer dan menggunakan panas. Energi panas diperoleh dengan membakar zat organik yang disebut bahan bakar.

Dasar-dasar rekayasa panas adalah:

1. Termodinamika – ilmu yang mempelajari perubahan energi panas menjadi energi jenis lain (misalnya: energi panas menjadi energi mekanik, kimia, dll)

2. Perpindahan panas - mempelajari perpindahan panas antara dua pembawa panas melalui permukaan pemanas.

Fluida kerja adalah pendingin (uap atau air panas), yang mampu mentransfer panas.

Di ruang boiler, pembawa panas (fluida kerja) adalah air panas dan uap air dengan suhu 150 ° C atau uap air. dengan suhu hingga 250 °C. Air panas digunakan untuk memanaskan bangunan tempat tinggal dan umum, ini karena kondisi sanitasi dan higienis, kemungkinan mudah mengubah suhunya tergantung pada suhu luar. Air memiliki densitas yang signifikan dibandingkan dengan uap, yang memungkinkan sejumlah besar panas ditransfer jarak jauh dengan volume pendingin yang kecil. Air disuplai ke sistem pemanas bangunan pada suhu tidak melebihi 95 ° C untuk menghindari pembakaran debu pada perangkat pemanas dan luka bakar dari sistem pemanas. Uap digunakan untuk memanaskan bangunan industri dan dalam sistem industri dan teknologi.

Parameter tubuh kerja

Pendingin, menerima atau mengeluarkan energi panas, mengubah kondisinya.

Sebagai contoh: Air dalam ketel uap memanas, berubah menjadi uap, yang memiliki suhu dan tekanan tertentu. Uap memasuki pemanas air uap, mendingin sendiri, dan berubah menjadi kondensat. Suhu air yang dipanaskan meningkat, suhu uap dan kondensat menurun.

Parameter utama fluida kerja adalah suhu, tekanan, volume spesifik, densitas.

t, P- ditentukan oleh instrumen: pengukur tekanan, termometer.

Volume dan kepadatan spesifik adalah nilai yang dihitung.

1. Volume spesifik- volume yang ditempati oleh satu satuan massa suatu zat di

0°С dan tekanan atmosfer 760 mm Hg. (dalam kondisi normal)

dimana: V- volume (m 3); m adalah massa zat (kg); kondisi standar: R=760mm R.st. t=20 o C

2. Kepadatan adalah perbandingan massa suatu zat dengan volumenya. setiap zat memiliki kerapatannya sendiri:

Dalam praktiknya, kerapatan relatif digunakan - rasio kerapatan gas tertentu dengan kerapatan zat standar (udara) dalam kondisi normal (t ° \u003d 0 ° : 760 mm Hg)

Dengan membandingkan densitas udara dengan densitas metana, kita dapat menentukan lokasi pengambilan sampel metana.

kita mendapatkan

gas lebih ringan dari udara, yang berarti mengisi bagian atas volume apa pun, sampel diambil dari bagian atas tungku boiler, sumur, kamar, kamar. Penganalisis gas dipasang di bagian atas bangunan.

(bahan bakar minyak lebih ringan, menempati bagian atas)

Massa jenis karbon monoksida hampir sama dengan udara, sehingga sampel karbon monoksida diambil 1,5 meter dari lantai.

3. Tekanan adalah gaya yang bekerja per satuan luas permukaan.

Gaya tekanan sama dengan 1 H, terdistribusi merata pada permukaan 1m 2 diambil sebagai satuan tekanan dan sama dengan 1Pa (N/m2) dalam sistem SI (sekarang di sekolah, di buku semuanya masuk ke Pa, perangkat juga menjadi di Pa).

Nilai Pa nilainya kecil, misalnya: jika kita mengambil 1 kg air dan menuangkannya ke dalam 1 meter, kita mendapatkan 1 mm.w.st. , oleh karena itu, pengganda dan awalan diperkenalkan - MPa, KPa ...

Dalam rekayasa, unit pengukuran yang lebih besar digunakan

1kPa \u003d 10 3 Pa; 1MPa=10bPa; 1GPa=109 Pa.

Unit Tekanan Luar kgf / m2; kgf / cm 2; mm.v.st; mm.r.st.

1 kgf / m2 = 1 mm.v st \u003d 9,8 Pa

1 kgf / cm2 = 9.8. 10 4 Pa~ 10 5 Pa = 10 4 kgf / m2

Tekanan sering diukur dalam atmosfer fisik dan teknis.

suasana fisik- tekanan rata-rata udara atmosfer di permukaan laut pada n.o.

1atm = 1,01325. 10 5 Pa = 760 mm Hg = 10,33 meter persegi. st \u003d 1,0330 mm. Seni. \u003d 1,033 kgf / cm 2.

Suasana teknis- tekanan yang disebabkan oleh gaya 1 kgf didistribusikan secara merata di atas permukaan normal dengan luas 1 cm 2.

1 pada \u003d 735 mm Hg. Seni. = 10 mv Seni. = 10.000 mm Seni. \u003d \u003d 0,1 MPa \u003d 1 kgf / cm 2

1 mm di. Seni. - gaya yang sama dengan tekanan hidrostatik kolom air 1 mm di atas dasar datar 1 mm di. st \u003d 9,8 Pa.

1 mm. rt. st - gaya yang sama dengan tekanan hidrostatik kolom merkuri dengan ketinggian 1 mm pada dasar yang datar. satu mm rt. Seni. = 13,6mm. di. Seni.

Dalam karakteristik teknis pompa, istilah head digunakan sebagai pengganti tekanan. Satuan tekanan adalah m air. Seni. Sebagai contoh: Tekanan yang dibuat oleh pompa adalah 50 m air. Seni. yang berarti dia dapat mengangkat air hingga ketinggian 50 m.

Jenis tekanan: kelebihan, vakum (vakum, dorong), absolut, atmosfer .

Jika panah menyimpang ke sisi lebih besar dari nol, maka ini adalah tekanan berlebih, ke sisi bawah - vakum.

Tekanan mutlak:

R abs \u003d R ho + R atm

R abs \u003d R vac + R atm

R abs \u003d R atm -R razr

di mana: R atm \u003d 1 kgf / cm 2

Tekanan atmosfer- tekanan rata-rata udara atmosfer di permukaan laut pada t° = 0 ° C dan atmosfer normal R=760 mm. rt. Seni.

Tekanan berlebih- tekanan di atas atmosfer (dalam volume tertutup). Di rumah boiler, air, uap di boiler dan pipa berada di bawah tekanan berlebih. R izb. diukur dengan manometer.

vakum (vakum)- tekanan dalam volume tertutup kurang dari tekanan atmosfer (vakum). Tungku dan cerobong asap boiler berada di bawah vakum. Vakum diukur dengan draft gauges.

Tekanan mutlak- tekanan berlebih atau penghalusan, dengan mempertimbangkan tekanan atmosfer.

Dengan janji, tekanannya adalah:

satu). Saluran - tekanan tertinggi pada t=20 o C

2). Bekerja - tekanan berlebih maksimum dalam boiler, yang memastikan operasi jangka panjang boiler dalam kondisi operasi normal (ditunjukkan dalam instruksi produksi).

3). Diizinkan - tekanan maksimum yang diizinkan, ditentukan oleh hasil pemeriksaan teknis atau perhitungan kontrol untuk kekuatan.

4). Dihitung - tekanan berlebih maksimum di mana kekuatan elemen boiler dihitung.

5). Uji R - tekanan berlebih di mana uji hidraulik elemen ketel dilakukan untuk kekuatan dan kepadatan (salah satu jenis pemeriksaan teknis).

4. Suhu- ini adalah tingkat pemanasan tubuh, diukur dalam derajat. Menentukan arah perpindahan panas spontan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin.

Perpindahan panas akan berlangsung sampai suhu menjadi sama, yaitu terjadi kesetimbangan suhu.

Dua skala digunakan: internasional - Kelvin dan Celcius t ° praktis.

Nol dalam skala ini adalah titik leleh es, dan seratus derajat adalah titik didih air pada atm. tekanan (760 mm rt. Seni.).

Untuk titik referensi dalam skala suhu termodinamika Kelvin, nol mutlak digunakan (suhu terendah yang secara teoritis memungkinkan di mana tidak ada pergerakan molekul). Dilambangkan T.

1 Kelvin sama besarnya dengan 1° Celcius

Suhu leleh es adalah 273K. Titik didih air adalah 373K

T=t+273; t=T-273

Titik didih tergantung pada tekanan.

Sebagai contoh, Pada R ab c \u003d 1,7 kgf/cm2 Air mendidih pada t = 115 °C.

5. Kehangatan - energi yang dapat dipindahkan dari benda yang lebih panas ke benda yang lebih dingin.

Satuan SI untuk panas dan energi adalah Joule (J). Satuan panas di luar sistem adalah kalori ( kal.).

1 kal.- jumlah kalor yang diperlukan untuk memanaskan 1 g H 2 O sebesar 1 ° C pada

P = 760 mm. HG

1 kal.= 4.19J

6. Kapasitas panas – kemampuan tubuh untuk menyerap panas . Untuk memanaskan dua zat berbeda dengan massa yang sama ke suhu yang sama, jumlah panas yang berbeda harus dikeluarkan.

Kapasitas panas spesifik air - jumlah panas yang harus dilaporkan oleh satu unit zat untuk meningkatkan t-nya sebesar 1 ° C, sama dengan 1 kkal/kg derajat.

Metode perpindahan panas.

Ada tiga jenis perpindahan panas:

1. konduktivitas termal;

2.radiasi (radiasi);

3.konveksi.

Konduktivitas termal-

Perpindahan panas karena gerakan termal molekul, atom, dan elektron bebas.

Setiap zat memiliki konduktivitas termal sendiri, itu tergantung pada komposisi kimia, struktur, kadar air bahan.

Karakteristik kuantitatif dari konduktivitas termal adalah koefisien konduktivitas termal, ini adalah jumlah panas yang ditransfer melalui satu unit permukaan pemanas per unit waktu dengan perbedaan t dalam o C dan ketebalan dinding 1 meter.

Koefisien konduktivitas termal ( ):

Tembaga = 330 kkal . mm 2. h . hujan es

Besi tuang = 5 4 kkal . mm 2. h . hujan es

Baja = 39 kkal . mm 2. h . hujan es

Dapat dilihat bahwa: logam memiliki konduktivitas termal yang baik, tembaga adalah yang terbaik.

Asbes \u003d 0,15 kkal . mm 2. h . hujan es

Jelaga \u003d 0,05-0, kkal . mm 2. h . hujan es

Skala \u003d 0,07-2 kkal . mm 2. h . hujan es

Udara = 0,02 kkal . mm 2. h . hujan es

Menghantarkan panas dengan buruk, benda berpori (asbes, jelaga, kerak).

Jelaga menghambat perpindahan panas dari gas buang ke dinding boiler (menghantarkan panas 100 kali lebih buruk daripada baja), yang menyebabkan konsumsi bahan bakar yang berlebihan, penurunan produksi uap atau air panas. Di hadapan jelaga, suhu gas buang naik. Semua ini mengarah pada penurunan efisiensi boiler. Selama operasi boiler per jam menurut instrumen (logometer) t gas buang dikendalikan, nilainya ditunjukkan dalam peta rezim ketel. Jika t gas buang meningkat, maka permukaan pemanas ditiup.

Skala terbentuk di dalam pipa (menghantarkan panas 30-50 kali lebih buruk daripada baja), sehingga mengurangi perpindahan panas dari dinding boiler ke air, akibatnya, dinding menjadi terlalu panas, berubah bentuk, dan pecah (pecahnya pipa boiler). Timbangan menghantarkan panas 30-50 kali lebih buruk dari baja

Konveksi -

Perpindahan panas dengan mencampur atau memindahkan partikel di antara mereka sendiri (cirinya hanya untuk cairan dan gas). Bedakan antara konveksi alami dan paksa.

konveksi alami- pergerakan bebas cairan atau gas karena perbedaan kepadatan lapisan yang dipanaskan secara tidak merata.

konveksi paksa- gerakan paksa cairan atau gas karena tekanan atau vakum yang diciptakan oleh pompa, penghisap asap dan kipas.

Cara untuk meningkatkan perpindahan panas konveksi:

Meningkatkan laju aliran;

Turbulisasi (putaran);

Meningkatkan permukaan pemanas (karena pemasangan tulang rusuk);

Meningkatkan perbedaan suhu antara media pemanas dan media yang dipanaskan;

Pergerakan media arus berlawanan (countercurrent).

Emisi (radiasi) -

Pertukaran panas antara benda-benda yang terletak pada jarak satu sama lain karena energi radiasi, yang pembawanya adalah osilasi elektromagnetik: ada transformasi energi panas menjadi energi radiasi dan sebaliknya, dari energi radiasi menjadi energi panas.

Radiasi adalah metode perpindahan panas yang paling efisien, terutama jika benda yang dipelajari memiliki suhu tinggi, dan sinar diarahkan tegak lurus ke permukaan yang dipanaskan.

Untuk meningkatkan perpindahan panas dengan radiasi di tungku boiler, slot khusus diletakkan dari bahan tahan api, yang merupakan penghasil panas dan stabilisator pembakaran.

Permukaan pemanas boiler adalah permukaan dari mana, di satu sisi, dicuci oleh gas, dan di sisi lain, oleh air.

Dibahas di atas 3 jenis pertukaran panas langka dalam bentuk murni. Hampir satu jenis perpindahan panas disertai dengan yang lain. Ketiga jenis perpindahan panas hadir dalam boiler, yang disebut perpindahan panas kompleks.

Di tungku ketel:

A) dari nyala api ke permukaan luar pipa boiler - dengan radiasi.

B) dari gas buang yang dihasilkan ke dinding - konveksi

C) dari permukaan luar dinding pipa ke bagian dalam - konduktivitas termal.

D) dari permukaan bagian dalam dinding pipa ke air, sirkulasi di sepanjang permukaan - konveksi.

Perpindahan panas dari satu medium ke medium lain melalui dinding pemisah disebut perpindahan panas.

Air, uap air dan sifat-sifatnya

Air adalah senyawa kimia hidrogen dan oksigen paling sederhana yang stabil dalam kondisi normal, kerapatan air tertinggi adalah 1000 kg / m 3 pada t \u003d 4 ° C.

Air, seperti cairan apa pun, tunduk pada hukum hidrolik. Itu hampir tidak menyusut, oleh karena itu ia memiliki kemampuan untuk mentransfer tekanan yang diberikan padanya ke segala arah dengan gaya yang sama. Jika beberapa kapal dengan bentuk yang berbeda dihubungkan satu sama lain, maka ketinggian air akan sama di mana-mana (hukum kapal yang berkomunikasi).

Informasi serupa.