Transcript unitatea-5 - Marinari.info

Unitatea de învăţare nr. 5
CONDIŢIONAREA AERULUI
Cuprins
1. Compoziţia aerului atmosferic
2. Parametrii caracteristici ai aerului umed
3. Diagrama entalpie – conţinut de umiditate a aerului umed
4. Transformări ale aerului umed
5. Instalaţii de climatizare la bordul navelor
6. Calculul instalaţiei de aer condiţionat
–
–
–
–
–
6.1. Descriere
6.2. Funcţionare
6.3.Bilanţul termic al instalaţiei de aer condiţionat
6.4.Calculul sarcinii termice şi de umiditate pentru sezonul cald
6.5. Calculul tratării aerului în sezonul rece
1. COMPOZIŢIA AERULUI ATMOSFERIC
• Aerul atmosferic este un amestec de aer uscat la care se adaugă
vapori de apă şi alte impurităţi sub formă de gaze, vapori ai unor
substanţe sau praf.
Tabelul 1. Compoziţia aerului uscat
Component
Azot
Oxigen
Argon
Dioxid de carbon
Neon
Heliu
Hidrocarburi
Metan
Kripton
Hidrogen
Oxid nitros
Xenon
Ozon
Radon
N2
O2
Ar
CO2
Ne
He
CH4
Kr
H2
N2O
Xe
O3
Rn
Participaţii volumice
%
78,087
20,95
0,93
0,93
18x10-4
5,24x10-4
2,03x10-4
1,5x10-4
1,14x10-4
0,5x10-4
0,5x10-4
0,08x10-4
0,01x10-4
6x10-18
99,9999
Participaţii masice
%
75,52
23,15
1,282
0,046
12,5x10-4
0,72x10-4
1,28x10-4
0,8x10-4
3,3x10-4
0,035x10-4
0,8x10-4
0,036x10-4
0,015x10-4
7x10-17
99,9999
2. PARAMETRII CARACTERISTICI AI AERULUI UMED
Presiunea aerului
• Presiunea totală a aerului umed se determină cu
legea lui Dalton, aerul umed fiind un amestec de
aer uscat şi vapori de apă, rezultă relaţia:
p  p a  pv
• Astfel, presiunea parţială a vaporilor de apă creşte
cu creşterea cantităţii de vapori conţinuţi în aerul
umed, până la atingerea valorii maxime, când
aerul este saturat ( la saturaţie).
Temperatura aerului
• Aerul umed este caracterizat de trei temperaturi:
– temperatura termometrului uscat;
– temperatura termometrului umed;
– temperatura punctului de rouă.
• Temperatura termometrului uscat (t) este definită ca fiind
temperatura măsurată cu un termometru protejat împotriva
radiaţiilor termice.
• Temperatura după termometrul umed (t’) defineşte
temperatura măsurată cu termometrul obişnuit, având
rezervorul înfăşurat într-un tifon de vată îmbibat cu apă.
• Temperatura punctului de rouă ( t ) este temperatura la care
începe condensarea vaporilor de apă, la răcirea izobară a aerului
umed cu un conţinut de umiditate constant.
Umiditatea aerului umed
• a) Conţinutul de umiditate (x)


mv  kg vapori de apa
x

ma  kg aer uscat 


• b) Umiditatea specifică a aerului umed (ξ) reprezintă
conţinutul de vapori de apă dintr-un kg de amestec:
ma  mv  1kg   
mv
x
: ma   
ma  mv
1 x
• c) Umiditatea absolută (a) este masa vaporilor de apă
conţinuţi într-un m3 de aer umed, deci se măsoară prin
densitatea vaporilor din amestec:
mv
 kg / m3 
a  v 
V
• d) Umiditatea relativă (φ) reprezintă raportul dintre
conţinutul de vapori de apă ai aerului la un moment dat (la
o presiune atmosferică şi o anumită temperatură) şi
conţinutul maxim de vapori de apă pe care l-ar putea
îngloba aerul, în aceleaşi condiţii de presiune şi
temperatură.
pv
v Rv  T pv


 %
p
s
ps
s
Rv  T
• Densitatea aerului umed (ρ)

ma  mv
    a  v
V
Căldura specifică a aerului umed (cp)
• pentru aerul uscat:
c pa  1,005kJ kg  K   1kJ kg  K 
• pentru vaporii de apă:
c pv  1,84kJ kg  K 
• Căldura masică a aerului umed,
cu relaţia:
(c p )
, se calculează
c p  c p a  xcp v
respectiv:
c p  1,005 1,84 x
unde x este conţinutul de umiditate.
[kJ / kg  K ]
Entalpia specifică a aerului umed (h)
• Entalpia specifică a aerului uscat este:
ha  c pa  t
• Entalpia specifică a vaporilor de apă este:
hv  c pv  t  lv
(lv sau r) - căldura latentă specifică de vaporizare a
apei
(l v  2500 [kJ / kg] la 0 o C )
• Bilanţul conţinutului total de căldură al amestecului:
hma  mv   ha  ma  hv  mv
• Din definiţia lui „x” rezultă:
h1  x  ha  xhv
h
ha  xh v
1 x
• Cum x  1 , obţinem:
h  c p a  t  x  (c p v  t  lv )
DIAGRAMA ENTALPIE – CONŢINUT DE UMIDITATE A AERULUI UMED
• În digrama (h-x) axele sunt înclinate iar unghiul dintre axa umidităţii Ox şi axa
entalpiei Oh este de 135º.
Fig. 1. Reprezentarea mărimilor caracteristice ale aerului umed în starea A
.
În situaţiile în care temperatura t≤-25oC, pentru a se asigura
temperatura interioară de condort este necesară recircularea
unei cantităţi de aer provenită de la sistemul de recirculare.
6. CALCULUL INSTALAŢIEI DE AER CONDIŢIONAT
• Scopul instalaţiei de aer condiţionat este de a asigura condiţii optime de
microclimă în compartimentele de locuit şi publice.
6.4. Calculul sarcinii termice şi de umiditate pentru sezonul cald
• Pentru calculul sarcinii termice se va considera o cabină de dimensiuni medii,
locuită de o singură persoană. Camera are dimensiunile L , l, h şi V = L x l x h.
Degajări de căldură de la iluminatul electric
• Cabina are două lămpi cu incandescenţă (o veioză la pat şi una pe masă) şi 3
lămpi fluorescente, două în tavanul încăperii şi una la oglindă. Căldura degajată
de la lămpile cu incandescenţă este:
Qil  0,8  S  P
W
unde:
S – coeficient de simultaneitate reprezentând raportul dintre puterea lămpilor în
funcţiune şi puterea totată instalată.
P – puterea instalată totală [W]
Căldura degajată de om
• Exemplu: Un om adult depunând o muncă uşoară
la 30oC va degaja o cantitate de cădură:
Qom  134 W
Căldura pătrunsă prin peretele exterior
• Pentru a putea calcula această cantitate de căldură trebuie, înainte de toate să
se calculeze valoarea coeficientului total de transfer de căldură; acesta este:
K
1

1
 k 
1
k  2
1
W / m
2
K

unde:
• α1 – coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie la exteriorul peretelui
• α2 – coeficientul de transmitere a căldurii prin convecţie la interiorul peretelui
• δ – grosimea unui strat component din structura peretelui
• λ – conductivitatea termică a stratului respectiv.
• Se calculează căldura pătrunsă în încăpere din afară prin peretele exterior după
formula:
Qp  Sp t e  t i   K
W
unde:
• Sp – suprafaţa peretelui exterior mai puţin suprafaţa ferestrei.
Căldura solară transmisă prin ferestre
• Intensitatea radiaţiei solare primite de fereastră are forma generală:
Qf  Sf c  u  Ff  Fa  Fc  qs  K t e  t i 
unde:
• u – factor de umbrire cu draperii interioare semi-închise
• c – factor de corecţie pentru calitatea geamului
• Ff – factor de corecţie pentru tipul ferestrei
W
u = 0,61
c = 0,94
Ff 
1
0 ,85
• Fa – factor de corecţie pentru latitudine Fa = 1
• Fc – factor de corecţie pentru claritatea atmosferei
Fc = 0,95
• qs – densitatea fluxului de căldură transmis instantaneu în încăpere de suprafaţa
însorită a ferestrei
qs = 760 W/m2
Sarcina termică
• Sarcina termică în sezonul cald va fi suma tuturor
acestor degajări şi aporturi de căldură:
QTV  G VIV  Qp  Qf  Qom  Qil
W
6.5. Calculul tratării aerului în sezonul rece
Calculul fluxului de căldură ce se pierde prin peretele exterior
• Căldura cedată în exterior va fi:
Qp  Sp  K t i  t e 
[W]
Căldura cedată în exterior prin ferestre
• La fel, neglijând radiaţia solară, căldura cedată în exterior va fi în acest
caz:
Qf  Sf  K t i  t e 
[W]
Căldura degajată de om
• Un om adult depunând un efort uşor va degaja la temperatura camerei
de 20oC o cantitate de căldură:
Qom  117 W
Sarcina termică
• Considerând degajările de căldură de la iluminat aceleaşi ca şi în perioada
de vară, va rezulta sarcina termică a încăperii pentru sezonul rece:
QT  G V  i V  Qil  Qom  Qp  Qf
[W]
Sarcina de umiditate
• Cantitatea de vapori degajată de un om adult depunând un efort uşor la
temperatura camerei de 20oC va fi:
 GV  0,07 kg vapori/ ora