Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -1-
CHƯƠNG 8
K
K
H
H
O
O
Â
Â
N
N
G
G


K
K
H
H
Í
Í


A
A
Å
Å
M

M

1. TỔNG QUÁT
1.1. KHÁI NIỆM
Không khí ẩm là hổn hợp của không khí khô (oxi, nitơ, …) và hơi nước.
Lượng hơi nước trong không khí ẩm rất nhỏ nhưng có ảnh hưởng quan trọng đối
với sinh hoạt con người cũng như các quá trình công nghệ.
Hơi nước trong không khí ẩm có phân áp suất rất nhỏ (khoảng
0,02

0,027bar) ở nhiệt độ bình thường hơi nước ở trạng thái hơi quá nhiệt.
v
p
t=30
o
C
0,04241bar
p
h
=0,027bar
Hơi quá
nhiệt


KHÔNG KHÍ ẨM
=
KHÔNG KHÍ KHÔ
+
HƠI NƯỚC
Thể tích

V
=
V
k

=
V
h
p suất
p
=
p
k

+
p
h
Nhiệt độ
t
=
t
k

=
t
h
Khối lượng
G
=
G

k
+
G
h

Ví dụ minh họa hơi
nước trong không khí
ẩm ở trạng thái hơi
quá nhiệt.
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -2-
1.2. CÁC LOẠI KHÔNG KHÍ ẨM
v
p
t=const
Chưa bão
hòa
t
đs
A
C
B
D
p
h
p
hbh
Bão hòa
Quá bão

hòa

1. Không khí ẩm chưa bão hòa (trạng thái A)
Nếu hơi nước trong KKA ở trạng thái hơi quá nhiệt (A) thì KKA được
gọi là KKA chưa bão hòa, phân áp suất của hơi nước p
h
nhỏ hơn phân áp suất
bão hoà ở cùng nhiệt độ của KKA p
hbh
. Đối với KKA chưa bão hoà thì nước có
thể bốc hơi vào nó được vì chưa bò ngưng tụ.
2. Không khí ẩm bão hòa (trạng thái B, C)
Là KKA mà hơi nước chứa trong nó ở trạng thái hơi bão hòa khô (B, C),
nếu cho thêm hơi nước vào KKA bão hoà thì nó sẽ ngưng tụ thành những giọt li
ti
Có 2 cách biến KKA chưa bão hoà thành không khí ẩm bão hoà:
- Giữ nhiệt độ KKA không đổi (t = const), tăng thêm lượng hơi nước (cho
nước bay hơi vào không gian chứa KKA), tức tăng phân áp suất của hơi
nước đến khi đạt đến trạng thái bão hoà. Quá trình này biểu diển trên đồ
thò bằng đoạn AB.
- Giữ phân áp suất của hơi nước trong KKA không đổi (p
h
= const), hạ
nhiệt độ KKA (làm lạnh khối KKA) đến nhiệt độ bão hòa tương ứng với
phân áp suất của hơi nước p
h
trong KKA. Quá trình này được thể hiện
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -3-

trên đồ thò bằng đường AC, nhiệt độ t
c
được gọi là nhiệt độ điểm sương
(t
c
= t
đs
)
t

p
hbh
= p
hmax
p
h


t
đs
t
đs


t (bằng khi KKA ở trạng thái bão hòa)
3. Không khí ẩm quá bão hòa (trạng thái D)
Là KKA mà hơi nước chứa trong nó ở trạng thái hơi bão hòa ẩm (D).
KKA quá bão hòa không bền vững vì một lượng hơi nước sẽ bò ngưng tụ lại
và tách khỏi KKA, như vậy KKA quá bão hòa sẽ dần dần trở lại trạng thái
KKA bão hòa.

2. CÁC THÔNG SỐ CỦA KHÔNG KHÍ ẨM
2.1. ĐỘ ẨM TUYỆT ĐỐI
Là khối lượng hơi nước chứa trong 1m
3
KKA
V
G
h
h


, kg/m
3
2.2. ĐỘ ẨM TƯƠNG ĐỐI
Độ ẩm tương đối được biểu thò bằng tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối của KKA
h

và độ ẩm tuyệt đối của KKA bão hòa có cùng nhiệt độ là
hbh


hbh
h





Do đó độ ẩm tương đối thể hiện khả năng chứa thêm lượng hơi nước của
KKA lớn hay nhỏ. Nếu độ ẩm tương đối nhỏ, nó biểu thò không khí này có khả

năng nhận thêm hơi nước lớn và ngược lại.
Vì hơi nước trong KKA xem như là khí lý tưởng nên:
TRpp
TRp
hhbhhhbh
hhh




max

Do đó
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -4-
maxh
h
hbh
h
p
p





Trong đó p
hmax
là áp suất bão hòa của hơi nước ứng với nhiệt độ KKA.

2.3. ĐỘ CHỨA HƠI d (DUNG ẨM)
Là lượng hơi nước có trong KKA ứng với 1kg không khí khô:

k
h
G
G
d 
, kghơinước/kgkkkhơ
Ta có G = G
k
+ G
h













d
dG
G
d

G
G
h
k
1
1

Vì hơi nước trong KKA xem như là khí lý tưởng nên:
TR
Vp
G
TR
Vp
G
k
k
k
h
h
h



Do đó
h
k
k
h
R
R

p
p
d .

Thay
KkgJRKkgJR
kh
./
29
8314
;./
18
8314

và p
k
= p – p
h
vào ta được:
max
max
.
.
622,0622,0
h
h
h
h
pp
p

pp
p
d







2.4. ENTANPI CỦA KHÔNG KHÍ ẨM
Gọi I là entanpi của KKA, i
k
là entanpi của không khí khô, i
h
là entanpi
của hơi nước. Entanpi của KKA được tính ứng với 1kg không khí khô.
I = i
k
+ d.i
h
kJ/kgkkk
i
k
= c
p,k
t = t, kJ/kgkkk
c
p,k



1kJ/kg: nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí khô
i
h
= r + c
p,h
t = 2500 + 1,84t, kJ/kghơinước
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -5-
r- ẩn nhiệt hóa hơi của nước
c
p,h
- nhiệt dung riêng đẳng áp của hơi nước ở 0
o
C
Vậy I = t + d(2500 + 1,84t), kJ/kgkkk
2.5. NHIỆT ĐỘ ĐỌNG SƯƠNG
Như đã trình bày trong phần 1.2. Khi làm lạnh khối KKA chưa bão hòa
thành KKA bão hòa trong điều kiện phân áp suất của hơi nước không đổi p
h
=
const ( d =const). Đây cũng chính là nhiệt độ hơi nước trong KKA ngưng tụ
thành nước.
2.6. NHIỆT ĐỘ NHIỆT KẾ ƯỚT
Nhiệt kế khô
Nhiệt kế ướt
Nước cất
Vải cotton sạch








Nhiệt độ nhiệt kế t
ư
là
nhiệt độ ứng với trạng
thái KKA bão hòa có
cùng entanpi với KKA
đang khảo sát.
t
ư


t, bằng khi
%100



Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -6-
3. ĐỒ THỊ KHÔNG KHÍ ẨM
Có hai loại đồ thò thường được sử dụng là đồ thò t-d và I-d.
3.1. ĐỒ THỊ t – d (ĐỒ THỊ CARRIER)
t,
o

C
d, g/kgkkk

=100%
I, kJ/kgkkk
A
I = const
d=const
tt
ư
t
đs


3.1. ĐỒ THỊ I – d (ĐỒ THỊ MOLLIER)
d, g/kgkkk

=100%
A
I, kJ/kgkkk
t
ư
t
đs
I = const
d=const
p
h
, mmHg




Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -7-
4. CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ BẢN CỦA KHÔNG
KHÍ ẨM
4.1. QUÁ TRÌNH GIA NHIỆT
Khi cấp nhiệt Q cho dòng KKA, lượng hơi nước trong dòng khí không
thay đổi (d = const). Dòng khí được cấp thêm năng lượng nên entanpi I và nhiệt
độ t tăng, độ ẩm tương đối

giảm xuống.
t,
o
C
d, g/kgkkk

=100%
21
I
1
I
2

4.2. QUÁ TRÌNH LÀM LẠNH
t,
o
C
d, g/kgkkk


=100%
12
I
2
I
1
t
2
t
đs

Nhiệt lượng cung
cấp cho quá trình
gia nhiệt:
Q = I
2
– I
1
, kJ/kgkkk
Làm lạnh trên nhiệt độ
đọng sương: t
2
> t
đs
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -8-
t,
o

C
d, g/kgkkk

=100%
1
2
I
2
I
1
t
2
=t
đs

t,
o
C
d, g/kgkkk

=100%
1
2
I
2
I
1
t
2
t

đs
d
1
d
2


Trong thực tế khi làm lạnh đến hoặc dưới nhiệt độ đọng sương, do có
hiện tượng lọt không khí nên không khí ẩm ra khỏi dàn lạnh là hổn hợp giữa
không khí có độ ẩm
%100

và không khí có độ ẩm
%100

vì thế không
khí ra khỏi dàn lạnh có
%100

.
Làm lạnh đến nhiệt độ đọng
sương: t
2
= t
đs
,
%100
2




Làm lạnh dưới nhiệt độ đọng sương: t
2
<
t
đs
,
%100
2


, một phần hơi nước trong
KKA ngưng tụ lại và có giá trò bằng
d
= d
1
– d
2
, kghn/kgkkk. Gọi G
n
là
lượng nước cần lấy khỏi KKA trong một
đơn vò thời gian thì lượng không khí khô
cần thổi qua dàn lạnh là
d
G
G
n
kkk



, vậy
lượng KKA trước và sau dàn lạnh là
G
1
=G
kkk
(1+d
1
),
G
2
=G
kkk
(1+d
2
)=G
kkk
(1+d
1
–
d
)
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -9-
t,
o
C
d, g/kgkkk


=100%
1
2
I
2
I
1
t
2
d
1
d
2

Nhiệt lượng cần lấy khỏi KKA hay năng suất thiết bò lạnh trong các
trường hợp trên là: Q = I
1
– I
2
, kJ/kgkkk
4.3 SẤY LÝ THUYẾT
Sấy là quá trình tách ẩm bằng nhiệt. Sơ đồ nguyên lý như sau:
Bộ gia nhiệt
(calorifer)
Buồng sấy
1 2 3

Không khí ban đầu ở trạng thái 1 được quạt đẩy qua bộ gia nhiệt (quá
trình gia nhiệt), sau đó dòng không khí nóng 2 này được thổi vào buồng sấy,

vật sấy sẽ nhận nhiệt từ dòng khí và bốc hơi nước ra khỏi vật để truyền vào
dòng không khí thổi qua. Nhiệt độ của không khí giảm xuống, độ ẩm và độ
chứa hơi tăng lên, do vật nhận nhiệt từ dòng khí để bốc hơi và trả lại dòng khí
dưới dạng hơi nước mang vào nên I
3
= I
2
(sấy lý thuyết)
Ví dụ quá trình làm lạnh dưới
nhiệt độ đọng sương trong
thực tế.
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -10-
t,
o
C
d

=100%
2
1
I
1
I
2
=I
3
3
d

1
=d
2
d
3

Gọi G
n
là lượng nước cần lấy khỏi vật sấy trong một đơn vò thời gian thì
lượng không khí khô cần thổi qua hệ thống là
23
dd
G
d
G
G
nn
kkk




, vậy lượng
KKA qua quạt là G
1
=G
kkk
(1+d
1
).

4.4. QUÁ TRÌNH HÒA TRỘN
G
1
G
2
G
3
t,
o
C
d

=100%
2
1
I
1
I
3
3
d
1
d
3
d
2
I
2
a
b


Các phương trình cân bằng:
 
 ravào

- Cân bằng khối lượng: G
3
= G
1
+ G
2
(1)
- Cân bằng năng lượng: I
3
G
3
= I
1
G
1
+ I
2
G
2
(2)
- Cân bằng độ chứa hơi: d
3
G
3
= d

1
G
1
+ d
2
G
2
(3)
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -11-
(2) I
3
(G
1
+ G
2
) = I
1
G
1
+ I
2
G
2
 G
1
(I
3
– I

1
) = G
2
(I
2
– I
3
)
(3) d
3
(G
1
+ G
2
) = d
1
G
1
+ d
2
G
2
 G
1
(d
3
– d
1
) = G
2

(d
2
– d
3
)
13
32
13
32
dd
dd
II
II





 đây là phương trình đường thẳng qua 3 điểm 1,2,3 nên điểm
hòa trộn 3 nằm trên đoạn thẳng 12
13
32
13
32
13
32
2
1
tt
tt

dd
dd
II
II
G
G









(tam giác đồng dạng)
Các thông số của dòng khí sau khi hòa trộn:
21
2211
3
21
2211
3
21
2211
3
GG
tGtG
t
GG

IGIG
I
GG
dGdG
d










5. BÀI TẬP
 Xác đònh các thông số của KKA khi biết t = 30
o
C và t
đs
= 20
o
C
Xác đònh các thông số của KKA khi biết t = 30
o
C và t
ư
= 25
o
C

Xác đònh các thông số của KKA khi biết t
ư
= 25
o
C và t
đs
= 20
o
C
 Không khí ẩm có d
1
=19g/kg và t
1
=30
o
C, được gia nhiệt đến nhiệt độ t
2
=80
o
C
và sau đó cho đi vào buồng sấy. Khi ra khỏi buồng sấy nhiệt độ của không khí
là t
3
=45
o
C. Xác đònh nhiệt lượng cần thiết để lấy đi 2kg nước từ vật cần sấy.
Nếu chỉ gia nhiệt không khí đến 70
o
C (t’
2

=70
o
C<t
2
) thì độ ẩm tương đối
'
3

trong trường hợp này là bao nhiêu? (cho biết t’
3
=t
3
=45
o
C). Vẽ đồ thò minh
hoạ (p
0
=1bar)
 Một dàn lạnh không khí có các thông số như sau: không khí vào có lưu
lượng thể tích V = 5000m
3
/h, nhiệt độ nhiệt kế khô chỉ t
1
=35
o
C, nhiệt độ nhiệt
kế ướt chỉ t
1ư
=30
o

C, nhiệt độ không khí ra khỏi dàn lạnh t
2
=10
o
C và
2

=80%.
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -12-
Độ tăng nhiệt độ của nước lạnh sau khi qua dàn lạnh
n
t
=5
o
C, nhiệt dung
riêng của nước c
pn
=4,18kJ/kgđộ.
a. Tính năng suất dàn lạnh Q
0
[kW]
b. Tính lưu lượng nước lạnh và nước ngưng tụ [kg/h]
c. Biểu diển quá trình không khí ẩm trên đồ thò I-d và t-d.
Khi tính không sử dụng đồ thò I-d và t-d. p suất khí trời xem là 1bar.
 Không khí ẩm trước khi đi vào dàn lạnh có t
1
= 32
0

C và 
1
= 80%. Sau khi ra
khỏi dàn lạnh, người ta thấy t
2
= t
đs1
– 10
0
C và 
2
= 100%, trong đó t
đs1
là nhiệt
độ đọng sương ứng với trạng thái không khí trước khi đi vào dàn lạnh. Cho biết
lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh là 7500 m
3
/h.
a- Vẽ biểu diễn quá trình đang khảo sát trên đồ thò I-d và t-d. (0,5 điểm)
b- Xác đònh năng suất lý thuyết của dàn lạnh. (1 điểm)
 Một thiết bò sấy thông dụng gồm quạt – calorifer – buồng sấy, sản phẩm
tươi lúc đưa vào buồng sấy có khối lượng G
đ
=800kg, sản phẩm sau khi sấy khô
đạt yêu cầu có G
c
=500kg, thời gian sấy

=3giờ. Không khí vào calorifer có
thông số: nhiệt độ nhiệt kế khô t

1
=30
o
C, nhiệt độ nhiệt kế ướt t
ư
=25
o
C, nhiệt
độ không khí ra khỏi calorifer t
2
=60
o
C, nhiệt độ không khí thải khỏi buồng sấy
t
3
=35
o
C.
a. Biểu diển các quá trình nhiệt động của không khí ẩm trên đồ thò I-d.
b. Tính lưu lượng quạt của máy sấy G
k
[kg/h]
c. Tính nhiệt lượng cấp cho calorifer Q [kW]
Các tổn thất phụ của máy sấy có thể bỏ qua.
 Không khí ẩm ở trạng thái ban đầu có áp suất p
1
= 0,1 MPa, nhiệt độ t
1
=
10

0
C, độ ẩm tương đối 
1
= 60%. Không khí ẩm này được nén theo quá trình đa
biến với n = 1,25 đến trạng thái 2 có nhiệt độ t
2
= 60
0
C (xem không khí ẩm như
khí lý tưởng để xử lý trong quá trình nén và xem như d = const trong quá trình
nén).
Bài giảng Nhiệt động học kỹ thuật CHƯƠNG 8: KHÔNG KHÍ ẨM

CBGD: TS. NGUYỄN MINH PHÚ -13-
a/ Xác đònh áp suất p
2
.
b/ Xác đònh độ ẩm tương đối của không khí 
2
.
 Một máy sấy lúa có các thông số sau: khối lượng lúa tươi G
1
= 4000kg, khối
lượng lúa sau khi sấy G
2
= 3000kg, thời gian sấy một mẻ

= 5h, nhiệt độ
không khí vào buồng sấy
Ct

0
2
80
, hơi đi vào bộ gia nhiệt được cung cấp từ lò
hơi đốt dầu DO, hiệu suất lò hơi
l

60% và nhiệt trò dầu DO là Q
nl
= 9000
kcal/kg. Không khí thải ra khỏi buồng sấy có nhiệt độ 35
0
C, môi trường không
khí xung quanh có
Ct
0
1
30
và
%70
1



a/ Tính thông số của không khí ẩm tại các điểm đặc trưng và biểu diễn
quá trình sấy trên đồ thò I-d.
b/ Tính lưu lượng quạt (m
3
/h), lưu lượng hơi cung cấp cho bộ gia nhiệt,
lượng dầu tiêu hao của lò trong một giờ. Cho biết áp kế lò hơi chỉ p = 5bar, hơi

vào bộ gia nhiệt có độ khô x = 0,95 và nước ngưng thải có nhiệt độ 90
0
C