Warmteleer

Week

10

Warmteleer

Vochtige Lucht

Warmteleer

Vochtige lucht speelt in het leven van alle dag eenheel belangrijke rol. De hoeveelheid vocht in de luchtbepaald of we het benauwd hebben of niet. Evenzobepaald de hoeveelheid vochtigheid in de lucht demate waarin de mens, planten en dieren kunnentranspireren. Regen, dauw en mist zijn het gevolg vanvocht of water in de lucht in combinatie mettemperatuur en druk.

Warmteleer

Vochtige LuchtWat moet je weten over vochtige lucht:

Vochtige lucht is een mengsel van lucht en water.(Lucht is een samenstelling van de gassen N2 (78,08%), O2 (20,95%), Ar,Ne, He, H2, Xe. Water is H2O in de vaste-, vloeibare- en dampfase.);

Vochtige lucht gedraagt zich als een ideaal gas.( Er geldt dus: );TRmT

MRnMRTnpV LL

LL ===

Warmteleer

De druk van vochtige lucht wordt bepaald door de optelling van de waterdampdruk en de luchtdruk.(po = pL + pW hierbij is 1 ≤ pW ≤ 150 mbar bij een temperatuur

-20 oC ≤ t ≤ +50 oC en pL ≈ 103 mbar)

Droge lucht kan bij elke temperatuur een bepaaldmaximum aantal grammen waterdamp pWmax = psopnemen.(Hoe hoger de temperatuur des te hoger het maximum aan water)

Warmteleer

Er zijn drie soorten vochtige lucht:1. Onverzadigde vochtige lucht (pW ≤ pS);2. Verzadigde vochtige lucht (pW = pS);3. Verzadigde vochtige lucht met ijs (pW = pS en de

temperatuur t < 0 ,01 oC).

Warmteleer

Vocht parametersDe aantal grammen water per éénheid lucht kan op meerdere manieren aangegeven worden, enkele zijn:Per kg droge lucht, dit noemt het vochtgehalte xW;Per m3vochtige lucht, dit noemt men de absolute vochtigheid yW;Per kg vochtige lucht, dit noemt men de specifiekevochtigheid;

Warmteleer

Ook de relatieve vochtigheid RV, die gelijk is aan de verhouding xW/xS of yW/yS is een manier om hetaantal grammen water per éénheid lucht te bepalen;Het bepalen van het dauwpunt is ook een manier omhet aantal grammen water per éénheid lucht tebepalen.

Warmteleer

Onverzadigde vochtige luchtWe bekijken een hoeveelheid oneverzadigde lucht ineen volume V.In dit volume zit:

Droge lucht met massa mL (mL= nLML), die een druk pL veroorzaaktin het volume V. Waterdamp met massa mW (mW= nW MW), die een druk pWveroorzaakt in het volume V.

Warmteleer

Er geldt verder:pvochtige lucht = pL + pW = po

molgOHM

molgONM

TRVpmTRmT

MRMnRTnVp

TRVpmTRmT

MRMnRTnVp

W

L

W

WWWW

WWWWW

L

LLLL

LLLLL

/1816*11*2.1.2

/88.28100

32*2228*78100

.22.78

2

22

=+=+=

=+

=+

≈

=⇒===

=⇒===

Warmteleer

KkgkJ

kmolkg

KkmolkJ

MRR

KkgkJ

kmolkg

KkmolkJ

MRR

WW

LL

.462.0

18

.325

.288.0

88.28

.325

===

===

Warmteleer

De vocht parameters van deze lucht zijn dan:a.Vochtgehalte xw

O

S

SO

SS

O

W

WO

WW

L

W

L

W

W

L

L

L

W

W

L

WW

pp

pppx

pp

pppx

pp

pp

RR

TRVpTRVp

mmx

622.0622.0

622.0622.0

622.0.

≈−

=

≈−

=

====

Warmteleer

Indien x > xS dan is de vochtige lucht verzadigd→ (x – xS) = een aantal grammen water dat per kg droge lucht in vloeibare vorm (regen of mist) of in vaste vorm (ys, hagel of sneeuw) aanwezigis.

Warmteleer

b.Relatieve vochtigheid RVDe vochtgehalte van lucht wordt vaak aangegeven door middel van de relatieve vochtgehalte, dit is de verhoudingtussen de aanwezige vochtgehalte x en de maximaal

mogelijke vochtgehalte bij die temperatuur xS.

S

W

WS

WW

S

W

O

S

O

W

S

WV m

m

VTRm

VTRm

pp

pppp

xxR =====

622.0

622.0

Warmteleer

c.Absolute vochtigheid yWDe absolute vochtigheid is het aantal grammenwater per m3 vochtige lucht.Voor de relatieve vochtigheid RV geldt:

S

W

S

W

S

WV

S

W

S

W

S

W

S

WV

yy

pp

xxR

yy

VmVm

mV

Vm

mmR

===

==== .

Warmteleer

DauwpuntWanneer lucht bij gelijk blijvende druk afkoelt, zal er bijeen bepaalde temperatuur, de zogenaamde dauw-temperatuur tD, vochtvorming optreden.Neem aan dat lucht van 30 oC een relatieve vochtigheidheeft van 0.7 of 70%, dan is deze lucht onverzadigd vanwaterdamp!De relatieve vochtigheid RV < 1.

Warmteleer

22 9,24963567*7.07.0

2.5.,

1

2727 mN

mNpp

tabelmetyyenppxx

yy

pp

xxR

oo SW

SWSWSW

S

W

S

W

S

WV

===

<<<⇒

<===

Warmteleer

De temperatuur waarbij de pS = 2496,9 N/m2 is de temperatuur waarbij er vochtvorming zal beginnen. Deze temperatuur noemen we de dauwtemperatuurtD. Zie figuur.

Warmteleer

Warmteleer

Enthalpie HDe enthalpie is een toestandsgrootheid net zoals deinwendige energie. Omdat de enthalpie een toestands-grootheid is gaat het om de enthalpieverandering. De enthalpie verandering is gelijk aan de toegevoerde warmteaan het systeem (de lucht in ons geval) bij gelijk blijvendedruk. Q = ΔU + p.ΔV = CP . ΔT. De eenheid van de enthalpie is dus de Joule!

Warmteleer

Omdat Q gelijk is aan de enthalpieverandering bij konstantedruk geldt dan:Q = ΔH = H1 – H2 = ΔU + p.ΔV = CP . ΔT →H = U + pV of H = CP.T. Omdat het om verschillen geldt ook H = CP.t, t is de temperatuur in graden Celsius.De enthalpie wordt vaak gebruikt per kg massa, die danaangeduid wordt met h. De eenheid is dan J/kg.

Warmteleer

Enthalpie van vochtige luchtOmdat het om verschillen gaat kan het nulpunt van de enthalpie willekeurig gekozen worden.De volgende afspraken zijn in gebruik:

h wordt steeds betrokken op een mengsel van1 kgdroge lucht en x kg water (damp, vloeistof of vast);Voor lucht is hL = 0 voor t = 0 oC en p = 1 bar;Voor water is hW = 0 voor t = 0 oC, p = 1 bar en fase is de

vloeibare.

Warmteleer

Voor (1 + x)kg vochtige lucht geldt dan:h1+x = hL + xW .hW

Voor onverzadigde lucht geldt:

WL

Wx

x

PWWPLwaterdampluchtx

ptppth

xttxth

tCrxtChhh

0155.0622.0*2500

2500)86.12500(004.1

).(.

1

1

1

+≈+=

+≈++=

++=+=

+

+

+

Warmteleer

Voor verzadigde lucht met waternevel geldt:

txxtxth

tCxxtCrxtChhhh

SWx

WSWPWWPLwaterwaterdampluchtx

19.4)()86.12500(004.1

.)().(.

1

1

−+++=

−+++=++=

+

+

Warmteleer

Voor verzadigde lucht met ijsnevel geldt:

)05.2333()()86.12500(004.1

).)(().(.

1

1

txxtxth

tCrxxtCrxtChhhh

SWx

ijsijsSWPWWPLijswaterdampluchtx

−−−++=

−−−++=++=

+

+

Warmteleer

De projectie in het p-T vlak voor water.