7.1. Notiuni generale

Amestecul mecanic dintre aerul uscat si vaporii de apa formeaza aerul umed. Presiunile partiale ale aerului p_a, respectiv ale vaporilor de apa p_v sunt:

p_a = p.r_a ; p_v = p.r_v , (7.1)

in care: p este presiunea totala a aerului umed, iar r_a si r_v sunt participatiile volumice ale aerului uscat si respectiv ale vaporilor de apa.

Presiunea partiala a vaporilor de apa in aerul atmosferic este foarte mica si in consecinta este posibila evaporarea apei la o temperatura mult inferioara temperaturii de vaporizare la presiunea normala fizica de 1,01325 bar, unde t = 100^oC. Pe fenomenul de evaporare superficiala a apei se bazeaza existenta vaporilor de apa din aerul atmosferic la temperaturi scazute, 0^oC si sub 0^oC.

7.2. Calculul marimilor principale ale aerului umed

In baza legii lui Dalton se poate scrie :

p = p_a + p_v . ( 7.2 )

Aerul umed care contine cantitatea maxima de umiditate (de vapori de apa) se numeste aer saturat. Pentru aerul umed se definesc urmatoarele marimi:

- Gradul de umiditate x, denumit si umiditatea absoluta sau continut de umiditate, este raportul dintre masa vaporilor de apa si masa aerului uscat:

, (7.3)

sau: (7.4)

in care: M_v , M_a sunt masele moleculare ale vaporilor de apa si ale aerului uscat; p_v si p_s sunt presiunea partiala respectiv presiunea de saturatie a vaporilor de apa, iar x_s - gradul de umiditate al aerului umed saturat.

- Gradul de saturatie y , se defineste cu relatia :

y [ -] . (7.5)

Presiunea partiala a vaporilor de apa, se determina din relatia (7.4) :

[ bar] . (7.6)

Presiunea partiala a aerului uscat este:

[ bar] . (7.7)

Densitatea aerului umed se determina cu relatia :

[ kg/m^3] , (7.8)

in care: pentru R = 8314 J / kmol.K; M_a = 28,964 kg / kmol; M_v = 18,016

kg / kmol, se obtine in S.I.:

[ kg/m^3] , (7.9)

in care T este temperatura absoluta, in K; p si p_v se inlocuiesc in N / m².

Umiditatea relativa a aerului umed este raportul dintre cantitatea de vapori existenta in aer si cantitatea maxima de vapori de apa pe care o poate absorbi aerul la acea temperatura si se defineste cu relatia :

[ -] . (7.10)

in practica se considera y = j .

Volumul masic al aerului umed se defineste cu:

[ m³/kg] . (7.11)

Caldura masica la p = ct. a aerului umed este:

, [ kJ/(kg.K)] , (7.12)

in care: c_pa = 1,0106 kJ / (kg.K) este caldura masica medie a aerului uscat intre 0 si 50^oC; c_pv= 1,866 kJ/(kg.K) este caldura masica medie a vaporilor de apa intre 0 si 75^oC.

Entalpia amestecului a 1 kg aer uscat si x kg vapori de apa este:

H_{1+ x} = c_pa.t + x (c_pa .t + 2512) [ kJ / (1+ x ) kg amestec ] ( 7.13 )

Entalpia masica a 1 kg de aer umed va fi :

[ kJ/kg aer umed] ( 7.14 )

Temperatura punctului de roua ( punctul t ) este temperatura de saturatie a aerului umed care se raceste, pastrandu-si umiditatea absoluta (x) constanta.

Punctul t se poate calcula astfel: cunoscandu-l pe x, se determina p_v cu relatia (7.6), iar din tabelul 7.2 se citeste temperatura corespunzatoare acestei presiuni, considerand-o egala cu p_s.

7.3. Determinarea experimentala a marimilor aerului umed

Umiditatea aerului se masoara cu aparate numite: higrometre, psicrometre sau psihrometre.

Cel mai utilizat este psicrometrul din figura 7.1, denumit psicrometru cu ventilator de tip Asmann, care consta dintr-un termometru uscat (1) si un termometru umed (2), ultimul fiind infasurat intr-o panza higroscopica imbibata cu apa. Capetele termometrelor sunt scaldate de curentul de aer umed aspirat de catre un mic ventilator (4), actionat cu resort metalic sau electric, cu o viteza mai mare de 2,5 m / s.

Datorita evaporarii, temperatura t_um indicata de termometrul umed (2) este mai mica decat temperatura t_us indicata de termometru uscat (1).

Umiditatea relativa a aerului se determina folosind relatia (7.10) scrisa sub forma:

[ -] , (7.15)

in care: p^’_s este presiunea partiala a vaporilor de apa saturati continuti de aer, la temperatura t_um; p_s- presiunea partiala a vaporilor de apa saturati continuti de aer insa la temperatura t_us; C - coeficient psicrometric, in bar / K; p_b = p este presiunea barometrica si totodata si presiunea totala a aerului umed, in bar; p_o= 1,01325 bar, este presiunea la starea normala fizica.

Coeficientul psicrometric depinde de viteza de circulatie a aerului w si se determina din tabelul 7.1. iar valorile lui p^’_s si p_s se citesc din tabelul 7.2 in functie de t_um si t_us .

Tabelul 7.1 Coeficientul psicrometric C

Tabelul 7.2. Presiunea partiala , continutul de vapori de apa x si entalpia a aerului umed saturat, la temperatura t.

Tabelul 7.2 Continuare.

Tabelul 7.2 Continuare.

7.4. Prelucrarea si interpretarea rezultatelor

In tabelul 7.3 se trec marimile masurate si calculate ale aerului umed. Se vor face masuratori pentru determinarea marimilor aerului atmosferic (ambiant), in diferite locuri din laborator cu psicrometrul Asmann si in limita timpului disponibil chiar in afara cladirii.

Gradul de umiditate se obtine din relatia (7.5) considerandu-se y = j , unde valoarea lui x_s se considera aceea din dreptul temperaturii indicate de termometru umed (t_um), din tabelul 7.2, astfel:

x = j . x_s [ kg / kg] .

Presiunea partiala a aerului uscat se determina cu relatia (7.7); densitatea aerului umed cu relatia (7.9) calculata pentru temperatura citita la termometru uscat (t_us), iar p_v = j . p_s .

Caldura masica cu relatia (7.12), iar entalpia masica a 1 kg de aer umed cu relatiile (7.13) si (7.14) sau utilizand valoarea lui H_{1+ x} din tabelul 7.2 pentru valoarea lui (t_us).

Umiditatea relativa a aerului j se va calcula cu relatia (7.15) unde pentru C se adopta valoarea C = 0,67.10^-3 bar / K .

Tabelul 7.3 Tabelul cu rezultate experimentale si calculate