Độ ẩm tuyệt đối
Độ ẩm tuyệt đối `rho_n` là khối lượng hơi nước chứa trong một đơn vị thể tích.
`rho_n=M_n/V` | (6) |
Cần lưu ý rằng ở mỗi nhiệt độ, không khí chỉ có thể chứa một lượng hơi nước tối đa `rho_(max)` nào đó thôi (ứng với trạng thái bão hòa). Nhiệt độ càng cao `rho_(max)` càng lớn, khả năng chứa hơi nước càng nhiều.
Thông số này ít được sử dụng trong thực tế vì khó đo được bằng các dụng cụ thông thường.
Độ ẩm tương đối
Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa khối lượng hơi nước `M_n` mà không khí đang chứa và khối lượng hơi nước tổi đa `M_(n max)` mà không khí đó có thể chứa được ở cùng một nhiệt độ (tương ứng với trạng thái bão hòa).
`varphi=M_n/M_(max)=rho/(rho_(max))` | (7) |
Vì ta xem hơi nước trong không khí là khí lý tưởng nên:
`rho_n=M_n/V=p_n/(R_nT)`
Vậy :
`varphi=rho_n/(rho_(max))=p_n/(p_(bh)) ` | (8) |
Thông số này được sử dụng phổ biến, và trong thực tế thường được thể hiện dưới dạng phần trăm.
Ta có thể xác định độ ẩm tương đối bằng những dụng cụ thông dụng sau:
Ẩm kế bầu ướt
Dụng cụ này gồm hai nhiệt kế (Hình 1a) :
- nhiệt kế thứ nhất để một cách tự nhiên như bình thường. Nhờ nhiệt kế này, ta xác định được nhiệt độ không khí `t` (cũng còn được gọi là nhiệt độ bầu khô).
- nhiệt kế thứ hai có bầu được bọc bằng một tấm vải xốp ướt và có không khí thổi qua (nên còn có tên gọi là nhiệt kế bầu ướt). Do nước trong tấm vải bốc hơi vào không khí lấy đi một phần nhiệt lượng của bầu nên nhiệt kế này sẽ chỉ một giá trị thấp hơn so với nhiệt độ bầu khô. Nhiệt độ đo được bằng nhiệt kế này được gọi là nhiệt độ bầu ướt hay nhiệt độ "ướt" `t_u` `(t_u < t)`.
Dựa vào nhiệt độ `t` và độ chênh lệch nhiệt độ của hai nhiệt kế `(t - t_u)`, ta xác định được ẩm độ tương đối của không khí (Phụ lục 6).
Hình (1a) Ẩm kế bầu ướt, (1b) Ẩm kế dây tóc
Ẩm kế dây tóc
Gồm một cây kim quay quanh một trục cố định (Hình 1b). Một đầu kim di chuyển trên cung chia độ, đầu còn lại nối với một điểm tựa cố định qua những sợi dây rất mảnh (dây tóc). Các sợi dây này làm bằng vật liệu có cơ tính rất nhạy cảm với độ ẩm không khí. Tùy theo độ ẩm không khí mà sức căng dây thay đổi và làm kim di chuyển.
Độ chứa hơi
Độ chứa hơi là lượng hơi nước đi kèm với một đơn vị khối lượng không khí khô.
`d=M_n/M_k ` | (9) |
Đơn vị của độ chứa hơi là kg/kg k.
Với : `M_n=(p_nV)/(R_nT)` & `M_k=(p_kV)/(R_kT)`
Và : `R_n=8314/18` & `R_k=8314/29`
Thì ta có :
`d=0,622\ p_n/p_k=0,622\ p_n/(p-p_n) ` | (10) |
Nếu ta có thể xem `p_n ≪ p` ; `p = 1\ "bar"` và `p_n` có đơn vị là bar, thì:
`d=0,622\ p_n`(11)
Entanpy của không khí ẩm
Xét hỗn hợp không khí ẩm gồm 1 kg không khí khô và d kg nước. Ta có:
- entanpy của không khí khô là `h_k`,
- entanpy của nước là `dh_n`.
Khi ta chọn đơn vị của entanpy là kJ/kg thì ta có:
- `h_k = t`
- `h_n = 2500 + 2t`
Vậy :
`h=h_k+dh_n=t+d(2500+2t)`(12)
Đơn vị của h là kJ/kg k.
Thí dụ
Một kho bảo quản mát có kích thước 20×8×3 m×m×m đang chứa hàng đến 2/3 thể tích. Không khí trong phòng được duy trì ở 10ºC và ẩm độ tương đối 90%.
1 Hỏi khối lượng hơi nước mà kho này đang chứa là bao nhiêu? (đơn vị là kg)
Lời giải
Ta xem hơi nước trong kho như khí lý tưởng và dùng phương trình trạng thái khí lý tưởng để xác định khối lượng hơi nước.
Ta đã có :
- `V=1/3xx(20xx8xx3)=160\ "m"^3`
- `T = 10 + 273 = 283\ "K"`
- `R_n = 8314 / 18 = 461,9` J•kg - 1•K - 1
Áp suất riêng phần `p_n` của hơi nước được xác định từ áp suất bão hòa `p_(bh)` và độ ẩm tương đối. Ở 10ºC ta có `p_(bh) = 0,012271\ "bar"`
Từ công thức (8) :
`p_h = varphi p_(bh) = 0,90xx0,012271 = 0,011044\ "bar" = 1104\ "N/m"^2`
Vậy : `M_n=(p_nV)/(R_nT)=(1104xx160)/(461,9xx283)=1,351\ "kg"`
2. Độ chứa hơi của không khí trong kho này là bao nhiêu? (đơn vị là kg/kg k)
Lời giải
Sử dụng công thức (11) ta có :
`d = 0,622\ p_n = 0,622xx0,011044 = 0,00687\ "kg/kg k" = 6,87\ "g/kg k"`
3. Entanpy của không khí trong kho này là bao nhiêu? (đơn vị là kJ/kg k)
Lời giải
Áp dụng công thức (12) ta có :
`h = t + d (2500 + 2t) = 10 + 0,00687xx[2500 + (2xx10)] = 27,31\ "kJ/kg k"`
4. Để không khí trong kho này trở thành bão hòa ở cùng nhiệt độ, ta phải phun thêm bao nhiêu kg nước?
Lời giải
Khi không khí trong kho là bão hòa, `varphi=1` và `p_n = p_(bh) = 0,012271\ "bar" = 1227\ "N/m"^2`.
Vậy : `M_(bh)=(p_(bh)V)/(R_nT)=(1227xx160)/(461,9xx283)=1,502\ "kg"`
Vậy lượng nước phải bổ sung là :
`Delta M = M_(bh) - M_n = 1,502 - 1,351 = 0,151\ "kg"`