Laboratorium Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego

Sprawozdanie nr4

1. Temat ćwiczenia: „Charakterystyka komory nawilżającej”.

2. Cel ćwiczenia: Wyznaczenie charakterystyki komory nawilżającej, która pozwala na określenie skuteczności procesów wymiany ciepła i masy w komorze przy określonych strumieniach powietrza i wody zraszającej.

3. Opracowanie wyników:

Dane układu pomiarowego:

Wlot: średnica D₁ = 46 mm

Wylot: średnica D₃ = 46 mm

Średnica zwężki d = 26,1 mm

Stała zwężki C = 1,77

Moc nagrzewnicy I P = 1 kW

Moc nagrzewnicy II P = 1 kW

Pomiar natężenie przepływu powietrza dokonano zwężką pomiarową.

Pomiar natężenia przepływu wody dokonano rotametrem.

Pomiar ciśnienia statycznego dokonano U-rurką.

Pomiar temperatury powietrza termometrami:

Położenie termometru	Rodzaj termometru	Dokładność	Zakres
Suchy na wlocie	Elektroniczny	0,1	-50^oC - +200^oC
Mokry na wlocie	Alkoholowy	0,2	0^oC - +50^oC
Suchy za pierwszą nagrzewnicą	Rtęciowy	0,5	0^oC - +100^oC
Suchy na wylocie	Elektroniczny	0,1	-50^oC - +200^oC
Mokry na wylocie	Alkoholowy	0,2	0^oC - +50^oC

Warunki pomiarów:

Temperatura otoczenia : 24,3^oC

Ciśnienie barometryczne: 99858 Pa

Wilgotność względna powietrza: 17%

Zestawienie wyników pomiarów:

$\dot{V}$w	$\dot{m}$w	ΔPst	Δh	$\dot{m}$ A	$\dot{m}$B	tm1	ts1	ts	tm2	ts2	B
l/h	kg/h	Pa	Pa	kg/h	kg/h	^oC	^oC	^oC	^oC	^oC	kg/kg
11,75	11,74	4807	5445	2,65	390,15	13,0	23,6	45,5	24,0	39,7	0,03

Punkty pomiarowe	ts	tm	i	Y	φ	pA	tr
Na wlocie do układu	23,6 ^oC	13,5 ^oC	37,5 kJ/kg	5,8 gA/kgB	0,3	9 mbar	5,0 ^oC
Za I nagrzewnicą	45,5 ^oC	21,0 ^oC	60,0 kJ/kg	5,8 gA/kgB	0,1	9 mbar	5,0 ^oC
Za komorą nawilżania	25,0 ^oC	21,0 ^oC	60,0 kJ/kg	13,8 gA/kgB	0,7	21 mbar	19,0 ^oC
Za II nagrzewnicą (na wylocie)	39,7 ^oC	24,0 ^oC	75,0 kJ/kg	13,8 gA/kgB	0,3	21 mbar	19,0 ^oC

• Schemat stanowiska pomiarowego:

1,19 – termometry suche; 2,20 – termometry mokre; 3 – nagrzewnica powietrza wylotowego; 4 – kanał odprowadzający powietrze; 5 – komora nawilżająca; 6 – dysza rozpylająca; 7 – kanał doprowadzający wodę; 8 – rotametr; 9 – zawór regulujący dopływ wody; 10 – zbiornik wodny; 11 – zawór odcinający dopływ wody; 12 – kanał odprowadzający wodę z komory; 13 – termometr do pomiaru temperatury przy wlocie powietrza do komory; 14 – nagrzewnica powietrza wlotowego; 15 – wentylator; 16 – kanał doprowadzający powietrze; 17 – u-rurka do pomiaru spiętrzenia na zwężce; 18 – u-rurka do pomiaru nadciśnienia; 21 – zwężka pomiarowa do pomiaru ciśnienia; 22 – Autotransformator; 23 – zbiornik cieczy odprowadzanej z cyklonu; 24 – cyklon.

Schemat cyklu przemian:

• Obliczenie masowego natężenia przepływu wody:

ρ_w = 999,1 [kg/m³] dla t=15^oC

$\dot{m}$_w = ρ_w ∙ $\dot{V}$_w = 999,1 ∙ 11,75 ∙ 10^-3/3600 = 0,00326 [kg/s] = 11,74 [kg/h]

• Odczyt wartości z wykresu:

• Obliczenie gęstości powietrza wilgotnego (17%):

ρ = ρ_s + ρ_p

Wykorzystując równanie Clapeyrona otrzymamy:

$$\rho = \frac{P - p_{p}}{R_{g} \bullet T} + \rho_{p}$$

Gęstość pary wodnej:

ρ_p = φ • ρ_pⁿ

φ = 0, 3

1^oC − 1, 26 g/m³

0, 3^oC − x

x = 0, 378 g/m³

ρ_pⁿ(24, 3^oC) = 21, 74 + 0, 378 = 22, 13 g/m³ = 0, 02213 kg/m³

ρ_p = 0, 3 • 0, 02213 = 0, 00664 kg/m³

Ciśnienie cząstkowe pary wodnej odczytujemy z wykresu:

p_p = φ • p_s = 9 mbar = 900 Pa

Gdzie:

ρ, ρ_g, ρ_p [kg/m³] – gęstość powietrza wilgotnego, powietrza suchego oraz pary wodnej,

P [Pa] – ciśnienie powietrza wilgotnego,

T = 24,3 + 273,15 = 297,45 [K] – temperatura powietrza wilgotnego,

R_g = 287,05 [J/(kg∙K)] – stała gazowa powietrza,

p_p [Pa] – ciśnienie cząstkowe pary wodnej,

p_s [Pa] – ciśnienie nasycenia w danej temperaturze,

ρ_p [kg/m³] – gęstość w danej temperaturze przy ciśnieniu nasycenia.

$$\rho = \frac{99858 - 4807 - 900}{287,05 \bullet 297,45} + 0,00664 = 1,11\ kg/m^{3}$$

• Obliczenie przewężenia zwężki pomiarowej β, pola powierzchni przekroju zwężki A i masowego natężenia przepływu $\dot{m}$_pow:

$$\beta = \frac{d}{D} = \frac{0,0261}{0,046} = 0,567$$

$$A = \frac{\pi \bullet d^{2}}{4} = \frac{\pi \bullet {0,0261}^{2}}{4} = 5,35 \bullet 10^{- 4}\ m^{2}$$

$${\dot{m}}_{\text{pow}} = \frac{C}{\sqrt{1 - \beta^{4}}} \bullet A \bullet \sqrt{2 \bullet p_{\text{st}} \bullet \rho_{\text{pow}}} = \frac{1,77}{\sqrt{1 - {0,567}^{4}}} \bullet 5,35 \bullet 10^{- 4} \bullet \sqrt{2 \bullet 4807 \bullet 1,11}$$

$${\dot{m}}_{\text{pow}} = 0,1091\ kg/s = 392,8\ kg/h$$

• Obliczenie masowego natężenia przepływu powietrza suchego:

$$\left\{ \begin{matrix} {\dot{m}}_{\text{pow}} = {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} \\ Y = \frac{{\dot{m}}_{A}}{{\dot{m}}_{B}} \\ \end{matrix} \right.\ \Longrightarrow \left\{ \begin{matrix} {\dot{m}}_{\text{pow}} = {\dot{m}}_{A} + {\dot{m}}_{B} \\ {\dot{m}}_{A} = Y \bullet {\dot{m}}_{B} \\ \end{matrix} \right.\ \Longrightarrow \left\{ \begin{matrix} {\dot{m}}_{\text{pow}} = \left( 1 + Y \right) \bullet {\dot{m}}_{B} \\ {\dot{m}}_{A} = Y \bullet {\dot{m}}_{B} \\ \end{matrix} \right.\ \Longrightarrow \left\{ \begin{matrix} {\dot{m}}_{B} = \frac{{\dot{m}}_{\text{pow}}}{\left( 1 + Y \right)} \\ {\dot{m}}_{A} = Y \bullet {\dot{m}}_{B} \\ \end{matrix} \right.\ $$

Y = 6, 8 gA/kgB = 0, 0068 kgA/kgB

$$\left\{ \begin{matrix} {\dot{m}}_{B} = \frac{392,8}{\left( 1 + 0,0068 \right)} \\ {\dot{m}}_{A} = 0,0068 \bullet \frac{392,8}{\left( 1 + 0,0068 \right)} \\ \end{matrix} \right.\ $$

$${\dot{m}}_{A} = 2,65\ kg/h$$

$${\dot{m}}_{B} = 390,15\ kg/h$$

• Obliczenie stopnia zraszania:

$$B = \frac{{\dot{m}}_{w}}{{\dot{m}}_{B}} = \frac{11,74}{390,15} = 0,03\ kg/kg$$