9. Gaz wilgotny

9. Gaz wilgotny

Gaz wilgotny to roztwór gazów, z których
jeden może podlegać procesom zmiany
stanu skupienia w danym przedziale
zmian temperatury i ciśnienia.
Najczęstszy przypadek to powietrze
atmosferyczne zawilżone wodą, ale
również spaliny zawilżone wodą.

Gaz suchy to część gazu wilgotnego,
która nie zmienia stanu skupienia.

Część nawilżąjącą gaz, nazywamy
wilgocią.

     

p

g

Roztwór gazów doskonałych

p

g

p

p

p





9.1. Skład gazu wilgotnego

Wilgoć w stanie gazowym nie może być
zawarta w gazie wilgotnym w dowolnej
ilości. Jej udział jest ograniczony taką
ilością, przy której ciśnienie cząstkowe
jest

równe

ciśnieniu

nasycenia

odpowiadającemu temperaturze gazu
wilgotnego.

s

p

p

p 

p

p

p

s

dla powietrza o temp. 300K nawilżonego
wodą, ciśnienie nasycenia wynosi 36.33 hPa.
Zatem udział molowy pary wodnej w
powietrzu atmosferycznym nie może
przekroczyć 3.633%.

Gaz, dla którego p

p

=p

s

jest gazem

nasyconym wilgocią.

Dodatkowa ilość wilgoci wystąpi w
postaci ciekłej - gaz zamglony.

Np.

Wilgotność

względna

wyraża

stosunek masy pary m

p

zawartej w

pewnej objętości gazu wilgotnego do
maksymalnej zawartości pary m

p

” w

tej objętości przy takiej samej
temperaturze:

V

T

p

p

m

m

,























1

,

0





V

T

p

p

m

m

,





















V

T

p

p

,

























T

R

p

p

p

p





T

R

p

p

s

p







T

s

p

p

p

















g

p

m

m

X 

Wilgotność

bezwzględna

(stopień

zawilżenia)

wyraża

stosunek

masy

wilgoci do masy gazu suchego.



 ,

0

X

Nie robimy żadnych zastrzeżeń w jakiej
postaci występuje wilgoć w gazie; może
być tylko w postaci pary ale może być
częściowo w postaci pary a częściowo w
postaci cieczy.

X

m

m

g

p







1

2

X

X

m

m

g

w









Taka definicja jest wygodny przy
bilansowaniu:

1

2

woda

nawilżacz

g

p

m

m

X 

T

s

p

p

p

















T

R

V

p

m

T

R

V

p

m

g

g

g

p

p

p





s

g

s

p

p

p

p

p

p











g

p

p

g

p

p

R

R

X 

s

s

p

p

g

g

g

p

p

p

p

R

M

R

M

M

M

X









s

s

g

p

p

p

p

M

M

X









s

s

p

g

p

p

p

R

R

X









s

s

g

p

p

p

p

M

M

X









s

s

p

p

p

X







 622

.

0

622

.

0

96

.

28

18

.

2







pow

O

H

g

p

M

M

M

M

Dla powietrza zawilżonego wodą:

s

s

g

p

p

p

p

M

M

X









Przy maksymalnej zawartości pary w
gazie wilgotnym =1, tzn:

s

s

g

p

p

p

p

M

M

X









Jeżeli X>X” gaz jest zamglony i X”
wilgoci jest w postaci pary (nasyconej
suchej) oraz (X-X”) w postaci cieczy
(mgły).

p

p

p

s

T

R

T

T

s

p

p

p

















 

 



T

p

T

p

s

R

s

temperatura punktu
rosy

9.2. Termiczne równanie stanu
gazu wilgotnego

Gaz wilgotny, traktowany jako roztwór
gazów doskonałych, spełnia równanie
Clapeyrona:

RT

pv 

p

p

g

g

R

g

R

g

R





g

p

p

p

g

p

g

g

m

m

m

g

m

m

m

g









p

p

g

g

R

g

R

g

R





X

X

g

X

g

p

g









1

1

1

X

R

X

R

R

p

g







1

g

p

g

p

V

m

m















g















T

R

p

p

g

s

g









9.3. Kaloryczne równanie stanu
gazu wilgotnego

Entalpię właściwą gazu wilgotnego
i określamy jako entalpię takiej
ilości tego gazu, która zawiera 1
kg gazu suchego (zawiera też X
wilgoci)

i

m

I

g



i

m

I

g







X

g

X

i

m

I







1

1

X

g

X

i

m

I











1

1

dla X



X”

p

g

X

i

X

i

i







1

dla X



X”





w

p

g

X

i

X

X

i

X

i

i

















1

Dla

powietrza

wilgotnego

zawilżonego wodą jako poziom
odniesienia przyjęto 0

o

C i zerowe

wartości entalpii właściwej dla
gazu suchego i ciekłej wody.













15

.

273

15

.

273

15

.

273

0















T

c

i

T

c

r

i

T

c

i

pw

w

pp

p

pg

g

kJ/kg

K

kJ/kg

K

kJ/kg

K

kJ/kg

2501

19

.

4

88

.

1

005

.

1

0









r

c

c

c

pw

pp

pg

Energię wewnętrzną (jeśli potrzebna) należy
obliczyć z równania Gibbsa.

9.4. Wykres i-X dla gazu wilgotnego

dla X



X”

p

g

X

i

X

i

i







1

dla X



X”





w

p

g

X

i

X

X

i

X

i

i















1





czynnika

rodzaj

,

,

,

1

p

T

X

i

i

X





powietrze

atmosferyczne

1000 hPa

i

1+X

X

 = 1

w

T

p

T

i

X

i

i

X

i









































w

p

g

p

g

i

X

X

i

X

i

i

i

X

i

i



















9.5. Typowe przemiany izobaryczne gazu
wilgotnego

przemiana X=idem

2

1

p

p

p

p 

To przemiana podczas której do
gazu

wilgotnego

nie

jest

dostarczana

ani

wyprowadzana

wilgoć. Jeśli dodatkowo p=idem,
wówczas:

2

1

1

2

s

s

p

p







podgrzewanie

chłodzenie

mieszanie dwóch strumieni g.w.

3

2

1

g

g

g

m

m

m











3

2

1

p

p

p

m

m

m











1

2

3

3

3

2

2

1

1

X

m

X

m

X

m

g

g

g











2

1

2

2

1

1

3

g

g

g

g

m

m

X

m

X

m

X















3

3

2

2

1

1

i

m

i

m

i

m

g

g

g











2

1

2

2

1

1

3

g

g

g

g

m

m

i

m

i

m

i















2

1

2

2

1

1

3

g

g

g

g

m

m

X

m

X

m

X















2

2

1

1

a

m

a

m

g

g







nawilżaniem g.w. strumieniem wilgoci

g

g

g

m

m

m











2

1

2

1

p

w

p

m

m

m











2

1

X

m

m

X

m

g

w

g















1

2

X

X

m

m

g

w









2

1

i

m

i

m

i

m

g

w

w

g











1

2

1

2

X

X

i

i

i

w











1

2

i

i

m

i

m

g

w

w













1

2

X

X

m

m

g

w









1

2

1

2

X

X

i

i

i

w





