Máy hút ẩm công nghiệp hoạt động như thế nào? (phần 1)

Đầu thế kỷ XX, một kỹ sư người Đức tên là Richard Mollier đã phát minh ra một loại máy hút ẩm công nghiệp sử dụng phương pháp đồ họa để hiển thị các đặc tính của hỗn hợp khác nhau giữa không khí và hơi nước. Thiết bị này có các tên khác nhau ở các nơi khác nhau - biểu đồ i-x, biểu đồ Mollier hoặc biểu đồ psychrometric - nhưng tất cả các tên đều đề cập đến thiết bị có sử dụng kỹ thuật màn hình đồ họa.

Lúc đầu, biểu đồ có thể khá khó khăn, vì nó hiển thị quá nhiều thông tin trong một không gian màn hình nhỏ. Tuy nhiên, một khi các yếu tố thông tin cơ bản được hiểu rõ, biểu đồ trở thành một công cụ tham khảo cần thiết khi thiết kế hệ thống kiểm soát nhiệt độ và độ ẩm.

Bài này lần lượt mô tả từng đặc tính của không khí ẩm và sau đó chỉ ra cách có thể tìm thấy chúng một cách nhanh chóng bằng cách sử dụng biểu đồ psychrometric. Biểu đồ này hữu ích cho cả thông tin mà nó chứa, và các mối quan hệ mà nó thể hiện giữa không khí ở các điều kiện khác nhau. Nó không chỉ hiển thị “cây cối” trong rừng nhiệt đới mà còn hiển thị toàn bộ “khu rừng”, cho phép một kỹ sư hiểu được việc thay đổi không khí từ điều kiện này sang điều kiện khác dễ dàng hay khó khăn như thế nào.

Biểu đồ Mollier, hay biểu đồ psychrometric, cung cấp một cái nhìn tổng thể toàn diện về các đặc tính nhiệt động lực học của hỗn hợp không khí và nước. Nếu biết bất kỳ hai đặc tính nào của hỗn hợp không khí, biểu đồ cho phép một kỹ sư nhanh chóng xác định tất cả các đặc tính khác của nó. Các mối quan hệ được hiển thị trong biểu đồ psychrometric thay đổi với tổng áp suất không khí. Khi làm việc với không khí ở độ cao trên 2500 ft - hoặc với khí nén - kỹ sư phải tham khảo các biểu đồ khác nhau để có dữ liệu chính xác.

Để giúp làm cho các đặc tính trừu tượng của không khí trở nên cụ thể hơn, chúng ta sẽ tưởng tượng một thùng chứa đầy một pound không khí. Không khí được lấy từ một tòa nhà ở mực nước biển được giữ ở điều kiện thoải mái điển hình - 70 độ F và độ ẩm tương đối 50%. Biết được hai đặc tính này của không khí, chúng ta có thể xác định tất cả các đặc tính khác bằng cách sử dụng biểu đồ psychrometric. Nhưng chúng ta sẽ bắt đầu bằng cách xác định những gì chúng ta biết.

Nhiệt độ bầu khô (theo thang độ F)

Nhiệt độ không khí là 70 độ. Khi mọi người đề cập đến nhiệt độ của không khí, họ thường đề cập đến nhiệt độ bầu khô của nó - những gì có thể được đọc từ một nhiệt kế tiêu chuẩn không có nước trên bề mặt của nó. Đây còn được gọi là nhiệt độ “cảm nhận được” của không khí - nhiệt có thể được cảm nhận bằng nhiệt kế khô. (Nhiệt độ "bầu ướt" được đo bằng máy đo nhiệt độ ướt, như được mô tả ở phần sau của bài này.) Trên biểu đồ psychrometric, nhiệt độ bầu khô của không khí là hiển thị ở dưới cùng, tăng dần từ trái sang phải.

Độ ẩm tương đối (Phần trăm bão hòa)

Trong ví dụ này, không khí ở độ ẩm tương đối 50%. Về cơ bản, độ ẩm tương đối biểu thị độ ẩm của không khí dưới dạng phần trăm những gì nó có thể giữ được khi không khí bão hòa (Định nghĩa này là chính xác về mặt khái niệm, nhưng nói đúng ra, độ ẩm tương đối là tỷ số giữa áp suất riêng phần hơi nước thực tế trong không khí ẩm ở áp suất điểm sương và nhiệt độ với áp suất riêng phần hơi nước bão hòa tham chiếu ở cùng nhiệt độ và áp suất khí quyển. Sự khác biệt giữa định nghĩa này và định nghĩa ở trên thường chỉ đáng kể bên ngoài phạm vi thoải mái của con người). Giống như tên gọi, nó không phải là thước đo lượng ẩm tuyệt đối trong không khí; nó đo độ ẩm có trong không khí so với giá trị lớn nhất ở nhiệt độ bầu khô của mẫu không khí. Do nhiệt độ tối đa tăng lên, thuật ngữ độ ẩm tương đối đã gây ra nhiều nhầm lẫn. Khi mọi người đề cập đến độ ẩm tương đối, điều quan trọng là phải xác định nhiệt độ bầu khô của không khí mà họ đề cập đến.

Điều này không có nghĩa là độ ẩm tương đối không hữu ích. Hoàn toàn ngược lại, hầu hết các vật liệu đều hấp thụ độ ẩm tương ứng với độ ẩm tương đối của không khí xung quanh. Một cách thích hợp, nhiều hệ thống kiểm soát độ ẩm phản ứng với các cảm biến đo tương đối chứ không phải tỷ lệ độ ẩm. Tuy nhiên, khi thiết kế hệ thống kiểm soát độ ẩm không khí, điều quan trọng là phải xác định cả độ ẩm tương đối và dải nhiệt độ bầu khô đồng thời của nó. Trên biểu đồ psychrometric, độ ẩm tương đối được hiển thị dưới dạng một loạt các đường cong, tăng từ cuối biểu đồ đến “đường cong bão hòa” tạo thành ranh giới bên trái. Đường cong bão hòa biểu thị độ ẩm tương đối 100%.

Tỷ lệ độ ẩm (Hạt hơi nước trên 1 pound không khí)

Để xác định lượng ẩm trong không khí, chúng ta sử dụng trọng lượng của nó so với trọng lượng của không khí khô. Điều này giống như đếm các phân tử nước và cộng trọng lượng của chúng với nhau. Trọng lượng được đo bằng hạt, và có 7000 hạt trên 1 pound. Trong ví dụ của chúng ta, khi không khí ở 70 ° F và 50% rh, độ ẩm cụ thể của nó là 55 hạt nước trên một pound không khí khô. Nói cách khác, trong mẫu của chúng ta, có một pound không khí khô và 55 hạt hơi nước, hay tổng trọng lượng là 7055 hạt. Biểu đồ psychrometric cho phép chúng ta xác định tỷ lệ độ ẩm của mẫu không khí. Khi bắt đầu ở điểm 70 ° F, 50% trên biểu đồ, chúng ta có thể đọc tỷ lệ độ ẩm bằng cách vạch một đường ngang tới cạnh bên phải của biểu đồ, nơi thang đo cho biết trọng lượng của độ ẩm trong hạt trên một pound không khí khô.

Các biểu đồ psychrometric khác sẽ hiển thị tỷ lệ độ ẩm dưới dạng một phần thập phân nhỏ đại diện cho khối lượng nước chia cho khối lượng không khí. Nó tương tự như vậy. Nếu bạn nhân phần thập phân với 7000, bạn có thể chuyển đổi tỷ lệ thành hạt nước trên một pound không khí, vì có 7000 hạt trong một pound. Nhân tỷ lệ với 1000 và giá trị được biểu thị bằng gam trên kilogam. Trong mọi trường hợp, thang đo dọc ở mép phải của biểu đồ cho biết lượng ẩm trong mẫu không khí.

Áp suất hơi (Đơn vị đo là inch thủy ngân)

Giống như tất cả các phân tử khí, mỗi phân tử nước tạo áp lực lên môi trường xung quanh. Lượng áp suất hơi ở một độ ẩm nhất định là tổng áp suất của tất cả các phân tử nước.

Đơn vị đo là inch thủy ngân - nói cách khác, hơi nước có thể nâng một cột thủy ngân lên cao bao nhiêu chỉ do áp suất riêng phần của nó. Trong ví dụ này, hơi nước nâng một cột thủy ngân lên cao 0,37 inch. Trong hệ thống sưởi và làm mát thông thường, các kỹ sư thường đo áp suất không khí bằng inch nước. Nhận thấy rằng thủy ngân nặng gấp 13,6 lần nước, rõ ràng là một lượng lớn hơi nước tác dụng một lực đáng kể. Sự chênh lệch áp suất đủ để làm bong tróc sơn của vách gỗ vào mùa đông. Có nhiều độ ẩm bên trong gỗ hơn bên ngoài, do đó, sự chênh lệch áp suất sẽ ép sơn ra khỏi bề mặt. Máy hút ẩm sử dụng sự khác biệt về áp suất hơi để hút các phân tử nước ra khỏi không khí và lên bề mặt hút ẩm.

Nhiệt độ điểm sương (Thang độ F)

Nếu không khí ẩm được làm lạnh, nó không thể giữ được lượng ẩm như cũ. Tại một thời điểm nào đó, hơi ẩm sẽ ngưng tụ ra ngoài không khí trên bất kỳ bề mặt nào gần đó. Điểm này phụ thuộc vào lượng ẩm trong không khí, và được gọi là nhiệt độ điểm sương. Lượng ẩm trong không khí càng cao thì nhiệt độ điểm sương càng cao.

Trong ví dụ này, không khí có độ ẩm là 55 hạt. Lượng ẩm này sẽ ngưng tụ nếu nhiệt độ không khí giảm xuống 50 ° F. Ví dụ, nếu một lon bia lạnh được lấy từ tủ lạnh ở nhiệt độ 50 ° F và đặt trong mẫu không khí, bề mặt lon sẽ làm mát không khí từ 70 ° đến 50 °, và hơi ẩm trong không khí bên cạnh có thể sẽ bắt đầu cô đặc. Nói cách khác, mẫu không khí của chúng ta “bão hòa” khi được làm lạnh đến 50 ° F - nó đã đạt đến điều kiện độ ẩm tương đối 100%. Cạnh trái của biểu đồ psychrometric đôi khi được gọi là đường cong bão hòa. Nếu bạn vẽ một đường theo chiều ngang về bên trái từ điều kiện 70 °, 50% rh, nó sẽ giao với cạnh - đường cong bão hòa - ở nhiệt độ 50 °. Biểu đồ cụ thể này cũng lặp lại điểm sương trên một thanh dọc ở bên phải của biểu đồ. Hệ thống hút ẩm dựa trên hệ thống làm mát loại bỏ độ ẩm khỏi không khí bằng cách làm mát nó dưới nhiệt độ điểm sương của nó. Các vật thể lạnh trong kho có thể thấp hơn nhiệt độ điểm sương của không khí xung quanh, do đó hơi ẩm ngưng tụ trên chúng giống như lon bia trong ví dụ của chúng ta.

Nhiệt độ bầu ướt (thang độ F)

Trong trường hợp nhiệt độ bầu khô được đo bằng nhiệt kế khô, nhiệt độ bầu ướt được lấy bằng cách bao quanh cảm biến bằng bấc ướt và đo số đọc khi nước bay hơi. Khi nước bốc hơi từ bấc, nó sẽ hút nhiệt cần thiết cho sự bay hơi từ bầu nhiệt kế, làm mát nhiệt kế tương ứng với lượng nước bay hơi. Trong ví dụ của chúng tôi, nhiệt kế bầu ướt được làm mát từ 70 ° F đến 58,5 ° bằng cách bay hơi. Nếu không khí bão hòa hơn 50%, nó sẽ không được làm mát nhiều như vậy. Nếu không khí khô hơn, nhiệt độ bầu ướt sẽ dưới 58,5 °.

Trên biểu đồ psychrometric, các đường bầu ướt rất gần song song với các đường entanpi. Nếu chúng ta biết cả nhiệt độ bầu ướt và bầu khô của không khí, thì có thể dễ dàng tìm được độ ẩm tuyệt đối của nó bằng cách sử dụng biểu đồ. Đây là cơ sở của nhiều thiết bị đo độ ẩm đơn giản như “psychrometer sling”.

Khái niệm nhiệt độ bầu ướt rất hữu ích vì nó là một cách tương đối đơn giản và rẻ tiền để đo độ ẩm không khí. Ngoài ra, sự khác biệt giữa nhiệt độ bầu khô và bầu ướt cung cấp một thước đo khả năng làm khô của không khí. Nếu bầu khô cao và bầu ướt thấp, không khí có thể hấp thụ một lượng lớn hơi ẩm và nó chứa đủ nhiệt độ hợp lý để làm bốc hơi nước mà bầu có thể hấp thụ. Nếu nhiệt độ bầu khô và bầu ướt bằng nhau thì không khí đã bão hòa và không thể hút ẩm thêm.