Ide o hmotnosť (hmotnosť) 1 kubického metra zmesi vzduchu a vodnej pary pri určitej teplote a relatívnej vlhkosti. Merný objem je objem vzduchu a vodnej pary na 1 kg suchého vzduchu.
Na určenie spotreby tepla na vlhkosť potrebujete poznať hodnotu tepelný obsah vlhkého vzduchu. Táto hodnota sa chápe ako obsiahnutá v zmesi vzduchu a vodnej pary. Číselne sa rovná súčtu:
Stlačený vzduch je vzduch pod tlakom presahujúci atmosférický tlak.
Stlačený vzduch je spolu s elektrickou energiou jedinečným nosičom energie, zemný plyn a vodou. V priemyselnom prostredí sa stlačený vzduch používa hlavne na pohon pneumaticky poháňaných zariadení a mechanizmov (pneumatický pohon).
V každodennom, každodennom živote prakticky nevnímame Vzduch okolo nás. V celej histórii ľudstva však ľudia používali jedinečné vlastnosti vzduchu. Vynález plachty a vyhne, veterného mlyna a teplovzdušný balón sa stal prvým krokom pri využívaní vzduchu ako nosiča energie.
Vynález kompresora odštartoval éru priemyselného využitia. stlačený vzduch. A otázka: „Čo je vzduch a aké má vlastnosti? - stal sa ďaleko od nečinnosti.
Pri začatí navrhovania nového pneumatického systému alebo modernizácie existujúceho systému by bolo užitočné pamätať o niektorých vlastnostiach vzduchu, termínoch a jednotkách merania.
Vzduch je zmes plynov, ktorá pozostáva hlavne z dusíka a kyslíka.
|
Zloženie vzduchu |
|||
|
prvok* |
Označenie |
Podľa objemu, % |
Podľa hmotnosti, % |
|
Kyslík |
|||
|
Oxid uhličitý |
CO2 |
||
|
CH 4 |
|||
|
H2O |
|||
Priemerný relatívny molárnej hmotnosti-28,98. 10-3 kg/mol
*Zloženie vzduchu sa môže líšiť. Typicky, v priemyselných oblastiach vzduch obsahuje
Hlavný fyzikálne vlastnosti vzduch: hustota vzduchu, jeho dynamická a kinematická viskozita, merná tepelná kapacita, tepelná vodivosť, tepelná difúznosť, Prandtlovo číslo a entropia. Vlastnosti vzduchu sú uvedené v tabuľkách v závislosti od teploty pri normálnom atmosférickom tlaku.
Uvádza sa podrobná tabuľka hodnôt hustoty suchého vzduchu pri rôznych teplotách a normálnom atmosférickom tlaku. Aká je hustota vzduchu? Hustotu vzduchu možno určiť analyticky vydelením jeho hmotnosti objemom, ktorý zaberá. za daných podmienok (tlak, teplota a vlhkosť). Jeho hustotu môžete vypočítať aj pomocou vzorca stavovej rovnice ideálneho plynu. Na to potrebujete poznať absolútny tlak a teplotu vzduchu, ako aj jeho konštantu plynu a molárny objem. Táto rovnica vám umožňuje vypočítať suchú hustotu vzduchu.
v praxi zistiť, aká je hustota vzduchu pri rôznych teplotách, je vhodné použiť hotové tabuľky. Napríklad daná tabuľka hodnôt hustoty atmosférický vzduch v závislosti od jeho teploty. Hustota vzduchu v tabuľke je vyjadrená v kilogramoch na meter kubický a udáva sa v teplotnom rozsahu od mínus 50 do 1200 stupňov Celzia pri normálnom atmosférickom tlaku (101325 Pa).
| t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1,584 | 20 | 1,205 | 150 | 0,835 | 600 | 0,404 |
| -45 | 1,549 | 30 | 1,165 | 160 | 0,815 | 650 | 0,383 |
| -40 | 1,515 | 40 | 1,128 | 170 | 0,797 | 700 | 0,362 |
| -35 | 1,484 | 50 | 1,093 | 180 | 0,779 | 750 | 0,346 |
| -30 | 1,453 | 60 | 1,06 | 190 | 0,763 | 800 | 0,329 |
| -25 | 1,424 | 70 | 1,029 | 200 | 0,746 | 850 | 0,315 |
| -20 | 1,395 | 80 | 1 | 250 | 0,674 | 900 | 0,301 |
| -15 | 1,369 | 90 | 0,972 | 300 | 0,615 | 950 | 0,289 |
| -10 | 1,342 | 100 | 0,946 | 350 | 0,566 | 1000 | 0,277 |
| -5 | 1,318 | 110 | 0,922 | 400 | 0,524 | 1050 | 0,267 |
| 0 | 1,293 | 120 | 0,898 | 450 | 0,49 | 1100 | 0,257 |
| 10 | 1,247 | 130 | 0,876 | 500 | 0,456 | 1150 | 0,248 |
| 15 | 1,226 | 140 | 0,854 | 550 | 0,43 | 1200 | 0,239 |
Pri 25°C má vzduch hustotu 1,185 kg/m3. Pri zahrievaní sa hustota vzduchu znižuje – vzduch sa rozpína (zvyšuje sa jeho špecifický objem). Keď sa teplota zvýši, napríklad na 1200 °C, dosiahne sa veľmi nízka hustota vzduchu, ktorá sa rovná 0,239 kg/m 3 , čo je 5-krát menej ako jej hodnota pri izbovej teplote. Vo všeobecnosti redukcia pri zahrievaní umožňuje priebeh procesu, akým je prirodzená konvekcia a používa sa napríklad v letectve.
Ak porovnáme hustotu vzduchu voči , potom je vzduch o tri rády ľahší - pri teplote 4 °C je hustota vody 1000 kg/m3 a hustota vzduchu je 1,27 kg/m3. Je tiež potrebné poznamenať hustotu vzduchu pri normálnych podmienkach. Normálne podmienky pre plyny sú také, pri ktorých je ich teplota 0°C a tlak sa rovná normálnemu atmosférickému tlaku. Podľa tabuľky teda hustota vzduchu za normálnych podmienok (v NL) je 1,293 kg/m3.
Pri vykonávaní tepelných výpočtov je potrebné poznať hodnotu viskozity vzduchu (koeficient viskozity) pri rôznych teplotách. Táto hodnota je potrebná na výpočet Reynoldsových, Grashofových a Rayleighových čísel, ktorých hodnoty určujú režim prúdenia tohto plynu. V tabuľke sú uvedené hodnoty dynamických koeficientov μ a kinematické ν viskozita vzduchu v rozsahu teplôt od -50 do 1200°C pri atmosférickom tlaku.
Viskozitný koeficient vzduchu sa výrazne zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Napríklad kinematická viskozita vzduchu sa rovná 15,06 10 -6 m 2 /s pri teplote 20 °C a so zvýšením teploty na 1200 °C sa viskozita vzduchu rovná 233,7 10 -6 m. 2 /s, to znamená, že sa zvyšuje 15,5 krát! Dynamická viskozita vzduchu pri teplote 20°C je 18,1·10 -6 Pa·s.
Pri ohrievaní vzduchu sa hodnoty kinematických aj dynamická viskozita. Tieto dve veličiny sú vo vzájomnom vzťahu prostredníctvom hustoty vzduchu, ktorej hodnota pri zahrievaní tohto plynu klesá. Zvýšenie kinematickej a dynamickej viskozity vzduchu (ale aj iných plynov) pri zahrievaní je spojené s intenzívnejšou vibráciou molekúl vzduchu okolo ich rovnovážneho stavu (podľa MKT).
| t, °С | μ·106, Pa·s | ν·106, m2/s | t, °С | μ·106, Pa·s | ν·106, m2/s | t, °С | μ·106, Pa·s | ν·106, m2/s |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 14,6 | 9,23 | 70 | 20,6 | 20,02 | 350 | 31,4 | 55,46 |
| -45 | 14,9 | 9,64 | 80 | 21,1 | 21,09 | 400 | 33 | 63,09 |
| -40 | 15,2 | 10,04 | 90 | 21,5 | 22,1 | 450 | 34,6 | 69,28 |
| -35 | 15,5 | 10,42 | 100 | 21,9 | 23,13 | 500 | 36,2 | 79,38 |
| -30 | 15,7 | 10,8 | 110 | 22,4 | 24,3 | 550 | 37,7 | 88,14 |
| -25 | 16 | 11,21 | 120 | 22,8 | 25,45 | 600 | 39,1 | 96,89 |
| -20 | 16,2 | 11,61 | 130 | 23,3 | 26,63 | 650 | 40,5 | 106,15 |
| -15 | 16,5 | 12,02 | 140 | 23,7 | 27,8 | 700 | 41,8 | 115,4 |
| -10 | 16,7 | 12,43 | 150 | 24,1 | 28,95 | 750 | 43,1 | 125,1 |
| -5 | 17 | 12,86 | 160 | 24,5 | 30,09 | 800 | 44,3 | 134,8 |
| 0 | 17,2 | 13,28 | 170 | 24,9 | 31,29 | 850 | 45,5 | 145 |
| 10 | 17,6 | 14,16 | 180 | 25,3 | 32,49 | 900 | 46,7 | 155,1 |
| 15 | 17,9 | 14,61 | 190 | 25,7 | 33,67 | 950 | 47,9 | 166,1 |
| 20 | 18,1 | 15,06 | 200 | 26 | 34,85 | 1000 | 49 | 177,1 |
| 30 | 18,6 | 16 | 225 | 26,7 | 37,73 | 1050 | 50,1 | 188,2 |
| 40 | 19,1 | 16,96 | 250 | 27,4 | 40,61 | 1100 | 51,2 | 199,3 |
| 50 | 19,6 | 17,95 | 300 | 29,7 | 48,33 | 1150 | 52,4 | 216,5 |
| 60 | 20,1 | 18,97 | 325 | 30,6 | 51,9 | 1200 | 53,5 | 233,7 |
Poznámka: Buďte opatrní! Viskozita vzduchu sa udáva mocninou 106.
Je uvedená tabuľka mernej tepelnej kapacity vzduchu pri rôznych teplotách. Tepelná kapacita v tabuľke je uvedená pri konštantnom tlaku (izobarická tepelná kapacita vzduchu) v rozsahu teplôt od mínus 50 do 1200°C pre suchý vzduch. Aká je špecifická tepelná kapacita vzduchu? Merná tepelná kapacita určuje množstvo tepla, ktoré treba dodať jednému kilogramu vzduchu pri konštantnom tlaku, aby sa jeho teplota zvýšila o 1 stupeň. Napríklad pri 20 °C je na zahriatie 1 kg tohto plynu o 1 °C v izobarickom procese potrebných 1005 J tepla.
Špecifické teplo vzduch sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou. Závislosť hmotnostnej tepelnej kapacity vzduchu od teploty však nie je lineárna. V rozsahu od -50 do 120°C sa jeho hodnota prakticky nemení - za týchto podmienok je priemerná tepelná kapacita vzduchu 1010 J/(kg deg). Podľa tabuľky je vidieť, že teplota začína mať výrazný vplyv už od hodnoty 130°C. Teplota vzduchu však ovplyvňuje jeho mernú tepelnú kapacitu oveľa menej ako jeho viskozita. Pri zahriatí z 0 na 1200°C sa teda tepelná kapacita vzduchu zvýši len 1,2-krát – z 1005 na 1210 J/(kg°).
Treba si uvedomiť, že tepelná kapacita vlhkého vzduchu je vyššia ako u suchého vzduchu. Ak porovnáme vzduch, je zrejmé, že voda má vyššiu hodnotu a obsah vody vo vzduchu vedie k zvýšeniu mernej tepelnej kapacity.
| t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) | t, °С | Cp, J/(kg deg) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -50 | 1013 | 20 | 1005 | 150 | 1015 | 600 | 1114 |
| -45 | 1013 | 30 | 1005 | 160 | 1017 | 650 | 1125 |
| -40 | 1013 | 40 | 1005 | 170 | 1020 | 700 | 1135 |
| -35 | 1013 | 50 | 1005 | 180 | 1022 | 750 | 1146 |
| -30 | 1013 | 60 | 1005 | 190 | 1024 | 800 | 1156 |
| -25 | 1011 | 70 | 1009 | 200 | 1026 | 850 | 1164 |
| -20 | 1009 | 80 | 1009 | 250 | 1037 | 900 | 1172 |
| -15 | 1009 | 90 | 1009 | 300 | 1047 | 950 | 1179 |
| -10 | 1009 | 100 | 1009 | 350 | 1058 | 1000 | 1185 |
| -5 | 1007 | 110 | 1009 | 400 | 1068 | 1050 | 1191 |
| 0 | 1005 | 120 | 1009 | 450 | 1081 | 1100 | 1197 |
| 10 | 1005 | 130 | 1011 | 500 | 1093 | 1150 | 1204 |
| 15 | 1005 | 140 | 1013 | 550 | 1104 | 1200 | 1210 |
V tabuľke sú uvedené fyzikálne vlastnosti atmosférického vzduchu ako tepelná vodivosť, tepelná difúznosť a jeho Prandtlovo číslo v závislosti od teploty. Termofyzikálne vlastnosti vzduchu sa udávajú v rozmedzí od -50 do 1200°C pre suchý vzduch. Podľa tabuľky je jasné, že špecifikované vlastnosti vzduchu výrazne závisí od teploty a teplotná závislosť uvažovaných vlastností tohto plynu je rôzna.
Hoci vzduch okolo seba necítime, vzduch nie je nič. Vzduch je zmes plynov: dusík, kyslík a iné. A plyny, podobne ako iné látky, pozostávajú z molekúl, a preto majú hmotnosť, hoci malú.
Experimenty môžu byť použité na preukázanie, že vzduch má váhu. Do stredu palice dlhej asi šesťdesiat centimetrov pripevníme povraz, na oba konce priviažeme dva rovnaké balóny. Zavesíme palicu za šnúrku a uvidíme, že visí vodorovne. Ak teraz prepichnete jeden z nafúknutých balónov ihlou, vzduch z neho vyjde a koniec palice, ku ktorej bol priviazaný, sa zdvihne. Ak prepichnete druhú guľu, palica opäť zaujme vodorovnú polohu.
Stáva sa to preto, že v nafúknutom balóne je vzduch. tesnejšie, a preto ťažšie než ten okolo neho.
Koľko vzduchu váži závisí od toho, kedy a kde sa váži. Hmotnosť vzduchu nad vodorovnou rovinou je atmosférický tlak. Rovnako ako všetky objekty okolo nás, aj vzduch podlieha gravitácii. Práve to dáva vzduchu hmotnosť, ktorá sa rovná 1 kg na štvorcový centimeter. Hustota vzduchu je asi 1,2 kg/m3, to znamená, že kocka so stranou 1 m naplnená vzduchom váži 1,2 kg.
Stĺpec vzduchu stúpajúci vertikálne nad Zemou sa tiahne niekoľko stoviek kilometrov. To znamená, že na vzpriamene stojaceho človeka, na jeho hlavu a ramená, tlačí stĺp vzduchu s hmotnosťou asi 250 kg, ktorého plocha je približne 250 cm 2!
Takúto váhu by sme nevydržali, keby jej neodolal rovnaký tlak vo vnútri nášho tela. Nasledujúca skúsenosť nám to pomôže pochopiť. Ak natiahnete list papiera oboma rukami a niekto naň z jednej strany stlačí prst, výsledok bude rovnaký – diera v papieri. Ale ak stlačíte dvoma ukazovákmi na tom istom mieste, ale s rôzne strany, nič sa nestane. Tlak na oboch stranách bude rovnaký. To isté sa deje s tlakom vzduchového stĺpca a protitlakom v našom tele: sú rovnaké.
V bežnom živote, keď niečo vážime, robíme to vo vzduchu, a preto jeho váhu zanedbávame, keďže hmotnosť vzduchu vo vzduchu je nulová. Ak napríklad odvážime prázdnu sklenenú banku, získaný výsledok budeme považovať za hmotnosť banky, pričom zanedbáme skutočnosť, že je naplnená vzduchom. Ak je ale banka zapečatená a všetok vzduch je z nej odčerpaný, dostaneme úplne iný výsledok...
