Mühendislik Termodinamiği · 10. Ünite: Termodinamik Bağıntılar, Gaz Karışımları ve İklimlendirme (İsteğe Bağlı)
Psikrometri ve İklimlendirme (Havalandırma) Süreçleri
Hava ile su buharının oluşturduğu nemli hava karışımı, iklimlendirme (HVAC), kurutma, soğutma kuleleri ve konfor tasarımının çalışma akışkanıdır. Psikrometri, bu karışımın nem ve enerji özelliklerini tanımlar ve psikrometrik diyagram üzerinde süreçleri çizip hesaplamayı sağlar. Bu konunun sonunda nemli havanın hal özelliklerini hesaplayacak, diyagramda okuyacak ve ısıtma, soğutma ile nem alma, evaporatif soğutma ve adyabatik karışım süreçlerini kütle ve enerji denklikleriyle çözeceksin.
Öğrenme hedefleri
- Nem oranı $\omega$, bağıl nem $\phi$, çiğ noktası, yaş termometre sıcaklığı, entalpi ve özgül hacmi verilen $T$ ve bir nem ölçüsünden hesaplar.
- Psikrometrik diyagramda hal noktasını iki bağımsız özellikle belirler ve süreç çizgilerinin (sabit $\omega$, sabit $T_{yaş}$, karışım doğrusu) yönünü yorumlar.
- Duyulur ısıtma ve soğutma ile soğutma ve nem alma süreçlerinde kuru hava, su ve enerji dengesini kurup ısı geçişini ve yoğuşan suyu hesaplar.
- Evaporatif soğutma ve adyabatik karışım süreçlerini çözer; karışımda sis oluşup oluşmayacağını doyma eğrisine göre belirler.
- Verilen dış hava durumuna göre konfor bölgesine ulaşmak için süreç dizisini (ısıt–nemlendir, soğut–nem al–yeniden ısıt, evaporatif) seçer ve enerji yükünü hesaplar.
Konu anlatımı
Nemli Hava Neden Özel Bir Karışımdır?
Nem Ölçüleri ve Hal Özellikleri
Psikrometrik Diyagram
Süreçlerin Genel Analizi
Konfor ve İklimlendirme Tasarımı
Çözümlü Örnekler
Sık Yapılan Hatalar ve Kavram Yanılgıları
Anahtar terimler
- Nem oranı (humidity ratio)
- $\omega = m_v/m_a = 0.622P_v/(P-P_v)$; kuru hava kütlesi başına su buharı.
- Bağıl nem (relative humidity)
- $\phi = P_v/P_g(T)$; aynı sıcaklıktaki doyma basıncına oran.
- Çiğ noktası sıcaklığı
- $\omega$ sabitken hava soğutulduğunda yoğuşmanın başladığı sıcaklık.
- Yaş termometre sıcaklığı
- Adyabatik doymaya yaklaşırken ulaşılan sıcaklık; evaporatif soğutmanın alt sınırı.
- Psikrometrik diyagram
- Nemli havanın $T$, $\omega$, $\phi$, $h$, $v$ ve $T_{yaş}$ özelliklerini gösteren grafik.
- Duyulur ısıtma/soğutma
- Nem oranı sabit tutulan ısıtma ya da soğutma; $\omega$ değişmez.
- Evaporatif soğutma
- Adyabatik nemlendirmeyle sıcaklığın düşürülmesi; sabit yaş termometre çizgisi.
- Soğutma ve nem alma
- Serpantin yüzeyinin çiğ noktasının altında olduğu soğutma; su yoğuşur.
- Adyabatik karışım
- İki hava akımının $\omega$ ve $h$ değerlerinin kütle ağırlıklı karışması.
- Konfor bölgesi
- Yaklaşık $20$–$26\,°\text{C}$ ve $\%30$–$60$ bağıl nem aralığı.
Örnek soru
$P = 101.325\,\text{kPa}$ toplam basınçta su buharının kısmi basıncı $P_v = 2.0\,\text{kPa}$'dır. Nem oranı $\omega$ kaç $\text{kg/kg}_{kh}$'dır?
- $0.0123$
- $0.0020$
- $0.0201$
- $0.0125$
- $0.0309$
Doğru cevap: D
Çözüm
1. $\omega = 0.622\,\dfrac{P_v}{P - P_v}$.
2. $\omega = 0.622 \times \dfrac{2.0}{101.325 - 2.0} = \mathbf{0.0125\,kg/kg_{kh}}$ ($12.5\,\text{g/kg}$).
$0.0123$ paydada $P_v$'yi çıkarmayı unutmaktır ($P$'ye bölmek); $0.0201$ $0.622$ çarpanını unutmaktır; $0.0309$ oranı ters çevirmektir; $0.0020 = P_v/1000$ anlamsız birim kaymasıdır.