Kraków dn. 18.01.2014 r.

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica

w Krakowie

Wykonali:

Bartosz Grzesiak

Sławomir Jastrzębski

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii,
GiG, Rok IV, Grupa 2/1

2

TEMAT:

WYZNACZANIE

ZMIAN WILGOTNOŚCI POWIETRZA.

1. Wprowadzenie

Celem ćwiczenia jest określenie efektu nawilżania, osuszania oraz zmian entalpii

powietrza przepływającego przez wkładkę z soli kamiennej.

Podczas przepływu powietrza wyrobiskami wykonanymi w górotworze zachodzi wiele

procesów, zmieniających jego parametry. Istotny wpływ ma na wymianę ciepła i wilgoci
między ociosami wyrobiska a płynącym powietrzem. Na wielkość tych procesów wpływają
okresowe zmiany (w ciągu roku) temperatury i wilgotności powietrza wpływającego do
kopalni. Zmiany wilgotności powietrza wpływają niekorzystnie na ociosy wyrobisk
wykonanych w złożach soli. W lecie, kiedy zawartość wilgoci w powietrzu jest duża
następuje ługowanie ociosów wyrobiska, natomiast w zimie obserwuje się wysuszanie
ociosów. Ma to duże znaczenie szczególnie przy przewietrzaniu części muzealnej Kopalni
Soli Wieliczka.

Podczas przepływu powietrza przez wyrobiska wykonane w złożu soli następuje zmiana

jego parametrów termodynamicznych. Duże znaczenie ma w tym przypadku:



skład chemiczny danego złoża soli,



temperatura ociosów wyrobiska,



temperatura samego powietrza,



zawartość wilgoci w powietrzu,



ciśnienie.

Wymienione czynniki wpływają na zmiany temperatury i zawartość wilgoci w

powietrzu kopalnianym.

Jeżeli powietrze przepływające wyrobiskiem ma wilgotność względną w danej

temperaturze większą do odpowiadającej wilgotności nad danym roztworem tworzącym się
na powierzchniach odsłoniętych w wyrobisku, to część wilgoci (pary wodnej) z powietrza
będzie się starała przedostać do roztworu. Występować więc będzie osuszanie powietrza.
Osuszanie będzie towarzyszyć pobieranie ciepła z powietrza w ilości około 41,868 kJ/mol
(rząd wielkości ciepła parowania wody). Natomiast podczas przepływu powietrza o
wilgotności względnej mniejszej od wilgotności nad roztworem występować będzie
nawilgacanie powietrza (osuszanie ociosów wyrobiska). Część wilgoci z roztworu będzie
przechodzić do powietrza. Nawilgacaniu będzie towarzyszyć wydzielanie ciepła do
przepływającego powietrza w ilości około 31,868 kJ/mol.

Jeżeli sól, w której będzie wykonane wyrobisko, zbudowana będzie z czystego halitu

(NaCl), to należy się spodziewać, że osuszanie powietrza wystąpi wówczas, gdy wilgotność
względna powietrza będzie większa niż 75%. Towarzyszyć temu zjawisku będzie efekt
cieplny, zależny od czasu przewietrzania wyrobiska (temperatury ociosów).

Wilgotność powietrza - zawartość pary wodnej w powietrzu.

Wilgotność powietrza charakteryzuje się podając jeden z poniższych parametrów:

a) wilgotność bezwzględna - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta

w 1m

3

powietrza,

b) wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta w 1

kg suchego powietrza,

3

c) wilgotność względna - stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności

bezwzględnej przy danej temperaturze i ciśnieniu,

d) prężność pary wodnej - lub inaczej jej ciśnienie cząstkowe (wielkości

wyrażone w jednostkach ciśnienia),

e) temperatura punktu rosy - temperatura przy której wilgotność względna

osiąga 100 %.

2. Opracowanie wyników pomiarów

Użyte wzory:

- gęstość powietrza:

















3

m

kg

)

378

,

0

(

003484

,

0

e

p

T



- prężność pary wodnej nasyconej E(t

w

), E(t

s

)

33

,

38

447

,

7

10

604









T

t

E

[Pa]

- prężność pary wodnej nienasyconej:





p

t

t

E

e

w

s















4

10

77

,

6

[Pa]

- stała psychrometryczna:

5

2

max

10

75

,

6

65





















v

A

p

- wilgotność względna:

%

100





E

e



- wilgotność właściwa:

e

p

e

x







622

,

0













kg

kg

- entalpia powietrza:

x

t

t

i

s

s













)

2500

926

,

1

(

005

,

1













kg

kJ

- natężenie przepływu powietrza:

4

max

4

10

01

,

4

v

Q









- ilość wody odebranej lub oddanej przez wkładkę solną:







i

wi

w

G

G



gdzie:



i

– czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s]

G

wi

– masowy wydatek wody w czasie pomiaru [kg/s]

i

p

wi

x

x

Q

G











1



3. Zestawienie obliczeń

Wartości na stanowisku:

Wartości na stanowisku:

ts

18,6

[°C]

tw

13,6

[°C]

p

987,42 hPa

ρ

1,2 [kg/m

3

]

Vmax

2

2,67 [m/s]

Δh

22

Wartości zmierzone:

Efekt osuszania powietrza

lp.

przed:

za:

Δpd

[*10

-5

]

ts[C]

tw[C]

ts[C]

tw[C]

1.

19,8

15

20

14,8

64,52

2.

19,8

15

20

14,8

64,52

3.

19,6

15

20

14,8

64,52

4.

19,6

15,2

20

15

64,52

5

Efekt nawilżania powietrza

lp.

przed:

za:

Δpd

[*10

-5

]

ts[C]

tw[C]

ts[C]

tw[C]

1.

21,4

15,2

21,2

14,6

64,52

2.

21,8

15

21,6

14,8

64,52

3.

21,8

14,8

21,4

14,4

64,52

4.

21,4

14,8

21,6

14,4

64,52

Wartości obliczone:

lp.

Parametry powietrza przed wkładką

Parametry powietrza za wkładką

prężność powietrza [N/m2]

Wilgotność

Entalpia

prężność powietrza [N/m2]

Wilgotność

Entalpia

E(tm)

E(ts)

e

φp[%]

xp[kg/kg]

ip[kJ/kg]

E(tm)

E(ts)

e

φz [%]

xz [kg/kg]

iz[kJ/kg]

Osuszanie powietrza

1.

1691,137

2291,593

1377,375

81,45

0,0087992

42,23246

1669,439

2320,214

1329,529

79,64

0,0084893

41,6503

2.

1691,137

2291,593

1377,375

81,45

0,0087992

42,23246

1669,439

2320,214

1329,529

79,64

0,0084893

41,6503

3.

1691,137

2263,282

1390,448

82,22

0,0088839

42,24304

1669,439

2320,214

1329,529

79,64

0,0084893

41,6503

4.

1713,083

2263,282

1425,467

83,21

0,0091109

42,81916

1691,137

2320,214

1364,301

80,67

0,0087145

42,2219

Nawilżanie powietrza

1.

1713,083

2529,444

1307,806

76,34

0,0083488

42,72302

1647,984

2498,581

1216,561

73,82

0,007759

41,0203

2.

1691,137

2592,169

1246,640

73,72

0,0079533

42,1262

1669,439

2560,639

1224,942

73,37

0,0078131

41,5659

3.

1669,439

2592,169

1211,868

72,59

0,0077287

41,55528

1626,772

2529,444

1169,201

71,87

0,0074533

40,4476

4.

1669,439

2529,444

1238,015

74,16

0,0078976

41,57646

1626,772

2560,639

1156,128

71,07

0,007369

40,4371

6

lp.

Zmiany wilgotności

Zmiany entalpii

Gwi [kg/s]

Δφ [%]

Δx=xz-xp [kg/kg]

Δi [kJ/kg]

Osuszanie powietrza

-1,81

-0,0003098

-0,5821

-0,000002803

-1,81

-0,0003098

-0,5821

-0,000002803

-2,58

-0,0003945

-0,5927

-0,000003569

-2,54

-0,0003964

-0,5973

-0,000003585

Nawilżanie powietrza

-1,81

-0,0003098

-0,5821

-0,000002803

-1,81

-0,0003098

-0,5821

-0,000002803

-2,58

-0,0003945

-0,5927

-0,000003569

-2,54

-0,0003964

-0,5973

-0,000003585

Gw odebr.[kg/s]

-0,009186849

Gw odd.[kg/s]

-0,009998147

vmax

18,9658

vmax2

2,67

Ap

71,8840

Q

0,007605

0,0086

0,00865

0,0087

0,00875

0,0088

0,00885

0,0089

0,00895

0,009

0,00905

0,0091

0,00915

35

45

55

65

75

85

95

x

[kg/k

g]

i [

kJ/

kg]

, φ *

%

+

t [min]

Osuszanie powietrza (przed wkładką)

i

φ

x

7

0,00835

0,0084

0,00845

0,0085

0,00855

0,0086

0,00865

0,0087

0,00875

20

30

40

50

60

70

80

90

x

[kg/k

g]

i [

kJ/

kg]

, φ *

%

+

t [min]

Osuszanie powietrza (za wkładką)

i

φ

x

0,0074

0,0075

0,0076

0,0077

0,0078

0,0079

0,008

0,0081

0,0082

0,0083

0,0084

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

x [

kg/kg]

i [

kJ/

kg]

, φ *

%

+

t [min]

Nawilżanie powietrza (przed wkładką)

i

φ

x

8

Wnioski:

Z wykresów możemy odczytać, że entalpia powietrza przed i za wkładką solną przebiega

prostolinijnie tzn. że czas nie ma w tym przypadku znaczenia, natomiast w przypadku

wilgotności względnej podczas osuszania wraz ze wzrostem czasu wzrasta wilgotność , a

podczas nawilżania wraz ze wzrostem czasu wilgotność maleje Jeżeli chodzi o wilgotność

właściwą to zachowuje się podobnie jak wilgotność względna, czyli podczas osuszania

rośnie, a podczas nawilżania maleje wraz ze wzrostem czasu. Z przeprowadzonego

doświadczenia wynika, że podczas efektu osuszania wkładka solna pobiera wilgoć z

otoczenia, natomiast podczas nawilżania oddaje ją do otoczenia. Wszelkie niezgodności z

zachowaniem się parametrów w stosunku do zmian spodziewanych mogą wynikać z

niedokładnego wykonania.

0,0071

0,0072

0,0073

0,0074

0,0075

0,0076

0,0077

0,0078

0,0079

30

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

x

[kg/k

g]

i [

kJ/

kg]

, φ*

%

+

t [min]

Nawilżnanie powietrza (za wkładką)

i

φ

x