Kraków dn. 14.04.2005 r.

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wykonał:

Marcin Włodarczyk

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii,

GiG, Rok III, Grupa 3.

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:

1. wilgotność bezwzględna - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta
   w 1m³ powietrza,

2. wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta w 1 kg suchego powietrza,

3. wilgotność względna - stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności bezwzględnej przy danej temperaturze i ciśnieniu,

4. prężność pary wodnej - lub inaczej jej ciśnienie cząstkowe (wielkości wyrażone w jednostkach ciśnienia),

5. temperatura punktu rosy - temperatura przy której wilgotność względna osiąga 100 %.

2. Opracowanie wyników pomiarów

Użyte wzory:

• gęstość powietrza:

• prędkość maksymalna powietrza w odcinku pomiarowym:

• prędkość maksymalna w przekroju rury pomiarowej:

[m/s]

• prężność pary wodnej nasyconej E(t_w), E(t_s)

[Pa]

• prężność pary wodnej nienasyconej:

[Pa]

• stała psychrometryczna:

• wilgotność względna:

• wilgotność właściwa:

• entalpia powietrza:

• natężenie przepływu powietrza:

• ilość wody odebranej lub oddanej przez wkładkę solną:

gdzie:

τ_i - czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s]

G_wi - masowy wydatek wody w czasie pomiaru [kg/s]

3. Zestawienie obliczeń

Wartości na stanowisku:

Wartości na stanowisku:
ts	22
tw	16
p	993,62
ρ	1,19
Δh	110

Wartości zmierzone:

Efekt osuszania powietrza
lp.	przed:		za:		Δpd
		tw[C]	ts[C]	tw[C]		ts[C]
1.	15,2	21	15	21	1079,1
2.	15,2	21,8	15,2	21,6	1079,1
3.	15,6	21,8	15,4	21,8	1079,1
4.	15,8	22	15,4	21,8	1079,1
5.	15,6	22	15,4	21,8	1079,1
6.	15,8	21,8	15,4	21,8	1079,1

Efekt nawilżania powietrza
lp.	przed:		za:		Δpd
		tw[C]	ts[C]	tw[C]		ts[C]
1.	16	22,6	15,4	22,2	1079,1
2.	16	22,6	15,4	22,4	1079,1
3.	16	22,6	15,6	22,4	1079,1
4.	16	22,8	15,6	22,4	1079,1
5.	16	22,8	15,6	22,2	1079,1
6.	15,8	22	15,4	22,2	1079,1

Wartości obliczone:

lp.	Parametry powietrza przed wkładką						Parametry powietrza za wkładką
		prężność powietrza [N/m2]			Wilgotność		Entalpia	prężność powietrza [N/m2]			Wilgotność		Entalpia
		E™	E(ts)	e	φp[%]	xp[kg/kg]	ip[kJ/kg]	E™	E(ts)	e	φz [%]	xz [kg/kg]	iz[kJ/kg]
Osuszanie powietrza
1.	1711,405	2464,784	1333,830	77,94	0,008556	42,84104	1689,501	2464,784	1298,906	76,88	0,008329	42,2643
2.	1711,405	2588,623	1281,750	74,89	0,0082175	42,79781	1711,405	2557,165	1294,770	75,66	0,0083021	42,8086
3.	1755,959	2588,623	1352,344	77,01	0,0086764	43,96433	1733,556	2588,623	1316,922	75,97	0,0084461	43,3788
4.	1778,614	2620,417	1374,999	77,31	0,0088238	44,54345	1733,556	2588,623	1316,922	75,97	0,0084461	43,3788
5.	1755,959	2620,417	1339,324	76,27	0,0085917	43,95336	1733,556	2588,623	1316,922	75,97	0,0084461	43,3788
6.	1778,614	2588,623	1388,019	78,04	0,0089086	44,55448	1733,556	2588,623	1316,922	75,97	0,0084461	43,3788
Nawilżanie powietrza
1.	1801,525	2717,855	1371,870	76,15	0,0088035	45,10485	1733,556	2652,552	1290,882	74,46	0,0082768	43,3570
2.	1801,525	2717,855	1371,870	76,15	0,0088035	45,10485	1733,556	2685,031	1277,862	73,71	0,0081923	43,3461
3.	1801,525	2717,855	1371,870	76,15	0,0088035	45,10485	1755,959	2685,031	1313,284	74,79	0,0084224	43,9314
4.	1801,525	2751,029	1358,850	75,43	0,0087187	45,09372	1755,959	2685,031	1313,284	74,79	0,0084224	43,9314
5.	1801,525	2751,029	1358,850	75,43	0,0087187	45,09372	1755,959	2652,552	1326,304	75,53	0,0085071	43,9424
6.

lp.	Zmiany wilgotności		Zmiany entalpii	Gwi [kg/s]
		Δφ [%]	Δx=xz-xp [kg/kg]		Δi [kJ/kg]
Osuszanie powietrza
	-1,06	-0,000227	-0,5767	-0,000002054
	0,76	8,459E-05	0,0108	0,000000766
	-1,05	-0,0002303	-0,5855	-0,000002084
	-1,34	-0,0003778	-1,1647	-0,000003417
	-0,31	-0,0001457	-0,5746	-0,000001318
Nawilżanie powietrza
	-1,69	-0,0005266	-1,7479	-0,000004764
	-2,44	-0,0006112	-1,7588	-0,000005529
	-1,36	-0,000381	-1,1734	-0,000003447
	-0,64	-0,0002963	-1,1623	-0,000002681
	0,10	-0,0002117	-1,1513	-0,000001915

Gw odebr.[kg/s]

-0,008849903

Gw odd.[kg/s]

-0,016764813

vmax	18,9658
vmax2	0,9805
Ap	71,8840
Q	0,007605

4. Wykresy:

Wykres nr 1 a), b). Efekt osuszania powietrza: przed wkładką i za wkładką

Wykres nr 2 a), b). Efekt nawilżania powietrza: przed wkładką i za wkładką

5. 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 (wyraźnie widać to na wykresie 1 b ), a podczas nawilżania wraz ze wzrostem czasu wilgotność maleje (wykres 2 a ). Jeżeli chodzi o wilgotność właściwą to zachowuje się podobnie jak wilgotność względna, czyli podczas osuszania rośnie, a podczas nawilżania maleje wraz ze wzrostem czasu. Znając zmiany wilgotności właściwej i natężenie przepływu powietrza wyznaczyliśmy ilość wody odebranej przez wkładkę solna i dla osuszania wynosi ona 0,01755 [kg], a dla nawilżania 0,03006 [kg]. 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.

7

---