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	24
tw	16
p	983
ρ	1,2
Δh	22

Wartości zmierzone:

Efekt osuszania powietrza
lp.	przed:		za:		Δpd
		tw[C]	ts[C]	tw[C]		ts[C]
1.	14,6	22,4	14,6	22,8	215,82
2.	14,4	22,4	14,8	22,4	215,82
3.	14,4	22,6	15	22,4	215,82
4.	14,6	22,5	15,2	22,4	215,82
5.	14,5	22,6	15,3	22,5	215,82

Efekt nawilżania powietrza
lp.	przed:		za:		Δpd
		tw[C]	ts[C]	tw[C]		ts[C]
1.	14,6	22,6	14,6	22,5	215,82
2.	14	24	14,6	23,8	215,82
3.	14,2	24,2	15	23,9	215,82
4.	14,3	24,3	15,1	24	215,82
5.	14,5	24,6	16	24,4	215,82

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.	1646,430	2685,031	1138,657	69,16	0,0072894	41,04989	1646,430	2751,029	1112,617	67,58	0,0071208	41,0286
2.	1625,258	2685,031	1104,464	67,96	0,007068	40,48689	1667,844	2685,031	1173,090	70,34	0,0075125	41,6173
3.	1625,258	2717,855	1091,444	67,16	0,0069837	40,47631	1689,501	2685,031	1207,768	71,49	0,0077373	42,1890
4.	1646,430	2701,399	1132,147	68,76	0,0072472	41,04457	1711,405	2685,031	1242,691	72,61	0,0079639	42,7653
5.	1635,814	2717,855	1108,511	67,77	0,0070942	40,75723	1722,449	2701,399	1253,735	72,79	0,0080356	43,0497
Nawilżanie powietrza
1.	1646,430	2717,855	1125,637	68,37	0,007205	41,03924	1646,430	2701,399	1132,147	68,76	0,0072472	41,0446
2.	1583,627	2957,585	932,635	58,89	0,0059578	39,28999	1646,430	2922,249	1047,518	63,62	0,0066996	40,9752
3.	1604,324	2993,293	953,332	59,42	0,0060913	39,83329	1689,501	2939,871	1110,119	65,71	0,0071046	42,1080
4.	1614,761	3011,288	963,769	59,68	0,0061587	40,10648	1700,422	2957,585	1121,040	65,93	0,0071753	42,3899
5.	1635,814	3065,838	978,312	59,81	0,0062526	40,65066	1801,525	3029,377	1254,692	69,65	0,0080418	45,0044

lp.	Zmiany wilgotności		Zmiany entalpii	Gwi [kg/s]
		Δφ [%]	Δx=xz-xp [kg/kg]		Δi [kJ/kg]
Osuszanie powietrza
	-1,58	-0,0001686	-0,0213	-0,000001528
	2,38	0,0004445	1,1304	0,000004028
	4,33	0,0007536	1,7127	0,000006829
	3,85	0,0007167	1,7207	0,000006493
	5,02	0,0009414	2,2924	0,000008531
Nawilżanie powietrza
	0,40	0,0000422	0,0053	0,000000382
	4,73	0,0007418	1,6852	0,000006730
	6,28	0,0010132	2,2747	0,000009191
	6,24	0,0010166	2,2834	0,000009221
	9,84	0,0017892	4,3537	0,000016227

Gw odebr.[kg/s]

0,017534723

Gw odd.[kg/s]

0,030059948

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

---