Kraków dn. 06.12.2010 r.

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wykonał:

Czart Dawid

Czart Karol

Zielonka Adrian

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii,

ig, Rok III, Grupa 1.

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:

ts	21
tw	14
p	99127
ρ	1,16969
Vmax	5,82
Vmax2	0,30
Ap	0,00087

Wartości zmierzone:

Efekt osuszania powietrza					Efekt nawilżania powietrza
przed		za			przed		za
ts	tw	ts	tw	pd	ts	tw	ts	tw	pd
21,4	13,6	21	13,6	20	14,2	20,2	14,4	15	274,68
21,4	13,2	21	13,6	19,8	13,4	20	13,4	16	274,68
21,4	13,2	21	13,4	19,8	13,4	20	13,6	17,6	274,68
21,4	13,2	21,4	13,8	19,8	13,4	20	13,6	18,5	274,68
21,6	13,4	21,4	15,4	19,8	13,4	20	13,8	19,8	274,68
21,6	13,4	21,4	16,4	19,8	13,8	20	14	21	274,68

Wartości obliczone:

Parametry powietrza przed wkładką					Parametry powietrza za wkładką					Zmiana wilgotności		Zmiany entalpii	Czas	Natęż. przep. pow	Masowy wyd. wody	Ilośc wody odebr-oddanej
Prężność pow.		Wilgotność		Entalpia	Prężność pow.		Wilgotność		Entalpia
pwn	pw	 p	xp	ip	pwn	pw	 z	xz	iz		r=xz-xp	i	t	Q	Gwi	Gw
Pa	Pa		kg/kg	kJ/kg	Pa			kg/kg	kJ/kg		kg/kg	kJ/kg	min.	m^3/s.	kg/s	kg
OSUSZENIE POWIETRZA
1545,17	1021,72	66,12%	0,0065	37,969	1545,17	1048,57	67,86%	0,0066	37,999	0,01737	0,00017	0,02999	3	0,021372	0,000004272	0,000012817
1505,28	954,99	63,44%	0,0061	36,883	1545,17	1048,57	67,86%	0,0066	37,999	0,04418	0,00060	1,11566	6	0,021372	0,000014890	0,000044669
1505,28	954,99	63,44%	0,0061	36,883	1525,11	1015,08	66,56%	0,0064	37,454	0,03116	0,00038	0,57065	9	0,021372	0,000009559	0,000028677
1505,28	954,99	63,44%	0,0061	36,883	1565,46	1055,43	67,42%	0,0067	38,518	0,03978	0,00064	1,63467	12	0,021372	0,000015984	0,000047951
1525,11	974,82	63,92%	0,0062	37,409	1736,38	1333,72	76,81%	0,0085	43,064	0,12893	0,00231	5,65521	15	0,021372	0,000057278	0,000171833
1525,11	974,82	63,92%	0,0062	37,409	1851,31	1515,76	81,88%	0,0097	46,052	0,17957	0,00348	8,64321	18	0,021372	0,000086490	0,000259471
NAWILŻANIE POWIETRZA														SUMA	0,000188472	0,000565417
2351,02	2753,68	117,13%	0,0178	59,188	1692,18	1732,45	102,38%	0,0111	42,439	-0,14747	-0,00671	-16,74901	3	0,021372	-0,000164767	-0,000494302
2322,05	2764,97	119,07%	0,0178	58,546	1804,56	1979,04	109,67%	0,0127	45,472	-0,09405	-0,00518	-13,07457	6	0,021372	-0,000127131	-0,000381394
2322,05	2764,97	119,07%	0,0178	58,546	1997,97	2266,40	113,44%	0,0146	50,434	-0,05639	-0,00329	-8,11211	9	0,021372	-0,000080887	-0,000242662
2322,05	2764,97	119,07%	0,0178	58,546	2114,53	2443,37	115,55%	0,0157	53,377	-0,03523	-0,00213	-5,16878	12	0,021372	-0,000052272	-0,000156816
2322,05	2764,97	119,07%	0,0178	58,546	2293,40	2696,05	117,56%	0,0174	57,806	-0,01517	-0,00046	-0,73973	15	0,021372	-0,000011232	-0,000033696
2322,05	2738,13	117,92%	0,0177	58,512	2470,09	2939,85	119,02%	0,0190	62,109	0,01100	0,00134	3,59770	18	0,021372	0,000032953	0,000098858
														SUMA	-0,000403337	-0,001210012

pwn	1585,98624
pw	1116,22339
q	1,16968862
Vsr m/s	1,21
F m2	0,0176625
d m	0,15
Q m3/s	0,02137163

4. Wykresy:

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

---