Wstęp teoretyczny

Wilgotność powietrza - zawartość pary wodnej w powietrzu.

Maksymalna wilgotność, czyli maksymalna ilość pary wodnej w określonej ilości powietrza silnie zależy od temperatury powietrza. Im wyższa temperatura powietrza, tym więcej pary wodnej może się w nim znajdować. Przekroczenie maksymalnej wilgotności (np. w wyniku obniżenia temperatury powietrza) powoduje skraplanie się pary wodnej.

Wilgotność charakteryzuje się na różne sposoby. Najpopularniejsze to:

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

wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 kg powietrza (powietrza ważonego razem z parą wodną),

wilgotność względna - wyrażony w procentach stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze,

prężność pary wodnej - ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu.

Maksymalna prężność pary (hPa)

E = 6,1078 * 10^{(T * A) / (T + B)}

gdzie T - temperatura w °C

dla temperatur > 0 stopni °C

A = 7,5 B = 237,3

dla temperatur < 0 stopni °C

A = 9,5 B = 265,5

wilgotność bezwzględna (g/m³) a = 0.8 * (e / (1 + m * t))

wilgotność względna (%) f = e/E*100%

gdzie: m - współczynnik objętościowego rozszerzania gazów równy 1/273 (0,00366)
e - aktualna prężność pary
E - maksymalna prężność pary
t - temperatura powietrza [°C ]

Wilgotność względna powietrza 60% oznacza, że powietrze zawiera 60% ilości pary nasyconej, która mogła by być w nim zawarta w tej temperaturze. Wilgotność 0% oznacza, że w powietrzu nie ma pary wodnej. Powietrze dobrze przybliża gaz doskonały dlatego maksymalna ilość pary może być wyrażona w jednostkach masy, ciśnienia, lub objętości.

Do pomiaru wilgotności powietrza używa się różnego rodzaju psychometrów i higrometrów z których najprostszym jest higrometr włosowy. Wilgotność wyznacza się też poprzez wyznaczanie punktu rosy.

Wrzenie- zjawisko przemiany cieczy w gaz (parę), podczas którego powstają i rosną pęcherzyki pary nasyconej w objętości, a nie tylko na powierzchni cieczy. Dlatego mówi się, że wrzenie, to gwałtowne parowanie nie tylko na powierzchni, ale także wewnątrz objętości. Wrzenie wymaga dostarczania energii do wrzącego ciała dlatego jest to przejściem fazowym pierwszego rodzaju.

Wrzenie jest możliwe przy odpowiednim ciśnieniu w każdej temperaturze, w której może istnieć ciecz, czyli między punktem potrójnym a punktem krytycznym. Przy danym ciśnieniu zewnętrznym wrzenie cieczy zachodzi w określonej temperaturze, zwanej temperaturą wrzenia. Wzrost ciśnienia zewnętrznego powoduje wzrost temperatury wrzenia gdyż ciśnienie pary musi się zrównać z ciśnieniem zewnętrznym co wymaga podwyższenia temperatury .

Ciśnienie w pęcherzyku pary jest większe od ciśnienia nad cieczą, wpływa na to ciśnienie hydrostatyczne cieczy oraz napięcie powierzchniowe cieczy. Napięcie powierzchniowe (σ) wywołuje przyrost ciśnienia (Δp) zależny od promienia (r) pęcherzyka (Δp=2·σ/r). Istnienie (powstanie) pęcherzyka o danym promieniu jest możliwe pod warunkiem, że temperatura cieczy przekroczy temperaturę równowagi ciecz-gaz przy ciśnieniu w hipotetycznym pęcherzyku, dlatego temperatura we wrzącej cieczy i stykającym się z nią gazie nie jest jednakowa. Ciecz w pobliżu podgrzewanej ścianki ma temperaturę większą od temperatury wrzenia (dla wody w odległości 1mm od ścianki temperatura może być nawet o 10°C wyższa od temperatury wrzenia, a w odległości 1cm - do 0,5°C).

Wrzenie czystej cieczy w naczyniu o gładkich ściankach rozpoczyna się w wyższej temperaturze. Ciecz o temperaturze większej od temperatury wrzenia jest nazywana cieczą przegrzaną.

Nawilżanie powietrza

Nawilżanie powietrza osiąga się poprzez wprowadzenie do jego strumienia wody lub pary wodnej, a także poprzez mieszanie z powietrzem wilgotnym.

Proces nawilżania wodą przebiega na wykresie h-x na przedłużonej „izotermie mgły wodnej”. W pierwszym przybliżeniu przebieg ten jest równoległy do linii stałej entalpii. Przebieg procesu przedstawiono na rys.5. Nawilżanie zaczyna się od stanu 1 na izotermie mgły wodnej, która zostaje równolegle przesunięta przez punkt 1 i w ten sposób otrzymuje się punkt przecięcia z linią nasycenia, będący stanem 2. Przy nawilżaniu wodą nie osiąga się praktycznie punktu rosy, ponieważ powierzchnia kontaktu z wodą nie jest nieskończenie wielka.

Przy nawilżaniu parą powietrze nie jest nawilżane do stanu pełnego nasycenia w celu zapobieżenia w kanale dolotowym ewentualnej kondensacji pary wodnej przez jej przechłodzenie.

Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie zmieniającego się strumienia masy odparowanej w różnych temperaturach.

Pomiar został dokonany dla 4 różnych temperatur:

• T₁=42⁰C (przy napięciu U₁=2,33 V)

• T₁=55,6⁰C (przy napięciu U₂=3,26 V)

• T₁=69⁰C

• T₁=80,4⁰C

Wykresy przedstawiające zależności ubywającej masy w czasie dla różnych temperatur.

• Dla temperatury T₁

A= π*D²/4 [mm²]

D=37,5 mm

A= π*37,5²/4 [mm²]

A=1104,47 [mm²]

= - 0,0003 [g/s]

[g/s*mm²]

• Dla temperatury T₂

A=1104,47 [mm²]

= - 0,0002 [g/s]

[g/s*mm²]

• Dla temperatury T₃

A=1104,47 [mm²]

= - 0,0014 [g/s]

[g/s*mm²]

• Dla temperatury T₄

A=1104,47 [mm²]

= - 0,0029 [g/s]

[g/s*mm²]

Tabela zbiorcza

Strumień odparowanej masy 10^-7[g/s*mm^2]	Temperatura [^0C]
- 2 ,72	42,0
- 1,87	55,6
- 0,13	69,0
- 0,26	80,4

Wnioski

Na podstawie wykresów zauważamy, iż wraz ze wzrostem temperatury rośnie ilość ubywającej masy wody.

Wykres nr.1 Zależność ubywającej masy w czasie dla temperatury 42 C

y = -0,0003x - 0,0537

-0,3

-0,25

-0,2

-0,15

-0,1

-0,05

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0

100

200

300

400

500

600

700

t [sek]

m [g]

Wykres nr.2 Zależność ubywającej masy w czasie dla temperatury 55,6 C

y = -0,0002x - 0,2017

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0

100

200

300

400

500

600

t [s]

m [g]

Wykres zależności strumienia masy od temperatury

-3

-2,5

-2

-1,5

-1

-0,5

0

0,5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

T [C]

10 [ g/s*mm ]

Wykres nr.4 Zależność ubywającej masy w czasie dla temperatury 80,4 C

y = -0,0029x + 0,0656

-1,4

-1,2

-1

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0

0,2

0

100

200

300

400

500

t [s]

m [g]

Wykres nr.3 Zależność ubywającej masy w czasie dla temperatury 69 C

y = -0,0014x + 0,0472

-0,7

-0,6

-0,5

-0,4

-0,3

-0,2

-0,1

0

0,1

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

t [s]

m [g]

---