Rok III GiG Gr. I/2 Kurs A	Aerologia górnicza	Radosław Ferenc Dariusz Fedde
Data wykonania: 17.06.2008-06-17 Data oddania:	Wyznaczanie zmian wilgotności powietrza	Ocena:

Wstęp teoretyczny:

Celem tego ćwiczenia było określenie efektu nawilżania, osuszania oraz zmian entalpii powietrza przepływającego przez wkładkę z soli kamiennej.

W wyrobiskach wykonanych w górotworze zachodzi wiele procesów, które zmieniają parametry przepływającego przez nie powietrza. Duży wpływ ma wymiana ciepła i wilgoci między ociosami wyrobiska a płynącym powietrzem. Procesy te zależą od okresowych zmian (w ciągu roku) temperatury i wilgotności powietrza wpływającego do kopalni. Zmiany wilgotności powietrza wpływają niekorzystnie na ociosy wyrobisk wykonanych w złożach soli. W lecie, gdy zawartość wilgoci w powietrzu jest duża następuje ługowanie ociosów wyrobiska, natomiast w zimie następuje ich osuszanie. Ma to duże znaczenie szczególnie przy przewietrzaniu części muzealnej Kopalni Soli Wieliczka.

Parametry termodynamiczne powietrza przepływającego przez wyrobiska wykonane w złożu soli ulegają zmianom. W tym przypadku duże znaczenie ma:

• skład chemiczny danego złoża soli,

• temperatura ociosów wyrobiska,

• temperatura samego powietrza,

• zawartość wilgoci w powietrzu,

• ciśnienie.

Wymienione czynniki wpływają na zmiany temperatury i zawartości wilgoci w powietrzu kopalnianym.

Przebieg ćwiczenia

Schemat stanowiska pomiarowego:

Przed i za wkładką solną (S) umieszczone zostały termometry suchy i wilgotny T₁ i T₂ oraz rurka spiętrzająca Prandtla (R) połączona z U-rurką (U₁).

Ćwiczenie składało się z dwóch części. Pierwsza polegała na osuszaniu, a druga na nawilżaniu powietrza przepływającego przez wkładkę soli kamiennej. W czasie trwania ćwiczenia dokonałyśmy następujących pomiarów:

1. jednorazowo:

- temperatury suchej i wilgotnej na stanowisku pomiarowym,

- ciśnienia atmosferycznego,

2. pięciokrotnie w odstępach 2-mintowych:

- temperatury suchej i wilgotnej przed i za wkładką solną,

- ciśnienia dynamicznego na U-rurce (U₁).

Zestawienie wyników pomiarów parametrów termodynamicznych powietrza:

Lp.	Przed wkładką		Za wkładką
		wilgotna	sucha	wilgotna	sucha
1 seria nawilżacz włączony
1	19	21	19	21
2	19	22	18	21
3	19	23	18,5	21,5
4	19	22,6	18,6	21,6
5	19	22,8	18,7	21,7
2 seria nawilżacz wyłączony
1	19	23,2	19,4	23
2	19	23,3	18,4	23
3	19	23,4	18,5	23
4	19,2	23,4	18,5	23,1
5	19,3	23,5	19	23,3

Pomiar parametrów na stanowisku pomiarowym:

• temperatura sucha t_s= 21,9 °C

• temperatura wilgotna t_m=20 °C

• ciśnienie barometryczne p= 989,511 hPa

Gęstość powietrza, ze wzoru:

ρ=1,2044818 [kg/m^3]

gdzie:

T_m=273+17,5=290,5

p - ciśnienie barometryczne

p_w - prężność pary wodnej

=2351,9889 [N/m^2]

p_wn
604 · 10

=2353,2617 [N/m^2]

Wzory

1. prędkość maksymalną powietrza w odcinku pomiarowym i prędkość maksymalną w przekroju rury pomiarowej

V_{max 2} = 0,0517 · V_max

2. prężność pary wodnej nasyconej p_wn (t_m) i p_wn (t_s)

_wn = 604 · 10


[N/m²]

3. stałą psychometryczną ze wzoru

Ap = ( 65 +
)

4. prężność pary wodnej nienasyconej przed i za wkładką solną ze wzoru

ρ _w = ρ _wn - Ap ( t_s - t_w) · ρ

5. wilgotność powietrza przed i za wkładką solną

• względną ze wzoru

- właściwą ze wzoru

6. przyrost wilgotności powietrza przy przejściu przez wkładkę

∆φ = φ_z - φ_p

∆x = x_z - x_s

7. entalpię powietrza przed i za wkładką solną ze wzoru

i = 1,005 t_s + (1,926t_s + 2500) x

oraz przyrost entalpii

∆i = i_z - i_p

8. natężenie przepływu powietrza ze wzoru

Q = 4,01 · 10^-4 V_max

9. obliczyć ilość wody odebranej lub oddanej przez wkładkę solną z zależności

G_w = Σ G_wi · τ_i

gdzie:

τ_i - czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami

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

Obliczenia

Lp.	Parametry powietrza przed wkładką						Parametry powietrza za wkładką						Zmiany wilgotności		Zmiany
		Prężność powietrza			Wilgotność		Entalpia	Prężność powietrza			Wilgotność		Entalpia	Δφ	ΔX = Xp - Xz	entalpii
					względna	właściwa					względna	właściwa				Δi
		E (tm)	E (ts)	e	φ p	X p	i p	E (tm)	E (ts)	e	φ z	X z	i z
		[Pa]	[Pa]	[Pa]	%	kg/kg	kJ/kg	[Pa]	[Pa]	[Pa]	%	kg/kg	kg/kg	%	kg/kg	kJ/kg
Nawilżenie powietrza
1	2331,3	2182,3	2190,6	94	0,01412	56,97	2331,3	2182,3	2190,6	94	0,01412	56,97	0	0,00000	0,00
2	2261,0	2112,0	2050,0	91	0,01369	56,93	2261,0	2112,0	2050,0	91	0,01369	55,89	0	0,00000	-1,03
3	2190,6	2041,6	1909,3	88	0,01327	56,88	2261,0	2112,0	2050,0	91	0,01369	56,41	3	0,00042	-0,47
4	2225,8	2076,8	1979,7	90	0,01348	56,90	2261,0	2112,0	2050,0	91	0,01369	56,51	1	0,00021	-0,39
5	2204,7	2055,7	1937,5	89	0,01336	56,89	2331,3	2182,3	2190,6	94	0,01412	57,69	5	0,00076	0,80
Osuszenie powietrza
1	2176,6	2027,6	1881,2	88	0,01319	56,87	2218,8	2069,8	1965,6	90	0,01344	57,31	2	0,00025	0,44
2	2169,5	2020,5	1867,1	88	0,01314	56,87	2148,4	1999,4	1824,9	87	0,01302	56,23	-1	-0,00013	-0,63
3	2162,5	2013,5	1853,1	87	0,01310	56,86	2155,5	2006,5	1839,0	87	0,01306	56,34	0	-0,00004	-0,52
4	2176,6	2027,6	1881,2	88	0,01319	57,08	2148,4	1999,4	1824,9	87	0,01302	56,34	-1	-0,00017	-0,74
5	2176,6	2027,6	1881,2	88	0,01319	57,18	2169,5	2020,5	1867,1	88	0,01314	56,87	0	-0,00004	-0,31

Wykresy

Seria 1 dotyczy wilgotności właściwej X_p · 10^-3 [kg/kg]

Seria 2 dotyczy wilgotności względnej φ_p [%]

Seria 3 dotyczy entalpii i_p [kJ/kg]

Seria 1 dotyczy wilgotności właściwej X_p · 10^-3 [kg/kg]

Seria 2 dotyczy wilgotności względnej φ_p [%]

Seria 3 dotyczy entalpii i_p [kJ/kg]

Seria 1 dotyczy wilgotności właściwej X_p · 10^-3 [kg/kg]

Seria 2 dotyczy wilgotności względnej φ_p [%]

Seria 3 dotyczy entalpii i_p [kJ/kg]

Seria 1 dotyczy wilgotności właściwej X_p · 10^-3 [kg/kg]

Seria 2 dotyczy wilgotności względnej φ_p [%]

Seria 3 dotyczy entalpii i_p [kJ/kg]

Wnioski:

Jeżeli powietrze przepływające wyrobiskiem ma wilgotność względną w danej temperaturze większą od 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. Osuszaniu 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 nawilżanie powietrza (osuszanie ociosów wyrobiska). Część wilgoci z roztworu będzie przechodzić do powietrza. Nawilgacaniu będzie towarzyszyć wydzielanie ciepła do przepływającego powietrza w ilości około 41,868 kJ/mol.

Akademia Górniczo- Hutnicza

Im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wydział Górnictwa i Geologii

SPRAWOZDANIE Z ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Prowadzący: mgr inż. Zbigniew Kuczera

---