Laboratorium wentylacji i pożarów	Rok: IV Grupa: 1/1 zespół
Wydział: Górnictwa i Geoinżynierii	Temat ćwiczenia: Wyznaczanie zmian wilgotności powietrza.	Data wykonywania: 18 grudnia 2011 Data oddania: stycznia 2011
Kierunek: Górnictwo i Geologia	Zespół w składzie: Łukasz Sowa Kamil Kowalczyk

1. Wstęp teoretyczny

Podczas przepływu powietrza wyrobiskami wykonanymi w górotworze zachodzi wiele procesów, zmieniających jego parametry. Istotny wpływ ma wymiana ciepła i wilgoci między ociosami wyrobiska a płynącym powietrzem. Na wielkość tych procesów wpływają okresowe zmiany temperatury i wilgotności powietrza wpływającymi 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.

Jeżeli powietrze przepływające wyrobiskami ma wilgotność względną w danej temperaturze większą od odpowiadającej wilgotności nad dany roztworem tworzącym się na powierzchniach odsłoniętych w wyrobisku , to część wilgoci 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. Natomiast podczas przepływu 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 41,868 kJ/mol.

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

Przebieg ćwiczenia

Przed i za wkładką solną umieszczone zostały termometry suchy i wilgotny – T₁ i T₂ oraz rurka spiętrzająca Prandtla połączona z U-rurką. Ćwiczenie składa się z dwóch części. Pierwsza część polega na osuszaniu, a druga na nawilżaniu powietrza przypływającego przez wkładkę soli kamiennej. W czasie trwania dokonuje się pomiarów:
a) jednorazowo:
- temperatury suchej i wilgotnej na stanowisku pomiarowym,
- ciśnienia atmosferycznego,
b) sześciokrotnie w odstępach 3-minutowych:
- temperatury suchej i wilgotnej za i przed wkładką solną,

2. Wzory

1. $v_{\text{sr}} = \frac{255\frac{m}{\min}}{60} = 4,25\ \left\lbrack \frac{m}{s} \right\rbrack$

2. $F = \frac{\Pi*d^{2}}{4} = 0,0177\ \left\lbrack m^{2} \right\rbrack$

d - 0,15 [m]

1. $Q = v_{\text{sr}}*F = 0,075\ \left\lbrack \frac{m^{3}}{s} \right\rbrack$

2. $p_{\text{wn}} = 604*10^{\frac{7,447\left( T - 273 \right)}{T - 38,33}}\ \left\lbrack \frac{N}{m^{2}} \right\rbrack\backslash n$ T = t_s + 273[K]
   t_s – temp sucha przed i za wkładką

3. p_w = p_wn − A_p(t_s−t_m) * p [Pa] ∖ n p − cisnienie atmosferyczne

4. $A_{p} = 65 + \ \frac{6,75}{v_{\text{sr}}} = 6,7*10^{- 4}\ \lbrack - \rbrack$

5. $\varphi = \frac{p_{w}}{p_{\text{wn}}}*100\ \left\lbrack \% \right\rbrack$

6. $x = 0,622*\frac{p_{w}}{p - p_{w}}\left\lbrack \frac{\text{kg}}{\text{kg}} \right\rbrack$

7. Δφ = φ_z − φ_p[%]

8. $\Delta x = x_{z} - x_{p}\lbrack\frac{\text{kg}}{\text{kg}}\rbrack$ ( Zastosowano również jednostkę $\left\lbrack \frac{g}{\text{kg}} \right\rbrack$)

9. $i = 1,005*t_{s} + \left( 1,926t_{s} + 2500 \right)\text{x\ }\left\lbrack \frac{\text{kJ}}{\text{kg}} \right\rbrack$

10. $\Delta i = i_{z} - i_{p}\lbrack\frac{\text{kJ}}{\text{kg}}\rbrack$

11. $G_{\text{wi}} = \frac{Q*\rho*\Delta x_{i}}{1 + x_{\text{pi}}}\ \left\lbrack \frac{\text{kg}}{s} \right\rbrack$

12. $G_{w} = \sum_{}^{}{G_{\text{wi}}*\tau_{i}}\ \lbrack kg\rbrack$
    τ_i –czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s] (180s)

3. Obliczenia

Temperatura sucha, t_s = 21,0°C
Temperatura wilgotna, t_w = 15,8°C
Ciśnienie powietrza, p = 978,04 hPa

Obliczenie gęstości powietrza na stanowisku pomiarowym

P_w = P_wn(P,tw) – A_w*P*(t_s-t_w) [Pa]
A_w = 0,000678(1+0,00115*t_w)= 6,9*10^-4 [Pa]
$P_{\text{wn}} = 6,112*\exp\left( \frac{17,62*t_{w}}{273,15 + t_{w}} \right) = 12,50$ [Pa]

$P_{\text{wts}} = 6,112*\exp\left( \frac{17,62*t_{s}}{273,15 + t_{s}} \right) = 21,50$ [Pa]

P_w = 15, 29 − 6, 9 * 10⁻⁴ * 990, 85(21,6−15) = 12, 51 [Pa]

$$\rho = \frac{0,003483*(99085 - 0,378*1251)}{273,15 + 21} = 1,15\ \frac{\text{kg}}{m^{3}}$$

Zestawienie wyników pomiarów i obliczonych wielkości

Lp.	Wartości zmierzone	Wartości obliczone
	tsp	twp
	[°C]	[°C]
wzór	przed wkładką	za wkładką
Nawilżacze włączone
1	14	21
2	14,1	21
3	14,2	21
4	14,2	21
5	14,3	21
Nawilżacze wyłączone
1	14,1	22
2	14,1	23
3	14,1	23
4	14,1	23
5	14,1	23
Lp.	Wartości obliczone
	Δφ	Δx
	[%]	[g/kg]
wzór	(9)	(10)
Nawilżacze włączone
1	-0,43	0,043
2	0,82	0,086
3	0,81	0,086
4	-0,42	0,043
5	0,81	0,086
Nawilżacze wyłączone
1	1,63	0,173
2	-2,45	-0,260
3	-3,32	-0,260
4	-3,32	-0,260
5	-3,32	-0,260

4. Wykresy

5. Wnioski

W przeprowadzonym doświadczeniu wyznaczaliśmy zmiany wilgotności powietrza. Na podstawie obliczeń zauważa się, że podczas nawilżania wartość wilgotności maleje – przyjmuje wartości poniżej zera, natomiast podczas osuszania wartość te rosną – nieznacznie powyżej zera. Powyższa zależność dotyczy wilgotności względnej i właściwej. Znając zmiany wilgotności właściwej i natężenie przepływu powietrza wyznaczyliśmy ilość wody odebranej przez wkładkę solna i dla osuszania wynosi ona 0,0551 [kg], a dla nawilżania -0,0133 [kg]. Z doświadczenia wynika, że podczas osuszania wkładka solna pobiera wilgoć z otoczenia, natomiast podczas nawilżania oddaje ją do otoczenia.