WYŻSZA SZKOŁA MORSKA w SZCZECINIE WYDZIAŁ MECHANICZNY	LABORATORIUM TEORII PROCESÓW CIEPLNYCH				Nazwisko i imię: Szymon Widawski
		Nr ćwicz: 9	Temat ćwiczenia: POMIARY WILGOTNOŚCI POWIETRZA
										Rok akademicki:
Data wyk. ćwicz.:	Data oddania spraw.:		Ocena:	Podpis wykładowcy:		Grupa : II MB Zespół : 3

1. Podstawowe definicje :

Powietrze atmosferyczne jest mieszaniną gazową zawierającą zawsze pewną ilość pary wodnej . Zawartość pary wodnej w powietrzu atmosferycznym zmienia się , a zachowanie się jej jest odmienne od pozostałych gazów ze względu na możliwość zmiany stanu skupienia . Można więc zatem do celów praktycznych traktować powietrze atmosferyczne jako mieszaninę powietrza suchego ( składającego się wyłącznie z gazów ) oraz pary wodnej . Ilość pory wodnej znajdującej się w jednostce objętości powietrza nie może przekraczać pewnej wielkości maksymalnej , która jest zależna od temperatury .

Powietrze niedosycone jest to powietrze , które może w danej temperaturze wchłonąć pewną ilość pary wodnej , natomiast powietrze nasycone zawiera już maksymalną ilość pary wodnej w danej temperaturze .

Ciśnienie powietrza wilgotnego ( ciśnienie barometryczne ) zgodnie z prawem Daltona jest sumą ciśnień składnikowych powietrza suchego p_g oraz pary wodnej p_p

p_b = p_g + p_p

W powietrzu niedosyconym ciśnienie składnikowe pary wodnej p_p jest mniejsze od ciśnienia nasycenia pary wodnej p"_p w danej temperaturze . W powietrzu nasyconym parą wodną ciśnienie p_p jest równe ciśnieniu nasycenia w danej temperaturze . Stan ten nazywa się punktem rosy , gdyż najmniejsze obniżenie temperatury spowoduje wykroplenie się pewnej ilości pary , powstanie mgły lub rosy .

Wilgotność bezwzględna powietrze p_p jest stosunkiem masy pary m_p do objętości V powietrza wilgotnego .

Wilgotność bezwzględna jest więc gęstością pary wodnej przy jej ciśnieniu p_p i temperaturze powietrz wilgotnego .

Wilgotność względna powietrza wilgotnego φ jest stosunkiem wilgotności bezwzględnej ρ_p do maksymalnej wilgotności bezwzględnej ρ"_p dla tej samej temperatury . Może być również określona jako stosunek ciśnienia składnikowego pary p_p do jej ciśnienia maksymalnego p"_p w tej samej temperaturze .

Stopień wilgoci ( zawartość wilgoci ) x jest stosunkiem masy pary wodnej m_p do ilości powietrz suchego m_g .

Stopień nasycenia ψ jest stosunkiem stopnia wilgoci x do stopnia wilgoci x" powietrza nasyconego w tej samej temperaturze .

Entalpią powietrza wilgotnego h o zawartości wilgoci kg/kg nazywa się entalpię mieszaniny 1 kg powietrza suchego i x kg pary wodnej . Przyjmując , że dla takiej mieszaniny powietrza suchego oraz całej zawartości wilgoci w postaci cieczy w temperaturze 0^oC entalpia równa się zeru , otrzymuje się :

2. Rodzaje i budowa przyrządów do pomiaru wilgotności powietrza :

W zależności od budowy i zasady działania przyrządy do pomiru wilgotności powietrza możemy podzielić na : higrometry i psychrometry

Higrometry dzielą się na :

• Higrometry absorpcyjne ( grawimetryczne )

• Higrometry kondensacyjne

• Higrometry włosowe

• Higrometry , których budowę oparto na zasadzie zmiany przewodnictwa cieplnego powietrza

• Higrometry pojemnościowe

• Higrometry rezystancyjne

• Higrometry z ogrzewanymi czujnikami

Psychrometry dzielą się na :

• Psychrometr Augusta

• Psychrometr Assmanna

Budowa higrometru włosowego :

W przyrządach tych wykorzystano własności włosów ludzkich , zwierzęcych oraz niektórych włókien syntetycznych polegające na zmianie ich długości pod wpływem zmian wilgotności powietrza .

Schemat higrometru włosowego : 1-wiązka włosów odtłuszczonych , 2-dźwignia , 3- sprężyna dźwigni , 4-wskazówka , 5-punkt podparcia dźwigni , 6-skala .

Budowa psychrometru Assmanna :

Psychrometr składa się z dwóch termometrów , tzw. termometru suchego i termometru mokrego . Termometr suchy wskazuje temperaturę temperaturę powietrza , a termometr mokry , którego czujnik jest owinięty higroskopijną koszulką zwilżoną wodą destylowaną , tzw. temperaturę termometru mokrego .

Podstawą pomiaru jest założenie , że w warstwie powietrza graniczącego bezpośrednio z termometrem mokrym ustali się stan nasycenia powietrza parą wodną .Na skutek różnicy ciśnień składnikowych pary wodnej w tej warstwie i otaczającym powietrzu nastąpi parowanie wody z higroskopijnej warstwy termometru mokrego i chłodzenie czujnika do temperatury odpowiadającej granicy chłodzenia . Różnicę wskazań termometru suchego i mokrego nazywa się różnicą psychrometryczną . Jest ona tym większa , im powietrze otaczające jest bardziej suche . W powietrzu nasyconym ( φ=100% ) oba termometry wskazują jednakową temperaturę .

Znając temperaturę termometru suchego t_s ( która jest równa temperaturze badanego powietrza ) i temperaturę termometru mokrego t_m. , można wyznaczyć z dostateczną dokładnością wilgotność powietrza dla temperatury do 50⁰C ze wzoru Sprunga :

gdzie : p_p- ciśnienie składnikowe pary wodnej w badanym powietrzu [Pa] ; p"_pm ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru mokrego [Pa] ; p"_ps - ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru suchego [Pa] ; p_b - ciśnienie barometryczne w chwili pomiaru [Pa] ; t_s - temperatura termometru suchego [⁰C] ; t_m. - temperatura termometru mokrego [⁰C] ; A - stała psychometryczna lub współczynnik psychrometryczny [ ⁰C , K^-1 ]

Schemat psychometru Assmanna :

1- tulejki ; 2- osłona ; 3 - wentylatorek ; 4- klucz do nakręcania sprężyny .

3. Przebieg ćwiczenia :

• Pomiary psychrometrem Assmanna ( wzorcowym )

Lp.	tg[^0C]	tp[^0C]	φ[%]	φśr[%]
1	22,9	16,2	49	49,25 φśr = 49,25 ± 0,86
2	23,4	16,2	47
3	22,8	16,0	51
4	22,4	15,7	50

• Pomiar psychrometrem Augusta

Lp.	tg[^0C]	tp[^0C]	φ[%]
1	23	17,6	56

Δ (φ) = 6,75 δ (φ) = 14 %

• Pomiar higrometrem włosowym nr1

φ = 52 % ± 6 % Δ (φ) = 2,75 δ (φ) = 6 %

• Pomiar higrometrem włosowym nr2

φ = 50 % Δ (φ) = 0,75 δ (φ) = 2 %

• Pomiar higrografem

φ = 66 % Δ (φ) = 16,75 δ (φ) = 34 %

4. Błąd pomiarów dla psychrometru Assmanna :

Lp.	xi	( φi - φśr )	( φi - φśr )^2
1	49	-0,25	0,063
2	47	-2,25	5,1
3	51	1,75	3,1
4	50	0,75	0,60
φśr	49,25	suma	8,863

Wykorzystane wzory :

σ_s(f) =
= 0,86

(φ) = φ- φ_w - błąd bezwzględny

δ(p_e) = (φ) / φ_w • 100% - błąd względny

5. Wnioski :

Jak wynika z pomiarów błąd względny higrografu przekracza 30 % , zatem może on służyć do pomiarów czysto orientacyjnych .

Podobnie w przypadku psychrometru Augusta błąd jest dosyć znaczny co jest związane ze specyfiką budowy tego przyrządu , a mianowicie z nieustalonym przepływem powietrza przez przyrząd . Błąd względny wynosi 14 % .

W przypadku higrometru włosowego pomiary można uznać za dokładne , zwłaszcza jeśli chodzi o higrometr włosowy z regulacją zarówno przełożenia dźwigienki a także z regulacją wysokości utwierdzenia wiązki włosów . Dokładne wyskalowanie tego przyrządu wymaga jednak możliwości zmiany wilgotności powietrza w sposób sztuczny oraz jest procesem praco i czasochłonnym . Wymaga bowiem długiego procesu regulacji metodą prób i błędów . Jako wzorzec odniesienia wykorzystuje się przyrząd wzorcowy najczęściej psychrometr Assmanna .

6

5

1

3

2

4

2

1

4

3

---