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.
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:
wilgotność bezwzględna - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta
w 1m3 powietrza,
wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta w 1 kg suchego powietrza,
wilgotność względna - stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności bezwzględnej przy danej temperaturze i ciśnieniu,
prężność pary wodnej - lub inaczej jej ciśnienie cząstkowe (wielkości wyrażone w jednostkach ciśnienia),
temperatura punktu rosy - temperatura przy której wilgotność względna osiąga 100 %.
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(tw), E(ts)
[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:
τi - czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s]
Gwi - masowy wydatek wody w czasie pomiaru [kg/s]
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. |
m3/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 |
Wykresy:
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