Kraków dn. 18.01.2014 r.

Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica w Krakowie

Wykonał:

Grubka Sebastian

Jaros Mateusz

Wydział Górnictwa i Geoinżynierii,

GiG, Rok IV, Grupa 2/1

TEMAT:

WYZNACZANIE ZMIAN WILGOTNOŚCI POWIETRZA.

1. 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:

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

2. wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta w 1 kg suchego powietrza,

3. wilgotność względna - stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności bezwzględnej przy danej temperaturze i ciśnieniu,

4. prężność pary wodnej - lub inaczej jej ciśnienie cząstkowe (wielkości wyrażone w jednostkach ciśnienia),

5. temperatura punktu rosy - temperatura przy której wilgotność względna osiąga 100 %.

2. Opracowanie wyników pomiarów

Użyte wzory:

• gęstość powietrza:

• prężność pary wodnej nasyconej E(t_w), E(t_s)

[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:

τ_i - czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s]

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

3. Zestawienie obliczeń

Wartości na stanowisku:

Wartości na stanowisku:
ts	18,6 [°C]
tw	13,6 [°C]
p	987,42 hPa
ρ	1,2 [kg/m^3]
Vmax2	2,67 [m/s]
Δh	22

Wartości zmierzone:

Efekt osuszania powietrza
lp.	przed:		za:		Δpd [*10^-5]
		ts[C]	tw[C]	ts[C]		tw[C]
1.	19,8	15	20	14,8	64,52
2.	19,8	15	20	14,8	64,52
3.	19,6	15	20	14,8	64,52
4.	19,6	15,2	20	15	64,52

Efekt nawilżania powietrza
lp.	przed:		za:		Δpd [*10^-5]
		ts[C]	tw[C]	ts[C]		tw[C]
1.	21,4	15,2	21,2	14,6	64,52
2.	21,8	15	21,6	14,8	64,52
3.	21,8	14,8	21,4	14,4	64,52
4.	21,4	14,8	21,6	14,4	64,52

Wartości obliczone:

lp.	Parametry powietrza przed wkładką						Parametry powietrza za wkładką
		prężność powietrza [N/m2]			Wilgotność		Entalpia	prężność powietrza [N/m2]			Wilgotność		Entalpia
		E(tm)	E(ts)	e	φp[%]	xp[kg/kg]	ip[kJ/kg]	E(tm)	E(ts)	e	φz [%]	xz [kg/kg]	iz[kJ/kg]
Osuszanie powietrza
1.	1691,137	2291,593	1377,375	81,45	0,0087992	42,23246	1669,439	2320,214	1329,529	79,64	0,0084893	41,6503
2.	1691,137	2291,593	1377,375	81,45	0,0087992	42,23246	1669,439	2320,214	1329,529	79,64	0,0084893	41,6503
3.	1691,137	2263,282	1390,448	82,22	0,0088839	42,24304	1669,439	2320,214	1329,529	79,64	0,0084893	41,6503
4.	1713,083	2263,282	1425,467	83,21	0,0091109	42,81916	1691,137	2320,214	1364,301	80,67	0,0087145	42,2219
Nawilżanie powietrza
1.	1713,083	2529,444	1307,806	76,34	0,0083488	42,72302	1647,984	2498,581	1216,561	73,82	0,007759	41,0203
2.	1691,137	2592,169	1246,640	73,72	0,0079533	42,1262	1669,439	2560,639	1224,942	73,37	0,0078131	41,5659
3.	1669,439	2592,169	1211,868	72,59	0,0077287	41,55528	1626,772	2529,444	1169,201	71,87	0,0074533	40,4476
4.	1669,439	2529,444	1238,015	74,16	0,0078976	41,57646	1626,772	2560,639	1156,128	71,07	0,007369	40,4371

lp.	Zmiany wilgotności		Zmiany entalpii	Gwi [kg/s]
		Δφ [%]	Δx=xz-xp [kg/kg]		Δi [kJ/kg]
Osuszanie powietrza
	-1,81	-0,0003098	-0,5821	-0,000002803
	-1,81	-0,0003098	-0,5821	-0,000002803
	-2,58	-0,0003945	-0,5927	-0,000003569
	-2,54	-0,0003964	-0,5973	-0,000003585
Nawilżanie powietrza
	-1,81	-0,0003098	-0,5821	-0,000002803
	-1,81	-0,0003098	-0,5821	-0,000002803
	-2,58	-0,0003945	-0,5927	-0,000003569
	-2,54	-0,0003964	-0,5973	-0,000003585

Gw odebr.[kg/s]

-0,009186849

Gw odd.[kg/s]

-0,009998147

vmax	18,9658
vmax2	2,67
Ap	71,8840
Q	0,007605

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 , a podczas nawilżania wraz ze wzrostem czasu wilgotność maleje Jeżeli chodzi o wilgotność właściwą to zachowuje się podobnie jak wilgotność względna, czyli podczas osuszania rośnie, a podczas nawilżania maleje wraz ze wzrostem czasu. 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.

2

---