Uniwersytet Rolniczy im. Hugona Kołłątaja w Krakowie

Wydział Inżynierii Produkcji i Energetyki

Technika Cieplna i Gospodarka Energetyczna

ĆWICZENIE 2

Oznaczanie wilgotności metodą suszarkową

Indukowany miernik wilgotności zboża

Urządzenie służące do oznaczania zawartości wody w ziarnie zbóż: żyta, pszenicy, jęczmienia i owsa. Miernik działa na zasadzie pomiaru oporności elektrycznej, która zmienia się w zależności od wilgotności ziarna. Wilgotnomierz składa się z dwóch zasadniczych części: miernika oraz sondy. Źródłem napięcia pomiarowego jest prądnica prądu stałego umieszczona wewnątrz miernika (indukowane napięcie ok. 500V). Podziałka miernika wzorcowana jest w procentach wilgotności zboża przy czym górna podziałka przeznaczona jest do pomiaru wilgotności żyta i pszenicy, środkowa- jęczmienia, a dolna- owsa. Przy pomiarach wilgotności w granicach 14-20% uchyb pomiaru w porównaniu z metodą suszenia nie przekracza ± 5%. Przy pomiarach poniżej 14% wilgotności i powyżej 20% wilgotności uchyb pomiaru w porównaniu z metodą suszenia nie przekracza ± 1%.

Psychrometr Assmanna

Psychrometr jest układem dwóch identycznych termometrów rtęciowych, z których jeden posiada zbiornik z rtęcią owinięty tkaniną, nasyconą wodą destylowaną. Drugi termometr jest suchy. Uruchamiając wentylator (w pokrywie psychrometru Assmanna) zwiększa się szybkość parowania wody z tkaniny termometru "wilgotnego" - parowanie wody odbywa się przy pobieraniu ciepła z najbliższego otoczenia, a więc temperatura tkaniny parującej obniża się i termometru również (termometr pokazuje zawsze własną temperaturę). Wskazania termometrów po pewnym czasie ustalają się i w tym momencie można odczytać temperaturę każdego z nich: suchego ts i wilgotnego tw.

Suszarka laboratoryjna

Jest urządzeniem służącym do suszenia termicznego, polegającego na określeniu ubytku masy próbki po usunięciu wody podczas suszenia w warunkach przewidzianych dla danego produktu. W wypadku wielu produktów stosuje się suszenie w suszarkach w temp. 100-105ºC pod ciśnieniem normalnym. Dla produktów o mniejszej zawartości wody i nie zawierających związków termolabilnych stosuje się temperaturę 130ºC.

Ciśnienie powietrza wilgotnego pb (ciśnienie barometryczne) jest

sumą ciśnienia powietrza suchego ppow oraz ciśnienia pary wodnej pi:

pb = ppow + pi

Wilgotność bezwzględna objętościowa powietrza ρ jest to ilość gramów pary wodnej

zawartej w l m3 powietrza wilgotnego.

Zawartość wilgoci. Wilgotność bezwzględna wagowa czyli zawartość wilgoci jest to

masa pary wodnej przypadająca na jednostkę masy suchego powietrza. Zawartość

wilgoci oznacza się przez x w g/kg lub w kg/kg.

Wilgotność względna φ wyraża stosunek wilgotności bezwzględnej ρ do wilgotności

bezwzględnej w stanie nasycenia ρn lub ciśnienia cząstkowego pary wodnej w

powietrzu do ciśnienia cząstkowego pary wodnej w powietrzu nasyconym parą wodną

w tej samej temperaturze

φ = pi / pn

gdzie:

pi — ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu,

pn — ciśnienie cząstkowe pary wodnej w powietrzu nasyconym parą wodną w tej

samej temperaturze.

Powietrze nasycone parą wodną- powietrze zawierające w sobie ilość pary wodnej maksymalną w danej temperaturze.

Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza

1. Higrometry absorpcyjne - wilgotność powietrza oznacza się metodą bezwzględną drogą pochłaniania pary wodnej z powietrza przez dowolny osuszacz i pomiar ilości tej pary oraz ilości powietrza suchego użytego do analizy (służą jako przyrządy wzorcowe)

2. Higrometry kondensacyjne - są przyrządami opartymi na pomiarze temperatury punktu rosy, czyli temp., w której rozpoczyna się proces kondensacji pary wodnej z powietrza na gładkiej powierzchni. Metoda oparta jest na wykorzystaniu faktu, że chłodzenie powietrza otaczającego lustro odbywa się przy stałej zawartości wilgoci.

3. Higrometry oparte na działaniu higroskopowym - oparte jest na zasadzie zmian pewnych własności ciał, zależnych od zmian wilgoci powietrza:

• higrometry włosowe - przyrządy oparte są na własnościach włosów ludzkich lub zwierzęcych oraz niektórych włókien syntetycznych, polegających na zmianie ich długości pod wpływem zmian wilgotności powietrza

• higrometry oparte na zasadzie przewodnictwa cieplnego - polegają na badaniu oporów; jeżeli naokoło jednego w zmieni się wilgotność powietrza, wówczas zmieni się przewodnictwo cieplne tego powietrza

d) Higrometry elektryczne

• higrometry z czujnikami elektrolitycznymi - czujniki tych higrometrów zawierają elektrody, pomiędzy którymi znajduje się elektrolit. Zmiana wilgotności powietrza otaczającego czujnik powoduje zmianę stężenia elektrolitu i w konsekwencji zmianę natężenia prądu płynącego pomiędzy elektrodami

• higrometry z czujnikami sorpcyjnymi- występuje tu materiał aktywny, pochłaniający wilgotność z otoczenia dzięki właściwościom higroskopijnym

• higrometry z ogrzewanymi czujnikami - działają na zasadzie pomiaru temp. nasyconego roztworu chlorku litu

• Psychrometry - składa się z dwóch jednakowych termometrów tzw. suchego i mokrego. Termometr wilgotny zawsze wskazuuje temp. niższą niż suchy. Ta różnica pozwala w dość precyzyjny sposób obliczyć wilgotność względną powietrza - używa się do tego celu specjalnych tablic.

• Higrometry rezystancyjne - zasada działania

Czujniki tych higrometrów zawierają elektrody, między którymi znajduje się warstwa higroskopijna, której przewodnictwo elektryczne zmienia się ze zmianą wilgotności powietrza. Higrometry rezystancyjne mogą podzielić na dwie grupy:

a) higrometry z czujnikami elektrolitycznymi

b) higrometry z czujnikami sorpcyjnymi

• Higrometr z czujnikami elektrolitycznymi

Między elektrodami czujników tych higrometrów znajduje się elektrolit (stosuje się nienasycone roztwory soli lub kwasów). Zmiana wilgotności powietrza otaczającego czujnik powoduje zmianę stężenia elektrolitu i w konsekwencji zmianę natężenia prądu płynącego między elektrodami (stosuje się prąd zmienny celem uniknięcia polaryzacji elektrolitu). Wartość wilgotności względnej odczytuje się na odpowiednio wyskalowanym amperomierzu.

• Higrometr z czujnikami sorpcyjnymi

Zasada działania czujników tych higrometrów jest podobna do działania czujników elektrolitycznych, z tym że zamiast elektrolitu występuje materiał aktywny, pochłaniający wilgoć z otoczenia dzięki własnościom higroskopijnym.

• Psychrometry budowa i zasada działania

Jest klasycznym przyrządem do pomiaru wilgotności powietrza, umożliwiającym osiągnięcie największej dokładności pod warunkiem właściwego użytkowania. Przyrząd składa się z termometry suchego i wilgotnego. Wykazuje fakt, że powietrze wilgotne hamuje parowanie natomiast powietrze suche przyspiesza je. Instrument ten składa się z dwóch identycznych termometrów. Pojemniczek z rtęcią jednego z nich owija się kawałkiem nasiąkniętego batystu, którego jeden koniec zanurzony jest w wodzie - dzięki temu batyst okalający zbiorniczek jest ciągle wilgotny. Ponieważ wilgotny materiał wciąż paruje - obniża on temperaturę wskazywaną przez owinięty nim termometr. Termometr wilgotny zawsze wskazuje temperaturę niższą niż suchy. Ta różnica pozwala w dość precyzyjny sposób obliczyć wilgotnośc względną powietrza - używa się do tego celu specjalnych tablic psychometrycznych.

Oznaczanie wilgotności ziarna metodą suszarkową

Metoda ta polega na suszeniu próbek w suszarce w temperaturze 130ºC.

Przebieg ćwiczenia:

Wytarowano dwa naczyńka wagowe(łącznie z pokrywkami) z dokładnością do

0,01g. Następnie odważono dwie próbki po 5g( z dokładnością do 1mg), po czym włożono je odkryte do suszarki na 60 min. Po tym czasie naczyńka natychmiast wyjęto przykryto przykrywkami i włożono do eksykatora w celu ostudzenia. Po ostudzeniu naczyńka z próbkami ponownie zważono.

Wyniki:

Próbka I: a=30,493

b=29,97

c=25,48


=10,4%

Próbka II: a=32,671

b=32,124

c=27,66


=10,9%

Średni wynik: (10,4+10,9)/2= 10,65%

Oznaczanie wilgotności zboża w próbkach za pomocą indukowanego miernika wilgotności

Przebieg ćwiczenia:

Cylindryczny futerał sondy napełniono zbożem do poziomu nieco powyżej górnej krawędzi. Następnie wbito elektrody w zboże, zsuwając uprzednio okrągłą tarczę w pobliże końców elektrod, po czym połączono sondę z miernikiem przez przyłączenie końcówek kabla sondy do zacisków miernika. Na koniec zakręcono korbką z prędkością ok. 160obr./min. I odczytano z tarczy podziałowej zawartość wilgoci w ziarnie.

Dokonano pięciu pomiarów, po czym odrzucając dwa skrajne wyniki wyliczono średnią.

Wyniki:

Pomiar I: 19,1%

Pomiar II: 18,2%

Pomiar III: 18,0%

Pomiar IV: 18,2%

Pomiar V: 19,1%

Wśr =
(18,2+18,2+19,1)=18,5%

Pomiar wilgotności powietrza psychrometrem Assmana

Przebieg ćwiczenia:

Wyjęto psychrometr i zawieszono 2m nad poziomem podłogi. Następnie wyjęto probówkę do zwilżania koszulki termometru i napełniono ją po górną kreskę wodą destylowaną. Włożono na kilkanaście sekund napełnioną probówkę do wewnętrznej tulejki izolacyjnej termometru zwilżonego na głębokość rozszerzenia środkowej części probówki. Po zwilżeniu koszulki pozostawiono termometr na kilkanaście minut do momentu ustalenia się stanu równowagi cieplnej między nim a mierzonym powietrzem. Potem zdjęto psychrometr z wieszaka i nakręcono mechanizm napędowy, następnie przyrząd ponownie odwieszono. Po 4 minutach odczytano wskazania obu termometrów (dokonano 4 odczytów). Na podstawie tych wskazań z tablic odczytano wilgotność powietrza.

Wyniki:

Pomiar I: termometr suchy-24ºC

termometr wilgotny-23,1ºC

Pomiar II: termometr suchy-23,6ºC

termometr wilgotny-22,9ºC

PO PRZEWIETZRENIU POMIESZCZENIA

Pomiar III: termometr suchy-22,2ºC

termometr wilgotny-21,7ºC

Pomiar IV: termometr suchy-24ºC

termometr wilgotny-23ºC

Średnie:

T_S = 23,45 ⁰C

T_m =22,67⁰C

Odczytuje ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze wskazanej przez termometr mokry:

P_sm = 2,643kPa = 2643 Pa

Odczytuje ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze wskazanej przez termometr suchego:

P_s = 2,982 kPa = 2982 Pa

Następnie odczytuje ciśnienie barometryczne:

P_b = 1002 hPa = 100200 Pa

Podstawiam dane do wzoru:




gdzie:

P_sm - ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru mokrego

P_s - ciśnienie nasycenia pary wodnej w temperaturze termometru suchego

P_b - ciśnienie barometryczne

T_s - Temperatura wskazywana przez termometr suchy

T_m - Temperatura wskazywana przez termometr mokry

A - stała psychrometru = 6,75 · 10^-5 [1/ ⁰C]








---