Kraków dn. 18.01.2014 r.
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica
w Krakowie
Wykonali:
Bartosz Grzesiak
Sławomir Jastrzębski
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii,
GiG, Rok IV, Grupa 2/1
Kraków dn. 18.01.2014 r.
Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica
w Krakowie
Wykonali:
Bartosz Grzesiak
Sławomir Jastrzębski
Wydział Górnictwa i Geoinżynierii,
GiG, Rok IV, Grupa 2/1
2
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:
a) wilgotność bezwzględna - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta
w 1m
3
powietrza,
b) wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażoną w gramach, zawarta w 1
kg suchego powietrza,
3
c) wilgotność względna - stosunek wilgotności bezwzględnej do wilgotności
bezwzględnej przy danej temperaturze i ciśnieniu,
d) prężność pary wodnej - lub inaczej jej ciśnienie cząstkowe (wielkości
wyrażone w jednostkach ciśnienia),
e) temperatura punktu rosy - temperatura przy której wilgotność względna
osiąga 100 %.
2. Opracowanie wyników pomiarów
Użyte wzory:
- gęstość powietrza:
3
m
kg
)
378
,
0
(
003484
,
0
e
p
T
- prężność pary wodnej nasyconej E(t
w
), E(t
s
)
33
,
38
447
,
7
10
604
T
t
E
[Pa]
- prężność pary wodnej nienasyconej:
p
t
t
E
e
w
s
4
10
77
,
6
[Pa]
- stała psychrometryczna:
5
2
max
10
75
,
6
65
v
A
p
- wilgotność względna:
%
100
E
e
- wilgotność właściwa:
e
p
e
x
622
,
0
kg
kg
- entalpia powietrza:
x
t
t
i
s
s
)
2500
926
,
1
(
005
,
1
kg
kJ
- natężenie przepływu powietrza:
4
max
4
10
01
,
4
v
Q
- ilość wody odebranej lub oddanej przez wkładkę solną:
i
wi
w
G
G
gdzie:
i
– czas pomiędzy poszczególnymi pomiarami [s]
G
wi
– masowy wydatek wody w czasie pomiaru [kg/s]
i
p
wi
x
x
Q
G
1
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
]
Vmax
2
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
5
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
6
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
0,0086
0,00865
0,0087
0,00875
0,0088
0,00885
0,0089
0,00895
0,009
0,00905
0,0091
0,00915
35
45
55
65
75
85
95
x
[kg/k
g]
i [
kJ/
kg]
, φ *
%
+
t [min]
Osuszanie powietrza (przed wkładką)
i
φ
x
7
0,00835
0,0084
0,00845
0,0085
0,00855
0,0086
0,00865
0,0087
0,00875
20
30
40
50
60
70
80
90
x
[kg/k
g]
i [
kJ/
kg]
, φ *
%
+
t [min]
Osuszanie powietrza (za wkładką)
i
φ
x
0,0074
0,0075
0,0076
0,0077
0,0078
0,0079
0,008
0,0081
0,0082
0,0083
0,0084
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
x [
kg/kg]
i [
kJ/
kg]
, φ *
%
+
t [min]
Nawilżanie powietrza (przed wkładką)
i
φ
x
8
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.
0,0071
0,0072
0,0073
0,0074
0,0075
0,0076
0,0077
0,0078
0,0079
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
x
[kg/k
g]
i [
kJ/
kg]
, φ*
%
+
t [min]
Nawilżnanie powietrza (za wkładką)
i
φ
x