Termodynamika techniczna

Transkrypt

1 Termodynamika techniczna Wydział Geologii, Geofizyki i Ochrony Środowiska Ekologiczne Źródła Energii II rok Pomiar wilgotności owietrza Instrukcja do ćwiczenia Katedra Systemów Energetycznych i Urządzeń Ochrony Środowiska AGH Kraków 01

2 1. INSTRUKCJA DO ĆWICZENIA LABORATORYJNEGO 1.1. Cel i zakres ćwiczenia Celem ćwiczenia jest zaoznanie się z rzyrządami oraz metodami służącymi do omiaru wilgotności owietrza. Są to kolejno: higrometry włosowe, sychrometr Assmanna oraz termohigrometr cyfrowy z czujnikiem ojemnościowym. 1.. Pomiar wilgotności względnej owietrza higrometrami włosowymi Metody higroskoowe wykorzystują się zmianę ewnych cech fizycznych substancji od wływem zmian wilgotności owietrza. Różne są zatem konstrukcje rzyrządów omiarowych. Wśród nich, ze względu na rostotę i niski koszt, najbardziej rozowszechnione są higrometry włosowe (Rys. 1). Wykorzystują one efekt zmiany długości włosa lub secjalnego włókna od wływem zmian wilgotności względnej owietrza. Rys.1. Budowa higrometru włosowego [1] Dokładność omiaru higrometrem włosowym zawiera się tyowo w granicach od ±% do ±% wilgotności względnej. Wydłużenie włosa w zakresie zmiany wilgotności względnej owietrza od 0 do 100% wynosi rzeciętnie od 1, do,% jego długości. W zakresie wilgotności wysokich rzyrost długości jest nieznaczny, co ogranicza stosowanie higrometrów włosowych do zakresu 0-90%. Proces wysychania włosów owoduje, iż co określony czas (według wskazówek roducenta) higrometr należy oddać rocesowi regeneracji (odświeżania). Z reguły wygląda to tak, że na asmo włosów nakłada się wilgotną tkaninę umieszczoną w secjalnej obudowie. W tych warunkach w otoczeniu włosa uzyskuje się wilgotność około 97% i na taką wartość ustawia się ołożenie wskazówki higrometru. Wływ zmiany temeratury na wartość omiaru jest niewielki i może być ominięty. Natomiast zdolność higroskoowa włosów ludzkich zanika w temeraturze 0ºC. Dlatego też dla wyższych temeratur, do około 10ºC, stosuje się włókna sztuczne. Zaletą włókien sztucznych jest także około - krotnie wyższa wartość wydłużenia od wływem wilgoci, niż włosa ludzkiego.

3 1.. Tok ostęowania odczas badania 1. Zanotować wartość temeratury oraz ciśnienia atmosferycznego w omieszczeniu laboratorium. Temeratura:... C Ciśnienie atmosferyczne:...hpa. Zaoznać się z budową higrometrów znajdujących się na stanowisku omiarowym.. W tabeli omiarowej (Tab. 1) zanotować wartość wilgotności względnej wskazywanej rzez kolejne higrometry. Tab.1. Tabela omiarowa. L.. Higrometr Wilgotność względna [%] 1 Średnia Analiza wyników badań 1. Na odstawie rzerowadzonych omiarów określić średnią wartość wilgotności względnej owietrza w omieszczeniu laboratoryjnym.. W oarciu o wyliczoną średnią wilgotność względną, temeraturę oraz ciśnienie atmosferyczne owierza w omieszczeniu a także dane z tablic termodynamicznych, wyznaczyć ozostałe arametry owietrza wilgotnego: wilgotność bezwzględną [g/m ] zawartość wilgoci [g/kg] stoień nasycenia [-]. POMIAR WILGOTNOŚCI POWIETRZA PSYCHROMETREM ASSMANNA.1. Stanowisko laboratoryjne Na stanowisku laboratoryjnym znajduje się sychrometr Assmanna z naędem elektrycznym. Na rysunku 1 rzedstawiono w sosób uroszczony budowę takiego sychrometru.

4 Rys.. Uroszczony schemat sychrometru Assmanna. Składa się on z dwóch termometrów, tzw. termometru suchego (o rawej stronie) i termometru mokrego (o lewej stronie). Oba termometry są zabezieczone ekranami (1) rzed wływem romieniowania. Termometr suchy wskazuje temeraturę owietrza. Czujnik termometru mokrego jest owinięty higroskoijną koszulką (wykonaną n. z batystu, muślinu) zwilżaną wodą destylowaną. Wskazuje on tzw. temeraturę termometru mokrego. W górnej części korusu jest zamocowany zesół wentylacyjny () wymuszający rzeływ owietrza wokół termometrów ze stałą rędkością. Może on osiadać naęd srężynowy lub elektryczny... Zasada omiaru wilgotności sychrometrem Assmanna Podstawą omiaru wilgotności za omocą sychrometru Assmanna jest fakt, że rzy arowaniu wody obierane jest cieło arowania. Zakłada się, że w warstwie owietrza graniczącego bezośrednio z naczyniem termometru mokrego ustali się stan nasycenia owietrza arą wodną. Na skutek różnicy ciśnień cząstkowych ary wodnej w tej warstwie granicznej i w dalszych warstwach owietrza będzie miało miejsce arowania wody z gazy termometru mokrego. Parowanie to obniży temeraturę owietrza naokoło naczynia termometru mokrego, który z tego owodu wskazuje temeraturę niższą, niż suchy. Różnicę wskazań termometru suchego i mokrego nazywa się różnicą sychrometryczną. Jest ona tym większa, im owietrze otaczające jest bardziej suche. W owietrzu nasyconym (linia φ=1; 100%) oba termometry wskazują jednakową temeraturę. Znając temeraturę termometru suchego t s (która jest równa temeraturze badanego owietrza) oraz temeraturę termometru mokrego t m, można wyznaczyć z dostateczną dokładnością wilgotność owietrza dla temeratury do 0 C ze wzoru Srunga:

5 '' m A( ts tm ) b ϕ = = 100% (1) '' '' s s Gdzie: - ciśnienie składnikowe ary wodnej w badanym owietrzu, [Pa] '' m - ciśnienie nasycenia ary wodnej w temeraturze termometru mokrego, [Pa] '' s - ciśnienie nasycenia ary wodnej w temeraturze termometru suchego, [Pa] b - ciśnienie barometryczne w chwili omiaru, [Pa] t s - temeratura termometru suchego, [ C] lub [K] t m - temeratura termometru mokrego, [ C] lub [K] A - stała sychrometryczna lub wsółczynnik sychrometryczny, [1/ C] lub [1/K]. Stała sychrometryczna jest zależna od rodzaju gazu, rędkości rzeływu gazu wokół czujnika termometru mokrego, temeratury termometru mokrego oraz od konstrukcji sychrometru. Na odstawie badań ustalono emiryczny wzór dla owietrza dla tyowych sychrometrów Assmanna: 6,7 A = / K () w gdzie: w jest rędkością rzeływu owietrza wokół czujnika termometru mokrego, m/s. W tyowych sychrometrach Assmanna rzeływ owietrza jest wymuszony z rędkością 1, - m/s. Zakres omiarowy wilgotności względnej wynosi -9% dla temeratur 0-0 C. Przy temeraturach wyższych od 0 C rośnie błąd sowodowany nieadiabatycznym rocesem nawilżania. W niskich temeraturach badanego owietrza woda w koszulce termometru mokrego może zamarznąć, co sowoduje ewną zmianę stałej sychrometrycznej. W związku z owyższym nie należy dokonywać omiaru sychrometrem, gdy na koszulce termometru znajduje się jednocześnie woda i lód. Jeżeli są znane odczyty termometrów suchego i mokrego, to wilgotność względną owietrza można wyznaczyć: 1) Ze wzoru () określa się stałą sychrometryczną A. Nastęnie, w chwili omiaru mierzy się ciśnienie barometryczne. Z tablic oracowanych dla ary nasyconej lub z wykresu i-x określa się wartości ciśnienia nasycenia '' s oraz '' m ary wodnej. Nastęnie korzysta się ze wzoru (1). ) Odczytując z gotowych tablic lub wykresów sychrometrycznych. Przy osługiwaniu się sychrometrem Assmanna można korzystać z tablic sychrometrycznych, które oracowano dla ciśnienia = 1007 hpa, stałej sychrometrycznej: dla wody, dla lodu oraz dla temeratury od -0 C do + 0 C. Tablice umożliwiają wrowadzenie ewnych orawek w zależności od aktualnego ciśnienia barometrycznego. Dla odczytanej temeratury termometru suchego i różnicy sychrometrycznej odczytuje się wilgotność względną.

6 .. Tok ostęowania odczas badania 1. Wyjąć sychrometr z ojemnika trzymając go za uchwyt, zwilżyć wodą zbiornik rawego termometru oznaczony kolorem niebieskim.. Podłączyć zasilacz do sychrometru i uruchomić wentylator.. Po ustaleniu się równowagi cielnej (może to trwać kilka minut) odczytać temeratury t s oraz t m. Wykonać kilka takich omiarów.. Odczytać na barometrze ciśnienie atmosferyczne anujące w omieszczeniu odczas omiarów.. Wyniki zanotować i na odstawie obu rzedstawionych w instrukcji metod wyznaczyć wartość wilgotności względnej. Tabela 1 jest rzykładową tabelą omiarową, służącą do gromadzenia danych omiarowych. Tab.. Tabela omiarowa. L.. Temeratura termometru suchego t s [ C] Temeratura termometru mokrego t m [ C] Różnica sychrometryczna t s - t m [ C] 1 Średnia.. Analiza wyników badań 1. Określić stałą sychrometryczną A z zależności () rzyjmując rędkość w = m/s.. Określić wartość wilgotności względnej φ dla sychrometru oboma metodami. Rezultaty obliczeń zamieścić w tabeli. Tab.. Tabela omiarowa. L.. 1 Średnia Metoda obliczeń 1 6

7 . W oarciu o średnią wartość wilgotności względnej, temeraturę oraz ciśnienie atmosferyczne owierza w omieszczeniu a także dane z tablic termodynamicznych, należy wyznaczyć ozostałe arametry owietrza wilgotnego: wilgotność bezwzględną [g/m ] zawartość wilgoci [g/kg] stoień nasycenia [-]. POMIAR PARAMETRÓW POWIETRZA WILGOTNEGO ZA POMOCĄ TERMOHIGROMETRU ELEKTRONICZNEGO.1. Stanowisko laboratoryjne Pomiary rzerowadza się zgodnie ze wskazówkami rowadzącego ćwiczenie. Po zaoznaniu się z rzyrządem należy dokonać omiaru arametrów owietrza wilgotnego w tym samym miejscu, co w orzednich unktach. Wyniki zanotować w tabeli. Tab.. Tabela omiarowa. L.. Zmierzona wielkość Wartość i jednostka WYKONANIE SPRAWOZDANIA I ZALICZENIE ĆWICZENIA.1 Srawozdanie Srawozdanie należy rzygotować ręcznie na aierze kratkowanym formatu A. W srawozdaniu należy zamieścić kolejno, zgodnie z oisem zawartym w niniejszej instrukcji: 1. Tabelkę tytułową,. Krótki wstę teoretyczny i rzedstawić cel ćwiczenia,. Ois rzerowadzonych badań dla kolejnych unktów, omiary i dodatkowe obliczenia zgodnie z niniejszą instrukcją, tj.:.1 Pomiar wilgotności względnej za omocą higrometrów włosowych wraz z rzyjętymi wartościami z tablic oraz z niezbędnymi obliczeniami (unkt 1.). 7

8 . Pomiar wilgotności względnej za omocą sychrometru Assmanna wraz z rzyjętymi wartościami z tablic oraz z niezbędnymi obliczeniami (unkt.).. Porównanie rezultatów omiarów arametrów owietrza wilgotnego dla temeratury omieszczenia laboratorium t lab =. C oraz ciśnienia atmosferycznego b =..hpa. Wyniki obliczeń i omiarów zestawić w tabeli : Tab.. Tabela omiarowa. Nazwa wielkości Wilgotność bezwzględna Wilgotność względna Zawartość wilgoci Stoień nasycenia Temeratura termometru suchego Temeratura termometru mokrego Różnica sychrometryczna Ciśnienie cząstkowe ary wodnej Symbol Higrometry włosowe (unkt 1.) Wartości oraz jednostki fizyczne Psychrometr Assmanna (unkt.) Higrometr cyfrowy Tabelkę tytułową należy wykonać i czytelnie wyełnić wg oniższego wzoru. Wielkość tabelki jest orientacyjna. Termodynamika techniczna - Laboratorium Pomiar wilgotnosci owietrza Nazwisko, Imie Data wyk. Grua. (n. 8A). Zagadnienia do kolokwium zaliczeniowego o wykonaniu ćwiczenia Warunkiem zaliczenia ćwiczenia jest zaliczenie srawozdania oraz zaliczenie kolokwium z oceną ozytywną. Poniżej odano zagadnienia do kolokwium zaliczeniowego: 1. Powietrze wilgotne, owietrze nasycone, owietrze nienasycone.. Wilgotność bezwzględna i względna. Definicje, wzory, jednostki.. Zawartość wilgoci (stoień nawilżenia) oraz stoień nasycenia. Definicje, wzory, jednostki.. Budowa i zasada działania higrometru włosowego. Rodzaje stosowanych włókien, ich zalety i wady. Regeneracja higrometru.. Pomiar wilgotności względnej sychrometrem Assmanna. Zasada omiaru, wyznaczanie wilgotności względnej.. Literatura [1] Fodemski R. (red.), Pomiary cielne. Cz. 1, Podstawowe omiary cielne, Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, Warszawa,