Wilgotność powietrza

Wilgotność powietrza
Charakterystyki wilgotności
• 1. Ciśnienie pary wodnej (e) – ciśnienie cząstkowe, jakie
wywiera para wodna znajdująca się aktualnie w powietrzu,
jednostka – hPa
• 2. Ciśnienie maksymalne pary wodnej (E) – ciśnienie pary
wodnej nasyconej – najwyższe ciśnienie pary wodnej możliwe w
danej temperaturze, jednostka- hPa
Wartość E wzrasta wraz ze wzrostem temperatury
t
E
t
E
40
73,72
-5
4,21
35
56,2
-10
2,68
30
42,41
-15
1,90
25
31,66
-20
1,25
Wniosek,
20
23,27
-25
0.8
15
17,05
-30
0,5
w bardzo niskich temperaturach powietrza już
minimalna ilość pary wodnej nasyca powietrze,
10
12,28
-35
0,309
5
8,72
-40
0,185
0
6,11
-45
0.108
w wysokich temperaturach do nasycenia powietrza
potrzeba bardzo dużo pary wodnej.
• 3. Wilgotność względna (f) – jest to stosunek aktualnego ciśnienia
pary wodnej do maksymalnego w danej temperaturze
f =e/E *100%
•
•
•
•
w różnych temperaturach powietrza taka sama wartość wilgotności względnej (np. 50%)
będzie oznaczała zupełnie rożne ilości pary wodnej znajdującej się w powietrzu.
Przykładowo wilgotność względna 50% w temperaturze 0°C wystąpi przy e = 3.05 hPa, w
temperaturze +20°C przy e = 11.7 hPa (patrz tab.1.).
Wartość E jest funkcją temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury powietrza
wartość E rośnie.
zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary
wodnej w powietrzu muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku
niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek
(zmniejszenie się) wilgotności względnej. W przypadku spadku temperatury powietrza
następuje wzrost wilgotności powietrza; ale do pewnych granic
Przykład.
W powietrzu, które ma temperaturę 20°C wartość e = 12.3 hPa. Obniżamy temperaturę tego powietrza
do 0°C. W takim razie e = 12.3, zaś wartość ciśnienia maksymalnego pary wodnej (E) jest taka, jaka
wynika z temperatury tego powietrza (20°C; E = 23.4 (patrz tab. 1), co oznacza, że wilgotność względna
wynosi ~52.6% (12.3 / 23.4).
Przy obniżeniu temperatury do 15°C wilgotność względna tego powietrza wzrośnie do 72.3% (12.3 /
17.0), przy dalszym obniżeniu temperatury, do 10°C wartość ciśnienia maksymalnego pary wodnej E
zrównała się z wartością prężności aktualnej e (e = E) i wilgotność względna osiągnęła wartość 100%
(12.3 / 12.3), czyli powietrze jest już całkowicie nasycone parą wodną. Dalszy spadek temperatury
powietrza powoduje, że cały nadmiar ilości pary wodnej ponad wartość E wynikający z nowej, obniżonej
temperatury powietrza ulegnie kondensacji.
• 4. Niedosyt wilgotności powietrza (Δ ) – różnica miedzy
maksymalnym ciśnieniem pary wodnej i aktualnym w danej
temperaturze, jednostka hPa
Δ=E-e
• od wartości niedosytu wilgotności zależy między innymi prędkość zachodzących
procesów parowania; im jest on większy, tym parowanie jest (może być) szybsze.
• 5 Temperatura punktu rosy (td) – temperatura , w której zawarta w
powietrzu para wodna staje się parą wodna nasyconą czyli e=E
•
•
Wróćmy do przykładu. Od chwili, gdy powietrze osiągnęło temperaturę punktu rosy (10°C) i temp.
powietrza dalej powoli spada, cały czas wilgotność względna ma wartość 100% i temperatura punktu
rosy tego powietrza jest równa jego temperaturze. Cały nadmiar pary wodnej, ponad wartość ciśnienia
maksymalnego pary wodnej (E) ulega kondensacji, czyli wykropleniu. Tak więc, po ochłodzeniu
powietrza do 5°C, jego wilgotność względna wyniesie dalej 100%, jego temperatura punktu rosy (td)
wyniesie 5°, e będzie = E (czyli 8.7 hPa,) wykropleniu w tej objętości powietrza ulegnie tyle wody,
ile wynosi różnica między e= E w temperaturze, gdy po raz pierwszy powietrze to doszło do
temperatury punktu rosy (czyli 10°) a e=E przy temperaturze 5°. [Policzymy: 12.3 - 8.7 = 3.6 hPa,
tab. 1]. Dalsze ochłodzenie do temperatury 0°C doprowadzi do tego, że temperatura punktu rosy tego
powietrza spadnie do 0°C, (gdzie e=E = 6.1 hPa) a wykropleniu będzie ulegać kolejna ilość wody,
Tak więc, z chwilą, gdy powietrze osiągnęło wilgotność względną równą100%, czyli temperaturę
punktu rosy, zachodzące procesy kondensacji powodujące zmianę stanu skupienia wody w powietrzu,
przy dalszym spadku temperatury powietrza powodują utrzymywanie się wilgotności względnej na
poziomie 100% i obniżanie się ilości pary wodnej w powietrzu. Spada przy tym, tak samo jak i
temperatura powietrza, temperatura punktu rosy (f(e)), przy czy obie wartości są sobie równe (td = tp).
• 5. Wilgotność bezwzględna (a) – masa ([kg] lub
[g]) pary wodnej znajdująca się aktualnie w
jednostce objętości powietrza, określa się ją w
kg(lub g)/m3
Metody pomiaru wilgotności
Metoda psychrometryczna
• Wykorzystuje się w niej zależność
intensywności parowania od niedosytu
wilgotności powietrza.
• Wilgotność powietrza określa się na podstawie wskazań
temperatury przez dwa jednakowe termometry zwykłe, z
których jeden ma zbiorniczek owinięty batystem
zwilżonym wodą destylowaną (tzw. termometr
zwilżony). Woda ze zwilżonego batystu paruje obniżając
temperaturę termometru. Obniża się ona do momentu
ustalenia równowagi cieplnej między ilością ciepła
popieraną od zbiorniczka termometru zwilżonego i
ilością ciepła pobieraną z otaczającego powietrza,
którego wilgotność chcemy określić. Różnica wskazań
obu termometrów pozwala wyznaczyć ciśnienie pary
wodnej (e) wg wzoru:
e= E’- A (t-t’)*p
• gdzie :
E’ – maksymalne ciśnienie pary wodnej w temperaturze
termometru zwilżonego (t’)
A – stała psychrometryczna
t – temperatura powietrza (termometr suchy)
t‘ temperatura termometru zwilżonego
p- ciśnienie atmosferyczne
Wzór ten nosi nazwę wzoru psychrometrycznego
Przyrządy do pomiaru wilgotności powietrza
oparte na metodzie psychrometrycznej
1. Psychrometr
Augusta (z aspiratorem
lub nieaspirowany)
2. Psychrometr Assmanna
• służy do pomiaru temperatury i wilgotności
powietrza poza klatką meteorologiczną
• Budowa
1- termometr suchy
2- termometr zwilżony
3 -obudowa termometrów
4- aspirator (obudowa z wentylatorem wewnątrz)
5- tulejki izolacyjne
• Przekrój dolnej części przyrządu
Metoda higroskopowa (absorbcyjna)
• Wykorzystuje się w niej zjawisko pochłaniania pary
wodnej z powietrza przez niektóre substancje np.: zmiany
długości włosa pod wpływem zmian wilgotności
względnej powietrza. Zmiana nie zachodzi w sposób
liniowy- im powietrze jest bliższe nasycenia parą wodną
tym zmiany są mniejsze
• Wykorzystywana w przyrządach:
higrometrze włosowym
higrografie
Higrometr włosowy
• Pasmo odtłuszczonych włosów
ludzkich (blondynki!!)
przymocowane jest z jednej strony
do górnej ramki przyrządu, z drugiej
do ciężarka (lub sprężyny
napinającej) w dolnej części.
Ciężarek połączony jest z ramieniem
dźwigni będącej osia wskazówki.
Zmiany długości włosa są
przekazywane na wskazówkę
przesuwającą się przed
wyskalowaną odpowiednio tarczą
• Przeznaczenie:
pomiar wilgotności względnej
Higrometr w różnych wersjach:
ludowej i.......... naukowej
Higrograf
• Budowa
• Pasmo odtłuszczonych włosów
ludzkich (blondynki!!)
• System dźwigni
• Bęben z systemem zegarowym
• Zmiany długości włosa są
przekazywane przez system
dźwigni na piórko kreślące na
taśmie papierowej (higrogram)
nałożonej na obracający się
bęben, wykres przebiegu
tygodniowego (lub dobowego)
wilgotności względnej powietrza.
• przeznaczenie:
ciągła rejestracja wilgotności
względnej
Termohigrograf
• Przyrząd rejestrujący na tym samym pasku przebieg
temperatury powietrza i wilgotności względnej powietrza
Wyznaczanie charakterystyk wilgotności powietrza
• 1 Pomiar psychrometrem
• 2. Wyznaczenie charakterystyk wilgotności (e, f, ) za pomocą
podanych wzorów
•
Wartości stałej psychrometrycznej A
Psychrometr Augusta
bez aspiratora
(prędkość przepływu
powietrza 0,8 m/s)
Psychrometr Assmanna
( prędkość przepływu
powietrza 2 m/s)
Dla wody
A= 0,0007946
A=0,0006623
Dla lodu
A= 0,0007060
A= 0,0005695
Wyznaczanie charakterystyk za pomocą
Tablic Psychrometrycznych A. Rojeckiego
• Tablice Psychrometryczne skonstruowano przy założeniu:
• pomiar psychrometrem Augusta bez aspiratora
• wartość cienienia atmosferycznego p=1000 hPa
• Mogą być stosowane we wszystkich przypadkach, niezależnie od cisnienia atmosf.,
jeżeli wysokość stacji nie przekracza 500 m n.p.m
• Jeżeli pomiar był wykonywany:
• w miejscach powyżej 500 m n.p.m
• psychrometrem Assmanna
wprowadza się poprawki
Pomiar psychrometrem Augusta
• Wartości charakterystyk wilgotności odczytujemy z tablic:
Tablica 1
Tablica 2
(dla ujemnych wartości powietrza – lodu)
( dla dodatnich wartości powietrza- wody)
Odczyt z tablic dokonujemy na podstawie
wartości t i t’
odczytujemy wartości e, f, Δ i td
Pomiar psychrometrem Assmanna
1. Dokonujemy odczytu z tablicy 1 lub 2
2. Do odczytanych wartości wprowadzamy poprawki
Dla wartości e:
ep = e (tab.1,2) + poprawka z tab.11
Dla wartości Δ
Δp = Δ (tab.1,2) - poprawka z tab.11
Dla wartości f
fp= f(tab.1,2) + poprawka z tab.12, 13
Nową (poprawioną) wartość td odczytujemy z tab. 6
Praca samodzielna:
• W tablicach psychrometrycznych odszukaj wartości e, f, Δ i td
• dla następujących przykładów:
Pomiar psychrometrem Augusta:
1. t = 21,5 C, t’ = 17,5 C
2. t = 1,5 C, t’ = 0,7 C
Pomiar psychrometrem Assmanna:
1. t = 11,5 C, t’ = 7,5 C
2. t = 3,5 C, t’ = 2,7 C