5.1. Wilgotność powietrza
Powietrze zawiera zawsze w swym składzie parę wodną. Największa:
jej ilość w jednostce objętości jest wtedy, kiedy powietrze jest nasycone parą wodną. Gdy do przestrzeni nasyconej parą doprowadzi się jeszcze
57
dodatkową jej ilość, wówczas pociągnie to za sobą wydzielenie takiej
Jeżeli powietrze nasycone parą zostanie ogrzane bez doprowadzenia dodatkowej ilości pary, to para będzie przegrzana,, a ilość jej f g/m 3
W przybliżeniu można przyjmować
f = e (6)
Ilośćjgary H20 w gramach przypadająca naJJkgjgowietrza^nosi nazwę wilgotności^wlasciw^ się ją z wzoru
Stosunek procentow y ciężaru pary H?Q znajdnjąrpj się w powietrzu d o ciężaru pary, ktpra w danych warunkach (temperatura, objętość) na
syca powietrze, nazywa się wilgotnością względną, którą wyprowadza się z wzoru (5)
<p = 100 • — = 100 • — (8)
F E
Jeżeli znana jest wilgotność względna (pi (powietrza przy jednym stanie (ph tj), to wilgotność qp2 tegoż powietrza przy innym stanie (p2, t2) można obliczyć z równania
= ---(8 a)
Wilgotne powietrze w temperaturze pod wy żs zonej w pływa ujemnie na zdrowie pracującego człowieka. Przy
<p < 40% ma się wrażenie powietrza bardzo suchego,
<jp = 40 do 60% ma się wrażenie powietrza1 suchego,
<P = 60 do 80% ma się wrażenie powietrza normalnego, (p = 80 do 100% ma się wrażenie powietrza wilgotnego.
Wilgotność powietrza atmosferycznego zależy głównie od warunków klimatycznych danej m iejscowości. Wilgotność bezwzględna jest zwykle większa w lecie aniżeli w zimie; wilgotność względna — odwrotnie.
Wilgotność względna powietrza jest niejednakowa w różnych kopalniach i w poszczególnych wyrobiskach. Zależy ona od ilości znajdującej się w nich w ody, panującej temperatury, intensywności przewietrzania oraz innych przyczyn.
Wilgotność względna powietrza kopalnianego może się wahać w dość szerokich granicach.
Wilgotność względna powietrza w szybie wdechowym i w podszybiu zależy od ilości w ody w szybie i dochodzi do <p = 90 do 95%. W chodni
kach i szybach w entylacyjnych prawie zawsze <p = 90 do 100%. W kopal
niach głębokich (800 do 1000 m), w związku ze zmniejszeniem dopływu w ody na niższych poziomach i ze wzrostem temperatury skał, powietrze zw ykle jest bardziej suche niż w kopalniach płytkich. W kopalniach soli, zwłaszcza potasowych, wskutek ich higroskopijności powietrze jest w y
jątkow o suche (qp = 15 d o 25%).
Jeśli chodzi o w pływ stopnia wilgotności powietrza atmosferycznego, wchodzącego do kopalni, na wilgotność powietrza kopalnianego, to staje się on widoczny jedynie tylko w najbardziej suchych kopalniach.
O w iele większy w pływ na wilgotność powietrza w kopalniach w y
wierają wahania temperatury powietrza atmosferycznego na powierzchni.
Wilgotne powietrze w temperaturze podwyższonej wpływa ujemnie na zdrowie pracującego człowieka. W kopalniach wilgotnych przy wyż
szej temperaturze (20 d o 38°) szerzy się czasami zakaźna choroba zawo
dowa górnicza ankylostomiaza, czyli glistnica górnicza.
5.2. Zmiany temperatury i wilgotności powietrza
Zmiany, jakim ulega powietrze wilgotne przy jego ogrzewaniu lub ochładzaniu, najprościej jest wyjaśnić za pomocą wykresu (rys. 28), na którym przedstawiona jest zależność między zawartością ciepła I kcal/kg, wilgotnością w 'g/kg, temperaturą i wilgotnością względną qp %. Znając
59
dwie dowolne z tych wielkości można określić dwie pozostałe. Wykres ten jest sporządzony dla 1 kg suchego powietrza zawartego w powietrzu wilgotnym, czyli dla 1QQQ 10°^~ powietrza wilgotnego.
Jeżeli powietrze o stanie określonym punktem 1 zostanie ogrzane bez zmiany zawartości w nim pary wodnej (w = const), proces będzie prze
biegał wzdłuż prostej pionowej w górę od punktu 1 (do punktu 2), jeżeli zostanie ochłodzone — wzdłuż prostej» skierowanej w dół do punktu 3.
Wykres dobitnie wykazuje, że przy w = const ogrzewanie powietrza przyczynia się do obniżenia wilgotności względnej, ochłodzenie zaś — do jej podniesienia.
Wilgotność względna y, %
Punkt 4 — na przecięciu prostej pionowej, z cp — 100% — nosi nazwę punktu rosy, a odpowiednia izoterma1 określa temperaturę punktu rosy t4.
Na przykład dla powietrza o temperaturze t = 18° i wilgotności cp — 50%
(punkt 1) temperatura punktu rosy wynosi 8° (punkt 4),
Ochłodzenie wilgotnego ,powietrza poniżej punktu rosy (punkt 5) p o- ciąga^^soBC^^S^^^cję^^^y^woSK J*^‘F ^w sTanie -mgły.lPrżeź konden
sację pary mtóna “'“osiągnąć"^osuszenie powietrza. Strącona z powietrza wilgoć (w5— w 6) zabierze z sobą pewną ilość ciepła',, to jednak ilość ta jest tak nieznaczna, że przejście z punktu 5 do punktu 6 odbywa się prak
tycznie przy I = const. Jeżeli teraz ponownie ogrzeje się powietrze do temperatury t lf otrzym uje się powietrze bardziej suche (stan 7).
Ażeby znaleźć punkt odpowiadający mieszaninie 1 kg powietrza o stanie 1 z n kg powietrza o stanie 8, należy prostą 1— 8 rozdzielić na n + 1 części i odmierzyć n części od punktu 1 (punkt 9).
Może się zdarzyć, że przy mieszaniu dw óch ilości powietrza nie nasy
conego o różnym stanie otrzyma się mieszaninę przesyconą (punkt 9 w y
padnie poniżej cp = 100%), tzn. w ytw orzy się mgła.
W technice przewietrzania zarówno nawilgacanie powietrza], jak i jego osuszanie przeprowadza się za pomocą rozpylonej wody. Jeżeli tempe
ratura w ody w czasie zetknięcia się z powietrzem jest niższa od tempera
tury punktu rosy tego powietrza, następuje jego osuszenie; jeżeli jest wyższa od punktu rosy, następuje nawilgocenie powietrza. Procesowi osuszania powietrza towarzyszy jego ochłodzenie, procesowi zaś
nawilga-cania — ochłodzenie lub ogrzanie powietrza w zależności od temperatury wody* Jeżeli woda miała początkową temperaturę np. 8 °C, a po wymia
nie ciepła z powietrzem temperatura ta podniosła się do 11 °C i jeżeli np. na każdy kilogram powietrza rozpyla się 1 kg wody, to woda ogrze
wając się o 3 °C odbiera od 1 kg powietrza 3 kcal ciepła. Wobec tego powietrze 'powinno się ochłodzić o = 12 °C (0,24 — jest to ciepło właściwe powietrza).
Jeżeli do nie nasyconego powietrza będzie doprowadzana para wodna przy ciśnieniu atmosferycznym, to temperatura mieszaniny będzie pozo
stawała praktycznie stałą (t — const), zanim wilgotność względna nie osiągnie 100%. Od punktu przecięcia się z krzywą cp — 100% proces w dal-' szym ciągu będzie przebiegał wzdłuż tej krzywej, temperatura zaś mie
szaniny będzie się szybko podnosiła.
5.3. Pomiar wilgotności powietrza i prężności pary wodnej
Bezpośrednie oznaczanie wilgotności bezwzględnej dokonuje się przez absorpcję w ody zawartej w powietrzu, przepuszczając go przez odczyn
niki pochłaniające wodę, jak: CaCl2, H2S 0 4, P20 5 itp. Różnica ciężaru odczynnika przed i po absorpcji daje ilość wody zawartej w przepuszczo
nej objętości powietrza1,.
Wilgotność względną cp i prężność pary e oznacza się za 'pomocą higro
m etrów lub psychrometrów.
Higrometry włosowe (Saussure) oparte są na własności włosów ludz
kich zmieniania długości pod wpływem wilgoci. Na tej zasadzie urządzone są także higrografy.
Dokładniejszym przyrządem jest higrometr Daniella lub Alluardai, za pomocą których oznacza się wilgotność na podstawie punktu rosy. W tym celu oziębia się naczynie higrometru przez odparowanie pewnej ilości eteru i z chwilą ukazania się rosy na srebrzonej lub złoconej ściance na
czynia z eterem odczytuje się jego temperaturę, p o czym z odpowiednich tablic znajduje się prężność pary.
Psychrom etry (August), jakkolwiek mniej dokładne od higrometrów eterowych, są jednaik dogodniejsze w użyciu i dlatego są zwykle używane w kopalniach. Psychrometr składai się z dwóch termometrów — suchego i wilgotnego (bańka owinięta wilgotnym muślinem). Wskutek parowania w ody termometr wilgotny wskazuje ¡niższą temperaturę (przy cp <C 100%).
W celu ułatwienia parowania w ody stosuje się psychrometry obrotowe (rys. 29) lub też psychrometry Assmanna (psychroaspiratory, rys. 30), w ¡których wytwarza się prąd powietrza o prędkości 1 do 1,5 m/sek za pomocą (małego wentylatorka wbudowanego w głowicę osłony obu termo
metrów.
Do oznaczania temperatury, jaką wskazuje termometr wilgotny, można korzystać z wykresu 28. W tym celu z punktu 1, określającego stan danego powietrza, należy przeprowadzić prostą 1— 10 odpowiada
jącą I = const do przecięcia się jej z graniczną krzywą cp = 100% i odczy
tać daną temperaturę t10. Tenże wykres może służyć również do ozna
czania wilgotności powietrza (cp, w) na podstawie odczytów z obu termometrów z psychrometru. Tak np. jeżelii temperatura na' termometrze wilgotnym wynosi t10 = 12 °C, a na suchym = 18 °C, to przeprowa
dzając linię poziomą t10 = 12 °C do przecięcia z cp■= 100% otrzyma się 61
punkt 10. Prowadząc z tego punktu prostą I = const do przecięcia z t1 =-
= 18 °C otrzym uje się punkt 1 i odczytuje cp = 50%; w 5 = 6,5 g/m 3.
Prężność pary wodneji w powietrzu może być obliczona za pom ocą wzoru empirycznego (Sprung)
e = E' — o • (t — t') • (9)
755 gdzie
— prężność pary wodnej nasyconej przy temperaturze t' (z tabli
cy 10);
t — temperatura na termometrze suchym;
t' "— temperatura na termometrze wilgotnym;
a —~ współczynnik zależny od rodzaju psychrometru:
dla psychrometru bez (podmuchu a = 0,6, dla psychrometru z ¡podmuchem a = 0,5.
Rys. 29 (z lew ej). Psychrometr obrotowy
Rys. 30 (z prawej). Psychroaspirator (psychrometr z podmuchem)
W praktyce wilgotność względną powietrza oblicza się zwykle za pomocą tablic liczbowych (tablica 11) lub też wykresów dołączonych d o psychrometrów.
Dla otrzymania prawidłowych wartości wilgotności względnej jest konieczne, aby:
— termometry w stanie suchym dawały jednakowe odczyty;
— muślin był silnie zwilżony, jednakże nie tak, aby woda z niego ściekała;
62
— temperatura obu termometrów była ustalona;
— psychrometr trzymać za uchwyt bez dotykania drugą ręką; odczy
tywać szybko, najpierw na termometrze wilgotnym, a następnie na suchym, mając lampę poza skalą.
T a b l i c a 11 Oznaczenie względnej wilgotności powietrza na podstawie odczytów na termometrach
suchym i wilgotnym
Odczyt na ter
Różnica odczytów na term o
metrach suchym i wilgotnym Odczyt na ter
Atmosfera fizyczna (Atm) wyraża normalne ciśnienie powietrza na poziomie morza; atmosfera techniczna (metryczna, at) odpowiada ciśnie
niu 1 kG/cm 2.
Wzajemna zależność jednostek ciśnienia przedstawia się, jak na
stępuje:
Ciśnienie barometryczne w rozmaitych punktach kopalni zależy od szerokości geograficznej cp°, rzędnych tych punktów względem poziomu morza z w metrach oraz temperatury t w °C. Stosunek ciśnienia baro- metrycznego w dwóch punktach 1 i 2 można obliczyć z wzoru Laplace’a
ig
Ł
= --- --- (10) b2 18 405 • (1 + 0,002 552 • cos 2cp) • [1 + 0,002 • (t1 + t2)]63