Wilgotność: Definicja, Wzory i Zastosowania
- Szczegóły
Mianem wilgotności powietrza określa się zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna w powietrzu pochodzi z parowania zachodzącego ze swobodnych powierzchni wodnych i powierzchni lądowych (gruntu, roślinności...). Wilgotność charakteryzuje się na różne sposoby i nie można zmieszać dowolnej ilości pary wodnej z dowolną ilością powietrza.
Charakterystyka Wilgotności
Najpopularniejsze sposoby charakteryzowania wilgotności to:
- Wilgotność bezwzględna - masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 m³ powietrza.
- Wilgotność właściwa - masa pary wodnej wyrażona w gramach zawarta w 1 kg powietrza (powietrza ważonego razem z parą wodną).
- Wilgotność względna - wyrażony w procentach stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze.
- Prężność pary wodnej - ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu.
Prężność Pary Wodnej
Prężność pary wodnej to ciśnienie parcjalne (cząstkowe), wywierane przez parę wodną w powietrzu. Jednostką pomiaru jest hPa (jednostka ciśnienia). Można to wyobrazić sobie jako różnicę ciśnienia w zamkniętej objętości powietrza i bez zmiany jego temperatury przed (p) i po całkowitym usunięciu z tej objętości znajdującej się pary wodnej (p').
Ilość pary wodnej, która znaleźć się może w powietrzu (rozpuścić w powietrzu) zależy od jego temperatury. Maksymalną ilość pary wodnej, jaką jest w stanie zawierać powietrze w danej temperaturze określa się mianem prężności maksymalnej lub prężnością pary nasyconej, niekiedy prężnością nasycenia i oznacza zazwyczaj symbolem E.
Tabela 1. Prężność maksymalna pary wodnej (E) w funkcji temperatury powietrza
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
| Temperatura (°C) | Prężność maksymalna E (hPa) |
|---|---|
| 0 | 6,11 |
| 5 | 8,72 |
| 10 | 12,28 |
| 15 | 17,05 |
| 20 | 23,38 |
Prężność pary wodnej, jaka występuje w danej chwili w powietrzu nazywa się prężnością aktualną i oznacza zazwyczaj symbolem e. Prężność aktualna w atmosferze zmienia się stosunkowo powoli; aby wzrosła, musi wzrosnąć również zawartość pary w powietrzu.
Różnicę, między prężnością maksymalną (E) w temperaturze powietrza, w której została zmierzona prężność aktualna a wartością prężności aktualnej (e), wyrażona w hPa: d = E - e [hPa],określa się mianem niedosytu wilgotności, który informuje o tym, ile jednostek prężności potrzeba do całkowitego nasycenia danego powietrza.
Wilgotność Względna - Wzór
Wilgotność względna (oznaczana najczęściej jako f), którą definiuje się jako: f = (e/E) * 100 [%], informuje w jakim procencie, w stosunku do maksymalnie możliwego w danej temperaturze (tj. temperaturze, w której zmierzono e) powietrze jest nasycone parą wodną.
Zauważmy, że 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.
Wraz ze wzrostem temperatury powietrza wartość E rośnie. Oznacza to, że zmiany temperatury powietrza, przy niezmienionej zawartości pary wodnej w powietrzu (e, prężności aktualnej) muszą pociągać za sobą zmiany wilgotności względnej (f). W przypadku niezmienionej zawartości pary wodnej (e) wzrost temperatury powoduje spadek (zmniejszenie się) wilgotności względnej.
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
Temperatura, do której należy schłodzić powietrze, aby przy danej prężności aktualnej wilgotność względna osiągnęła 100% i rozpoczęły się w nim procesy kondensacji nosi nazwę temperatury punktu rosy i oznaczana jest zazwyczaj jako td [°C]. Temperatura punktu rosy powietrza, w którym nie zachodzą procesy kondensacji, zależy jedynie od wartości prężności aktualnej.
Pomiar Wilgotności
Higrometr włosowy jest nieskomplikowanym, tanim przyrządem, służącym do pomiaru wilgotności względnej. Elementem mierzącym (reagującym na zmiany wilgotności względnej) jest w nim odtłuszczony włos ludzki (dokładniej pęczek włosów).
Włos, gdy wilgotność względna rośnie, absorbuje parę wodną z powietrza i zmienia swoją grubość i długość; przy wzroście wilgotności względnej włos się wydłuża, przy zmniejszaniu się wilgotności względnej - kurczy.
Higrometry włosowe pozwalają na dość pewny pomiar wilgotności względnej od 30 do 100%. Pomiar wilgotności w zakresie od 20 do 30% obarczony jest błędem przekraczającym 5%. Skala higrometru jest nieliniowa.
Wilgotność w Procesach Suszenia
Suszenie to oddzielanie wody od ciała stałego (zazwyczaj proces ten odbywa się poprzez odparowywanie). Jeśli suszenie polega na usuwaniu wody z produktu, wynika z tego, że wilgotność jest istotnym parametrem, który należy monitorować podczas całego procesu.
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
Ogólnie rzecz biorąc, za punkt odniesienia przyjmuje się dwie wielkości:
- Wilgotność bezwzględna, czyli ilość wody w jednym metrze sześciennym powietrza.
- Wilgotność względna, czyli stosunek masy powietrza do maksymalnej ilości wody, jaką może ono zawierać.
Pomiar wilgotności względnej podczas procesu suszenia jest kluczowy. Na początku widzimy, że wilgotność względna wzrasta proporcjonalnie do temperatury, osiągając 100%. Jest to normalne, ponieważ wysokie temperatury sprzyjają zatrzymywaniu wilgoci.
Po przekroczeniu 100°C zauważamy, że wilgotność względna powietrza stale spada. Dzieje się tak, ponieważ gdy temperatura wzrośnie powyżej 100°C, woda przechodzi w stan gazowy. Oznacza to, że nie może się już skraplać.
Firma specjalizująca się w produkcji maszyn do suszenia twardego makaronu, zwróciła się z konkretnym zapytaniem. Chodziło o pomiar wilgotności podczas standardowego procesu suszenia w celu sprawdzenia z dużym przybliżeniem, czy z makaronu została całkowicie usunięta woda.
W odpowiedzi na to zapotrzebowanie powstał rejestrator RHTemp125, zdolny do monitorowania wilgotności względnej w zakresie temperatur od -40°C do 125°C. Zarządzany jest przez oprogramowanie dostępne na platformę Windows.
To doświadczenie doprowadziło do stworzenia kolejnego rejestratora danych, koncepcyjnie bardzo podobnego do RHTemp125, ale skalibrowanego do monitorowania mniej ekstremalnych środowisk: RHTemp80. Jest on zdolny do pomiaru wilgotności względnej w temperaturze otoczenia do 80°C i został już z powodzeniem wykorzystany w sektorze transportowym do dystrybucji luksusowych samochodów na Bliskim Wschodzie.
RHTemp 125 i RHTemp 80 powstały w odpowiedzi na specjalne potrzeby klientów, którzy dzięki wieloletniemu doświadczeniu w dziedzinie pomiarów zostali w pełni usatysfakcjonowani poprzez użytkowanie nowych urządzeń.
tags: #wilgotnosc #poczatkowa #definicja #wzór
