Wilgotność w stanie nasycenia: Definicja i znaczenie
- Szczegóły
Wilgotność powietrza to zawartość pary wodnej w powietrzu. Para wodna zawarta w atmosferze, głównie w jej warstwie rozciągającej się nad powierzchnią Ziemi (troposferze), jest bardzo ważnym wskaźnikiem pogodowym oraz klimatycznym. Dzięki obecności pary wodnej w atmosferze zachodzą procesy kondensacji, powstają chmury i opady atmosferyczne. Przemiany pary wodnej w wodę i odwrotnie są bardzo ważną częścią cyklu hydrologicznego (obiegu wody w przyrodzie). Zawartość pary wodnej w atmosferze wpływa na budowę roślin i zwierząt oraz przebieg procesów zachodzących w ich organizmach.
Ilość pary wodnej zawartej w powietrzu w dużym stopniu zależy od temperatury powietrza. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta zawartość pary wodnej w powietrzu. Nadmiar pary wodnej następnie ulega skropleniu, w wyniku czego powstają opady atmosferyczne. Powietrze niedosycone jest w stanie w danej temperaturze wchłonąć określoną ilość pary wodnej, powietrze nasycone w danej temperaturze zawiera maksymalną ilość pary wodnej.
Mówiąc o wilgotności rozróżnia się wilgotność względną i wilgotność bezwzględną. W różnych zakresach temperatur powietrze może absorbować różne ilości pary wodnej. Obowiązuje przy tym zasada, że im wyższa jest temperatura, tym więcej pary wodnej może zaabsorbować powietrze. Dodatkowo dla każdej temperatury istnieje taki punkt, w którym powietrze nie może przyjąć więcej pary wodnej. Ten punkt nosi nazwę punktu nasycenia lub punktu rosy. W tym momencie zaczyna się tworzyć kondensat.
Wskaźniki wilgotności powietrza
Wilgotność powietrza jest określana przez kilka wskaźników:
- aktualną prężność (ciśnienie) pary wodnej w danej temperaturze (e),
- maksymalną prężność pary wodnej w danej temperaturze (E),
- niedosyt wilgotności,
- wilgotność względną (f),
- wilgotność bezwzględną (a),
- temperaturę punktu rosy.
Aktualna prężność pary wodnej
Aktualna prężność pary wodnej (e) to ciśnienie wywierane przez parę wodną w danym miejscu i w danej chwili.
Przeczytaj także: Poradnik: walka z wilgocią w mieszkaniu
Maksymalna prężność pary wodnej
Maksymalna prężność pary wodnej (E) to najwyższa wartość ciśnienia pary wodnej, jaka może wystąpić w określonej temperaturze, jest równoważne ciśnieniu pary nasyconej w tej temperaturze. Wartości prężności maksymalnej wrasta wraz ze wzrostem temperatury. Osiągnięcie maksymalnej prężności jest warunkiem koniecznym do rozpoczęcia procesu kondensacji pary wodnej.
Niedosyt wilgotności
Niedosyt wilgotności jest definiowany jako różnica pomiędzy maksymalna prężnością pary wodnej (E) i aktualną prężnością pary wodnej (e). Jednostką niedosytu wilgotności jest hektopaskal (hPa).
Wilgotność względna
Wilgotność względna (oznaczana najczęściej jako f) to stosunek ilości pary wodnej zawartej w powietrzu do ilości pary wodnej, jaką powietrze jest w stanie utrzymać przy danej temperaturze i ciśnieniu, wyrażona w procentach. Wilgotność powietrza wyrażamy najczęściej w procentach, gdzie 0% oznacza powietrze całkowicie suche, a 100% całkowicie nasycone parą wodną. Wilgotność względna pary wodnej określa procentową zawartość pary nasyconej w powietrzu. Jest wskaźnikiem wykorzystywanym powszechnie w prognozowaniu pogody oraz raportach klimatycznych, gdyż z dużą dokładnością określa prawdopodobieństwo wystąpienia opadów, pojawienia się rosy lub mgły. Średnie wartości wilgotności względnej pary wodnej przedstawia się na mapach za pomocą izohigr - linii łączących obszary o jednakowej wilgotności powietrza.
Warto zauważyć, że wilgotność względna nie informuje więc, ile wody rozpuszczonej jest w gazie. Informuje jedynie, jak daleko mamy do nasycenia. Ponadto ta sama ilość wody może mieć różny udział w wilgotności względnej. Stosunek e’/ew’ zmienia się wraz ze zmianą temperatury. W praktyce gaz o większej temperaturze ma większą energię cząsteczek, drgania cząsteczek są większe i przemieszczają się dalej od siebie, co utrudnia łączenie. W taki sposób wzrost temperatury medium będzie powodował zmniejszenie wskaźnika wilgotności względnej, natomiast spadek temperatury - wzrost wilgotności względnej. Należy zauważyć, że ten wzrost dąży do wartości 100%, a temperatura, przy której osiąga 100% nazywana jest temperaturą punktu rosy.
Wilgotność bezwzględna
W odróżnieniu do wilgotności względnej wilgotność bezwzględna opisuje dokładną ilość pary wodnej zawartej w powietrzu, którą wyraża się w gramach wody na kilogram powietrza.Wilgotność bezwzględną pary wodnej (a) definiuje się jako ilość pary wodnej zawartej w danej objętości lub masie powietrza:
Przeczytaj także: Wakacje w Bodrum
gdzie:
- a - wilgotność bezwzględna [g/m³],
- mp - masa pary wodnej [g],
- V - objętość powietrza [m³],
- ew - aktualna prężność pary wodnej,
- m - współczynnik objętościowego rozszerzania gazów (m=0,00366),
- t - temperatura powietrza [°C].
Wilgotność bezwzględna pary wodnej w atmosferze wynosi od ok. 0-30 g/m³ dla powietrza nasyconego w temperaturze 30°C.Maksymalna wilgotność bezwzględna pary wodnej odpowiada wilgotności względnej pary wodnej wynoszącej 100%, czyli powietrzu nasyconemu z maksymalną zawartością pary wodnej w danej temperaturze.
Podczas ogrzewania obserwuje się spadek wilgotności względnej, to jednak wilgotność bezwzględna pozostaje na tym samym poziomie.
Temperatura punktu rosy
Temperaturę punktu rosy definiuje się jako temperaturę powietrza, do której powietrze musi się ochłodzić, aby osiągnąć stan nasycenia parą wodną. Rosa powstaje w wyniku skraplania się pary wodnej zawartej w powietrzu.
Wzór do wyznaczania temperatury punktu rosy:
Przeczytaj także: Poradnik pomiaru wilgotności
gdzie:
- td - temperatura punktu rosy [°C],
- t - temperatura [°C],
- H - wilgotność względna [%].
Pomiar wilgotności powietrza
Pomiar wilgotności powietrza można mierzyć na kilka sposobów. Do pomiaru wilgotności powietrza służą urządzenia zwane wilgotnościomierzami, które w zależności od budowy i zasady działania dzieli się na higrometry i psychrometry.
- Pomiar z wykorzystaniem higrometru polega na pochłanianiu wilgoci z powietrza przez dany materiał absorbujący, w wyniku czego zmieniają się jego właściwości, a następnie wyznaczaniu wilgotności bezwzględnej. Wyróżnia się higrometry włosowe, kondensacyjne, pojemnościowe, z ogrzewanymi czujnikami, przenośne stacje meteo i termohigrometry (mierzące, oprócz wilgotności powietrza, także temperaturę powietrza i temperaturę punktu rosy).
- Psychrometry wyznaczają wilgotność powietrza, mierząc ochłodzenie ciała, z którego paruje woda lub poprzez wyznaczenie punktu rosy. Psychrometr składa się z dwóch termometrów - suchego wskazującego temperaturę powietrza i mokrego wskazującego tzw. „temperaturę termometru mokrego” niższą od temperatury powietrza. Różnica wskazań obu termometrów (różnica psychrometryczna) umożliwia wyznaczenie wilgotności względnej powietrza w oparciu o tabelę psychrometryczną. W powietrzu nasyconym parą wodną (o wilgotności względnej wynoszącej 100%) oba termometry wskazują tę samą temperaturę.
Znaczenie wilgotności w praktyce
Zrozumienie potrzeby kontroli punktu rosy jest kluczowe w wielu zastosowaniach technicznych.
- Klimatyzacja i wentylacja - w systemach HVAC (eng. Heating, Ventilation, and Air Conditioning), kontrola punktu rosy jest niezbędna, aby zapobiec kondensacji na przewodach wentylacyjnych, która mogłaby prowadzić do korozji, rozwoju pleśni oraz uszkodzeń infrastruktury.
- Budownictwo - w budownictwie, punkt rosy odgrywa kluczową rolę w zapobieganiu kondensacji wewnątrz ścian budynków, co mogłoby prowadzić do rozwoju pleśni i osłabienia konstrukcji.
- Pneumatyka przemysłowa - w przemyśle, kontrola punktu rosy sprężonego powietrza jest kluczowa dla zapewnienia niezawodności i długowieczności maszyn oraz urządzeń zasilanych sprężonym powietrzem.
- Przemysł naftowy i gazowy - punkt rosy gazów węglowodorowych musi być monitorowany, aby zapobiec kondensacji, która mogłaby prowadzić do zatykania rur oraz uszkodzeń urządzeń.
- Przemysł motoryzacyjny - w liniach montażowych i malarskich, gdzie stosowane są narzędzia pneumatyczne, kontrola wilgotności jest kluczowa dla uniknięcia korozji oraz zapewnienia odpowiedniej jakości wykończenia powierzchni.
- Lotnictwo - w przemyśle lotniczym systemy pneumatyczne są wykorzystywane w różnych procesach produkcyjnych i konserwacyjnych. Wilgoć w sprężonym powietrzu może prowadzić do awarii krytycznych elementów systemów, takich jak zawory i siłowniki, co może w efekcie negatywnie wpływać na jakość produktów a przez to zagrażać bezpieczeństwu.
- Przemysł spożywczy - w produkcji spożywczej suche powietrze jest niezbędne, aby uniknąć kontaminacji produktu i zachować higieniczne warunki produkcji. Eliminacja kondensacji zapobiega również rozwojowi pleśni oraz bakterii.
- Przemysł farmaceutyczny - produkcja leków wymaga precyzyjnej kontroli wilgotności, aby zapobiec degradacji produktów oraz ich zanieczyszczeniu. W tym sektorze punkt rosy musi być utrzymywany na bardzo niskim poziomie, aby zapewnić optymalne warunki w sterylnych środowiskach.
tags: #wilgotność #w #stanie #nasycenia #definicja
