UNIVERZITET U TUZLI

TEHNOLOŠKI FAKULTET

SEMINARSKI RAD

MJERENJE RELATIVNE VLAŽNOSTI ZRAKA

Profesor: Ime studenta:

Dr.sc. Zehrudin Osmanović, vanr.prof

Tuzla, Juni, 2013.god.

SADRŽAJ

UVOD......................................................................................................................................................3

1. VLAŽNOST ZRAKA...............................................................................................................................4

1.1. APSOLUTNA VLAŽNOST, RELATIVNA VLAŽNOST, SPECIFIČNA VLAŽNOST....................................5

1.2. Temperatura rosišta....................................................................................................................6

2. UREĐAJI ZA MJERENJE I REGULIRANJE VLAŽNOSTI............................................................................8

2.1. Psihrometri..................................................................................................................................9

2.1.1. Određivanje relativne vlage zraka psihrometrom...............................................................10

ZAKLJUČAK...........................................................................................................................................11

LITERATURA..........................................................................................................................................12

2

UVOD

U svijetu se danas što više pokušavaju shvatiti klimatske promjene i njihov utjcaj na okolinu i ljude, dakle cilj je da se popravi kvalitet zraka. Od najrazličitijih mješavina plinova koje se koriste kao radni materijali u mnogim procesima, najraširenija je smjesa suhog zraka i vodene pare. Ona ima vrlo važnu ulogu u klimatizacijskim uređajima, rashladnim strojevima, a naravno i u raznovrsnim postupcima konvektivnog sušenja, dok je u stacionarnim okolnostima odlučujuća pri određivanju uravnotežene vlažnosti higroskopskih materijala. S termodinamičkog stanovišta vlažni zrak držimo heterogenom dvokomponentnom smjesom suhog zraka i vodene pare tj. vlage.

Od mnogih mjerila za vlažnost zraka, samo se relativna vlažnost može očitati na jednom instrumentu. Instrumenti za mjerenje relativne vlažnosti zraka zovu se vlagomjeri (higrometri). U početku, ali još i danas, u higrometrima se iskorištavalo svojstvo organskih tvari, naročito kose, da se rastežu upijanjem vodene pare. Danas postoje i digitalni higrometri, koji koriste metalne ili keramičke djelove, a mijenjaju električni otpor ovisno o količini vlage u zraku.Drugi način određivanja relativne vlažnosti je posrednim putem iz psihrometrijskih mjerenja, u tu svrhu koristi se psihrometar instrument koji se sastoji od dva jednaka termometra. Jednom od njih spremište za živu je omotano krpicom. U toku mjerenja krpica mora biti vlažna. Zato se taj termometar zove vlažni termometar. Drugi termometar se naziva suhi i pokazuje temperaturu zraka. Iz mokre krpice isparava voda, ako za to postoje uvjeti, tj. ako vodena para u zraku nije zasićena. Mokri se termometar zato hladi i pokazuje temperaturu nižu od one na suhom. Razlika temperatura suhog i mokrog termometra ovisi o vlažnosti zraka. Razlika je veća kada u zraku ima manje vodene pare, a manja je kada je zrak vlažniji. U praksi je učestalije mjerenje relativne vlažnosti zraka. Najrasprostranjeniji je vlasni higrometar, kod kojeg se uslijed vlage mijenja dužina (ljudske) vlasi, dok se dimenzijska promjena preko mehanizma prenosi na mjernu ljestvicu.

3

1. VLAŽNOST ZRAKA

Vlaga zraka predstavlja svu količinu vodene pare u atmosferi. Vodena para apsorbira dugovalnu radijaciju Zemlje i o količini vodene pare ovisi vjerojatnost pojave padavina. Također, vodena para u atmosferi sadrži znatnu količinu latentne topline. Vlagu zraka čini vodena para koja se, uz ostale plinove, nalazi u zraku. Masa vodene pare sadržana u nekom volumenu zraka na nekoj temperaturi može se mijenjati, ali ne može prijeći jedan određeni, za tu temperaturu najveći iznos. U tom slučaju govori se o zasićenoj vodenoj pari u zraku. Omjer količine vodene pare mase m, sadržane u nekom volumenu V, i tog volumena naziva se apsolutna vlaga zraka, i obilježava se slovom a. Apsolutna vlaga zraka je dakle broj grama vodene pare koji sadržava 1 m3 zraka. Kada je zrak zasićen vodenom parom tada je masa vodene pare maksimalna za dani volumen V. To stanje vlažnosti zraka daje maksimalnu apsolutnu vlagu, koja se obično označava slovom A. Maksimalna apsolutna vlaga zraka je konstantna veličina za danu temperaturu. Količina vodene pare u zraku može se osim apsolutnom vlagom iskazivati i relativnom vlažnosti zraka. To je omjer apsolutne vlage zraka a i maksimalne apsolutne vlage A na toj temperaturi.Količina vodene pare u zraku može se izražavati i parcijalnim tlakom vodene pare. Stvarni ili parcijalni tlak vodene pare obično se označava slovom e, a tlak zasićenih vodenih para slovom E. Relativna vlaga zraka određuje se pomoću omjera parcijalnih tlakova. Ako je poznata temperatura zraka, iz tablice se može očitati vrijednost E. Treba još odrediti i vrijednost e, tj. parcijalni tlak stvarno prisutne vodene pare u zraku. On se ne mjeri direktno, već se računa iz psihrometrijske formule. Plinovita vlaga se općenito naziva vlažnost zraka a u kombinaciji sa tekućom vodom magla ili vodena para. Apsolutna vlažnost zraka pokazuje koliko vodene pare sadrži jedinica obujma plina. Povlačenje vode s površine ili iz tvari općenito se naziva sušenje ili odvodnja. Prevelika koncentracija vlage u zraku pogoduje stvaranju gljivica, bakterija i plijesni u zidovima, te povećanju broja grinja u prašini (preko 45% relativne vlažnosti), što može uzrokovati razne bolesti. Vlažnost pokazuje vjerovatnuću za padavinu, rosu ili maglu. Visoka vlažnost čini da ljudi osjećaju vrućinu kada su vani u ljetnim danima, jer smanjuje efektivnost znojenja, koje hladi tijelo, smanjivanjem isparavanja znoja sa kože. Ovaj efekat je izračunat u tabeli toplotnog indeksa.

4

1.1. APSOLUTNA VLAŽNOST, RELATIVNA VLAŽNOST, SPECIFIČNA VLAŽNOST

Apsolutna vlažnost je količina vode od određenoj zapremini zraka. Najčešća jedinica je gram po metru kubnom, iako se može koristiti bilo koja jedinica za masu i zapreminu. Funti po stopi kubnoj je uobičajna jedinica u SAD-u. Ako bi se sva voda u jednom metru kubnom zraka kondenzovala u spremnik, spremnik bi se mogao izvagati i time utvrditi apsolutna vlažnost. Količina pare u tom kubiku zraka je apsolutna vježnost tog metra kubnog zraka. Više tehnički to bi bilo masa vodene pare po metru kubnom zraka .Apsolutna vlažnost kreće se u intervalu od 0 grama po metru kubnom u suhom zraku do 30 grama po metru kubnom (0,03 unca po metru kubnom) kada je para zasićena na 30 °C. Apsolutna vlažnost mijenja se kako se pritisak zraka mijenja. Ovo je veoma nezgodno za proračune u hemijskom inženjeringu. Kao rezultat toga, apsolutna vlažnost je u hemijskom inženjeringu općenito definisana kao masa vodene pare po jedinici mase suhog zraka, poznato i kao omjer mješavine masa što je mnogo rigoroznije za proračune ravnoteže toplote i mase. Masa vode po jedinici zapremine u jednačini iznad bi tada bila definisana kao zapreminska vlažnost. Zbog moguće zabune, British Standards BS 1339 (izmijenjen 2002. godine) sugeriše izbjegavanje pojma "apsolutna vlažnost". Jedinice uvijek treba pažljivo provjeriti. Većina tabela vlažnosti data je u jedinicama g/kg ili kg/kg, međutim, može se koristiti svaka jedinica za masu.

Relativna vlažnost je definisana kao omjer parcijalnog pritiska vodene pare u plinovitoj mješavini zraka i vodene pare naspram zasićenog pritiska vode pri datoj temperaturi. Relativna vlažnost se izražava u procentima. Relativna vlažnost zraka pokazuje količinu vlage sadržane u zraku - relativno prema najvećoj količini koju može teoretski sadržavati. Temperatura zraka igra posebno važnu ulogu tako da što je zrak topliji, više vode može apsorbirati.Kada zrak ne može zadržati cijelu količinu vodene pare, ona se kondenzira kao rosa. Relativna vlažnost je količnik apsolutne vlažnosti i maksimalne vlažnosti pri toj temperaturi.

Specifična vlažnost je omjer vodene pare i zraka (uključujući vodenu paru i suhi zrak) u određenoj masi. Omjer specifične vlažnosti je izražen kao omjer kilograma vodene pare, po kilogramu zraka (uključujući vodenu paru). Specifična vlažnost dijela zraka ostaje konstantna osim ako se ne dodaje ili oduzima vodena para. Relativna vlažnost i temperatura su bitne komponente udobnog radnog okoliša. Jedini faktori koji određuju koliko će vodene pare biti u zraku su raspoloživost vode i količina toplinske energije da se izvrši isparavanje. Isparavanje prvenstveno ovisi o temperaturi vode a kondenzacija o temperaturi zraka.

5

1.2. Temperatura rosišta

Temperatura rosišta je ona temperatura na kojoj zrak postaje zasićen vodenom parom, tj. temperatura na kojoj počinje kondenzacija vodene pare. Pri temperaturi rosišta ili nižoj temperaturi, kondenzacijom se stvaraju kapljice vode, na bilju se pojavljuje rosa ili mraz, ovisno o tome je li temperature rosišta viša ili niža od 0 ºC. Ako je razlika između temperature zraka i temperature rosišta velika onda je zrak relativno suh i suprotno, ako je razlika mala onda je zrak relativno vlažan. Prema tome ako su krivulje temperatura na grafičkom prikazu bliske to je pokazatelj da u tom dijelu atmosferu postoje uvjeti za stvaranje oblaka i oborina. Kako se zrak hladi, relativna vlažnost raste, kada relativna vlažnost dođe do 100 % zrak se ohladi na temperaturu stvaranja rose. Temperatura pri kojoj počinje kondezacija vode je temperatura rosišta. Ako raste količina vlage, raste i temperatura rosišta. Ljudi reagiraju s neugodom na visoka rosišta.

Slika 1. Dijagram pokazuje maksimalni postotak vodene pare u zraku, koji može biti iznad razine mora, u ovisnosti o temperaturi. Ponašanje vodene pare ne ovisi o prisutnosti drugih molekula u zraku.

6

Slika 2. Dijagram ovisnosti temperature rosišta o temperaturi zraka za nekoliko razina relativne vlažnosti. Zasniva se na August–Roche–Magnus približnoj formuli.

7

2. UREĐAJI ZA MJERENJE I REGULIRANJE VLAŽNOSTI

Postoje razne sprave za mjerenje i regulisanje vlažnosti. Sprava, kojom se mjeri vlažnost, naziva se psihrometar ili higrometar. Vlagostat se koristi kako bi se regulisala vlažnost zgrade sa deovlaživačem. Ovo možemo uporediti sa termometrom i termostatom, koji služe za kontrolisanje temperature. Globalno, vlažnost se mjeri korištenjem udaljenih satelita. Ovi sateliti mogu detektovati koncentracije vode u troposferi pri visinama između 4 i 12 kilometara. Sateliti, koji mogu mjeriti vodenu paru, imaju senzore koji su osjetljivi na infracrveno zrasčenje. Vodena para, spefifično, apsorbuje i ponovo zrači u ovom spktralnom pojasu. Higrometar je instrument za mjerenje relativne vlažnosti zraka. Aktivni dio instrumenta je omašćena ljudska vlas, koja ima svojstvo da s promjenom vlage zraka mijenja dužinu. Jedan kraj vlasi je učvršćen za kućište instrumenta, a drugi je omotan oko osovine i nosi maleni uteg koji napinje vlas. Porastom relativne vlažnosti zraka, vlas se izdužuje, uteg se spušta, a kazaljka, smještena na osovini oko koje je omotana vlas, zakreće i na baždarenoj skali pokazuje relativnu vlažnost u postocima. Kad se vlažnost smanjuje vlas se skraćuje. Higrograf je registrirni instrument koji neprekidno bilježi relativnu vlažnost zraka na higrogramu. Prijemni dio ovog instrumenta sastoji se od pramena vlasi, koji je učvršćen na oba kraja, a na sredini je zahvaćen utegom koji drži pramen u napetom položaju. Položaj utega ovisi o relativnoj vlažnosti zraka. Promjena položaja utega prenosi se na pisaljku, koja ostavlja trag na papirnatoj traci, smještenoj na valjku sa satnim mehanizmom.

Slika 3. Higrometar Slika 4. Digitalni termometar i higrometar

8

2.1. Psihrometri

Psihrometri su instrumenti za mjerenje apsolutne vlage zraka. Svi psihrometri sastoje se od dva termometra, mokrog i suhog. Na osnovi razlike između temperature suhog i mokrog termometra iz psihrometrijskih tablica očita se apsolutna vlaga zraka. Što je razlika temperature između suhog i mokrog termometra veća, vlaga zraka je manja i obratno. Ako je zrak potpuno zasićen vodenom parom, oba termometra pokazuju jednaku temperaturu. Prilikom očitavanja psihrometra, prvo se očita suhi, a potom mokri termometar. S obzirom na način vlaženja mokrog termometra, razlikujemo Augustov, aspiracijski, Assmannov aspiracijski i obrtni psihrometar.Augustov psihrometar na mokrom termometru ima krpicu koja se stalno vlaži preko pamučnog fitilja povezanog s čašicom napunjenom vodom. Manje je točnosti, jer isparavanje iz krpice ovisi o jačini vjetra. Aspiracijski psihrometar ima na mokrom termometru ugrađen aspirator, odnosno uređaj za ventiliranje koji se uključuje nekoliko minuta prije početka mjerenja. Assmannov aspiracijski psihrometar se koristi za terenska mjerenja, a termometri su mu zaštićeni od zračenja poliranim metalnim oklopom. Obrtni psihrometar se koristi za terenska mjerenja. Termometri su mu smješteni na ručki koju motritelj okreće iznad glave da bi proizveo stalnu struju zraka oko njih.

Slika 5. Suhi i mokri termometar

9

2.1.1. Određivanje relativne vlage zraka psihrometrom

Slika 6. Psihrometar sa fitiljem po Augustu

Psihrometar sa fitiljem po Augustu je najjednostavniji tip. Sastoji se od dva živina termometra koji su postavljeni na metalnom stativu. Jedan je suhi i služi za merenje temperature vazduha, a drugi je mokri jer je obavijen navlaženim muselinskim platnom. Kada se vrše merenja mogu se videti razlike u temperaturi na suhom i mokrom termometru. Suhi pokazuje stvarnu temperaturu, a mokri istu ili nižu u zavisnosti od zasićenosti vazduha vodenom parom. Usled isparavanja vode sa nakvašenog muselinskog platna, dolazi do utroška toplote, pa je temperatura vazduha na mokrom termometru niža nego na suhom. Ukoliko je vazduh suhlji dolazi do intenzivnijeg isparavanja, pa će i razlike u temperaturi biti veće i obrnuto.U slučaju kada je vazduh potpuno zasićen vodenom parom nema razlika na termometrima. Nakon utvrđivanja razlike u temperaturama koja se naziva psihrometarska diferencija određuje se vlaznost zraka.

Određivanje relativne vlažnosti zraka može se vršiti na slijedeći način: krpicu kojom je omotan mokri termometar zaroniti u vodu, te obrisati višak vode kako se ne bi napravila kapljica. Pričekati 10 minuta da se temperatura mokrog termometra ustali. Tada očitati oba termometra. Iz podataka za temperaturu mogu se očitati vrijednosti E i E' iz tablice. Iz formule zatim izračunati i parcijalni tlak vodene pare. Poznavajući te podatke može se izračunati relativna i apsolutna vlaga zraka. Mjerenje se ponovi tri puta.

10

ZAKLJUČAK

Vazduh uvijek ima u sebi manju ili veću količinu vodene pare i zbog toga se govori o vlažnosti ili vlagi vazduha. Instrumenti za mjerenje vlažnosti vazduha su: Avgustov psihrometar, psihrometar sa usisivačem, Asmanov psihrometar, higrometar, higrograf. Psihrometar se, bez obzira na konstrukciju, sastoji iz dva termometra, koji međusobno moraju biti jednaki. Psihrometar radi na slijedeći način: kada se nakvasi mokri termometar, nastaje isparavanje sa krpice, a time se snižava temperatura na mokrom termometru. Ukoliko je vazduh suhlji isparavanje je jače, pa su i veće razlike u pokazivanju suhog i mokrog termometra. Kada je vazduh zasićen vodenom parom, oba termometra pokazuju istu temperaturu. U radu psihrometra bitnu ulogu ima krpica na mokrom termometru, te se njenom postavljanju, održavanju i kvašenju mora posvetiti naročita pažnja.

Relativna vlažnost i temperatura su međusobno povezane i važne su iz razloga što vlažnost zraka utječe na temperaturu našeg tijela. Pri sobnim temperaturama najugodnije se osjećamo ako je relativna vlažnost između 40% - 60%. Neke od posljedica visoke relativne vlažnosti: insekti i plijesan brzo rastu, metali korodiraju, boja i tekstil se brže oštećuju, organski materijali mijenjaju oblik. Neke od posljedica niske relativne vlažnosti: organski materijali izbacuju vlagu koju sadrže, organski materijali postaju suhi i lomljivi. Pri visokoj vlažnosti znojenje je manje učinkovito pa nam je toplije, i odatle želja da otklonimo vlažnost iz zraka s klima uređajem ljeti. Zimi, grijanje hladnog vanjskog zraka može smanjiti razinu unutarnje relativne vlažnosti ispod 40%, dovodeći do neugodnosti kao što je suha koža i pretjerana želja za vodom.

11

LITERATURA

Knjige:

Zlatko Šporer: Toplina, ŠK – Zagreb, 1990.

Internet izvori:

www.wikipedija.org

www.dekada.org

www.dgt.uns.ac.rs

12