UVOD
Od najrazličnejših mešanic plinov, ki se uporabljajo kot delovni materiali v mnogih procesih, je najbolj razširjena zmes suhega zraka in vodne pare. Zelo pomembno vlogo ima v klimatizacijskih napravah, hladilnih strojih in seveda raznovrstnih postopkih konvektivnega sušenja, v stacionarnih razmerah pa je odločilna pri določanju ravnovesne vlažnosti higroskopskih materialov. S termodinamičnega vidika obravnavamo vlažen zrak kot heterogeno dvokomponentno zmes suhega zraka in vodne pare - vlage.
DEFINICIJE IN MEDSEBOJNE ZVEZE
Vsebnost vlage v zraku najpogosteje izražamo z relativno zračno vlažnostjo ali absolutno vlažnostjo. Absolutna vlažnost (Y) je razmerje med maso vode (mv) in maso suhega zraka (mz):
Y = mv/mz
V (1 + Y) kilogramu vlažnega zraka je torej kilogram suhega zraka in Y kilogramov vode oziroma v kilogramu vlažnega zraka je 1/(1 + Y) kilogramov suhega zraka in Y/(1 +Y) vode. Maso suhega zraka je vedno mogoče izraziti kot
Relativna zračna vlažnost (() izraža stopnjo nasičenosti zraka z vodno paro oziroma vlago. Določena je z razmerjem med delnim tlakom vodne pare (pv) v zraku in tlakom nasičenja vodne pare (pv0). To je najvišji tlak, ki ga pri določeni temperaturi lahko doseže vodna para.
Pri tlaku nasičenja je zrak sposoben sprejeti maksimalne količine vlage - dosežena je vlažnost nasičenja, relativna zračna vlažnost pa je 100-odstotna. Točko imenujemo tudi rosišče. Z naraščajočo temperaturo naraščata tako tlak kot tudi vlažnost nasičenja (preglednica št. 1), to pa je tudi vzrok, da se relativna zračna vlažnost pri segrevanju zmanjšuje, medtem ko se absolutna ne spreminja, seveda če ni dodatnega navlaževanja.
Preglednica št. 1 Vlažnost nasičenja (Y) in tlak nasičenja vodne pare (pv0) pri normalnem tlaku v odvisnosti od temperature
Temperatura Vlažnost nasičenja Y Nasičen tlak vodne pare pv0
(° C) (kg/kg) (kPa)
0 0,003821 0,6108
10 0,007733 1,2271
20 0,014895 2,337
30 0,027558 4,241
40 0,049532 7,375
50 0,087516 12,335
60 0,15472 19,92
70 0,28154 31,16
80 0,55931 47,36
90 1,45873 70,11
100 ∞ 101,325
MERJENJE ZRAČNE VLAŽNOSTI
V praksi je pogostejše merjenje relativne zračne vlažnosti. Naprava se imenuje higrometer. Najbolj razširjen je lasni higrometer, pri katerem se zaradi vlažnosti spreminja dolžina (človeškega) lasu, dimenzijska sprememba pa se prek mehanizma prenaša na umerjeno lestvico. Velikokrat merimo relativno zračno vlažnost tudi s psihrometrom. Sestavljata ga dva termometra: mokri je ovit v vlažno krpo in se zaradi izhlapevanja bolj ohladi kot suhi. Razlika med termometroma je psihrometrska razlika in je merilo za relativno zračno vlažnost. Pri nizki relativni zračni vlažnosti je izhlapevanje močnejše, zato kaže mokri termometer nižjo vrednost, psihrometrska razlika pa je večja. Znani so tudi metode merjenja točke rosišča na hlajenem zrcalu, ki jo zaznamo s spremembo odbojnosti zrcala ali nastankom kapljic na njem, in električni merilniki, ki merijo spremembo prevodnosti ali dielektričnosti nekaterih snovi.
PSIHROMETRSKE KARTE
Ker lahko vlažen zrak obravnavamo kot mešanico dveh sestavin, je treba za definiranje toplotnega stanja poznati tri veličine. Če je ena od veličin stanja konstantna (najpogosteje zunanji tlak), je mogoče stanje in spremembe vlažnega zraka predstaviti v ravninskem psihrometrskem diagramu. Najpogosteje se uporabljata dva grafa, prvi v koordinatnem sistemu, kjer abcisna os pomeni temperaturo suhega termometra, ordinatna pa absolutno vlažnost (Mollierov diagram), drugi pa v sistemu absolutne vlažnosti in entalpije vlažnega zraka (Grossvenorjev diagram). Za opredelitev stanja (ali točke na diagramu) morata biti znani katerikoli dve veličini, vse druge pa je mogoče odčitati.
RAVNOVESNA VLAŽNOST HIGROSKOPSKIH MATERIALOV
Relativna zračna vlažnost vpliva na higroskopske materiale, da so vedno boj ali manj vlažni. Vlažnost materiala (na primer lesa) v stanju higroskopskega ravnovesja je ravnovesna vlažnost (ur). S postopnim uravnovešanjem higroskopskih materialov v padajočih (sušenje - desorpcija) oziroma naraščajočih (navlaževanje - adsorpcija) relativnih zračnih vlažnostih pri konstantni temperaturi dobimo sorpcijske izoterme. Za les je značilno, da so sorpcijske izoterme sigmoidne oblike in sestavljajo histerezno zanko. Za ugotavljanje ravnovesne vlažnosti posameznih materialov v odvisnosti od temperature in relativne zračne vlažnosti okolja uporabljamo nomogram ali preglednice. V lesni tehnologiji uporabljamo nomogram, ki sicer velja za smrekovino, vendar je v praksi z zadovoljivo natančnostjo namenjen tudi za druge srednje goste lesne vrste. Pri natančnejših določitvah ravnovesnih vlažnosti lesa moramo poleg temperature in relativne zračne vlažnosti upoštevati še sorpcijsko zgodovino, sorpcijsko histerezo, gostoto lesa, kemične lastnosti (ekstraktivi), vpliv morebitnih predhodnih hidrotermičnih postopkov in napetostna stanja.
Željko Gorišek, doc. dr., univ. dipl. inž. les.
