Температура точки росы газа

Температура точки росы газа (точка росы) — это значение температуры газа, при которой водяной пар, содержащийся в газе, охлаждаемом изобарически, становится насыщенным над плоской поверхностью воды[1].

Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух, чтобы содержащийся в нём пар достиг состояния насыщения и начал конденсироваться в росу. Этот параметр зависит от давления воздуха[2].

В строительстве согласно СП 50.13330.2012 п. Б.24 точка росы — температура, при которой начинается образование конденсата в воздухе с определенной температурой и относительной влажностью[3].

Точка росы определяется относительной влажностью воздуха. Чем выше относительная влажность, тем точка росы выше и ближе к фактической температуре воздуха. Чем ниже относительная влажность, тем точка росы ниже фактической температуры. Если относительная влажность составляет 100 %, то точка росы совпадает с фактической температурой.

Расчётные формулы

Формула для приблизительного расчёта точки росы в градусах Цельсия (только для положительных температур):

где

= 17,27,

= 237,7 °C,

,

= температура в градусах Цельсия,

= относительная влажность в объёмных  долях (0 < < 1,0).

Формула обладает погрешностью ±0,4 °C в следующем диапазоне значений:

0 °C < < 60 °C

0,01 < < 1,00

0 °C < < 50 °C

Существует более простая формула для приблизительного расчёта, дающая погрешность ±1,0 °C при относительной влажности в объёмных долях более 0,5:

Эту формулу можно использовать для вычисления относительной влажности по известной точке росы:

Точка росы и коррозия

Точка росы воздуха — важнейший параметр при антикоррозионной защите, говорит о влажности и возможности конденсации.

Если точка росы воздуха выше, чем температура подложки (субстрат, как правило, поверхность металла), то на подложке будет иметь место конденсация влаги.

Краска, наносимая на подложку с конденсацией, не достигнет должной адгезии, за исключением случаев использования красок, разработанных по специальной рецептуре (справку можно получить в технологической карте продукта или покрасочной спецификации).

Таким образом, последствием нанесения краски на подложку с конденсацией будет плохая адгезия и образование дефектов, таких как шелушение, пузырение и др., приводящее к преждевременной коррозии и/или обрастанию.

Определение точки росы

Значения точки росы в °C для ряда ситуаций определяют с помощью пращевого психрометра и специальных таблиц. Сначала определяют температуру воздуха, затем влажность, температуру подложки и с помощью таблицы Точки росы определяют температуру, при которой не рекомендуется наносить покрытия на поверхность.

Если вы не можете найти точно ваши показания на пращевом психрометре, то найдите один показатель на одно деление выше по обеим шкалам, как относительной влажности, так и температуры, а другой показатель соответственно на одно деление ниже и интерполируйте необходимое значение между ними.

Стандарт ISO 8502-4 используется для определения относительной влажности и точки росы на стальной поверхности, подготовленной для окраски.

Таблица температур

Значения точки росы в градусах Цельсия в разных условиях приведены в таблице[4].

 

 

 

 

 

 

 

 

Относительная влажность, %	Температура шарика сухого термометра, °С
	0	2,5	5	7,5	10	12,5	15	17,5	20	22,5	25
20	−20	−18	−16	−14	−12	−9,8	−7,7	−5,6	−3,6	−1,5	−0,5
25	−18	−15	−13	−11	−9,1	−6,9	−4,8	−2,7	−0,6	1,5	3,6
30	−15	−13	−11	−8,9	−6,7	−4,5	−2,4	−0,2	1,9	4,1	6,2
35	−14	−11	−9,1	−6,9	−4,7	−2,5	−0,3	1,9	4,1	6,3	8,5
40	−12	−9,7	−7,4	−5,2	−2,9	−0,7	1,5	3,8	6,0	8,2	10,5
45	−10	−8,2	−5,9	−3,6	−1,3	0,9	3,2	5,5	7,7	10,0	12,3
50	−9,1	−6,8	−4,5	−2,2	0,1	2,4	4,7	7,0	9,3	11,6	13,9
55	−7,8	−5,6	−3,3	−0,9	1,4	3,7	6,1	8,4	10,7	13,0	15,3
60	−6,8	−4,4	−2,1	0,3	2,6	5,0	7,3	9,7	12,0	14,4	16,7
65	−5,8	−3,4	−1,0	1,4	3,7	6,1	8,5	10,9	13,2	15,6	18,0
70	−4,8	−2,4	0,0	2,4	4,8	7,2	9,6	12,0	14,4	16,8	19,1
75	−3,9	−1,5	1,0	3,4	5,8	8,2	10,6	13,0	15,4	17,8	20,3
80	−3,0	−0,6	1,9	4,3	6,7	9,2	11,6	14,0	16,4	18,9	21,3
85	−2,2	0,2	2,7	5,1	7,6	10,1	12,5	15,0	17,4	19,9	22,3
90	−1,4	1,0	3,5	6,0	8,4	10,9	13,4	15,8	18,3	20,8	23,2
95	−0,7	1,8	4,3	6,8	9,2	11,7	14,2	16,7	19,2	21,7	24,1
100	0,0	2,5	5,0	7,5	10,0	12,5	15,0	17,5	20,0	22,5	25,0

Человек при высоких значениях точки росы чувствует себя некомфортно. В континентальном климате условия с точкой росы между 15 и 20 °C доставляют некоторый дискомфорт, а воздух с точкой росы выше 21 °C воспринимается как душный. Нижняя точка росы, менее 10 °C, коррелирует с более низкой температурой окружающей среды, и тело требует меньшего охлаждени

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Tочка росы, °C	Восприятие человеком	Относительная влажность (при 32 °C), %
более 26	крайне высокое восприятие, смертельно опасно для больных астмой	65 и выше
24—26	крайне некомфортное состояние	62
21—24	очень влажно и некомфортно	52—60
18—21	неприятно воспринимается большинством людей	44—52
16—18	комфортно для большинства, но ощущается верхний предел влажности	37—46
13—16	комфортно	38—41
10—12	очень комфортно	31—37
менее 10	немного сухо для некоторых	30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Определение влажности газов

Для определения влажности применяют различные химические и физические методы. Здесь будут рассмотрены лишь некоторые физические методы.

Психрометрический метод определения влажности воздуха основан на измерении разности температур "сухого" и "влажного" термометров при помощи психрометров Августа и Асмана. Психрометр Августа состоит из двух одинаковых ртутных термометров с ценой деления 0,2 °С, укрепленных рядом. Ртутный резервуар одного из них плотно обернут кусочком батиста или марли, опущенным в сосуд с чистой водой. С поверхности ткани вода испаряется тем легче, чем меньше в воздухе влаги. Поэтому "влажный" термометр показывает более низкую температуру, чем "сухой". По разности показаний двух термометров находят относительную влажность воздуха, используя психрометрические таблицы, прилагаемые к прибору. Небольшая часть данных этих таблиц для температур, с которыми чаще всего имеют дело в лабораториях, приведена в табл. 40.

Показания "влажного" термометра зависят от скорости движения воздуха в непосредственной близости от него, поэтому психрометр Августа применяют в закрытых помещениях, где скорость движения воздуха мала, а психрометр установлен на расстоянии 1,5 - 2,0 м от пола и вдали от источников-тепла.

Более совершенным является аспирационный психрометр Асмана (рис. 277,а). Он снабжен небольшим вентилятором 2, работающим от часового механизма, который заводится ключом 1, и создающим сильное (до 2 м/с) движение воздуха вокруг

Таблица 40. Относительная влажность воздуха

Рисю 277. Приборы для определения влажности воздуха: психрометр дсмана (а) и склянка с металлическим цилиндром (б)

ртутных резервуаров термометров 4 и 5, один из которых обернут кусочком батиста.

Воздух обтекает нижнюю часть термометров, проходит по воздуховоду б к вентилятору и выбрасывается наружу через прорези 3.

(Асман Рихард (1845-1918) - немецкий аэролог, один из первых установил существование стратосферы.)

Метод определения влажности газов по точке росы. Тонка росы - это температура начала конденсации насыщенного водяного пара, обнаруживаемой по помутнению (появлению мельчайших капелек воды) зеркальной поверхности. Метод применяют в температурном интервале от -70 до +50 °С с погрешностью 2 - 3%.

Предельное содержание водяного пара в любом некондиционируемом газе зависит от температуры. Чем она ниже, тем меньше воды содержится в газовой фазе. При конденсации влаги парциальное давление водяных паров будет равно максимальному парциальному давлению водяного пара над водой при данной температуре, являющейся точкой росы.

Для определения высокой влажности (выше 5 мг/л) применяют простой прибор (рис. 277,6). Он состоит из стеклянной склянки 8 и пробирки 6, изготовленной из нержавеющей стали (диаметр 25 мм, высота 100 - 110 мм) с полированной наружной поверхностью. В прибор наливают 5 - 10 мл этилового эфира 7. В склянку 8 подают через трубку 4 исследуемый газ в течение 5 - 10 мин для удаления содержащегося в ней воздуха и выравнивания температур склянки подаваемого газа. Если при этом на поверхности металлического цилиндра 6 не появилось мельчайших капель влаги, то при помощи резиновой груши через трубку 2 пропускают воздух для испарения эфира и охлаждения пробирки до тех пор, пока блестящая поверхность металла не помутнеет. После этого испарение эфира прекращают и отмечают температуру по термометру 1, а исследуемый газ продолжают пропускать до исчезновения росы.

Среднее значение температуры появления и исчезновения помутнения зеркальной поверхности цилиндра 6 дает точку росы. По найденному значению точки росы из табл. 41 находят содержание влаги в газе (в мг/л), а по табл. 37 - давление насыщенного пара воды, отвечающее той же температуре. Трубки 3 и 5 служат для выхода воздуха и газа.

При небольшой влажности газа применяют влагомер конструкции, показанной на рис. 278,а. Анализируемый газ пропускают через стеклянную камеру 1 и следят за появлением капелек влаги (росы) на полированной поверхности зеркала 2. Для этого температуру зеркала постепенно понижают, опуская медленно медный стержень 4 в сосуд Дьюара 6 с охлаждающей смесью из этанола и твердого СО2. В момент помутнения поверхности зеркала отмечают температуру по показаниям термопары 3, связанной с гальванометром 5. Вместо термопары под зеркалом можно поместить резервуар ртутного термометра, для которого высверливают отверстие в верхней части медного стержня (под зеркалом).

После фиксации температуры помутнения зеркала повышают температуру, вынимая медный стержень из охлаждающей смеси. В момент просветления зеркала опять записывают температуру-Среднее значение из двух измерений считают точкой росы.

Психрометр Илфельда (рис. 278,6) для определения точки росы состоит из зеркала 3, охлаждаемого струей СO2 из баллона 1 подача которого регулируется краном 2. Анализируемый газ проходит через трубку 4 вдоль зеркала. Для наблюдения за поверхностью зеркала применяют микроскоп 6 или лупу. При помутнении зеркала измеряют температуру термопарой 5. Прибор позволяет устанавливать точку росы с точность 1 - 2 °С.

Рис. 278. Влагомер (а) и психрометр Илфельда (б)

Рис. 279. Психрометр Паппаса: 1 - трубка для подачи анализируемого газа; 2 - диафрагма; 3 - изолирующая камера из полимерного, материала; 4 - манометр; 5 - щель; 6 - медный блок; 7 - милливольтметр c термопарой; 8 - сосуд Дьюара

Рис. 280. Волосяные гигрометры с одним волоском (а) и с пучком волос (б)

В психрометре Паппаса (рис. 279) анализируемый газ пропускают через щель 5 медного блока 6 со скоростью 15 мл/мин при Давлении р = 7 • 103 Па. Конденсация пара воды вызывает закупорку щели 5 и повышение давления в камере 3, отмечаемое по манометру 4. Скачок давления на кривой охлаждения от точки В связан с появлением капель росы в отверстии щели. Отмеченная температура в месте сужения щели, соответствующая точке В на кривой охлаждения, и будет точкой росы.

Для изготовления щели используют медную Трубку диаметром 6-10 мм, которую с одной стороны распиливают, а затем распил сжимают тисках и раскрывают щель до 0,5 - 1,0 мм.

Гигрометрический метод определения влажности. Метод основан на способности человеческого волоса изменять свою длину на 2 - 3% при изменении относительной влажности воздух (волосяные гигрометры). 

Волосяной гигрометр (рис. 280,а) состоит из металлической рамки б, внутри которой натянут обезжиренный волос 7, неподвижно закрепленный вверху, а внизу перекинутый через вращающийся шкив 4. На конце волоса для натяжения укреплен небольшой грузик 5. К шкиву прикреплена стрелка 3, которая в зависимости от изменения длины волоса перемещается по шкале 2, проградуированной в процентах относительной влажности Точность измерения влажности таким гигрометром +3%.

Для достижения равновесия требуется около 30 мин. Так как чувствительность волоса к изменению влажности со временем меняется, то показания гигрометра периодически проверяют по психрометру Асмана (см. рис. 277,а).

Кроме человеческого волоса, применяют животную или целлофановую пленку толщиной от 5 до 30 мкм. Гигрометр подвешивают на стене вдали от источников тепла.

Гигрометр, в котором используется пучок человеческих волос (рис. 280,6) состоит из рычажной системы 6, соединенной со стрелкой 8. Коленчатый рычаг качается вокруг оси 7. Одно плечо рычага - стрелка, а другое присоединено к пучку волос 3 с помощью муфты 5. Длину отрезка рычага от оси 7 до муфты 5 можно регулировать. Натяжение пучка волос обеспечивает постоянный груз 4. Винт 1 и муфта 2 предназначены для установки стрелки прибора на нуль.