blog

Miten suhteellinen kosteus määritellään ja lasketaan?

Rantahiekkaan piirretty neliö
Joni Partanen
Joni Partanen
Tuoteinsinööri
Julkaistu: 07. Syys 2020
Teollisuustuotanto ja -prosessit
Teollisuuden mittaukset

Osapaineen käsitteen ymmärtäminen on ensimmäinen askel kohti kosteusparametrien hallintaa. Aloitetaanpa matkamme meren rannalta, jossa piirrämme neliömetrin kokoisen neliön hiekkaan. Kuvitellaan nyt, että siitä nousee ilmakehän läpi avaruuteen ilmapylväs, jonka ilman paino on noin 10 300 kg. Tämä ilmamassa tuottaa hydrostaattisen paineen, jonka suuruus on 101 325 newtonia neliömetriä kohti.

Näin määritetään paineen yksikkö nimeltä Pascal [Pa], joka mittaa newtoneita neliömetriä kohti. Tässä on kyse kokonaispaineesta. Hengittämämme ilma on kaasusekoitus, jonka tärkeimmät komponentit ovat typpi (N2), happi (O2), vesihöyry (H2O), argon (Ar) ja hiilidioksidi (CO2). Nämä komponentit voidaan kuvata käyttämällä Daltonin osapainelakia:

Use Dalton’s law of partial pressures

Komponentti, jonka pitoisuus vaihtelee eniten, on vesihöyry. Vesihöyryllä on suuri vaikutus säähän ja ilmastoon, ja se vaikuttaa useisiin teollisuusprosesseihin ja muihin päivittäisen elämämme osa-alueisiin. 

Vettä esiintyy maapallolla kolmessa olomuodossa: kiinteänä jäänä, nestemäisenä vetenä ja kaasuna. Kaasumaisen veden enimmäismäärä on riippuvainen lämpötilasta: mitä korkeampi lämpötila, sitä suurempi vesihöyryn osapaine eli sitä enemmän liuennutta vettä ilmassa on. Vesihöyryn enimmäispainetta tietyssä lämpötilassa sanotaan vesihöyryn kyllästyspaineeksi. Vesihöyryn paine ei voi ylittää tätä rajaa, mikä voidaan todistaa helposti tarkastelemalla taivaalla olevia pilviä. Pilvet muodostuvat, kun vesihöyryn kyllästyspaine on saavutettu eikä ympäristö pysty enää pitämään vettä höyryfaasissa. Tällöin osa vedestä tiivistyy pieniksi pisaroiksi, jotka saattavat lopulta pudota taivaalta sateena.

Suhteellinen kosteus (%RH) on parametri, joka määrittää, miten suuri prosenttiosuus kyllästyspistettä vastaavasta vesihöyryn määrästä on läsnä kyseisessä lämpötilassa. Kun sataa, suhteellinen kosteus ylhäällä pilvissä, missä pisarat muodostuvat, on 100 %RH. Vaikka käytettävissämme olevat mittalaitteet ja teknologiat ovat parantuneet huomattavasti vuosien mittaan, sää voi silti ajoittain yllättää meidät. Me ihmiset pyrimme hallitsemaan ympäristöämme, ja olemmekin onnistuneet ottamaan suuria harppauksia teknologian ja teollisuuden kehitystyössä. Pystymme luomaan tarpeisiimme sopivia hallittuja ympäristöjä, oli kyse sitten pyykin kuivaamisesta tai erittäin herkkiä materiaaleja käyttävien huipputeknologian tuotteiden valmistuksesta.

Relative humidity tells us how much water vapor is in the air

 

Mitä yhteistä on märällä puuvillapaidalla, litiumparistojen valmistuksessa käytettävillä johtavilla ioniyhdisteillä ja HUMICAP®-polymeeriohutkalvoantureilla? Vastaus on se, että ne kaikki ovat hygroskooppisia materiaaleja. Ne toisin sanoen vetävät ympäristön vesimolekyylejä puoleensa, kunnes ne saavuttavat tasapainotilan. Suhteellisella kosteudella on tässä tärkeä rooli, sillä materiaalin tasapainokosteus on läheisessä yhteydessä suhteellisen kosteuden tasoon. Onneksi voin luottaa siihen, että matkapuhelimeni akku on valmistettu valvotussa ympäristössä ja suojattu niin, että se kestää satunnaiset vesiroiskeet. Mutta entä puuvillapaita, joka kastui sateessa? Se ei kuivu kovin hyvin ulkona sateen aikana – ei sittenkään, vaikka suojaisin sen sateelta. Voin kuitenkin parantaa paidan kuivumisnopeutta huomattavasti laittamalla sen kuivauskaappiin. Miksi paita kuivuu nopeammin korkeassa lämpötilassa? Onko kuivauskaapissa vähemmän kosteutta? Lyhyt vastaus on, että ilma on suhteellisesti kuivempaa korkeammissa lämpötiloissa. Kuivauskaapissa on siis pienempi suhteellinen kosteus, joten puuvillapaita yrittää saavuttaa tasapainon ympäristön kanssa ja muuttuu vähitellen kuivemmaksi.

Suhteellinen kosteus on vesihöyryn paineen ja kylläisen höyryn paineen välinen suhde tietyssä lämpötilassa. Jos haluat lisätietoja suhteellisen kosteuden, siihen liittyvien suureiden ja monien muiden kosteusparametrien laskennasta, lataa muunnoskaavoja käsittelevät tekninen e-kirjamme.

Comment

Joseph Livne

09. Syys 2020
Thanks Joni. Beautiful article!

Kirjoita kommentti