وقتی صحبت از دمای نقطه شبنم می‌شود، ملموس‌ترین مثال قطرات آب سحرگاهی بر روی گیاهان یا سطوح هستند. بدون شک از جمله مواردی که همه ما بارها و بارها با آن مواجه شدیم، مشاهده قطرات آب بر روی فلز، شیشه، پنجره، سطوح مختلف، سنگ و حتی گیاهان در اوایل صبح است. آیا تا به حال به موضوع فکر کرده اید که دلیل به وجود آمدن این قطرات بر روی سطوح مختلف در اوایل صبح چیست؟ به نظر شما این کمیت چه اهمیت و تاثیری در زندگی و حتی فعالیت‌های صنعتی و تولیدی دارد؟
در این محتوا قصد داریم تا در مورد نقطه شبنم، نحوه اندازه گیری دمای آن و همچنین اهمیت و کاربرد آن در صنایع مختلف صحبت کنیم. شناخت کامل و دقیق این دما تاثیر بسیار بزرگ و شایانی در طراحی و استفاده از سیستم‌های مختلف صنعتی نظیر سیستم‌های هوای فشرده، تهویه مطبوع و… دارد. آگاهی نسبت به این نقطه و نحوه اندازه گیری آن یکی از الزامات و پارامترهای مهم در بخش‌های مختلف تولیدی و صنعتی است. بدین صورت که تما‌می مهندسین و طراحانی که در کار خود به نحوی با رطوبت سروکار دارند، باید نسبت به آن اطلاعات کافی داشته باشند. برای کسب اطلاعات تخصصی تر پیرامون این پارامتر می‌توانید پیشنهاد میکنیم مجموعه آموزش حرارت و سیالات فرادرس را دریافت کنید.
نقطه شبنم و شرایط به وجود آمدن آن
پیش از آنکه در مورد دمای نقطه شبنم صحبت کنیم، ابتدا خود این نقطه و تعریف آن را برایتان بیان میکنیم. نقطه شبنم یا همان dew point به دمایی گفته می‌شود که هوا در آن به حالت اشباع می‌رسد، بدین صورت که همراه با کاهش دما و یا به طور کلی سرد شدن هوا و محیط در یک فشار ثابت، به شرایطی می‌رسیم که دما با بخار آب اشباع می‌شود. نتیجه این کاهش دما ایجاد یک حالت تعادل بین بخار هوا و همچنین آبی که به دلیل سرما از معیان بخار حاصل شده است.
در یک توضیح ساده تر، نقطه شبنم هنگا‌می است که هوای گرم با یک سطح سرد مانند سطح شیشه، سنگ، سطوح مختلف فلزی، برگ گیاهان و… برخورد کرده و به حالت میعان در آید. در نتیجه این برخورد پدید آمدن قطره بر روی سطح مورد نظر را داریم. این نقطه تنها در فضای بیرون و خارج از منزل نیست، بلکه حتی در داخل منازل شاهد پدید آمدن شبنم بر روی سطوح مختلف مانند قوطی‌های سرد آب، نوشابه، دوغ و… هستیم. بدین صورت که این مواد با قرار گرفتن در داخل یخچال به دمای پایینی می‌رسند، پس از آن با خارج شدن از یخچال و قرار گیری در معرض هوای محیط با دمایی نسبتا بالاتر، در شرایطی مشابه با تشکیل نقطه شبنم قرار می‌گیرند و شاهد تشکیل قطرات بر روی سطح این اجسام خواهیم بود.
دقت داشته باشید که مهمترین و اصلی ترین عامل برای رسیدن به نقطه شبنم یا همان ایجاد قطرات بر روی سطوح، تغییر و کاهش دما بدون هیچ گونه تغییر در فشار و رطوبت محیط است.
دمای نقطه شبنم (Td) چیست و چگونه اندازه‌گیری می‌شود؟
پس از آنکه دانستیم نقطه شبنم چیست، به دمای این نقطه می‌رسیم. این دما که با حرف اختصاری Td نمایش داده می‌شود، دمایی است که تا آن درجه هوای مرطوب باید سرد شود تا نسبت به آب به حد اشباع برسد. دقت کنید که در این تغییر دما، فشار و رطوبت باید ثابت بماند و هیچگونه تغییری در بخار آب، نظیر اضافه یا کم شدن آن، نداشته باشیم. در یک توضیح ساده یعنی اختلاف هوا و نسبت آن عددی ثابت باشد.
برای محاسبه دمای این نقطه فرمول و راه حل‌های مختلفی ارائه شده است، یکی از رایج ترین راه‌ها در سال ۲۰۱۵ و در تحقیقاتی بیان شد که به کمک این رابطه می‌توان دمای نقطه شبنم را محاسبه کرد.
برای محاسبه دما نقطه شبنم داریم:
Td= T-((100-RH)/5)
در این فرمول Tدما محیط، RH رطوبت نسبی هوا هستند. البته فرم اصلی این فرمول به شکل زیر است که در آن با جاگذاری a = 17.62 و b = 243.12 به معادله ساده شده بالا می رسیم.
f(T,RH) = ln(RH/100) + aT/(b+T) .
روش‌های مختلف اندازه‌گیری دمای نقطه شبنم
آزمایشی ساده و ابتدایی برای اندازه‌گیری دمای نقطه شبنم
برای اندازه گیری دمای این نقطه یک روش و آزمایش ابتدایی وجود دارد. در این آزمایش به یک ظرفی که دارای جداره خارجی کاملا صاف و صیقلی باشد، نیاز داریم. درون این ظرف مخلوط آب و یخ ریخته و آن را در تماس با هوای محیط قرار می‌دهیم. پس از گذشت زمانی کوتاه، شاهد آنیم که بر روی جداره خارجی ظرف، قطرات آب به صورت مایع تشکیل می‌شوند. این قطرات همان شبنم هستند. در ادامه دمای آب را به کمک دماسنج اندازه می‌گیریم که این دما، همان دمای نقطه شبنم یا دمای درجه اشباع است. البته برای رسیدن به این دما، به داشتن فشار هوای مرطوب و نسبت اختلاط‌های ثابتی نیاز است.
محاسبه دمای نقطه شبنم به کمک دستگاه
اما برای محاسبه این نقطه شبنم به طور عملی، از دستگاه‌ها و شاخص‌های مختلف استفاده می‌شود، چرا که در عمل و امور صنعتی محاسبه سریع و دقیق این نقطه حائز اهمیت است و روش‌های سنتی و ساده درصد خطای بالایی دارند. یکی از این شاخص‌ها، دستگاه‌های رطوبت سنج هستند که از دو دماسنج تشکیل شده اند. وظیفه این دماسنج‌ها اندازه گیری رطوبت و دمای هوا است که معمولاً این دستگاه را در آزمایشگاه می‌توان یافت. دستگاه فوق دو پارامتر رطوبت و دما را در اخیار ما قرار می‌دهد، اما برای محاسبه خود دمای نقطه شبنم به جاگذاری در فرمول یا استفاده از جدول نیاز داریم. این جدول به جدول محاسبه نقطه شبنم معروف است. با اندازه گیری رطوبت و دمای محیط و یافتن آن در جدول، می‌توان به نقطه مورد نظر رسید.
روش دیگر که برای محاسبه دقیق این نقطه در صنعت و ساختمان به کار می‌رود، استفاده از دستگاه‌های الکترونیکی با نام نقطه شبنم سنج و یا dew point meter است. این دستگاه‌های الکترونیکی دارای یک صفحه نمایش دیجیتال هستند که بر روی آن عواملی نظیر هوای نسبی و رطوبت نسبی دما نشان داده می‌شود. کار با این دستگاه بسیار راحت بوده و حمل آن نیز آسان است. برخی از مدل‌های پیشرفته دیوپویت متر، نقطه شبم را به طور محاسبه شده نیز در اختیار افراد قرار می‌دهد . برخی از نشانگرهای حرارت نیز خود دارای صفحه نمایشی به منظور نشان دادن نقطه شبنم هستند. البته نظارت بر این نقطه در مراکز بزرگ و پیشرفته به کمک سنسور‌های خاص تعبیه شده در محیط صورت می‌گیرد.
اندازه گیری دمای نقطه شبنم چه اهمیتی دارد؟
تا این قسمت در مورد نقطه شبنم و نحوه اندازه گیری آن صحبت کردیم، اکنون به این موضوع می‌پردازیم که اندازه گیری این دما چه اهمیتی دارد؟ نقطه شبنم و اندازه‌گیری دمای آن یکی از پارامترهای بسیار مهم در صنایع مختلف هستند. این دما در بسیاری از بخش‌های تولیدی و صنعتی و ساخت و ساز کاربرد دارد. در هر صنعت، مقدار زیادی هوای مرطوب و فشرده وجود دارد که حجم زیادی از انرژی مورد نیاز را از آن خود می‌کند. با محاسبه و کنترل این هوا می‌توان در مصرف انرژی صرفه جویی و همچنین از خشگی بیش از حد محصولات و یا تجهیزات جلوگیری کرد.
تجهیزات صنعتی
یکی از مواردی که نقطه شبنم تاثیر بسیاری بر آن دارد، سیستم‌ها تجهیزات صنعتی هستند. اگر کارخانه‌ای تولیدات خود را کاهش دهد، برای جلوگیری از خوردگی دستگاه‌ها باید دمای نقطه اسید شبنم را محاسبه کرده و گرما را متناسب با آن کنترل کنند. همانطور که می‌دانید، اسید سبب خوردگی فلزات و دستگاه‌ها می‌شود، این خوردگی آسیب و ضرر‌های بسیاری را به همراه می‌آورد. در نتیجه تما‌می پالایشگاه‌ها و کارخانه‌ها برای کارایی مطلوب و ایمنی بالاتر باید دما و نقاط شبنم را محاسبه کنند. این چالش خوردگی در تصفیه خانه‌های آب و فاضلاب، پالایشگاه‌ها و… بسیار حائز اهمیت است. همچنین نقطه شبنم و تراکم هوای تحت فشار مشکلاتی نظیر انسداد لوله ها، خرابی ماشین آلات، آلودگی و یخ زدگی و… را نیز به همراه دارد.
صنعت ساخت و ساز
دیگر کاربرد و اهمیت اندازه گیری دمای نقطه شبنم در صنعت ساخت و ساز است. این نقطه در ساخت و سازهای ساختمانی یک مرحله بسیار مهم به شمار می‌آید که محاسبه آن برای انجام و توسعه پروژه ضروری است. با محاسبه نقطه فوق امکان اندازه گیری تراکم هوا در بخش داخلی خانه و اتاق وجود دارد که در ادامه می‌توان برای دوام و مقاومت بیشتر آن ساختمان و سازه اقدام داشت. به طور کلی تما‌می دیوار‌ها برای خود دارای رطوبت خاصی هستند، این رطوبت‌ها با توجه به مواد به کار رفته داخل دیوار و کیفیت عایق به کار رفته برای حرارت و…. متفاوت است. در داخل یک واحد مسکونی و یا اتاق، دما نقطه شبنم به دو عامل رطوبت اتاق و درجه حرارت آن بستگی دارد، در نتیجه با محاسبه این دو عامل می‌توان به دما نقطه شبنم در اتاق رسید. البته امروزه با توجه به دستگاه‌های دیجیتال و بدون نیاز به محاسبات دستی می‌توان این دما را پیدا کرد.
مهمترین عوامل موثر در نقطه شبنم و اندازه‌گیری آن، دمای داخلی و خارجی، آب و هوا، رطوبت داخلی و خارجی و … هستند که بر روی شرایط زندگی، دستگاه‌های گرمایشی و سرمایشی و نوع آن‌ها، تهویه و کیفیت عملکرد آن، ضخامت دیوار، مواد و متریال به کار رفته در دیوار، سقف و کف و… تاثیر می‌گذارند. البته امروزه نوعی از دیوارهای کاملا عایق تولید شده‌اند که در مقابل نفوذ رطوبت مقاوم هستند.
دیگر کاربرد‌ها
از دیگر کاربردهای محاسبه دمای نقطه شبنم، در بخش هواشناسی و پیش‌بینی هوا است. با محاسبه این دما و رطوبت و دیگر موارد می‌توان به پیش بینی هوا، احتمال بارش باران و برف و… رسید. همچنین محاسبه این دما و کنترل آن در خطوط بسته بندی در صنعت غذا و نوشیدنی حائز اهمیت است. هوای تمیز و خشک برای حفظ بهداشت و حفظ کیفیت محصول نهایی ضروری است و وجود رطوبت در بسته‌بندی این محصولات فرآیند اکسایش و تخریب را به همراه می‌آورد.
نکات جانبی پیرامون دمای نقطه شبنم
در صورتی که نقطه شبنم به ۶۰ درجه برسد، به هوای بارانی می‌رسیم. دلیل آن هم حضور رطوبت بالای منطقه است بدین صورت که رطوبت بیشتری به جو اضافه می‌شود و در ادامه شاهد ریزش قطرات باران بر روی زمین خواهیم بود. نقطه شبنم زمان خاصی ندارد و در هر ساعت از شبانه روز امکان اتفاق افتادن آن است که آن هم بستگی به دمای هوا و رطوبت دارد، اما به احتمال زیاد تما‌می شب‌ها شاهد بروز نقطه شبنم خواهیم بود. یکی سوالات اصلی افراد در محاسبات و اندازه گیری‌ها، تفاوت بین رطوبت و نقطه شبنم است. همانطور که گفتیم نقطه شبنم یا دمای آن به دمایی گفته می‌شود که در یک فشار ثابت، هوا خنک شده تا رطوبت نسبی آن به ۱۰۰ درصد برسد. پس برای رسیدن به این درصد باید دمایی که شبنم در آن تشکیل شده و رطوبت برابر باشند. در رطوبت نسبی ۶۰ درصد با دمای ۸۰ درجه و نقطه شبنم ۶۵ درجه، یک حالت رطوبت و چسبندگی بدر محیط داریم که سبب تعریق و سختی فعالیت می‌شود. مانند مناطقی که در مجاورت دریا‌ها هستند و دارای هوای شرجی می‌باشند. فعالیت شدید در این وضعیت جوی برای افراد مسن و یا کسانی که دارای بیماری و ضعف بدنی هستند مناسب نیست.
کلام آخر در مورد دمای نقطه شبنم
دمای نقطه شبنم یکی از پارامترهای بسیار مهم در اندازه گیری‌های مختلف و صنایع است. اندازه گیری این دما برای پیش‌بینی وضعیت جوی و برنامه‌های هواشناسی، محاسبه رطوبت و دما محیط، جلوگیری از خوردگی دستگاه‌های صنعتی و …. بسیار حائز اهمیت است. برای محاسبه خانگی و ساده این دما، به اندازه گیری دو پارامتر رطوبت نسبی هوا و دما نیاز داریم که با جایگذاری در فرمول به دست آمده می‌توان به این نقطه رسید. در صنایع از دستگاه‌های پیشرفته برای این کاراستفاده می‌شود، این دستگاه‌ها که با نام نقطه شبنم سنج یا دیپوینت متر معروف هستند، به طور دیجیتال به اندازه گیری نقطه شبنم و دمای آن می‌پردازند.
نحوه محاسبه این دما و نکات علمی پیرامون آن در علوم مختلف و دروس دانشگاهی نظیر مهندسی، صنعتی و… تدریس می‌شود و دانشجویان به طور کامل با این دما و محاسبه آن آشنایی دارند. همچنین برای کسب اطلاعات بیشتر و فهم دقیق تر نقطه شبنم می‌توانید از آموزش‌های متنوع فرادرس کمک بگیرید، این آموزش‌ها توسط مدرسین برتر آماده شده‌اند که به بیان‌های مختلف به توضیح نقطه شبنم، محاسبه دمای آن و همچنین کاربردهای آن می‌پردازند.
نظرات