Climatizzazione e termofisica - Domande

Diagrammi di Trasformazione

(AU)massica x.Il diagramma Carrier consente di tracciare alcune trasformazioni solo in modo approssimato, mentre quello di Mollier o ASHRAE-AiCARR sempre in modo corretto.Il diagramma di Mollier solo apparentemente sembra adottare come coordinate indipendenti temperatura e umidità massica, così come il diagramma ASHRAE_AiCARR, che non è altro che lo stesso tipo di rappresentazione con assi ruotati di 90° in senso antiorario e quindi ribaltato rispetto all'asse verticale (in modo da avere le temperature crescenti da sinistra a destra). L'asse delle h non è ortogonale a quello delle X, ma è inclinato di un angolo β < 90° verso l'asse delle x, per poter distanziare tra loro le iso-umidità relative che altrimenti risulterebbero troppo vicine tra di loro e quindi poco leggibili. Durante la nostra trattazione abbiamo utilizzato il diagramma di ASHRAE-AiCARR:Tra le grandezze presenti all'interno del diagramma

psicrometrico abbiamo:

• Temperatura di bulbo secco; È la temperatura misurata da un comune termometro a bulbo. La misura di tale temperatura è assolutamente indipendente dall'umidità relativa (U.R.) dell'aria; sul diagramma psicrometrico la scala delle temperature a bulbo secco è indicata sull'asse orizzontale.
• Temperatura a bulbo umido; Dato un termometro il cui bulbo viene tenuto avvolto in una garza imbevuta d'acqua (bulbo umido), quando il bulbo viene investito dalla corrente d'aria, parte dell'acqua contenuta nella garza evapora sottraendo calore al mercurio del termometro: l'indicazione del termometro sarà quindi più bassa rispetto a quella che darebbe lo stesso termometro a bulbo asciutto. La temperatura a bulbo umido T è la temperatura dell'aria ambiente misurata dal termometro il cui bulbo è mantenuto umido dall'acqua della garza. Il termometro a bulbo umido misura la

Temperatura dell'aria ambiente quando essa viene resa saturasecondo un processo che avviene ad entalpia costante. Se sono note la temperatura di bulbosecco e la temperatura di bulbo umido risulta determinata l'umidità relativa. Sul diagrammapsicrometrico la temperatura è indicata sull'asse orizzontale.

Umidità specifica; indica quanti grammi di vapore acqueo sono presenti in ogni kg di aria secca. Suldiagramma psicrometrico l'umidità specifica è indicata sull'asse verticale posto sul lato destro.

Umidità relativa; La quantità di vapore acqueo che può essere contenuto in un kg di aria secca non è illimitata: oltre una certa quantità il vapore aggiunto condensa sotto forma di minute goccioline(effetto nebbia). Vale P/P che è = m/m . L'umidità relativa non è altro che la percentuale disat satvapore contenuto nell'aria in rapporto alla massima

La quantità in essa contenibile alla data temperatura. L'umidità relativa dell'aria è strettamente legata alla temperatura di bulbo secco: a parità di grammi di vapore acqueo contenuti nel kg di aria secca, l'umidità relativa aumenta al diminuire della temperatura. Sul diagramma psicrometrico l'umidità specifica è indicata dalle curve (100% curva più alta) - Temperatura di rugiada; La temperatura di rugiada è la temperatura alla quale l'aria raggiunge le condizioni di saturazione (U.R.=100%). Su ogni elemento (parete, superficie vetrata ecc...) che si trova ad una temperatura appena inferiore alla temperatura di rugiada si forma condensa (rugiada, appunto). La temperatura di rugiada è maggiore, a parità di temperatura a bulbo secco, al crescere dell'umidità relativa. Sul diagramma psicrometrico la temperatura di rugiada è indicata sull'asse orizzontale. - Volumespecifico; è il volume occupato dall'aria umida facendo come sempre riferimento al kg di aria secca. Sul diagramma il Volume specifico è indicato nelle rette ad inclinazione ripida.- Entalpia; è la grandezza termodinamica che indica il contenuto energetico di una sostanza alle date condizioni di temperatura, pressione ecc... Poiché nelle varie trasformazioni termodinamiche ciò che interessa è la variazione di entalpia dallo stato iniziale allo stato finale, si può fissare a un arbitrio uno stato termodinamico di riferimento al quale si fa corrispondere il valore di entalpia pari a zero. Si misura in chilocalorie su chilogrammo di aria secca (kcal/kg a.s.). Sul diagramma l'Entalpia specifica è indicata nella linea diagonale. L'entalpia della miscela aria umida è data dalla somma delle entalpie dei costituenti. L'entalpia è resa specifica dividendo per la massa del costituente che si conserva.

L'aria secca, in quanto la massa della miscela può variare per effetto della condensazione del vapore o la vaporizzazione di liquido:

Formula semplificata per il calcolo dell'entalpia specifica:

2) DESCRIVERE LE PRINCIPALI TRASFORMAZIONI TERMODINAMICHE DELL'ARIA UMIDA.

DESCRIVERE IL COSIDDETTO MODELLO DEL BY-PASS FACTOR

Per effettuare trasformazioni termodinamiche sul diagramma psicrometrico considero due stati termodinamici di un'aria umida, per andare da 1 a 2 non è sempre possibile o praticabile passare da uno stato ad un altro con una trasformazione semplice (linea retta); uno stato è raggiungibile da un altro stato con diverse sequenze di trasformazioni (trasformazioni composte), che non sono equivalenti nelle trasformazioni semplici che le compongono, ma solo tra gli stati iniziali e finali.

PRINCIPALI TRASFORMAZIONI:

Deumidificazione

La deumidificazione avviene per condensazione del vapore contenuto nell'aria umida, condensazione che non

avviene a temperatura costante perché l'acqua, sia liquida che aeriforme, essendo in equilibrio termico con l'aria secca, segue il raffreddamento dell'aria.

Riscaldamento sensibile

Raffreddamento sensibile

Raffreddamento con deumidificazione

Umidificazione senza saturazione

Miscelazione adiabatica

Modello di by-pass factor

3) SPIEGARE COME SI RICAVA E COS'È LA RETTA AMBIENTE (IN CONDIZIONI ESTIVE), EVIDENZIANDOLA SUL DIAGRAMMA PSICROMETRICO E DEFINENDO IL FATTORE DI BY-PASS PER LA BATTERIA (SEMPRE IN CONDIZIONI ESTIVE)

La retta ambiente è il luogo dei punti del piano che rappresentano una possibile soluzione, la cui pendenza è determinata dal coefficiente K, completamente determinato dalle condizioni al contorno.

Dividendo successivamente, termine a termine, l'equazione di bilancio energetico con quella di bilancio del vapore si elimina l'incognita m :(AS)

Nello specifico la climatizzazione estiva

È stato assunto sempre Q = m h

positivo se entrante. Nel caso di climatizzazione invernale si ha(H2O) (H2O)lpendenza negativa.All’interno del diagramma psicrometrico viene rappresentato nel seguente modo:Rappresentazione alternativa: permette di identificare la pendenza della retta ambiente nel diagrammapsicrometrico tramite la scala interna del goniometro, che però sappiamo essere una scala approssimata eche quindi non usiamo.BY-PASS FACTOR: considera un quantitativo di aria come aria che bypassa la batteria e non viene trattata.Quindi nel processo si produce una miscela tra aria trattata ed aria esternaθ θ .R ENon è uno scambiatore perfetto, quindi, ha un rendimento ε < 1.Il bypass è un fattore che rientra all’interno della batteria equivalente, che prende il posto del modello dellabatteria reale. La differenza sta nel fatto che la portata d’aria in ingresso alla batteria reale viene divisa indue parti non uguali, una passa attraverso la batteria

ideale (m ) e l'altra passa attraverso il bypassB(AS)(m ); a valle della batteria ideale le due portate di ricongiungono miscelandosi e producendo, in talBP(AS)modo, uno stato all'uscita identico a quello della batteria reale.

Proprietà in uscita dalla batteria

Introdotto il fattore di bypass

All'uscita si ha:

Si può poi verificare che

Se sono note le condizioni di input interne ed esterne e BF si può determinare R. se invece non conosco BF,progetto la batteria ponendo per esempio θ = 12°C e invertendo la formula ricavo X e BF.

R R4) DESCRIVERE LE TRASFORMAZIONI A CUI E' SOGGETTA UNA PORTATA DI ARIA UMIDA IN UNIMPIANTO A TUTT'ARIA PER RISCALDAMENTO CON UMIDIFICAZIONE AD ACQUA, RIPORTANDO LEPRINCIPALI EQUAZIONI DI BILANCIO E TRACCIANDO LE TRASFORMAZIONI SU UN DIAGRAMMAPSICROMETRICO. DISCUTERE I LIMITI TECNICI DEL PARZIALE RICIRCOLO DELL'ARIA DI ESPULSIONEE B: riscaldamento a umidità massica costante(batteria di

preriscaldamento aria-acqua calda), con B inizio saturazione adiabatica B S: saturazione adiabatica ideale a temperatura di bulbo umido costante B S’: umidificazione reale che non raggiunge mai la completa saturazione S’ I: post-riscaldamento a umidità massica costante, realizzabile in una batteria di riscaldamento aria-acqua calda.

La differenza fra X e X è dovuta alle persone e cose I Apresenti all’interno, quindi al carico latente.

Esiste un limite al ricircolo nel caso di impianto a tutt’aria con umidificazione a acqua liquida, ovvero che il punto di miscela M non può posizionarsi al di sopra della isoterma a bulbo umido corrispondente alla temperatura di saturazione θ. Nel caso in cui ci trovassimo nella situazione limite in cui M è esattamente Ssull’isoterma, allora si eliminerebbe il preriscaldamento, ma ciò è difficile da ottenere nelle condizioni reali poiché le condizioni esterne variano nel tempo.

Invece, se M si trovasse a destra della θ = θ labu S> X e occorrerebbe deumidificare allora.umidificazione avverrebbe con una X S’ INel caso invece di ricircolo con umidificazione a vapore, il limite consiste nel fatto che il punto di miscela Mnon può essere sopra la isoumidità massica X , perché in tal caso occorrerebbe deumidificare.I5) DESCRIVERE I PRINCIPALI CICLI DI TRATTAMENTO DELL’ARIA CHE POSSONO AVVENIRE IN UNAUNITA’ DI TRATTAMENTO DELL’ARIA (UTA)I principali cicli di trattamento dell’aria possono differenziarsi a seconda che la climatizzazione sia estiva oinvernale.La climatizzazione estiva può differenziarsi a seconda dell’impiantoImpianto a tutt’ariaNella quale si effettuano le trasformazioni necessarie dell’aria esterna (E) per portarla nelle condizioni, una potenza termica Q ed effettuaredesiderate (I). Per far ciò bisogna