Aria umida

Termodinamica dell'aria umida

Sistema termodinamico a più componenti e una sola fase

La miscela di aria secca e vapore acqueo riguarda i settori:

• Climatizzazione
• Processi di essiccazione
• Compressione dell'aria
• Meteorologia

Ipotesi fondamentali

• L'aria secca viene considerata come un solo componente.
• L'acqua può essere presente in parte in fase liquida e in parte vapore.
• Considerata una miscela di due gas perfetti.
• Nessun componente dell'aria si suppone solubile nelle fasi condensate dell’acqua.
• Vale la legge di Dalton.

Aria secca

L'aria secca è una miscela di diversi gas, in prevalenza azoto ed ossigeno. In pratica, la trattiamo come un gas perfetto:

p_av_a = R_aT

dove

R_a = R₀ / M_a = 287 J/kgK

M_a = 29

v_a = V/m_a

v_a,N = 0,773 m³/kg

ρ_a,N = 1,3 kg/m³

c_p = 1,005 kJ/kgK

Il volume specifico in condizioni normali (0°C e 1 atm) è: Il calore specifico c_p può essere considerato costante nel campo di temperatura tra -10°C e +50°C.

Miscela di gas

Per determinare le proprietà di una miscela di gas, è necessario conoscere sia la sua composizione sia le proprietà dei suoi componenti. Per individuare la composizione di una miscela, si indica il numero di moli di ciascun componente (analisi molare) o la massa di ciascun componente (analisi gravimetrica).

Per una miscela costituita da n componenti, la massa della miscela m_m è pari alla somma delle masse dei singoli componenti e il numero di moli della miscela N_m è pari alla somma dei numeri di moli dei singoli componenti.

Il rapporto tra la massa di un componente e la massa complessiva della miscela è chiamata frazione massica x_i, mentre quello fra il numero di moli di un componente e il numero di moli complessivo è chiamato frazione molare y_i.

Se i gas che compongono la miscela possono essere considerati come gas perfetti, il loro comportamento p-v-T si basa sulle seguenti due leggi:

• La legge di Amagat (o della somma dei volumi): il volume di una miscela di gas perfetti è uguale alla somma dei volumi che ognuno dei gas costituenti occuperebbe da solo nelle stesse condizioni di pressione e temperatura della miscela.
• La legge di Dalton (o della somma delle pressioni): la pressione di una miscela di gas perfetti è uguale alla somma delle pressioni che ognuno dei gas costituenti avrebbe da solo nelle stesse condizioni di volume e temperatura della miscela.

Miscela di aria-vapore

Nel caso dell'aria umida atmosferica si ha una miscela di aria secca e vapore acqueo.

Il vapore acqueo, data la sua bassa pressione parziale, può essere considerato un gas perfetto.

La pressione totale p della miscela è la somma delle pressioni parziali p_a dell'aria secca e p_v del vapore, con p_a/p = y_a = frazione molare dell'aria e p_v/p = y_v = frazione molare del vapore.

La concentrazione di vapore è limitata superiormente dal valore della pressione di saturazione p_v,s alla temperatura T.

Pressione di saturazione dell'acqua