Fisica tecnica - domande

Un impiego frequente degli scambiatori è quello per il recupero di calore

Al termine del processo di riscaldamento vi è quasi sempre una fase di

raffreddamento. Recuperando il calore che il flusso di processo deve cedere per

essere raffreddato fornendo energia ad un altro fluido di processo non ancora

scaldato (sezione di recupero). Il fluido di processo, riscaldato, ripassando nella

sezione di recupero (pre-raffreddandosi), pre-riscalda un'altra porzione del fluido

stesso. Poi prosegue il percorso nella sezione di raffreddamento dove il fluido di

processo viene raffreddato completamente da un fluido di servizio.

Per stabilire la convenienza del recupero di calore si traccia la

curva somma dell'ammortamento annuale dei costi di impianto

e quella dei costi di esercizio dimensione il recupero in

corrispondenza del minimo di questa curva

8) Descrivi il trasporto di calore per irraggiamento

La trasmissione di calore per irraggiamento si basa sulla propagazione di onde

elettromagnetiche provocate da diversi gradi di eccitazione dei componenti

elementari della materia. Esse si propagano anche nel vuoto, non necessitano di un

mezzo.

Le onde elettromagnetiche sono classificate in base a:

● velocità di propagazione (v nel vutoto è costante = v della luce costante)

● lunghezza d'onda λ

● periodo (tempo nel quale il fenomeno si ripete uguale)

● frequenza (numero di oscillazioni nell’ unità di tempo)

Lo spettro elettromagnetico racchiude una serie di onde elettromagnetiche in

funzione di un range di lunghezze d'onda. Le onde vengono categorizzate a seconda

della lunghezza d’onda. Quelle che interessano per il trasporto di calore sono: UV,

visibile e infrarossi.

A differenza della conduzione e convezione, nell'irraggiamento due corpi che si

guardano irradiano l'uno verso l'altro in funzione della loro temperatura e che

quindi il flusso di calore netto venga misurato come la differenza dei due flussi. Il

flusso di calore tende sempre a muoversi verso il corpo che ha temperature minori.

L'energia termica emessa da un corpo dipende dallo scambio di calore tra due corpi

che emettono una radiazione e che hanno una temperatura maggiore dello zero

assoluto. E’ definita come ENERGIA RAGGIANTE=emissività*cost boltzman*A*unità

di tempo.??????????

Quando l’energia raggiante raggiunge un corpo questa è in parte viene assorbita, in

parte riflessa e in parte emessa dal corpo a + r + t = 1

Si utilizzano dei corpi ideali per capire il comportamento dei corpi reali,

● corpo nero: assorbe tutta l’energia incidente a=1, ad ogni impatto energia

viene assorbita e una parte riflessa, è difficile che la radiazione riesca ad uscire

● corpo grigio: corpo reale, è caratterizzato da un coefficiente peggiorativo

(emissività), dice quanto il corpo reale si allontana dal corpo nero

E’ possibile anche distinguere corpi opachi da corpi trasparenti

● opachi: t=0 (tutto si assorbe e riflette)

● trasparenti r=a=0 (tutto si trasmette)

L’irraggiamento è definito grazie a tre leggi

1. legge di Plank esprime l’energia radiante emessa da un corpo nero per unità

di tempo superficie e lunghezza d’onda

2. legge di Stefan- Boltzmann è ottenuta integrando la legge di Plank, esprime

4,

l’emittanza totale di un corpo nero = sigma*T se vogliamo applicarlo ad un

4

corpo reale allora q(be)=emittanza*sigma*t

3. legge di Wien serve per conoscere la massima lunghezza d'onda per cui è

massima l'emittanza conoscendo T, più T è alta, più l’emittanza si avvicina al

-2

visibile T*λmax=0,2884*10 mK

Energia emessa da un corpo reale su un altro corpo dipende anche da due

resistenze:

● una resistenza superficiale mentre la resistenza superficiale è dato da

Quanta energia la superficie riesce assorbire e quanto riesce ad emettere

R=1-E/(AE)

● resistenza Spaziale è chiamata a fattore di vista e indica quanto un corpo

riesce a vedere perfettamente l'altro R=1/AF se F è unitario, tutta l’energia

emessa dal corpo 1 raggiunge il corpo 2

9) Descrivere il funzionamento della serra e le leggi fisiche coinvolte.

La serra è un corpo sia opaco che trasparente, quindi si lascia attraversare da

radiazioni ad una certa lunghezza d'onda della fascia del visibile.

Quando il raggio solare colpisce la Serra, solo le lunghezze d'onda che rientrano nel

visibile la attraversano, mentre quelle che rientrano le raggi uv e negli ultravioletti

vengono riflesse, a questo punto il raggio solare che è entrato all'interno della serra

entra in contatto e interagisce con il terreno e con le piante che, essendo corpi

opachi, assorbono parte della radiazione e parte viene riflessa questa radiazione

riflessa siccome si tratta di corpi che si trovano generalmente a 30 gradi la

radiazione riflessa e quindi emessa appartiene nella fascia dell’ UV, quindi non può

uscire al’esterno della serra, rimane all'interno dell'ambiente e quindi la

temperatura interna sarà maggiore dell’esterna

10)Descrivere i processi di umidificazione e di deumidificazione dell’aria.

Processo di riscaldamento sensibile (o raffreddamento sensibile) dell’aria umida

Questi processi avvengono senza sottrazione o addizione di acqua (x cost?).

L'elemento scaldante può essere costituito da una serpentina in cui scorre acqua

calda o da una resistenza elettrica, mentre quello refrigerante può essere costituito

da una serpentina in cui scorre acqua fredda, o dall'evaporatore di un impianto

frigorifero.

Durante il riscaldamento l’umidità relativa dell’aria diminuisce anche se l’umidità

specifica rimane costante (il contrario si verifica nel caso di raffreddamento). E’

questo il motivo per il quale, generalmente, un processo di riscaldamento è sempre

accompagnato da un processo di umidificazione, mentre un processo di

raffreddamento è sempre associato ad un processo di deumidificazione.

Raffreddamento con deumidificazione dell’aria umida

Nella maggior parte degli impianti di condizionamento estivo dell’aria si richiedono,

contemporaneamente, il raffreddamento e la deumidificazione dell’aria trattata.

Il contributo dell'entalpia del liquido al bilancio energetico è comunque quasi sempre

trascurabile. L'aria in uscita (condizioni 2) è satura e occorre generalmente un

successivo processo di riscaldamento sensibile per riportarla in condizioni di umidità

relativa gradevoli. Nel caso in cui si voglia deumidificare (ossia diminuire l’umidità

assoluta) occorre raffreddare oltre la temperatura di rugiada dell’aria che si sta

trattando. Se un’aria satura viene raffreddata, parte del vapore in essa contenuto

deve lasciare la miscela, sotto forma di condensa (acqua liquida) o di brina

(ghiaccio)

Processo di mescolamento adiabatico di due correnti d’aria umida

In questo processo si mescolano due correnti d’aria

umida senza apporto di energia dall'esterno. Il

processo è analogo a quello che avviene in uno

scambiatore di calore a miscelamento.

Quando due differenti flussi d’aria vengono miscelati

adiabaticamente (p=h=costante), il punto

rappresentativo della miscela sul diagramma

psicrometrico si trova sulla retta congiungente i due

punti originari 1 e 2 ed il rapporto tra le distanze 2-3

su 3-1 è pari al rapporto tra le portate G1 e G2

Processo di deumidificazione con by-pass

In realtà nel processo di raffreddamento con deumidificazione solo

una parte d’aria viene in contatto con la superficie raffreddante

subendo il processo 1-2. La rimanente parte dell’aria (aria

by-passata) non subisce alcuna trasformazione (rimane cioè nello

stato 1). Inoltre, alcune volte si può introdurre intenzionalmente un

circuito di by-pass esterno per evitare il successivo processo di

riscaldamento sensibile.

All’uscita della batteria di raffreddamento si avrà quindi un mescolamento tra l’aria nelle condizioni S (la

temperatura tS è la temperatura media della superficie della batteria) e l’aria nelle condizioni 1 che risulta

in una miscela nelle condizioni 2 (vedi secondo grafico). Si definisce fattore di bypass, F, il rapporto tra la

portata d’aria by-passata e quella totale: F=Vbp/Vtot.

Il calore sottratto all’aria umida serve in parte per raffreddarla (calore sensibile) ed in parte per

deumidificarla (calore latente).

Processo di raffreddamento per evaporazione diretta

Il solo raffreddamento dell’aria umida si può ottenere anche mediante evaporazione

di acqua in fase liquida. L’acqua per evaporare deve assorbire calore latente di

evaporazione dall’acqua stessa o dall’aria circostante.

Sia l’aria che l’acqua possono raffreddarsi durante il processo di evaporazione. Il

raffreddamento per evaporazione è un processo identico alla trasformazione di

saturazione adiabatica, eccetto per il fatto che non è detto che l’aria in uscita sia

satura. Per questo motivo il processo di raffreddamento per evaporazione viene

rappresentato sul diagramma psicrometrico come una linea a temperatura di bulbo

umido costante (ciò non è esatto se l’acqua viene spruzzata ad una temperatura

diversa da quella di uscita dell’aria). Dal momento che le linee a temperatura di

bulbo umido costante sono praticamente coincidenti con quelle ad entalpia costante,

si può assumere che anche l’entalpia durante questo processo rimanga costante.

Processo di riscaldamento con umidificazione

Nella maggior parte degli impianti di condizionamento invernale dell’aria si

richiedono, contemporaneamente, il riscaldamento e l’umidificazione dell’aria

trattata.

Questo processo è caratterizzato da un aumento di entalpia e di umidità specifica

dell’aria trattata. La temperatura finale di bulbo secco (T3) può essere minore,

uguale o maggiore di quella iniziale, a seconda del processo di umidificazione.

Se si introduce vapore surriscaldato nella sezione di umidificazione, si avrà

umidificazione (crescita dell’umidità) con contemporaneo riscaldamento. Se

l’umidificazione viene realizzata spruzzando acqua nella corrente d’aria, parte del

calore latente di evaporazione sarà sottratto all’aria che quindi si raffredda

La quantità di calore necessaria per il riscaldamento si calcola come ϕ = · ∆

Esistono due modi per umidificare:

● umidificare con acqua: si effettua inizialmente un preriscaldamento con

umidità assoluta costante attraverso l'utilizzo di uno scambiatore di calore a

scambio indiretto e acqua calda. Poi avviene l'umidifica