Fisica Tecnica - Psicrometria

Psicometria

• Processi termodinamici dell'aria umida
• Principi di condizionamento

La psicrometria è la branca della termodinamica che studia l'aria umida ovvero una miscela di aria secca e vapore acqueo.

L'aria umida non è una composizione fissa. Varia infatti per scopo della psicrometria è quello di determinare lo stato termodinamico di un sistema miscela gas-vapore (aria umida).

Assumiamo che la miscela sia ideale, ovvero composta da gas ideali. Cioè il parametro che l'intera miscela come un gas ideale. Quali e quante variabili di stato ci servono per determinare lo stato termodinamico di una miscela? Applichiamo la regola delle fasi di Gibbs:

V = C - F + 2

C = N ⇒ sono contenuti in una miscela di N componenti

F = 1 ⇒ Abbiamo solo la fase cheorme

⇒ V = N - 1 + 2 : N + 1

Lo stato termodinamico di un sistema miscela gas-vapore è caratterizzato da N + 1 variabili indipendenti. Per aiutare a studiare questo sistema, facciamo le seguenti ipotesi semplificative: si sono trascurabili il volume (ovvero il volume proprio occupato dalle molecole dei gas ideali che costituiscono la miscela), le forze repulsive e le forze di attrazione molecolare, e dove la temperatura è sufficientemente elevata e la pressione bassa da ritenerla "gas rarefetto". In queste condizioni la miscela si comporta da gas ideale:

pV = mR_tT

U = U(T)

H = H(T)

Psicrometria

Consideriamo una particolare miscela di gas: l'aria umida. Trattiamo questa miscela come un gas ideale. L'aria umida è una miscela di aria secca e vapore di acqua.

Sappiamo che le due specie di una miscela di gas che si trattiamo come se avessero una composizione costante e indipendente dal tempo:

• 78% N₂
• 21% O₂
• 1% O₃, CO₂

M_a = 28.97 kg/kmol

R_a = R/M_a = 287 J/kg·K

Indico per quanto riguarda il componente vapore acqueo:

M_v = 18 kg/kmol

R_v = R/M_ve = 461.5 J/kg·K

Determiniano adesso lo stato termodinamico della miscela aria umida.

Regola delle Fasi:

V = C - F + 2

V = N + 1 = 3

Lo stato è determinato da 3 variabili intensive indipendenti

dell'entalpia che ci è utile per poter tabulare la tabella termodinamica delle ore umide.

Per determinare lo stato termodinamico dell'aria umida, dovremo misurare la pressione, la temperatura a bulbo secco e la temperatura a bulbo umido. Quest'ultimo determina lo stato dell'aria umida poiché individuando l'irresazione ci dice quanto vale uno 3 parametri di stato (l'entalpia).

Diagrammi Psicrometrici

I diagrammi psicrometrici sono i diagrammi termodinamici dell'aria umida. Ne esistono 2 tipi: Diagramma di Mollier (usato in Europa) e Diagramma ASHRAE (usato in America). Il diagramma di Mollier è fatto con piano h-x, mentre il diagramma ASHRAE è fatto col piano t-x da persona in entrambi i casi e fissato e 1 atm.

• Diagramma di Mollier

  È un diagramma ad assi inclinati h-x. L'unità assoluta è sull'asse delle ordinate e l'entalpia sta in quelle rette in gradiati (vedi figure).

  L'umidità relativa Non si legge linearmente e X del rapporto sta su un fascio di curve che va dall'5% fino al 100% cioè fino al luogo dei punti da saturazione il valore dalla temperatura e del contenuto di umidità assoluta. In piano il edificio del diagramma non esiste. Il diagramma di Mollier è risultato proprio delle relazioni che abbiamo ottenuto per h(x,T), v(x,T) id(p,T).

  Conosciuti 2 grammatici (ad es. h,x p,m) ci

Osserviamo che se opero un processo di umidificazione con acqua nebulizzata l’aria si raffredda ma se opero un processo di umidificazione con vapori non si verifica un abbassamento della temperatura dell’aria.

Impianti di Condizionamento

Gli impianti di climatizzazione oltre a garantire l’abbattimento del carico termico latente (per mantenere l’aria all'interno dell’ambiente nelle condizioni di comfort richieste secondo normativa: una pressione minima dei vapore (aus fisiologiche) e di rumore che venga calcolata un rapporto di volume dell’ambiente da climatizzare V, l’aria all’interno di un ambiente confinato è soggetta a un processo di inquinamento se non si forniscono ricambi d’aria sufficienti (si può dire viziata). Il cambio d’aria può essere fatto immettendo aria nell’ambiente e estraendo aria dall'ambiente così facendo si genera un flusso d’aria climatizzata che circola tra l’ambiente e l’esterno. L’ambiente che vogliamo climatizzare si deve mantenere in condizioni di comfort di progetto alla temperatura t_A e all'umidità relativa φ_A.

Questo sistema riceve un carico termico totale che è dato dalla somma di un carico termico sensibile (provocato da carico termico es. di temp.) e di un carico termico latente (relativo all’immissione o alle estrazioni di vapori nell’ambiente).

Carico termico sensibile:

Q̇_S = ∑ Q̇_Sw

Carico termico latente:

Q̇_L = ∑ ṁ_w h_v

Carico termico totale:

Q̇_tot = Q̇_S + Q̇_L

Condizionamento Invernale senza Ricircolo

Si specificano in ambiente una temperatura T_A di 20-21°C e un'umidità relativa φ pari al 50%. Nel condizionamento invernale i bilanci energetici sono gli stessi che abbiamo nel condizionamento estivo, ma il carico termico totale Q_tot lo dovremo considerare col suo segno algebrico (in genere negativo).

Il punto B si trova a una Temp inferiore rispetto a quella dovuta all'interno dell'ambiente (punto A). Ci dobbiamo portare al punto I che sta sulla retta ambiente β. La temperatura T_s al punto d'immissione non deve essere superiore a 10-15°C rispetto alla T_A del punto A (condizione limite di progetto = ΔT ammissibile pari a 10-13°C).

• Tratto E-M: pre-riscaldamento (sensibile)
• M-N: umidificatore (a vapore)
• N-I: post-riscaldamento (sensibile)

Le linee tratte fatte con delle freccette indicano che è una trasformazione che implica quasi il tratto M-N non è stato previsto a questo punto dell'insieme.