Formulario fisica tecnica ambientale

SCAMBIATORI DI CALORE

SCAMBIATORE DI CALORE: apparecchiatura in cui si ha la trasmissione di calore da un fluido ad un altro, per contatto diretto o indiretto. In genere i 2 fluidi sono separati da 1 parete metallica, per cui lo scambio termico nel 1° fluido avviene per convezione, per conduzione attraverso la parete, e nel 2° fluido per convezione. Per poter scambiare grandi quantità di calore si opera con h/h elevati. Generalmente non avviene scambio termico per irraggiamento, a meno che non ci siano gas di combustione ad alta temperatura.

S.in EQUICORRENTE: scambiatori in cui i fluidi hanno forti differenze di temperatura all'ingresso, e minime in uscita.

S. CONTROCORRENTE: scambiatori in cui i fluidi hanno differenza di temperatura costante, e il fluido freddo può uscire a T maggiore di quella del fluido caldo in uscita. Questa configurazione termodinamica è superiore, avendo un salto termico minore dell'energia termica. → ΔT=cost Se m *c = m *ch Ph c

Pc ⊥;S. a FLUSSI INCROCIATI: scambiatori attraversato da flussi di fluidi
SCAMBIATORE a FASCIO TUBIERO: apparecchiatura in cui un fluido passa attraverso un fascio di tubi, nel volume libero tra i tubi e il mantello dello scambiatore.
SCAMBIATORI COMPATTI: scambiatori ad elevato rapporto tra superficie di scambio/volume;
CALORE SCAMBIATO Q=U*A*(T2-T1), con U=1/[(1/h1)+R+(1/h2)], R dipende dalla geometria e dalla conducibilità termica della parete di separazione. La potenza termica è f. della sezione considerata e della configurazione dello scambiatore. h1=hot; h2=cold;
CALORE GLOBALE SCAMBIATO Q =m *c *(T2-T1)= m *c *(T2-T1)=U*A*ΔT,TOT h1 Ph hi hu c1 Pc ci c2
per scambi di calore omogenei stazionari, superficie esterna della scambiatore adiabatica, eΔT = (ΔT1 ΔT2)/ln(ΔT1/ΔT2) trascurando gli scambi di en.cinetica, con T1 e T2 temperatura media logaritmica e c1 c2.specifico a pressione costante;
EFFICIENZA delloSCAMBIATOREε=Q/Q =(m *c )*(T -T )/(m *c )*(T -T ) = (m *c )*(T -T )/(m *c )*(T -T ),MAX h Ph hi hu min Pmin hi ci c Pc ci cu min Pmin hi cidove (m *c )=C capacità term.minima dei fluidi e Q=ε*C *(T -T ).min Pmin min min hi ciL'efficienza dello scambiatore è f. delle caratteristiche dei 2 fluidi, delle portate massiche, delleεcaratteristiche geometriche dello scambiatore e del moto dei fluidi; inv.prop. a C .minC = C =0lo scambiatore è un condensatore/evaporatore in cui 1 dei fluidi subisce 1min max →capacitàtrasformazione isoterma e isobara termica infinita. ∝NUMERO di TRASM. di CALORE NTU=U*A/C , NTU limite termodinamico scambiatore;minPSICOMETRIA APPLICATA ARIA : fluido costituito da azoto, ossigeno, altri gas, e umidità/vapore acqueo; l'aria che non contieneumidità è detta aria secca; R =0.287kJ/kg*K; PM=28,97 kg/mol*K;a ARIA UMIDA: aria che contiene una certa qtà diacqua sotto forma di vapore. Essa è caratterizzata da una certa T, X, h, T, bu, bs, d. _VAPORE: stato gassoso vicino alla regione di saturazione, che evidenzia condensazione a seguito di una trasformazione; R = 0.4615 kJ/kg*K; PM = 18.05 kg/mol*Kv. _{LEGGE di DALTON:} p = p1 + p2, se per Hp. si considera l'aria come un gas perfetto; i a [65,81-7066.27/(T+273.15)-5.976*ln(T+273.15)]p = e, valore tabellato; sat. _ENTALPIA: H = m1 * h1 + m2 * h2; a v per l'aria secca H(T=0°) = 0, h(T) = c * T = 1.005 * T; P per l'acqua liquida H(T=0°) = 0; per il vapore acqueo h = h1 + c * T, con h entalpia sp. di vaporizzazione; v0 P v0. _{UMIDITÀ ASSOLUTA o SPECIFICA:} X = m2 / m1 = 0.622 * p2 / p1 = 0.622 * p2 / (p1 - p2) = (0.622 * ϕ * p1) / (p1 - (ϕ * p1)): massa di vapore presente v a v a v % sat % sat→condensazione; nell'utà di aria secca. Se p1 = pv sat In condiz. di saturazione→X = (0.622 * p2 * T1) / (p1 - (p2 / T2)); X = [c * (T1 - T2) + X * (h1 - h2)] / (h1 - h2) U sat U sat U E P U E U vU l vE l.

ϕUMIDITÀ RELATIVA = m *100/m = p *100/p X*p/[p *(0.622+X)]: rapporto % fra la % v vsat v sat= satmassa di vapore acq. presente e la massima massa corrispondente alle condizioni si saturazione. Essa è il rapporto tra la pressione parziale del vapore e la pressione di saturazione, a T costante. Il valore dell'um.relativa influenza anche il livello di benessere termico (aria troppo secca/umida);

ϕ inv. prop. T .% a ϕTEMPERATURA di RUGIADA (DEW POINT) T (ϕ >50%)=T-[(100- )/5]: temperatura al did % %sotto della quale si verifica la condensazione, con aria raffreddata a (p =p );v sat TEMPERATURA di SATURAZIONE ADIABATICA: temperatura usata per determinare l'umidità relativa di una massa d'aria satura; EQ. di BILANCIO di MASSA dell'ARIA SECCA m =maU aE EQ. di BILANCIO di MASSA del VAPORE ACQUEO m *X m =m *X , con m massa liquida;aE 1+ l aU 2 l EQ.dell'ENERGIA Q=H -H -H =m *h - m *h - m *h , in 1 sistema aperto a flusso stazionario,U

E l aU U aE E l lcon ingresso ed uscita, imponiamo che la qtà di calore scambiato/lavoro scambiato sia = alla variaz.di entalpia. L'en.entrante = en.uscente.

ENTALPIA SPECIFICA TOTALE h(m)=h +X*h =c *T +X*h , somma dell'entalpia dell'aria seccaa v P a ve dell'entalpia di vapore acqueo, nota T U;

TEMPERATURA di BULBO UMIDO(appr. Euleriano) T : temperatura minima, misuratabuattraverso l'insufflaggio di una corrente d'aria non satura, su un termometro con il bulbo coperto dauna garza di cotone umida. L'aria fa evaporare l'acqua cedendo calore, e la temperatura diminuisce. Latemperatura di bulbo umido ≈ temperatura di saturazione adiabatica.

La TEMPERATURA di BULBO SECCO T è invece la temperatura d'aria in ingresso.bs

PSICROMETRO a FIONDA(appr. Lagrangiano): strumento rotante che permette la misurazionedella T dell'aria, mediante termometro umido.bu BENESSERE TERMO-IGROMETRICO

Si è soliti assumere una

Temperatura ideale di 20°C in inverno, e di 25°C in estate, con umidità relativa compresa tra 40% e 60%.

Metabolismo umano = Flusso termico scambiato con l'ambiente → BENESSERE;

Metabolismo umano > Flusso termico scambiato con l'ambiente → CALDO;

Metabolismo umano < Flusso termico scambiato con l'ambiente → FREDDO,

dove il Flusso termico scambiato è funzione dello scambio termico convettivo corpo-aria, del coefficiente di scambio termico e della temperatura ambiente.

B = 0 → BENESSERE;

BILANCIO TERMICO del CORPO B = M ± C ± R - E; se 2M = metabolismo, misurato in MET = 52.8 W/m potenza metabolica media; C = potenza termica scambiata per convezione; R = potenza termica scambiata per irradiazione; E = potenza termica scambiata per evaporazione; ϕB è quindi funzione di (T, u, T, , M, Iclo); a a r a%, con Iclo = indice adimensionale di abbigliamento compreso tra 0 e 4; con T = temperatura uniforme di un corpo nero che scambia con l'ambiente la quantità di

en.radianter corrispondente a 1 persona che occupa la stessa posizione nell'ambiente considerato;

VOTO MEDIO PREVISTO PMV: scala di valutazione del benessere termico del microclima, compresa tra +3 (molto caldo) a -3 (molto freddo); la zona di benessere/neutralità termica è compresa tra [-0.5;+0.5];

DEGRADO TERMO-IGROMETRICO (COND. SUPERFICIALE)

CARICHI IGROTERMICI: diffusione di pressione dell'aria, radiazione solare diretta/diffusa, scambio termico con l'ambiente esterno/interno, scambio di vapore con l'aria esterna/interna, pioggia/vento, acqua sotterranea → problemi di umidità di risalita/condensa/acqua meteorica;

CONDENSA: fenomeno di formazione di acqua liquida dovuta alla radiazione solare, agli agenti atmosferici, alla condensazione esterna, al rapporto pressione dell'aria/temperatura, all'interfaccia con il terreno, e ai materiali da costruzione.

CONDENSA SUPERFICIALE: condensazione/diffusione di vapore acqueo sul lato interno Δp dell'involucro.

dovuto alla differenza di pressione parziale tra interno/esterno (

), al contatto si vede il vapore con materiali a determinate temperature, e al grado di isolamento termico; a condizione superficiale ↔ la temperatura di superficie interna. Non si effettua verifica T > T dell'aria interna.

 TEMPERATURA della PARETE INTERNA a F.STAZIONARIO T = [T - (U/h) * (T - T_i)], essendo pi il flusso termico costante per tutti gli strati della parete, e con coefficiente di scambio termico della superficie interna h = (h_conv + h_rad).

 VERIFICA CONDENSA SUPERFICIALE: ϕ. Per determinare T, si devono conoscere T temperatura aria umida e %si calcola T = [T - (U/h) * (T - T_i)]; pi e ϕ dal diagramma Psicrometrico, si interseca T con la curva corrispondente a e, si proietta sulla curva %ϕ di = 100%; % → verifica si determina T T > T_d pi d; → ∃ se si verifica T < T_d CONDENSA SUPERFICIALE; pi d.

 SOLUZIONE della CONDENSA SUPERFICIALE: aumento dello spessore dell'isolante x, edi conseguenza, della resistenza termica R, conosciamo Q=U*(T -T ) e Rt=x/(λ *A) per conduzione, dove U è il coefficiente di trasmissione termica, T è la temperatura esterna, T è la temperatura interna, x è lo spessore del materiale, λ è la conducibilità termica del materiale e A è l'area di scambio termico. Per convezione, abbiamo Q=h *(T -T ) e Rt=1/(h*A), dove h è il coefficiente di scambio termico per convezione. Possiamo ricavare U=h *(T -T )/(T -T ) e U ∄ponendo T =T =h *(T -T )/(T -T ), a cui corrisponde un R =1/U per la conduzione. Nel caso in cui la resistenza termica aggiuntiva sia R =(R -R )=x/λ, lo spessore sarà x= R *λ. Per quanto riguarda il degrado termo-igrometrico, la condensa interstiziale si verifica quando c'è una diffusione di vapore acqueo all'interno dell'involucro, causata dalla differenza di temperatura, umidità relativa e pressione. Il fenomeno si verifica nel verso delle pressioni decrescenti, lungo lo spessore x della parete. Si verifica generalmente d'inverno, quando ci sono considerevoli differenze tra la temperatura interna ed esterna. Se all'interno della parete, in qualche punto, risulta p =p, si verifica la condensa.INTERSTIZIALE sullev satsuperfici verticali isoterme corrispondenti e nella fascia di parete tra esse comprese.Questo fenomeno è possibile anche in assenza di condensa superficiale.
 LEGGE di FICK della PORTATA di VAPORE ACQUEO
∑(1/M )+(1/βe)]*(p )=∑(1/Mg =[(1/β )+ -p )*(p -p )=(p -p )/Rv vi ve vi j vi ve j vi ve
La determinazione del flusso di diffusione di vapore all'interno di un solido può essere espressa intermini di diff.di pressione, che si instaura a causa delle variaz.di temp