TERMODINAMICA E TERMOFLUIDODINAMICA. Cap. 13 LA TERMODINAMICA DELL ARIA UMIDA

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1 TERMODINAMICA E TERMOFLUIDODINAMICA Cp. 13 LA TERMODINAMICA DELL ARIA UMIDA T bu T ARIA UMIDA gocce d cqu liquid (rugid) T<T R G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 1

2 Cp. 12 L terodinic dell ri uid Indice 1. L ri uid 1.1 Miscele ri-pore 1.2 Pretri crtteristici dell ri uid: l uidità 1.3 Pretri crtteristici dell ri uid: l tepertur 1.4 Pretri crtteristici dell ri uid: l entlpi 2. Il digr psicroetrico 3. I trttenti dell ri uid 3.1 Riscldento sensibile 3.2 Rffreddento sensibile 3.3 Rffreddento con deuidificzione 3.4 Sturzione dibtic 3.5 Miscelzione dibtic 3.6 Esepio di trtttento estio dell ri uid 3.7 Esepio di trttento inernle dell ri uid G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 2

3 L ri uid Ari tosferic (ARIA UMIDA): iscel di ri secc e pore cqueo (uidità) ARIA SECCA: iscel di diersi gs, in prelenz zoto ed ossigeno N 2 O 2 Ar CO 2 Altri % in olue 78,09 20,89 0,93 0,03 0,06 % in peso 75,45 23,21 1,29 0,04 0,01 In prtic, l trttio coe un gs perfetto: R0 J R = = 287 M kgk pv = RT p = RT doe Il olue specifico in condizioni norli (0 C e 1 t) è: 3 N, = 0,773 kg M kg = kol oero ρ N, 3 = V kg = 1, 3 Il clore specifico c p può essere considerto costnte nel cpo di tepertur tr -10 C e +50 C : c p kj = 1, 005 kgk G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 3

4 Miscele di gs Per deterinre le proprietà di un iscel di gs, è necessrio conoscere si l su coposizione si le proprietà dei suoi coponenti. Per indiidure l coposizione di un iscel o si indic il nuero di oli di ciscun coponente (nlisi olre), o si indic l ss di ciscun coponente (nlisi grietric). Per un iscel costituit d n coponenti, l ss dell iscel è pri ll so delle sse dei singoli coponenti e il nuero di oli dell iscel N è pri ll so dei nueri di oli dei singoli coponenti N n = i= 1 n i= 1 i = N i Il rpporto tr l ss di un coponente e l ss coplessi dell iscel è chit frzione ssic x i, entre quello fr il nuero di oli di un coponente e il nuero di oli coplessio è chito frzione olre y i x y i i = N = N i i n i= 1 n i= 1 x y i i = 1 = 1 G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 4

5 Miscele di gs Se i gs che copongono l iscel possono essere considerti coe gs perfetti, il loro coportento p--t si bs sulle seguenti due leggi: L legge di Agt (o dell so dei olui) Il olue di un iscel di gs perfetti è ugule ll so dei olui che ognuno dei gs costituenti occuperebbe d solo nelle stesse condizioni di pressione e tepertur dell iscel L legge di Dlton (o dell so delle pressioni) L pressione di un iscel di gs perfetti è ugule ll so delle pressioni che ognuno dei gs costituenti rebbe se d solo fosse nelle stesse condizioni di olue e tepertur dell iscel doe N V = Vi( T, p) p = i(, ) i= 1 p T V i= 1 doe V i = olue przile del coponente i p i = pressione przile del del coponente i N N R T R T V N R T R T p y N N y N N i 0 0 i i 0 0 i i = = i = i = = i = N p p V N V V p G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 5

6 Miscele ri-pore Nel cso dell ri uid tosferic si h un iscel ri secc + pore cqueo Vpore cqueo: dt l su bss pressione przile, può essere considerto un gs perfetto p 0 = R T doe R R J = = 462 M kgk M kg = 18,012 kol = V Miscel ri-pore: l pressione totle p dell iscel è l so delle pressioni przili p dell ri secc e p del pore p = p + p con p /p = y = frzione olre dell ri p /p = y = frzione olre del pore y + y = 1 L concentrzione di pore è liitt superiorente dl lore dell pressione di sturzione p,s ll tepertur T y = p p,x s, G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 6

7 T ( C) 0, p st (kp) 0,611 0,813 0,872 0,935 1,072 1,228 1,312 1,402 1,497 1,598 Pressione di sturzione dell cqu 7066, 27 Pst = exp 65,81 5,976 ln( T) P T T ( C) p st (kp) 1,705 1,818 1,938 2,064 2,198 2,339 2,487 2,645 2,810 2,985 T ( C) p st (kp) 3,169 3,363 3,567 3,782 4,008 4,246 4,496 4,759 5,034 5,324 [ ] T ( C) p st (kp) 5,628 5,947 6,632 7,384 9,593 12, , G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 7

8 Pretri igroetrici dell ri uid UMIDITA SPECIFICA (o titolo dell ri uid) x = Rpporto tr l ss di pore cqueo e l ss di ri secc contenute nello stesso olue V x V RT p R p 287 p p = = = = = = = 0,622 V RT R p 462 p p p Oiente x è diensionle, generlente iene espresso in gri di pore cqueo per kilogro di ri secc, per cui: x p 1000g di pore p gdi pore p gdi pore = 0, 622 = 622 = 622 p kgdi ri secc p kgdi ri secc p p kgdi ri secc G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 8

9 Pretri igroetrici dell ri uid Si consideri un cert quntità di ri secc, che per definizione, non contiene pore cqueo e quindi h uidità specific x=0. Aggiungendo del pore cqueo ll ri secc x uent. D un certo stto in poi l ri non srà più in grdo di contenere ltro pore cqueo: si dice che ess è stur di pore. In queste condizioni qulunque ulteriore quntità di pore cqueo enisse ggiunt ll ri condenserà sotto for di cqu liquid. L quntità di pore d cqu contenut nell ri stur in ogni condizione di tepertur e pressione può essere deterint dll equzione precedente sostituendo p con p,s, che rppresent l pressione di sturzione dell cqu ll tepertur considert. Ari T = 25 C e p = 100 kp x = 0 ri secc p st,h2o,t=25 C = 3,169 kp 0 < x < x st ri uid instur p = 0 ri secc p < 3,169 ri instur p = 3,169 kp ri stur x = x st ri uid stur G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 9

10 Pretri igroetrici dell ri uid L quntità di pore cqueo contenut nell ri influenz il cofort terico delle persone, il liello di benessere dipende principlente dll quntità di pore che l ri contiene rispetto ll quntità ssi che ess potrebbe contenere ll stess tepertur. UMIDITA RELATIVA (o grdo igroetrico) φ =, s Rpporto tr l ss di pore presente in un certo olue V di ri uid e l ss,s di pore contenibile in condizioni di sturzione ll stess tepertur nello stesso olue V di ri uid Si h nche: V s, p φ = = = = V p s, s, s, L uidità relti ri tr 0 (ri secc) e 1 (ri stur), oero tr 0% e 100% φ = x p ( + x) p, 0,622 s x = 0,622 φ ps, p φ p G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 10 s, con x espresso in kg di pore per kg di ri secc

11 Esepio Un stnz h un olue V b =5x5x3 3 e contiene ri, ll tepertur T=25 C e ll pressione p=100kp, ente uidità relti Ф=75%. Si deterini: ) l pressione przile del pore e dell ri secc; b) l uidità specific dell ri; c) le sse di ri secc e pore cqueo contenute nell biente. T = 25 C p,s = 3,169 kp p φ = p [ ] p = φ p, s = 0, 75 3,169 = 2,38 kp s, p = 2,38[ kp] p= p + p ( 100 2,38 ) 97,62[ ] p = p p = kp= kp G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 11

12 Esepio x p gdi pore 2,38 gdi pore gdi pore = 622 = 622 = 15,2 p p kg 100 2,38 kg kg di ri secc di ri secc di ri secc Poiché si l ri che il pore cqueo riepiono l intero biente V = V = V = 75 b 3 Applicndo l legge dei gs ideli ll ri e l pore cqueo 3 N 3 2, pv 2 = = = 1, 3 RT J 462 ( ) [ K] kgk 3 N 3 97, pv 2 = = = 85,6 RT J 287 ( ) [ K] kgk [ kg] [ kg] G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 12

13 Pretri crtteristici dell ri uid: l entlpi Nell ipotesi di iscel di gs ideli, l entlpi dell ri uid può essere espress coe so dell entlpi dell ri secc e dell entlpi del pore. H = h + h Poiché nei processi di trttento dell ri uid generlente l portt di ri secc rine inltert entre può rire il suo contenuto in pore d cqu, coniene espriere l entlpi specific dell ri uid con riferiento ll unità di ss di ri secc, inece che ll unità di ri uid. H h = = h + h = h + x h h= h + x h G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 13

14 Pretri crtteristici dell ri uid: l entlpi Entlpi (specific) dell ri secc Assuendo coe stto di riferiento per l entlpi quello 0 C e pressione tosferic, si h: T=0 C e p=1t=101,3 kp h = 0 llor doe h = c T c p, = clore specifico pressione costnte dell ri ~ 1 kj/(kg K) p, T = tepertur di bulbo sciutto espress in C G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 14

15 Pretri crtteristici dell ri uid: l entlpi Entlpi (specific) del pore d cqu (surriscldto) ( ) h = c T + r+ c T T p, l S p, S clore per riscldre l cqu liquid d 0 C ll tepertur di sturzione T S c p,l = clore specifico pressione costnte dell cqu liquid ~ 4,19 kj/(kg K) 2 clore ltente di porizzzione ll tepertur di sturzione 3 clore di surriscldento del pore d cqu c p, = clore specifico p. c. del pore surriscldto ~ 1,92 kj/(kg K) ( ) h = c c T + r+ c T = r + c T p, l p, S p, 0 p, r 0 = clore di porizzzione dell cqu 0 C ~ 2500 kj/kg T = tepertur di bulbo sciutto espress in C G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 15

16 Pretri crtteristici dell ri uid: l entlpi Entlpi (specific) dell ri uid ( ) p h = c T + x r + c T p, 0, doe T = tepertur di bulbo sciutto in C x = uidità specific in kg di pore per kg di ri secc c kj = kgk p, 1 c kj, = 1, 92 kgk p r kj = kg G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 16

17 Pretri teroetrici dell ri uid Tepertur di bulbo sciutto T E l tepertur dell ri tosferic isurt con un norle teroetro con il bulbo direttente conttto con l ri. L tepertur di bulbo uido T bu E l tepertur dell ri tosferic isurt con un teroetro il cui bulbo è ntenuto uido, d esepio con un grz ibeut di cqu ttrerso l qule iene ftt circolre l ri di cui si isur l tepertur. Tbu T perché l eporzione dell cqu sottre clore ll ri e quindi ne diinuisce l tepertur Δ T = T T dipende dll uidità relti dell ri, e bu quindi può essere utilizzt per isurre Ф T bu G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 17 T

18 Pretri teroetrici dell ri uid L tepertur di rugid T R E l tepertur ll qule si rggiunge l condizione di sturzione edinte un processo di rffreddento pressione costnte, senz rizione dell uidità specific. Se l ri uid iene ulteriorente rffreddt tepertur T < T R si erific un przile condenszione del pore d cqu. ARIA UMIDA gocce d cqu liquid (rugid) T T T R p stto del pore cqueo nell ri uid punto di rugid (di sturzione) T<T R s G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 18

19 Pretri teroetrici dell ri uid L tepertur di sturzione dibtic T* E l tepertur ll qule l cqu, eporndo dibticente, port l ri sturzione llo stesso lore di tepertur. In prtic, si può ritenere coincidente con l tepertur dell ri stur llo stesso lore di entlpi specific dell ri uid nelle condizioni inizili. T T 1 T* T R stto di sturzione dibtic p stto del pore cqueo nell ri uid punto di rugid Se l ri entr nel cnle già stur, l tepertur di sturzione dibtic T* è identic quell di ingresso T 1. In generle l tepertur di sturzione dibtic è copres tr quell di ingresso e l tepertur di rugid. dh = q l' dh = 0 s Ari cld e secc T 1, h 1 Acqu Ari fredd e uid T* T 1, h* ~ h 1 G. Cesini Terodinic e terofluidodinic - Cp. 12_Ari uid 19