Miscele tra aria e vapor d acqua

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1 iscele tr ri e or d cqu. Psicroetri Prende il noe di sicroetri lo studio terodinico delle iscele tr ri e ore cqueo. Sono iscele costituite d un gs e d un ore: un delle due sostnze resenti (l ri) rine llo stto gssoso negli interlli di teertur e ressione entro cui si solgono gli usuli rocessi tecnologici, l ltr sostnz (l cqu) ll interno degli stessi interlli nifest inece il coortento tiico dei ori, crtterizzto d ossibili condenszioni o orizzzioni. olti degli setti ce si osserno rendendo in ese un iscel tr ri e or d cqu ossiedono risolti di tio iu generle. Riiono del tutto nlogi, inftti, qundo engono considerte ltre iscele in cui coesistno un gs ed un ore, coe d eseio i fui di un cobustione (costituiti d gs cobusti ed uidit ) o il roellente dei otori scoio (forto d ri sturt con idrocrburi orizzti).. Pretri terodinici dell ri uid L ri contenente or d cqu soseso e un siste doe iono distinguibili due sostnze: l ri (ce ur corendendo iu secie gssose uo essere trttt coe un eleento costitutio unico doo er definito un su coosizione edi) e l cqu nello stto di ore. Di solito si us l indice er contrssegnre quntit rorie dell ri resente nell iscel e l indice qundo occorre riferirsi l or d cqu: n n y y b... ss dell ri ss del ore oli dell ri oli del ore ss olecolre dell ri ss olecolre del ore 8kol frzione olre dell ri frzione olre del ore n 8.97kol n / n / n n n () Per l ri ed il ore iscelti si iotizz un coortento d gs erfetti, scoo selifictio. Vlgono ertnto si l not uzione di stto ce coinolge l ressione, il olue V, l teertur ssolut T e l costnte uniersle R * : V n n R T () si l legge di Dlton sull dditiit delle ressioni rzili: () con: n R T V n R T V y y ()

2 . Tenore di uidit Un rio retro iiegbile er lutre qunto ore cqueo si soseso nell ri e costituito dll uidit relti : () con: T T ressione rzile del ore nell ri ressione rzile ce il oredorebbe ere, nelle edesie condizioni di teertur, er dientre or sturo in ese (6) L uidit relti uo ssuere tutti i lori coresi tr lo zero (ssenz colet di or d cqu soseso) e l unit (ri stur di ore, ogni eentule eccesso condenserebbe ssndo llo stto liquido). Altro retro utile er esriere il or d cqu resente nell ri e il grdo di uidit, ce stbilisce qunto ore si iscelto con ogni quntittio unitrio d ri secc (intendendo er ri secc l coonente gssos dell ri uid colessi, l netto dell cqu): (7) Attrerso lcuni ssggi si riesce rendere eslicito il collegento esistente tr uidit relti e grdo di uidit : n n V / R T V / R T T T Esercizio Il grdo di uidit rileto er dell ri ressione tosferic ed ll teertur di C e.8 -. Si ogliono deterinre l uidit relti e l ressione rzile del or d cqu. * * * Oerndo sull forul: (8). 6 T T si riesce orre l uidit relti in diendenz dl grdo di uidit ed clcolrl coe riciesto:.8 x. T.6.6 x.6.8 %

3 L ressione di uilibrio tr liquido e ore er cqu ll teertur di C e stt lett sull tbell A-, entre l ressione tosferic douto essere esress in brs er conseguire oogeneit nei dti. E or iedito rislire ll ressione rzile del ore: T. x.6. 78brs. Entli secific dell ri uid Di solito iene definit er l ri contenente uidit un entli secific riferit d un unit di ss dell ri secc nzice d un unit di ss dell ri uid colessi res in ese, ce include nce il ore soseso. Quest rticolre entli secific e bitulente indict coe e l ice rorio lo scoo di rentre ce il riferiento non rigurd un unit di ss del siste globle un unit di ss di uno dei due eleenti costitutii: H (9) L relzione en riortt cirisce coe in confluiscno sote le entlie dell unit di ss dell ri secc e del ore ce nell quntit e iscelto ll unit di ss dell ri secc. Vien scelto di riferirsi ll unit di ss dell ri secc er fr co l coonente dell iscel ce rine inrito durnte le oerzioni di increento o decreento del ore (uidificzione, deuidificzione) cui l ri intes nell su globlit uo essere sottoost. Poice ri e ore sono ssiilti gs erfetti le loro risettie entlie secifice ed deono considerrsi diendenti solo dll teertur T in tto: T T () Inoltre, scoo selifictio, si uo trrre l lutzione er l entli ttinente l ore dll tbell dell uilibrio tr liquido sturo e or sturo nell cqu. Si utu cioe l entli del or sturo ll edesi teertur, ur essendo il ore soseso surriscldto se l uidit relti e inferiore l % (risult quindi oesso l effetto dell ressione, ce non tutti rilenz sulle entlie dei gs erfetti o considerti tli): T T g (). Volue secifico dell ri uid Ance l olue secifico si lic il criterio ce reede il riferiento d un unit di ss dell ri secc iscelt con il ore. Si definisce ertnto un olue secifico, doe l ice, coe er l entli, l funzione di segnlre ce il lore e unto d intendere er unit di ss dell ri secc e non dell iscel colessi: V n n R T / n R T / n R T / RT R T () con:

4 R R R R () L identit () rende eidente coe il olue secifico soi l olue occuto d un unit di ss dell ri secc, ll teertur ed ll ressione in tto, il olue ce nelle edesie condizioni reltie teertur e ressione e rorio del ore iscelto nell quntit d ogni unit di ss dell ri secc. 6. Igroetro e sicroetro Igroetro e sicroetro sono due recciture utilizzbili er lutre l uidit contenut in un cione d ri. All interno dell igroetro l ri d sottoorre d ese ttrers terile ce riesce fissre in odo coleto il ore soseso. Pesndo l sostnz ssorbente ri e doo il conttto si ottiene, er differenz, l quntit d cqu in sosensione nell ri. Lo sicroetro e costituito d due teroetri ffincti, il bulbo di uno dei quli e coerto d grz ibeut d cqu. L ri ce dee essere crtterizzt ien ftt fluire siultneente lungo l uno e l ltro dei teroetri fince le teerture lette non si stbilizzno. L teertur T rilebile sul teroetro con il bulbo sciutto e l teertur dell ri sull qule iene condott l isur. Il teroetro con il bulbo bgnto erce olto dll grz segn inece un teertur T b generlente iu bss. L ri si stur inftti d uidit ttrersndo il tessuto e l ssorbiento di clore d cui e ccognt l conersione del liquido sottrtto in or d cqu soseso riduce l teertur. L differenz nelle teerture e dunque correlbile ll uidit ce nc er sturre l ri e quindi nce ll uidit gi resente ce si uol conoscere. Solo nel cso estreo in cui l ri si gi inizilente in condizioni di sturzione non iene sottrtt cqu l bulbo bgnto e le due teerture riscontrte coincidono. 7. Punto di rugid Punto di rugid er un iscel tr ri e or d cqu e l teertur (sesso indict coe T d ) ce durnte un rffreddento isobro denot sturzione risetto ll uidit soses. Nel corso del rffreddento ringono inrite, oltre ll ressione totle, nce le ressioni rzili del ore e dell ri secc erce le risettie quntit resenti non cbino. Neure ssue lori diersi, er lo stesso otio, il grdo di uidit ce crtterizz l ri. Vri inece l uidit relti: l ressione rzile del ore rest inltert, d ogni nuo teertur rggiunt dee rortrsi con un nuo corrisondente ressione d uilibrio. Poice l decrescere dell teertur nce l ressione dell uilibrio tr liquido e ore decresce l uidit relti uent rogressiente entre l teertur diinuisce. Qundo l ressione rzile del ore dient identic ll ressione d uilibrio rori dell teertur cui si e erenuti l uidit relti giunge l suo lor ssio, unitrio: l ri risult stur in ore e l teertur rilebile identific il unto di rugid. Un ulteriore rffreddento isobro cus or rogressi condenszione. A teerture inferiori e inftti eno elet l ressione rzile del ore cotibile con il sussistere dell uilibrio, er cui l eccesso soseso nell ri ss llo stto liquido. Durnte quest second fse del rffreddento, ce rigurd teerture iu bsse risetto l unto di rugid, l unidit relti si ntiene sul suo lor ssio del % erce il ore continu sturre l ri, cl il grdo di uidit risto inlterto nello solgersi del rffreddento inizile. L ccentursi dell condenszione ioerisce inftti grdulente l ri

5 di ore soseso ed il rorto quntittio tr quest ultio e l ri secc decresce in nier rllel. 8. Crte sicroetrice Un crt sicroetric riroduce in for grfic l ndento di olti tr i retri reltii ll ri uid fin qui considerti e consente di ricre quelli ncnti qundo ne sino noti lcuni. Ad ogni lore dell ressione totle cui si st oerndo corrisonde un crt sicroetric ed il suo setto e il seguente: L sse delle scisse riort le teerture T rilebili sul bulbo sciutto dello sicroetro, l sse delle ordinte e risert l grdo di uidit. Gicciono ertnto su rette orizzontli i unti rresenttii di iscele tr ri e or d cqu crtterizzte dl edesio grdo di uidit, su rette erticli i unti rresenttii di iscele ce si trono ll stess teertur. Un sse obliquo costitusce l scl sull qule si leggono i lori delle entlie riferite d un quntittio unitrio dell ri secc frist l ore. E un scl ce iene usulente costruit iotizzndo un lore nullo er l entli secific dell ri esente d ore ll teertur di C. Si trtt di un scelt diers risetto quell su cui si bs l tbell A-6, quindi non si ossono utilizzre siultneente dti roenienti d tle tbell e d un crt sicroetric senz erli ri sottoosti d oortuni dttenti reciroci (non sussistono inece roblei di incotibilit con i lori riortti dlle tbelle A-, A-, A- ed A-, rori dell cqu). Un cur sottostnte l sse obliquo delle entlie riort i lori ssunti dlle teerture T b riferite l bulbo bgnto dello sicroetro. Le rette ce collegno unti rresenttii di iscele con uguli lori di o di T b scendono d sinistr destr coincidendo rticente le une con le ltre. Coiono ncor due ulteriori figlie di cure: rccordno unti rresenttii in un cso di iscele con identic uidit relti, entre nell ltro cso sono ccounti d un ugule lore del olue secifico riferito d un quntittio unitrio d ri secc. Per rendere disonibile il unto ce rresent un rticolre iscel tr ri e ore cqueo occorre conoscere quntittiente due retri in grdo di crtterizzrl tr i sei inclusi nell crt (T, T b,,,, ). Ciscuno dei due rind ll line od ll cur sull qule cdono i unti ccounti dl corrisondere l lore ce lo crtterizz. L intersezione tr le due linee o cure cosi selezionte loclizz il unto rresenttio cercto. Se si uole or lutre qulce ltro retro rorio dell iscel e reeribile sull crt bisogn seguire l line o l cur ce intercett il unto rresenttio corrisondendo d un lore costnte del retro scelto. Percorrendol fino ll sse sul qule sono riortti i lori del retro si riesce d ottenere l lutzione desidert. E d rilere ce sull cur doe sono riortti i lori ssunti dll teertur T b riferit l bulbo bgnto dello sicroetro nno rccogliersi i unti rresenttii di iscele er le quli le teerture T e T b coincidono. Si trtt eidenteente di iscele sture risetto l ore,

6 in qunto non coortno orizzzione d cqu dll grz ost sul bulbo bgnto. I unti rtenenti tle cur corrisondono dunque d un tsso di uidit relti del %. Esercizio Esint con uno sicroetro dell ri ressione tosferic ftto segnre teerture di C e C risettiente l bulbo sciutto ed l bulbo bgnto. Si ogliono ottenere, utilizzndo l crt sicroetric, i lori ce nell ri sottoost isur rigurdno uidit relti, grdo di uidit, entli e olue er unit di ss dell ri secc. V inoltre stbilito qule si il unto di rugid. * * * In corrisondenz del unto rresenttio indiiduto dlle teerture T = C e T b = C sull crt sicroetric riferit ll ressione di t si leggono i seguenti lori dei retri riciesti: %.66 kj.8 Al unto di rugid si giunge ttrerso un rffreddento isobro nel qule rine costnte il grdo di uidit, roseguito fino relizzre sturzione. Sull crt sicroetric questo rocesso rirodotto rtendo dl unto ce identific l iscel considert e uoendo erso teerture i i iu bsse lungo l rllel ll sse orizzontle (ffince non cbi ). Il oiento dee rrestrsi qundo iene intercettt l cur rresentti delle iscele sturte dl ore, contrddistint d un grdo di uidit del %. Procedendo in questo odo si legge er l ri sottoost d ese un unto di rugid ri d 8 C sull sse ce riort i lori dell teertur rilebile l bulbo sciutto. 9. Uidificzione e deuidificzione dell ri L uidificzione ccresce l uidit contenut nell ri. Si relizz in nier isobr, iniettndo nell corrente d ri d trttre cqu in for di ore od llo stto liquido. Se l cqu iniettt e costituit d ore l su teertur risult usulente lt, er cui ll crescit del grdo di uidit dell ri si ccogn qusi sere un innlzento dell teertur. Se l cqu iniettt si tro llo stto liquido l su teertur e di solito odest ed inoltre l orizzzione dll qule e ccognto il iscelento con l ri in fse gssos sottre energi teric. Cresce dunque il grdo di uidit dell ri, cl er lo iu l teertur. Su un crt sicroetric l uidificzione condott nell un o nell ltr nier questo tio di riscontro: 6

7 L deuidificzione si relizz usulente edinte conttto isobro tr l ri d trttre ed un serentino refrigernte. Il rffreddento f si ce l teertur dell ri dienti inferiore risetto l unto di rugid. Prte del ore soseso ertnto condens e uo essere sottrtt serndo il liquido. L ri ioerit d uidit iene tlor sottoost d un successio riscldento isobro er rilzrne l teertur, se quell rggiunt rffreddndo re troo bss in ist degli iiegi successii. Su di un crt sicroetric l deuidificzione ssue questo setto: L ri, inizilente nello stto, iene rffreddt. Il grdo di uidit rine costnte fince non si intercett (stto ) l cur corrisondente d un un uidit relti del %. Il rffreddento rosegue fino llo stto, ercorrendo tle cur. Se e reist un fse riscldnte conclusi si ss llo stto, ttrerso un ulteriore ssggio in cui erne identico il grdo di uidit rggiunto. Esercizio Dell ri ll teertur di C, er l qule si e rilet un uidit relti del %, entr con un ortt oluetric ri 8 in - in un deuidifictore ce oer in regie stzionrio ed ressione tosferic. Nel deuidifictore l ri lbisce un serentino in cui scorre del fluido refrigernte. Prte del ore condens er effetto del rffreddento e iene sortt coe liquido sturo ll teertur di C. L ri rosegue e giunge ll uscit in condizioni di sturzione risetto l ore, fcendo segnre un teertur di C. Non si osserno scbi di clore significtii con l esterno ed nce le energie cinetic e otenzile rino in nier del tutto trscurbile. 7

8 8 Si ogliono deterinre: ) l ortt in ss dell ri secc b) il quntittio d cqu sottrtto er unit di ss dell ri secc in trnsito c) il clore ce nell unit di teo iene ssorbito dl circuito refrigernte. * * * Il deuidifictore e rirodotto nello sce ce segue, doe un trtteggio deline il olue di controllo rescelto: Si resentno cosi i bilnci stzionri di ss, er ri secc ed ri, e di energi (gli indici,, denotno risettiente l ri secc, il or d cqu ce i e soseso, l cqu sert coe liquido): Q Attrerso lcuni selici ssggi ossono essere rissestti in nier coneniente, eliinndo l distinzione forle tr le ortte d ri secc, identice tr loro, e dndo szio retri direttente ricbili dll crt sicroetric riferit ll ressione di t: / Q V Utilizzndo i lori noti di T,, T, si lutno sull crt sicroetric dti inclusi nei bilnci:

9 kj.76 9.kJ entre l tbell A- fornisce l entli secific dell cqu sottrtt coe liquido sturo: T. kj f Q E or ossibile effetture le lutzioni ricieste: 8 V/. 6 x s. x x. 8.kW Il clore e un quntit negti erce iene ceduto dl olue di controllo. Esercizio Ad un uidifictore ce oer in condizioni stzionrie ll ressione di t giunge ri uid con un ortt di 9 in - riferit l contenuto d ri secc. Le teerture fornite d uno sicroetro osto in corrisondenz dell ingresso sono C (bulbo sciutto) e 9 C (bulbo bgnto). Dentro l uidifictore l ri iene sottoost d ggiunt d cqu ce e nello stto di or sturo (teertur C, ortt orri ). Non sono rilenti ne gli scbi di clore con l esterno ne le rizioni delle energie cinetic e otenzile. Si ogliono stbilire il grdo di uidit e l teertur dell ri ce esce dll uidifictore. * * * Nello sce dell reccitur il olue di controllo cui err ftto riferiento e deliitto d un line trtteggit: 9

10 Assuono quest for i bilnci stzionri di ss, er ri secc ed cqu, e di energi (gli indici,, contrddistinguono risettiente l ri secc, il ore soseso ce l ccogn ed il or sturo ddizionto): E coneniente rissestrli eliinndo l diersificzione solo sibolic tr le ortte dell ri, coincidenti, ed eslicitndo retri reeribili su un crt sicroetric degut lle condizioni oertie in tto: Alcuni dei dti ce sono rsi si ossono trrre dll crt sicroetric, utilizzndo le teerture T e T b : 7.9 kj ed un ltro e ottenibile ricorrendo ll tbell A-: 69. g kj T Un selice rielborzione coiut sul bilncio dell cqu fornisce or il grdo di uidit d reedere er l ri in uscit:. 6 9 / / 6.9 entre dl bilncio energetico si risle ll entli : / / 6 7 kj x

11 Il lore entlico en dedotto deterin, insiee l grdo di uidit gi noto, l teertur ce crtterizz l ri ll uscit. Si uo inftti dedurl ttrerso l crt sicroetric, fruendo del suorto di entrbi i dti: T T C. Torre eorti E un struttur ce rffredd cqu sfruttndo un su rzile orizzzione. Di solito oer bbint d un iinto doe si utilizz l cqu coe fluido refrigernte. Se l cqu cld ce solto il suo ruolo igzzinndo clore non uo essere rinnot e dee inece riutilizzrsi nell bito di un ciclo continuo l torre eorti roede ricondizionrl, restituendol fredd ffince oss ulteriorente refrigerre. L setto scetizzto di un torre eorti re nell figur seguente: L cqu cld d rffreddre entr nell torre (ingresso ) e cde ioggi incontrndo un corrente d ri tosferic in slit dll ingresso. Il conttto rooc un rzile orizzzione dell cqu ed il clo dell su teertur, oice l frzione orizzt sottrtto il clore necessrio er coiere il ssggio di stto. Si rccoglie dunque sul fondo dell torre cqu ce subito il rffreddento riciesto. Viene restituit ll iinto di roenienz (uscit ). Affince l cqu fredd di ritorno corrisond esttente nell ortt ll cqu cld in rrio si roede l riristino del iccolo quntittio erso seguito del trsferiento ll ri custo dll orizzzione, iettendo cqu di rbbocco nell isur necessri (ingresso ). Arri l olue sueriore dell torre ri ce si e rriccit dell uidit ctt dll cqu e ce ss nell tosfer estern (uscit ). Il rogredire erso l lto dell ri iene di solito in odo del tutto sontneo, erce il riscldento douto ll interzione con l cqu d rffreddre rooc un oto scensionle. Si rl in questi csi di circolzione sontne, riserndo il terine circolzione forzt lle situzioni in cui nell torre iene inserito un entiltore er forire ulteriorente flusso e deflusso. Esercizio Un torre eorti con circolzione sontne oer in regie stzionrio ressione tosferic e rffredd d C C un ortt d cqu di tonnellte orrie. L ri ce ffluisce dlle boccette inferiori e ll teertur di C e l contrddistingue un uidit relti del %. Doo er incontrto l cqu esce dll soit dell torre, con un teertur slit C ed un uidit relti sst l 9%.

12 Per coensre le erdite doute ll orizzzione, ssicurndo uilenz tr le ortte dell cqu cld in rrio e dell cqu fredd rodott, iene ggiunt cqu ll teertur di C. Sono trscurbili si gli scbi di clore tr torre ed biente esterno ce le ossibili rizioni delle energie cinetic e otenzile. Vnno ottenute l ortt dell ri in trnsito nell torre e l ercentule d cqu ce occorre riristinre erce sottrtt dll orizzzione. * * * Il olue di controllo l qule si desider fr riferiento e deliitto dl trtteggio nello sce dell torre: Hnno quest struttur i bilnci stzionri di ss, er ri secc ed cqu, e di energi (gli indici, e identificno risettiente l ri secc, il ore ce le e fristo e l cqu llo stto liquido): Coniene rissestrli oortunente, utilizzndo un sibologi unifict er le ortte coincidenti dell ri secc e dndo szio retri lutbili ttrerso letture coiute sor un crt sicroetric riferit ll ressione oerti:

13 L crt sicroetric, consultt utilizzndo i lori noti delle teerture e delle uidit reltie dei flussi d ri in trnsito nell torre, fornisce lcuni riscontri quntittii: 9... kj kj I dti entlici sull cqu nello stto di liquido ossono essere trtti dll tbell A-, sull uilibrio tr liquido e ore (oice ressione tosferic l cqu bolle ll teertur di C tutt l cqu in for liquid resente nell torre e liquido coresso, l tbell A-, eglio confore, non risult idone ed occorre quindi ricorrere letture rgioneolente rossite): f f f T. kj T. kj T. kj Dl bilncio di energi e or ossibile ottenere l ortt dell ri secc: x.. x. s... x. entre dl bilncio dell cqu si ric qunt ne iene sottrtt ercentulente dll orizzzione ed esige quindi di essere riristint: x.. % x /