Il diagramma PSICROMETRICO

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1 Il dagramma PSICROMETRICO I dagramm pscrometrc vengono molto utlzzat nel dmensonamento degl mpant d condzonamento dell ara, n quanto consentono d determnare n modo facle e rapdo le grandezze d stato dell ara umda e le loro varazon per effetto de process termodnamc denomnat trattament dell ara umda. Dalla regola d Gbbs delle fas V = C F + dove C=2 è l numero d component (ara e acqua), F=1 è l numero delle fas (aerforme) s rcava che per determnare lo stato termodnamco dell ara umda sono necessare V=3 varabl d stato ndpendent. 2 I valor d due grandezze d stato sono rportat su due ass coordnat del dagramma pscrometrco, mentre la terza è la pressone totale, che è consderata nota. l dagramma utlzzato d seguto s rfersce alla pressone d 101,3 kpa, ma sono dsponbl dagramm per altre presson, utlzzate per localtà ad una altezza notevole rspetto al lvello del mare. G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 20

2 Il dagramma PSICROMETRICO Esstono due tp d dagramm pscrometrc, che sono comunque del tutto equvalent: l dagramma d Moller (usato esclusvamente n Europa) l dagramma d Carrer o dagramma ASHRAE* (n passato usato esclusvamente negl USA ma ogg d uso generalzzato n tutto l mondo) * ASHRAE = Amercan Socety of Heatng, Refrgeratng and Ar-Condtonng Engneers G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 21

3 Dagramma pscrometrco d Moller G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 22

4 ASHRAE Dagramma pscrometrco n. 1 Pressone barometrca: Pa G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 23

5 ASHRAE Dagramma pscrometrco n. 1 Pressone barometrca: Pa G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 24

6 ASHRAE Dagramma pscrometrco n. 1 Pressone barometrca: Pa 6, ,5 G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 25

7 I trattament dell ara umda Il mantenmento delle condzon d comfort per la temperatura e l umdtà all nterno d un ambente rchede che s compano determnate trasformazon d condzonamento dell ara. Tal trattament consstono: nel rscaldamento e raffreddamento sensble, che danno luogo ad aumento o dmnuzone della temperatura dell ara; nella umdfcazone e deumdfcazone, che danno luogo ad aumento o dmnuzone della umdtà specfca; nella combnazone d tal trattament al fne d varare contemporaneamente temperatura e umdtà dell ara G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 26

8 I trattament dell ara umda Lo studo termodnamco d tal trattament è fortemente semplfcato dall uso del dagramma pscrometrco. Raffreddamento Raffreddamento Umdfcazone e umdfcazone Deumdfcazone Rscaldamento e deumdfcazone Rscaldamento Umdtà specfca Temperatura d bulbo ascutto G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 27

9 Rscaldamento sensble Consste nel rscaldamento dell ara umda senza modfcare la quanttà d vapor d acqua n essa contenuta. Rscaldamento sensble: processo n cu la temperatura dell ara umda vene aumentata mantenendo costante l umdtà specfca x I sstem d rscaldamento tradzonal a corp scaldant denomnat radator, le stufe elettrche ecc. sono esemp d apparat che realzzano process d rscaldamento sensble. Negl mpant d condzonamento dell ara tale processo vene generalmente realzzato medante battere alettate, rscaldate medante un fludo termovettore che flusce all nterno de tub. G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 28

10 Rscaldamento sensble T A xa Ф A h A Ara Battera rscaldante Q T B > T A x B = x A Ф B < Ф A h B > h A La potenza termca scambata è data da a Q = m h h ( ) a B A G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 29

11 Esempo: Rscaldamento sensble 25% A B 7 27 G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 30

12 Raffreddamento sensble Consste nel raffreddamento dell ara umda senza modfcare la quanttà d vapor d acqua n essa contenuta Raffreddamento sensble Raffreddamento sensble: E un processo n cu la temperatura dell ara umda vene dmnuta mantenendo costante l umdtà specfca x. Negl mpant d condzonamento dell ara tale processo vene generalmente realzzato medante battere alettate, raffreddate medante un fludo termovettore che flusce all nterno de tub. G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 31

13 Raffreddamento sensble T A xa Ф A h A Ara Q Battera raffreddante T B < T A x B = x A Ф B > Ф A h B < h A La potenza termca scambata è data da a Q = m h h ( ) a B A G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 32

14 Esempo: Raffreddamento sensble 25% B A 7 27 G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 33

15 Raffreddamento con deumdfcazone L umdtà assoluta dell ara rmane costante durante un raffreddamento sensble e questo fa s che la umdtà relatva aument. Se l umdtà relatva raggunge valor ncompatbl con l comfort è necessaro toglere vapore acqueo dall ara, ovvero deumdfcare. Cò rchede un raffreddamento dell ara al d sotto del punto d rugada. Raffreddamento con deumdfcazone: processo n cu la temperatura dell ara umda vene dmnuta dmnuendo allo stesso tempo l umdtà specfca x, facendo condensare parte del vapore. All uscta l ara è n condzon d saturazone. Il processo avvene n una battera alettata raffreddata medante un fludo termovettore che passa all nterno de tub e che s trova ad una temperatura nferore a quella d rugada dell ara umda. Se la battera è abbastanza lunga, l ara raggunge l suo punto d rugada e qund una parte dell umdtà condensa e vene raccolta G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 34

16 Raffreddamento con deumdfcazone T A xa Ф A h A Ara Q T B < T A x B < x A Ф B = 1 h B < h A Scarco della condensa La potenza termca scambata è data da a Q = m h h ( ) a B A G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 35

17 Esempo: Raffreddamento con deumdfcazone A 7,5 B G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 36

18 T l = T s Processo d saturazone adabatca ( ) h = c T + x r + c T A pa, A A 0 pv, A h = c T x l p, l l ( ) h = h = c T + x r + c T s B s p, a s s 0 p, v s x A = quanttà d acqua lquda che s trasforma n vapore Ara calda e secca T A x A Ф A h A T l = T s h l Acqua Acqua Ara fredda e umda T B =T s < T 1 x B =x s > x A Ф B =1 h B ~ h A Dal 1 prncpo della termodnamca per un sstema con deflusso ( ) h + h x x = h A l s A s Ara calda e secca Ara fredda e umda G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 37

19 Processo d saturazone adabatca h + h x x = h ( ) A l s A s kj c T = 1 T kg C h A è dell ordne d grandezza d pa, 1 1 kj hl = cp, ltl = 1, 92 T è dello stesso ordne d grandezza d h l 1 kgk x s x = essendo qualche grammo d vapore per ogn kg d ara, è dell ordne d 10-3 A h x x h ovvero l s A A Percò: ( ) h s h A Il processo d saturazone adabatca può essere consderato ISOENTALPICO G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 38

20 Esempo: Saturazone adabatca B 5,5 A G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 39

21 Mscelazone adabatca Molt sstem per l condzonamento dell ara rchedono la mscelazone d pù fluss d ara, che possono essere n condzon grotermche dverse. Ad esempo, nelle applcazon n grand edfc, nella maggor parte d mpant ndustral e negl ospedal è necessaro mscelare l ara trattata con una certa quanttà d ara esterna prma dell mmssone nell ambente da condzonare. T A x A Ф A h A T B x B Ф B h B Mscelazone adabatca m m aa, ab, m ac, T C x C Ф C h C Poché lo scambo termco tra sstema ed ambente è trascurable la trasformazone può essere consderata adabatca. G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 40

22 Mscelazone adabatca Applcando l prncpo d conservazone della massa ed l 1 prncpo della termodnamca per sstem con deflusso Blanco d massa: ARIA SECCA Mscelazone adabatca m + m = m aa, ab, ac, va, vb, vc, (1) Blanco d massa: VAPORE D ACQUA m + m = m m x + m x = m x aa, A ab, B ac, C (2) T A x A Ф A h A T B x B Ф B h B m m aa, ab, m ac, T C x C Ф C h C Blanco d energa: ARIA UMIDA m h + m h = m h aa, A ab, B ac, C (3) G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 41

23 Sosttuendo la (1) nella (2) da cu m x x m x x Mscelazone adabatca m x + m x = m x + m x aa, A ab, B aa, C ab, C ab, ( B C) = aa, ( C A) ( ) B C ( x x ) x x m = C A m Qund, l umdtà e l entalpa specfche all uscta sono combnazon lnear de corrspondent valor agl ngress, con coeffcent che dpendono dal rapporto tra le portate massche. aa, ab, Nel dagramma pscrometrco lo stato dell ara umda all uscta s troverà n un punto ntermedo C lungo la congungente due stat d ngresso A e B, secondo la legge della leva: hb hc ( xb xc) maa, BC = = = hc ha ( xc xa) AC ab, ( ) ( ) m G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 42

24 Esempo: Mscelazone adabatca 7,5 A 35 C C C B 7 16 G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 43

25 Esempo d trattamento estvo Con rfermento agl esemp svolt nella trattazone del Comfort termco, s assuma come condzone grotermca normalmente rchesta n un ambente n cu s svolge una attvtà sedentara nella stagone estva: Temperatura dell ara: 25 C ± 1 C Umdtà relatva: 50% ± 10% Stato C nel dagramma pscrometrco Le condzon termogrometrche dell ambente esterno dpendono dalla localtà consderata e dalla stuazone clmatca. A ttolo d esempo s assumono le seguent condzon d progetto: Temperatura dell ara: 35 C Umdtà relatva: 50% Stato A nel dagramma pscrometrco G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 44

26 Esempo: Trattamento estvo 17 A B C G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 45

27 Esempo: Trattamento estvo T A x A Ф 1 h A Q AB T B x B Ф B h B Q BC T C x C Ф C h C Battera d raffreddamento e d deumdfcazone Battera d postrscaldamento La potenza termca scambata è data da Q = m h h AB ( ) a B A La potenza termca scambata è data da BC ( ) Q = m h h a C B G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 46

28 Esempo d Trattamento nvernale Con rfermento agl esemp svolt nella trattazone del Comfort termco, s assuma come condzone grotermca normalmente rchesta n un ambente n cu s svolge una attvtà sedentara nella stagone nvernale: Temperatura dell ara: 20 C ± 2 C Umdtà relatva: 50% ± 10% Stato A nel dagramma pscrometrco Le condzon termogrometrche dell ambente esterno dpendono dalla localtà consderata e dalla stuazone clmatca. A ttolo d esempo s assumono le seguent condzon d progetto: Temperatura dell ara: 0 C Umdtà relatva: 90% Stato D nel dagramma pscrometrco G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 47

29 Esempo: Trattamento nvernale 7 C 39 D 9 3 B A G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 48

30 Esempo: Trattamento nvernale T A x A Ф A h A Q AB T B x B Ф B h B T C x C Ф C h C Q CD T D x D Ф D h D Battera d prerscaldamento Saturatore adabatco Battera d postrscaldamento La potenza termca scambata è data da AB ( ) Q = m h h a B A La potenza termca scambata è data da CD ( ) Q = m h h a D C G. Cesn Termodnamca e termofludodnamca - Cap. 12_Ara umda 49