DISUGUAGLIANZA DI CLAUSIUS Entropia

Transcript

1 DISUGUAGLIANZA DI CLAUSIUS Entroi Il teorem di Crnot ci dà l ossibilità di definire un ltr grndezz di stto di noteole imortnz er l termodinmic: l entroi. Inftti, er il teorem di Crnot, ossimo ffermre ce il rendimento di un ciclo diretto bitermico è inferiore quello di Crnot tr le medesime due sorgenti termice. < Q Q essendo Q e Q risettimente le quntità di clore, rese in lore ssoluto, ce il sistem scmbi con le sorgenti e e e le temerture delle due sorgenti. Dll disuguglinz scritt discende l seguente: Q Q > Q Q > Q Q < 0 Poicé il clore scmbito dl sistem con l sorgente è negtio, l disuguglinz scritt fferm ce l somm lgebric dei rorti tr le quntità di clore scmbite e le temerture delle risettie sorgenti è minore di zero. Figur 6 V le disequzione si uò generlizzre l cso in cui esistno n sorgenti d cui il sistem ricee clore ed ltrettnte cui lo cede, come nel cso rresentto in figur 6 in cui un ciclo termodinmico qulsisi iene discretizzto e ricondotto d n cicli termodinmici comosti ciscuno d due trsformzioni isoterme e due dibtice. L discretizzzione è ftt in modo ce lungo le isoterme sino scmbite le stesse quntità di clore ce engono scmbite nei trtti corrisondenti del ciclo rele. Lungo le isoterme e le dibtice, ur mmettendo l qusi stticità, interengono comunque dell cuse di 64

2 irreersibilità. Queste ossono essere rissunte nel ftto ce lungo le due isoterme lo scmbio di clore iene con differenz di temertur non null tr sorgente e sistem, mentre lungo le due dibtice nno luogo dei fenomeni di ttrito. Il ciclo rresentto è dunque un ciclo qusisttico m non reersibile ed il rendimento di ciscuno degli n cicli elementri in cui iene discretizzto è inferiore quello di Crnot tr le stesse temerture. Si ottiene ertnto: n i Q i i < 0 Se l discretizzzione è ftt con cicli termodinmici comosti d trsformzioni infinitesime, l sommtori dient un integrle circolre esteso ll intero ciclo termodinmico inizile e l disequzione dient: dq < 0 Quell scritt è un relzione not col nome di diseguglinz di Clusius. Se desso immginimo ce il ciclo rresentto in figur si un ciclo reersibile, l disuguglinz ce bbimo scritto dient un uguglinz oicé i cicli elementri ce sono stti considerti sono esttmente dei cicli di Crnot. E ertnto ossibile scriere, er il cso di n cicli elementri finiti: n i Q i i 0 e er il cso di cicli elementri infinitesimi: dq 0 Se si erific l uguglinz scritt, l esressione sotto il segno di integrle costituisce un differenzile estto, ed esiste un funzione otenzile tle ce: dq ds S è un funzione otenzile ce esrime eidentemente un grndezz di stto del sistem, dett unto Entroi, e si misur in [J/K]. Per ogni rocesso reersibile si uò dire ertnto ce: dq ds In un rocesso reersibile finito ce dllo stto llo stto, l relzione scritt ermette di clcolre il clore scmbito nel modo seguente: 65

3 Q ds L entroi è un grndezz di stto estensi, ce mmette un corrisondente intensi, l entroi secific (er unità di mss): s S J kg K Oimente, ll interno di trsformzioni reersibili, lgono le seguenti relzioni: dq ds dq ds q ds con oio significto dei simboli. Nel cso di rocesso dibtico, si : dq 0 ds 0 dq 0 ds 0 er cui un rocesso dibtico reersibile iene d entroi costnte ed è er questo nce detto ISOENROPICO. Rirendendo in considerzione l relzione ottenut nel cso di trsformzioni irreersibili: dq < 0 indicndo con S irr l quntità ce sommt ll esressione recedente l rende null si : dq + Sirr 0 D cui, si deduce ce, in un ciclo ce resent delle irreersibilità, si uò comunque definire un funzione S ed il suo differenzile estto ds, onendol erò ugule ll somm di due quntità : ds dq + Sirr S irr è un quntità certmente ositi ce rresent l umento di entroi douto lle irreersibilità. Si uò ertnto scriere: dq 0 ds + S irr 66

4 e, di conseguenz: dq ds + ds irr Anlogmente, utilizzndo le grndezze secifice, si : dq ds + Per cui, in un rocesso rele infinitesimo, il sistem subisce un rizione di entroi ce equile l rorto tr il clore scmbito e l temertur dell sorgente iù un termine ce rresent l roduzione di entroi dout ll irreersibilità. In un rocesso dibtico si : ds irr ds dsirr S S S irr I rocessi dibtici reli sono dunque d entroi crescente cus dell loro ntur irreersibile. Estendendo quest considerzione l sistem termodinmico unierso, otendolo considerre dibtico, non esistendo ltri sistemi con cui esso oss scmbire clore, si uò ffermre ce l entroi dell unierso è costntemente crescente. Digrmm entroico Un digrmm termodinmico di noteole interesse er lo studio delle trsformzioni, in rticolre di quelle ciclice, è quello entroico, in cui in ordinte è riortt l temertur ed in scisse l entroi. Figur 7 In figur 7 considerimo un trsformzione reersibile qulsisi ce d d un unto inizile d un unto finle. Se oglimo clcolre il clore scmbito nell -, trttndosi di un trsformzione reersibile, ossimo scriere l seguente relzione: S 67

5 Per cui, sul digrmm -S il clore scmbito lungo l trsformzione è rresentto dll re sottes dll funzione sull sse delle scisse. In rticolre, se l trsformzione è isoterm reersibile, tle re è rresentt dl rettngolo di bse (S -S ) e ltezz (edi Fig. 8). Inftti, er un isoterm reersibile si : Q ds Q ds S ( S ) Se l trsformzione d ( S > S S S > 0 ) il clore scmbito è ositio, quindi entrnte nel sistem, mentre se d d ( S S < 0 ), risult negtio, quindi uscente. Figur 8 S S S Un trsformzione dibtic reersibile è nce isoentroic, come già detto, ed è rresentt d un segmento di rett erendicolre ll sse delle entroie, ce, oimente, non sottende lcun re su questo sse. Inftti un isoentroic non reede nessuno scmbio termico. In Figur 9 è rresentt un trsformzione dibtic reersibile. Figur 9 S 68

6 Il ciclo di Crnot, costituito d due isoterme e due dibtice reersibili, ssume sul digrmm -S l form di un rettngolo, come illustrto in Figur 40. Figur 40 Isoterm Adibtic Adibtic Isoterm S In questo cso, l re rccius dl rettngolo e trtteggit in figur 40 rresent l differenz tr il clore scmbito dl sistem con l sorgente iù elet temertur ( ) e quello scmbito con quell iù bss temertur ( ), essendo questi due dti risettimente dlle ree sottese con l sse delle entroie dll isoterm e d quell. Se il ciclo è ercorso in senso orrio (ciclo diretto) il clore scmbito con l sorgente temertur (re iù grnde) è ositio ed il secondo negtio, dunque comlessimente il sistem scmbi con l esterno un quntità di clore ositio, mentre, se è ercorso in senso ntiorrio (ciclo inerso) llor è il clore scmbito con l sorgente temertur d essere ositio (re iù iccol) e l ltro negtio, er cui il ciclo comie comlessimente un loro negtio. Alterntimente l digrmm temertur entroi, si uò considerre quello nlogo in cui in scisse si riorti l entroi secific s esress in [J/kg K] Il digrmm -s consente di ricre un ltr utile informzione relti d un rocesso reersibile. Inftti, se considerimo un trsformzione reersibile AB come quell rresentt in Figur 4, l tngente d ess condott in un unto generico P indiidu sull sse delle entroie un ngolo α e, se si consider il segmento condotto d P erendicolrmente ll sse, indicndo con R il unto in cui intersec l sse stesso, è ossibile scriere l seguente relzione: Figur 4 P Q α R s 69

7 d ds PR QR tgα QR QR ds d d ds Il segmento QR, sottotngente crtesin ll cur nel unto P, rresent ertnto il clore secifico del sistem ce comie l trsformzione nel unto considerto. Si ricordi ce, in generle, il clore secifico è ribile con l temertur, er cui definito unto er unto lungo un trsformzione. D qunto detto si deduce fcilmente ce il clore secifico lungo un dibtic reersibile (isoentroic) è nullo e lungo un isoterm reersibile tende d infinito, ed in generle tende d umentre l diminuire di α (edi Figur 4) dq d Figur 4 Adibtic reersibile: c 0 Isoterm reersibile: c S Definizione del I rinciio in form entroic Rirendimo le due esressioni del I rinciio già ricte, l rim di lidità uniersle e l second lid er i sistemi erti. dq du + dl dq dh + dl' Se licimo tli relzioni d un trsformzione reersibile, ossimo esrime il loro, il loro tecnico ed il clore in funzione delle ribili di stto interne del sistem, ressione, olume, temertur ed entroi ottenendo le seguenti relzioni: ds du + dv ds dh Vd 70

8 SAI DI AGGREGAZIONE DELLA AERIA: I CABIAENI DI FASE In ntur esistono tre stti di ggregzione dell mteri o fsi: solid, liquid e gssos. Un sistem in fse solid è crtterizzto d form e olume rori, quindi d legmi rigidi tr le rticelle elementri; ll fse liquid inece corrisonde un olume rorio m non un form rori, mentre lo stto gssoso è crtterizzto dl non ere né olume né form rori, quindi d legmi molto deboli tr le rticelle. Attrerso rocessi di scmbio termico è ossibile fr ssre un sistem termodinmico d un fse ll ltr. Le quntità di clore in gioco in questi csi sono di tio ltente e non sensibile. utti i cmbimenti di stto engono inftti temertur costnte e durnte un cmbimento di fse il clore ceduto o ssorbito dl coro ce subisce l trsformzione induce liello microscoico delle modificzioni nei legmi tr le rticelle elementri, romendo o ricostituendo, second dei csi, i legmi suddetti. E ossibile indiidure in digrmmi bidimensionli ressione-temertur oure ressione olume unti rresenttii dei ri stti o linee ce rresentino le trsformzioni di cmbimento di fse. D ciscuno dei due tii di digrmmi è ossibile trrre lcune utili informzioni. Prendimo drim in esme, titolo di esemio, il digrmm ressione temertur - nelle due forme dell figur 4 seguente. Figur 4 L L S V S V Nei due digrmmi suddetti si distinguono tre zone, quell del solido, quell del liquido e quell del ore, serte d linee ce rresentno gli stti di equilibrio tr due fsi. Definimo fusione il ssggio solido liquido e solidificzione il suo inerso, orizzzione il ssggio liquido ore e condenszione il suo inerso, mentre definimo sublimzione il ssggio diretto solido ore ce uò enire er lori molto bssi dell ressione. Nel digrmm di sinistr l endenz dell line di serzione tr lo stto solido e quello liquido è ositi, mentre nell ltro cso è negti. L mggior rte delle sostnze sono crtterizzte d un cur - del tio rresentto sinistr, mentre l cqu e ocissime ltre sostnze (ntimonio e bismuto) sono crtterizzte d un ndmento del tio rresentto dell figur di destr. 7

9 L endenz negti dell line solido-liquido er l cqu si erific er l rorietà ce ess di umentre di olume durnte l solidificzione e di diminuire di olume durnte l fusione. Un umento di ressione dunque ntggio dell fusione ce iene temerture iù bsse, mentre un diminuzione di ressione forisce l solidificzione ce iene temerture iù elete. Di seguito trccimo il digrmm - er l cqu in cui engono eidenziti lcuni unti noteoli: Punto di fusione normle (PFN): 7,5 K tm (05 P) Punto di ebollizione normle (PEN): 7,5 K tm Punto trilo (P): 7,6 K 0,006 tm Punto critico (PC) 647, K, 0 7 P Figur 44 PC tm S PFN L V PEN P rccindo un isobr, d esemio quell ll ressione tmosferic, si ss, ll umentre dell temertur, ttrerso le tre fsi. In ciscuno dei tre settori, solido, liquido e gssoso, si definiscono unti ce er l regol di Gibbs o delle fsi, sono birinti. Inftti: V C F + + Vrindo d esemio l temertur mntenendo costnte l ressione, si rimne nell fse inizile; in ltre role, ressione e temertur ossono essere rite indiendentemente l un dll ltr senz rire lo stto di ggregzione dell mteri. I unti rtenenti lle linee di equilibrio tr due stti, d esemio il unto di fusione e quello di ebollizione normli, sono monorinti. Esrimono inftti l coesistenz di due fsi. Alicndo l regol di Gibbs, si : V C F + + Vrindo d esemio l temertur, si dee fr rire l ressione ortndol ll unico lore ce consente di mntenere lo stesso stto inizile. 7

10 Il unto trilo è zerorinte. Esso esrime l coesistenz dei tre stti e qulsisi modific di ressione o temertur rooc un cmbimento di stto. In ltre role nessun rmetro di stto uò essere modificto indiendentemente dgli ltri senz modificre lo stto di ggregzione dell mteri. Il unto critico indic l condizione termodinmic l di sor dell qule non è iù ossibile ere il cmbimento di fse dllo stto di ore quello liquido, er cui l sostnz, er qulunque lore di ressione e temertur, rimne llo stto gssoso. Se rresentimo il digrmm di stto -, il unto critico è il unto di mssimo dell cur cmn, dett di Andrews, ce rcciude l zon di coesistenz del liquido e del ore. A sinistr dell cmn troimo l zon del liquido e destr quell del ore. Le linee isoterme nno ndmento dierso second dell zon in cui sono trccite. In rticolre l di sotto dell cmn il loro ndmento coincide quello delle isobre ed è rettilineo. Esiste inftti un diendenz unioc tr l ressione di sturzione e l temertur cui è clcolt: s le segmento di rett si rccord sinistr e destr con due linee cure ndndo costituire nel comlesso l line isoterm considert. L isoterm critic risult tngente ll cur cmn nel suo unto di mssimo ce costituisce un unto di flesso dell isoterm stess. s ( ) Figur 45 GAS C L L + V 4 5 V 7

11 Esminimo or l ndmento di un line isobr. Punto : rresent uno stto liquido birinte, secondo l regol di Gibbs: V +. Più rigorosmente questo stto si definisce di liquido sottorffreddto, oicé l sostnz si tro d un temertur minore di quell di sturzione ll su ressione. Punto : rresent un condizione di liquido sturo, in equilibrio tr liquido e ore; tle stto è monorinte: V +. Punto : rresent uno stto di coesistenz tr due fsi, miscel di liquido e ore. Procedendo dl unto erso il unto 4 ument l quntità di ore e diminuisce quell di liquido, oicé è in tto un rocesso di orizzzione ce iene ressione e temertur costnti. Lo stto è monorinte: V + ; Punto 4: rresent un condizione limite oltre l qule non c è iù resenz di liquido e l sostnz è tutt llo stto di ore: è dett condizione di ore sturo secco, ncor monorinte, nlogmente gli stti e. Punto 5: rresent lo stto di ore, iù rigorosmente di ore surriscldto, cioè d un temertur sueriore quell di sturzione ll su ressione. E uno stto di nuoo birinte: V + Se ci troimo nell zon l di sor dell temertur critic l sostnz si uò resentre solo llo stto gssoso. Qui le linee isoterme tendono d ere un ndmento ierbolico. Nel cso di gs temertur sueriore quell critic ed ressioni molto bsse, d cui ci si ttende un comortmento idele, le isoterme dientno ierboli equiltere. All interno di un miscel liquido-ore si definisce itolo del ore il rorto tr l mss del ore e l mss totle dell miscel: + l in cui: : mss del ore nell miscel (kg); l : mss del liquido nell miscel (kg). Indicimo con l mss totle dell miscel e con V (m ) il suo olume, somm del olume occuto dl liquido V l e di quello occuto dl ore V. Indicimo con l e, risettimente, i olumi occuti dll unità di mss del liquido e del ore. Possimo scriere le seguenti relzioni: 74

12 V V l + V Vl l l V Con riferimento ll figur 46, ossimo ffermre ce nel unto l sostnz è tutt liquid, er cui l su coordint sull sse delle scisse è l, mentre nel unto 4 è tutt llo stto di ore er cui l su sciss è esttmente. Il unto inece è uno stto di coesistenz tr liquido e ore, er cui l su coordint è l generic, ce esrime il olume secifico dell miscel: V Figur 46 4 l Dll definizione del titolo di ore bbimo: e l l ( ) A questo unto ossimo scriere: V V + V + l l l l ( ) + 75

13 76 d cui: ( ) ( ) l l l l l + In ltre role, il titolo è dto dl rorto delle lungezze dei due segmenti e 4. Se l, llor si solo liquido ed 0, mentre se, l sostnz è costituit solo d ore, er cui si :.

14 ERODINAICA DELL ARIA UIDA Nel resente citolo si ffronterà il tem delle trsformzioni termodinmice ce subisce l'ri o ll'interno degli mbienti bitti o negli iminti di climtizzzione reosti ll relizzzione delle condizioni di benessere termoigrometrico negli interni. L'ri ce resirimo è costituit d un miscel di gs, tr cui il ore cqueo. Di qui l'ggettio umido. In tutti i csi ce considereremo l ri umid srà trttt come un miscel di gs comortmento idele. r i gs comonenti ossimo rggrure in un unico elemento, detto ri secc, l ossigeno O, l zoto N ed ltri, quli d esemio Ar, CO, ce si resentno in quntità iù iccole, mentre il ore cqueo costituisce l elemento umido dell miscel. In definiti l ri umid uò essere considert un miscel binri comortmento idele comost d ri secc e ore cqueo. Nell tbell seguente sono riortte le ercentuli in mss ed in olume di ciscun gs ce costituisce l miscel, oltre ce le msse molecolri reltie. ARIA SECCA (kg/kmole) % olume % mss O N ,5 Ar 40 0,9, CO 44 0,0 0,04 Nell ri troimo inoltre oleri, rticelle in sosensione e fumi in misur roorzionle l grdo di inquinmento d cui è crtterizzt. L ri secc uò essere considert un comonente unico, oicé durnte le trsformzioni, ce nno luogo ll interno delle mccine di trttmento degli iminti di climtizzzione, l su comosizione non ri se non in misur molto ridott. Al contrrio il comonente umido uò rire nce significtimente, come iene d esemio nelle trsformzioni di umidificzione o deumidificzione. Per quest rgione, nell definizione delle grndezze termodinmice secifice reltie ll'ri umid, dette nce grndezze sicrometrice, si userà come riferimento non l inter mss dell ri umid m solo quell del comonente secco. Quest ssunzione è mimente giustifict dl ftto ce l quntità di ore resente in un cert mss d ri è semre molto iccol risetto quell dell ri secc. LEGGE DI DALON Si definisce ressione rzile di un comonente di un miscel di gs il lore dell ressione ce crtterizzerebbe quel comonente se, d solo, occusse il olume occuto dll inter miscel. Per le miscele di eriformi, ossimo considerre lid l Legge di Dlton, l qule fferm ce l ressione totle di un miscel è dt dll somm delle ressioni rzili dei singoli comonenti : n i i 77

15 78 Alicndo l legge di Dlton ll ri umid ce è costituit d due soli comonenti, ossimo scriere: + doe: : ressione rzile dell ri secc (P); : ressione rzile del ore cqueo (P). In tutte le trsformzioni ce esmineremo considereremo l ri ressione tmosferic, ri, 0,5 kp. GRANDEZZE PSICROERICHE FONDAENALI Definimo umidità secific il rorto tr l mss di ore e quell di ri secc resenti in un certo olume d ri umid. le grndezz si misur in grmmi di ore er kilogrmmi di ri secc. [g /kg ] Considerndo ri secc e ore come due gs ideli, ossimo licre d essi l I legge di stto, come segue: R V R V R V R V D cui si ottiene: R R V R R V 6, 0 In definiti si uò esrimere l umidità secific in funzione delle ressioni rzili, nel modo seguente: tm 6 0,,6 0

16 Un ltr grndezz strettmente legt l contenuto di ore nell'ri è l umidità relti, ce ossimo definire come l mss di ore resente in un cert miscel di ri umid frtto quell ce renderebbe stur l miscel ll stess temertur: ϕ, s entre l umidità secific esrime l effetti quntità di ore resente in un miscel, l umidità relti indic iuttosto l distnz di un miscel di ri umid dllo stto di sturzione. E un grndezz ce si misur in quntità ercentuli e dà l informzione di qunto ore si ncor necessrio ll miscel considert ercé quell stess temertur, rggiung le condizioni di sturzione. Se φ le (00%), diremo ce l ri è stur, cioè contiene l mssim quntità di ore ossibile ll su temertur; se d esemio φ le 0,5 (50%), llor nell ri è resente un quntità di ore ce è ri ll metà di quell ce renderebbe stur l miscel ll stess temertur. L sturzione è un condizione termodinmic strettmente diendente dll temertur: l stess quntità di ore, definit dl medesimo lore dell umidità secific, dà luogo lori diersi dell umidità relti dierse temerture. In rticolre, l ri secc mggiori ccità di miscelrsi l ore temerture iù elete, er cui grosse quntità di ore ossono dre, d elete temerture, bssi lori di umidità relti, mentre bsse temerture iccole quntità di ore ossono dr luogo ll sturzione. Ance in questo cso ossimo licre l I legge di stto dei gs ideli: V R R V, s V, s R, s, s R V In definiti: ϕ, s, s Definimo ncor l umidità ssolut o densità di ore cqueo come il rorto tr l mss di ore resente nell miscel ed il suo olume. Quest grndezz si misur in grmmi di ore er metri cubi: 79

17 d V [g /m ] L relzione esistente tr l umidità relti e quell ssolut è l seguente: ϕ, s d d, s doe d,s è l densità di ore cqueo in condizioni di sturzione ll stess temertur. Si definisce ncor il olume secifico come il olume occuto dll unità di mss di ri secc: V [m /kg ] Infine esrimimo l entli dell'ri umid come somm dell comonente relti ll ri secc e di quell relti l ore: H H + H [J] L relti grndezz secific si ottiene riferendo l grndezz suddett ll mss di ri secc: H H + H + D cui: H + + Alicndo il I Princiio dell ermodinmic nell form utilizzt er i sistemi erti, considerndo nullo il loro tecnico, si in generle ce l'energi termic secific scmbit ll interno di un trsformzione di riscldmento d uno stto termodinmico d un ltro, equile d un rizione di entli secific tr i due stti: d dq ' dl ' dl 0 d dq q 80

18 Possimo ertnto considerre il clore er unità di mss fornito ll'ri umid dto dll rizione dell su entli secific tr un iotetico stto inizile 0, crtterizzto d entli secific 0 e temertur t 0 e lo stto ttule d entli secific e temertur t, e considerre quest come somm delle comonenti reltie ll'ri secc ed l ore. [ r + c ( t )] 0 c t ( t t0) in cui è messo in eidenz ce, mentre il clore fornito ll'ri secc const solo di un comonente sensibile, quello reltio l ore reede si un comonente sensibile ce un ltente, essendo r 0 il clore ltente di orizzzione dell cqu ll temertur t 0. edinte quest relzione è ossibile dunque esrimere l entli secific in funzione dell temertur dell miscel, un olt indiiduto uno stto di riferimento d entli null, ce è quello, conenzionlmente scelto, corrisondente d un temertur di 0 C: t 0 0 c t ( r + c t) L equzione scritt, un olt risolt in form rmetric, consente di disegnre il cosiddetto digrmm sicrometrico, ce è un digrmm di stto reltio ll ri umid, doe ossono essere trccite tutte le linee in cui, di olt in olt, ciscuno dei rmetri termodinmici descritti rimne costnte. Si trtt di un digrmm di stto, trccito ressione costnte ri ll ressione tmosferic, ce reede tre ssi fondmentli: sse orizzontle delle temerture t ( C); sse erticle delle umidità secifice (g /kg ) sse obliquo delle entlie secifice (kj/kg ) Su tle digrmm è ossibile indiidure unti rresenttii dello stto termodinmico dell ri. Not un coi di coordinte, si indiidu il unto ce descrie lo stto in cui si tro l ri e si leggono i lori ssunti d tutte le ltre grndezze di stto. In rticolre, oltre lle linee isoterme, quelle d umidità secific costnte o isotitolo, ed lle isoentlice, riferite i tre ssi, sono fcilmente indiidubili le linee umidità relti costnte, tr cui in rticolre l line di sturzione, e le isocore, olume secifico costnte, medinte le quli tutte le grndezze sicrometrice fondmentli riferite d un rticolre stto termodinmico dell'ri umid sono geolmente determinbili. Nell figur 47 è riortto un esemio di determinzione di uno stto termodinmico dell'ri sul digrmm sicrometrico. Nel cso rresentto il unto P è crtterizzto d un temertur di circ 6,5 C, un umidità secific di oco meno di 9 g /kg, un umidità relti del 40%, un entli secific di 49 kj/kg ed un olume secifico ri 0,86 m /kg 8

19 Figur 47 P t Figur Determinizone delle coordinte di un unto sul digrmm sicrometrico RASFORAZIONI DELL'ARIA UIDA A PRESSIONE OALE COSANE I ossibili trttmenti dell ri umid er usi ciili ed industrili iù frequenti comrendono rocessi combinti di trsformzioni iù semlici, quli il riscldmento ed il rffreddmento sensibile, l umidificzione e l deumidificzione, l miscelzione tr msse dierse di ri umid, tr ri ed cqu olerizzt o tr ri ed un getto di ore. Drim srnno resi in considerzione i rocessi iù elementri e, successimente, gli stessi errnno studiti nelle loro combinzioni iù frequenti, tiice del condizionmento estio ed inernle. I rocessi ce subisce l'ri nelle rie rti di un iminto di climtizzzione mirno relizzre condizioni di benessere termoigrometrico negli mbienti interni. Gli studi iù recenti su questo tem consentono di ffermre ce le condizioni mbientli ottimli er gli occunti di un interno reedono un temertur dell'ri intorno 6 C d'estte e 0 C d'inerno con un umidità relti comres tr il 40 ed il 60 % in entrmbe le condizioni. 8

20 RISCALDAENO E RAFFREDDAENO SENSIBILE DELL ARIA UIDA Prendimo drim in esme il riscldmento ed il rffreddmento sensibile considerti come rocessi semlici, non ccomgnti, cioè, d rizioni di umidità secific, ce comorterebbero necessrimente scmbi di clore ltente. Si riscldmento sensibile qundo l ri cquist energi termic e mntiene inlterto il rorio contenuto di ore d cqu: l temertur ument, l umidità secific si mntiene costnte mentre l umidità relti diminuisce: l ri, quindi, dient iù sciutt. Un esemio di riscldmento sensibile è quello ce iene in un corrente d ri ce lmbisce l suerficie estern di un btteri di tubi (scmbitore di clore) ercorsi ll interno d un fluido iù cldo. Figur 48 Scem di un rocesso di riscldmento sensibile Q t t Si consideri il rocesso di riscldmento sensibile scemticmente rresentto nell figur 48, in condizioni di flusso termico stzionrio. Per il rinciio dell conserzione dell mss, licto sertmente i due comonenti ri sciutt e ore d cqu, si : er cui l ortt dell ri sciutt rimne l stess nell sezione di ingresso ed in quell di uscit ed, nlogmente, l'umidità secific rimne costnte. Per il rinciio dell conserzione dell energi, essendo nullo il loro tecnico scmbito con l'esterno, si : dq d q d cui: 8

21 Q ( ) doe Q clore. rresent l otenz termic fornit ll ortt d ri dllo scmbitore di Figur 49 Rresentzione sul digrmm sicrometrico di un rocesso di riscldmento sensibile L otenz termic uò quindi essere determint direttmente rilendo sul digrmm sicrometrico i lori delle due entlie secifice, di inizio e di fine riscldmento, e moltilicndo l loro differenz er l ortt di ri sciutt. L ortt d ri si determin dl dimensionmento termodinmico dell iminto, rei erific di comtibilità con i lori riciesti dll normti igente olti d ssicurre nell mbiente le condizioni igienice necessrie llo solgimento delle ttiità reiste. In mncnz del digrmm, o er riscldmenti sensibili ce si estendono oltre l zon coert dl digrmm, o qundo sono ricieste migliori ccurtezze nei risultti, si dee scegliere l i nlitic, in sostituzione di quell grfic. Per rocedere utilmente si debbono conoscere gli stti termodinmici dell ri ll ingresso ed ll uscit, e si dee conoscere l ortt dell corrente di ri. L ortt uò essere quell olumetric V (m s - ) o quell onderle (kg s - ). r le due le l seguente relzione: ρv doe ρ (kg m - ) è l densità, o quell iners: V 84

22 doe (m kg - ) rresent il olume secifico. Infine, er dimensionre lo scmbitore di clore, è necessrio conoscere l otenz termic ce dee essere grntit durnte il rocesso. le otenz termic uò essere lutt trmite l equzione recedentemente scritt ce consente di clcolrl in funzione dell differenz di entli. le relzione, tenendo conto ce, uò essere scritt nell form seguente, ricordndo l'esressione dell entli secific dell ri umid recedentemente scritt: Q ( ) ( c + c ) ( t ) t ce, sostituendo i lori numerici dei clori secifici dell ri secc e del ore, dient: Q ( +. ) ( t t ) 9 Il rffreddmento sensibile, inece, è il rocesso ce iene qundo l ri umid iene conttto con un rete l cui temertur suerficile è minore dell temertur dell ri. Fcendo riferimento llo scem di Figur 48, tle trttmento iene effettuto con uno scmbitore di clore l cui interno scorre un fluido freddo (di solito cqu rffreddt monte d un mccin frigorifer) in grdo di sortre clore dll'ri ce lo ttrers. Nell Figur 50 è rresentto un rocesso di rffreddmento sensibile sul digrmm sicrometrico Figur 50 Rresentzione sul digrmm sicrometrico di un rocesso di rffreddmento sensibile 85

23 Come si not dl digrmm sicrometrico, il rocesso di rffreddmento sensibile iene d umidità secific costnte, mentre l'bbssmento di temertur f umentre l'umidità relti. Se l temertur suerficile dell btteri di tubi è molto bss è ossibile ce l'ri rggiung le condizioni di sturzione. In questo cso l line ce rresent l trsformzione intersec l line di sturzione sul digrmm sicrometrico nel unto R detto unto di rugid. Il unto di rugid è crtterizzto d un temertur dett unto temertur di rugid. In figur 5 iene rresentto un trttmento di rffreddmento sensibile sinto fino ll temertur di rugid dell'ri. Figur 5 Rresentzione sul digrmm sicrometrico di un rocesso di rffreddmento sensibile sinto fino ll temertur di rugid R t R Pertnto ossimo definire l temertur di rugid dell'ri di un mbiente quell di sturzione ce si rggiunge ttrerso un rocesso di rffreddmento sensibile, in cui, come detto, rimne costnte l umidità secific. Se l temertur dell ri, durnte un rffreddmento sensibile, rggiunge l temertur di rugid t R, si innesc il fenomeno dell condens. Se si uole imedire tle fenomeno ll interno di un mbiente è dunque necessrio mntenere tutte le suerfici d un temertur mggiore di quell di rugid. Per il rffreddmento sensibile le qunto già detto er il riscldmento sensibile, dl momento ce le l stess imostzione er i bilnci di mss e di energi, con l unic differenz imost dl unto di rugid: il rffreddmento rimne sensibile fino qundo l temertur si mntiene mggiore di quell di rugid. 86

24 ISCELAZIONE L imortnz dell miscelzione di due o iù correnti d ri umid st nel ftto ce questo è un rocesso fondmentle negli iminti di condizionmento con ricircolo d ri, molto utili e consigliti er motii di risrmio energetico. Il ricircolo, cioè il riutilizzo dell'ri già trttt dll'iminto e recuert dgli mbienti condizionti, consente inftti un efficce risrmio energetico si in condizioni inernli ce estie, oicé miscelndo l ri rimri (relet dll esterno) con ri di ricircolo, si effettu di ftto un trttmento di reriscldmento in regime inernle e di rerffreddmento in regime estio, entrmbi in modo grtuito. L miscelzione iene nce dentro gli stessi mbienti d condizionre tr l ri già resente e l ri immess forztmente ttrerso le boccette. A questo roosito si noti ce l ri immess dee trorsi in uno stto termodinmico tle d ortre e mntenere l ri mbiente nelle condizioni finli desiderte er il comfort definibili in funzione dell destinzione d uso. Per descriere le modlità con cui iene un rocesso di miscelzione fccimo riferimento ll sezione di miscelzione dibtic dell mccin di trttmento ri di un iminto di climtizzzione. Il funzionmento di tle sezione è descritto scemticmente nell figur 5. Oimente l dibticità è un condizione essenzile, nce se teoric, er effetture un efficce risrmio energetico. E' inftti usicbile ce tr le due correnti d'ri, quell rimri relet dll'esterno e quell di ricircolo roeniente dgli mbienti trttti, eng uno scmbio termico senz disersioni erso l'esterno. L ortt entr nelle condizioni crtterizzte dlle coordinte, e t e si miscel con l ortt ce entr nelle condizioni, e t. Dll miscel dibtic delle due ortte in ingresso iene rodott un ortt nelle condizioni, e t. Figur 5 Scem di funzionmento di un sezione di miscelzione dibtic,, t,, t,, t In Figur 5 i unti e rresentno gli stti termodinmici delle due ortte in ingresso 87

25 Figur 5 iscelzione dibtic di due ortte d ri umid Per i rincii dell conserzione dell mss e dell energi nelle due sezioni di ingresso e nell sezione di uscit del misceltore, in riferimento lle ortte onderli d ri sciutt, si : conserzione dell mss dell ri sciutt: + conserzione dell mss del ore: + conserzione dell energi: + ± Q doe Q è l otenz termic scmbit con l'esterno nel cso di non dibticità delle reti del misceltore. Qundo l miscelzione uò essere considert dibtic ( Q 0), l'equzione di conserzione dell'energi è scritt nel modo seguente: + Risolendo, in questo cso, le tre equzioni ce costituiscono il sistem si ottiene: + 88

26 89 + Lo stto dell ri umid, ll uscit dl misceltore, è indiiduto dunque, nel ino -, dl unto di coordinte ed clcolte come medie onderte, risettimente, delle entlie secifice e delle umidità secifice dei unti e. In tli medie l'elemento di onderzione è rresentto dlle ortte d ri sciutt ce ttrersno le due sezioni di ingresso. Il risultto ottenuto è lo stesso ce si otterrebbe se si cercsse, in un sistem di ssi coordinti ed, il bricentro di un sistem di msse concentrte nei unti e. In quest nlogi, osimo considerre il unto come il bricentro del sistem costituito dlle due msse, roorzionli lle due ortte, loclizzte, sul digrmm sicrometrico, ciscun nel unto crtteristico del rorio stto termodinmico: le distnze (brcci) dei unti estremi, oe sono loclizzte le due msse, dl bricentro sono in rorto inerso con le ortte. Pertnto il unto, rresenttio dell miscel, si tro sull congiungente -, distnze inersmente roorzionli l rorto delle ortte. Se suonimo noto il rorto tr le ortte, ri N, llor il unto si troerà distnze d e d ce stnno nel rorto N. In Figur 5 è rresentt l soluzione grfic er il cso in cui l ortt si il doio dell ortt Il sistem di tre equzioni ottenuto nel cso di miscelzione dibtic tr due ortte d ri uò essere risolto nce nell mnier seguente: + ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( D cui si ottiene: e D cui: L ultim equzione scritt è l condizione di llinemento di tre unti, ce nello secifico rresentno gli stti dell ri nelle due sezioni di ingresso ed in quell di uscit: lo stto dell ri ll uscit dl misceltore si tro, quindi, sull rett ssnte er i due unti rresenttii degli stti inizili delle due ortte d ri. Inoltre, oicé si sull sse ce sull sse il unto si tro distnze d e d inersmente roorzionli l rorto tr le ortte, come esresso dlle equzioni recedenti, tle relzione è lid nce sul segmento, ottenendo lo stesso risultto ottenuto col recedente metodo.

27 Nel cso di miscelzione non dibtic ( Q 0) il unto finle l stess umidità secific dello stto di fine miscelzione dibtic, m l entli quest olt è dt d: + ± Q ± Q doe è l entli finle dell miscelzione dibtic. Sul digrmm sicrometrico il unto ce rresent l miscelzione non dibtic delle due ortte uò essere determinto rtire dll osizione del unto recedentemente troto fcendo rire l su entli, d umidità secific costnte, in umento se l otenz termic è entrnte nell mccin, ed in diminuzione, se inece è uscente. In Figur 54 sono rresentti i due csi suddetti di miscelzione non dibtic. Figur 54 iscelzione non dibtic di due ortte d ri umid. 90

28 RAAENO INVERNALE PROCESSO COBINAO DI RISCALDAENO ED UIDICAZIONE In regime inernle l ri relet dll esterno ed eentulmente miscelt con quell di ricircolo dee essere riscldt er oter ssicurre le condizioni di benessere negli mbienti interni un olt introdott medinte le cnlizzzioni ce fnno rte dell iminto di climtizzzione. Nel riscldmento sensibile erò, come già sottolineto, l umidità relti diminuisce, mentre rest costnte l umidità secific. Se l bbssmento dell umidità relti oltre i limiti riciesti er il benessere o, in mbito industrile, er le esigenze di conserzione ottimle dei rodotti finiti o semilorti, bisogn umidificre l ri er riortrl lle condizioni ricieste. L umidificzione di un ortt di ri si uò relizzre roocndo il conttto tr quest ed un mss d cqu comtt o nebulizzt, oure medinte un getto di ore secco bss temertur, generlmente non disonibile sorttutto in iminti residenzili. In mbienti industrili ossono, inece, trorsi disonibili fonti di ore bss temertur, er esemio sor sce d cqu cielo erto o in trtti di iminti di roduzioni rticolri, dlle quli sillre le quntità di ore necessrie er l umidificzione dell ri. Per il condizionmento ciile residenzile, l umidificzione si relizz semre trmite l sturzione dibtic. Processo di SAURAZIONE ADIABAICA L sturzione dell ri uò essere relizzt, oltre ce er rffreddmento, immettendo nell ortt d ri un cert quntità d cqu finemente nebulizzt ce, conttto con l ri stess, riceendo d ess il clore ltente di orizzzione, si trsform in ore e d rriccire il suo comonente umido. L mccin ll interno dell qule si relizz un tle trsformzione si cim sturtore dibtico, oicé di solito il rocesso iene ftto enire in condizioni di dibticità. Figur 55 Scem di funzionmento di un sturtore dibtico l l, l,, In queste iotesi, il I rinciio dell ermodinmic, in ssenz di loro tecnico, uò essere scritto come segue: dq d d cui, essendo l trsformzione dibtic: 9

29 dq 0 d 0 ce ermette di stbilire ce esso iene d entli costnte. Figur 56 Rresentzione grfic di un rocesso sturzione dibtic successio d un riscldmento sensibile t s Se indicimo con lo stto di ingresso l sturtore e con quello di uscit e con l, l ed l, risettimente, l ortt, l umidità secific e l entli secific dell cqu immess, ossimo scriere le seguenti due equzioni ce esrimono, risettimente, il bilncio di energi e quello di mss er l intero sistem: + l l ( ) + l l Pertnto l mss d cqu necessri sturre l ortt d ri considert si clcol moltilicndo l ortt d ri trttt er l differenz dei lori ssunti dll umidità secific ll inizio ed ll fine del rocesso. Potendo in genere considerre trscurbile il contributo ce dà l bilncio entlico l mss d cqu, dll rim equzione si ric: 9

30 Durnte il rocesso, dunque, l ri si rffredd, oicé cede clore ll cqu er l orizzzione, lungo un trsformzione ce, con buon rossimzione ossimo considerre isoentlic. L temertur di sturzione rggiunt con un trsformzione isoentlic rtire d un unto mbiente A si dice temertur di sturzione dibtic t s. All uscit del sturtore dibtico dunque l umidità relti è troo elet (00%) e sicurmente molto sueriore l lore mssimo comtibile con il benessere. Per diminuire l umidità relti e ortrl lori ccettbili, nel trttmento inernle è erciò necessrio inserire un ost-riscldtore, cioè un secondo scmbitore di clore cldo in grdo di riscldre l ri mntenendo costnte l umidità secific ed bbssndo l umidità relti. In definiti ossimo ffermre ce il trttmento inernle comleto dell ri in un iminto di climtizzzione in regime inernle const di tre fsi successie ll eentule miscelzione dibtic: re-riscldmento; umidificzione dibtic; ost-riscldmento. Gli iminti di climtizzzione centrlizzti reedono un sezione, ce di ftto costituisce il cuore dell iminto, risert d effetture tli trttmenti. Si trtt di un mccin modulre, dett unità di trttmento ri (U..A.), ll interno dell qule si susseguono i trttmenti indicti. Oimente l stess mccin reede delle sezioni er il trttmento estio ce in regime inernle non engono ftte funzionre. Nell Figur 57 iene riortto uno scem dell U.. A. redisosto solo er il trttmento inernle, ce reede, doo un sezione di miscelzione tr ri rimri e di ricircolo ed un filtrggio, le tre sezioni di re-riscldmento, umidificzione e ost-riscldmento descritte. Figur 57 Scem funzionle di un Unità di rttmento Ari in regime inernle Ari esuls Ari di ricircolo Ari rimri + + Ari di mndt In definiti ossimo rresentre il trttmento inernle comleto come in Figur 58 doe l ri iene trsformt dllo stto inizile fino l unto di introduzione I ce rresent le condizioni termodinmice dell ri in uscit dll mccin di trttmento 9

31 ed in ingresso nei cnli di distribuzione ce l orternno fino gli mbienti d climtizzre. E oio ce nell rogettzione dell iminto si trtterà di determinre le condizioni I rtire d quelle inizili. Noti i unti ed I srà ossibile determinre i unti intermedi e rocedendo ritroso e determinndo il unto come intersezione tr l line d umidità secific costnte ssnte er I e l line di sturzione, ed il unto dll intersezione dell line isoentlic ssnte er il unto e l line d umidità secific costnte ssnte er il unto. Figur 58 Rresentzione grfic del trttmento inernle comleto I 94

32 EPERAURE A BULBO ASCIUO ED A BULBO BAGNAO Quell ce comunemente cimimo temertur dell ri uò essere dett, iù recismente, temertur bulbo sciutto t b, oicé misurbile con un termometro il cui elemento sensibile (bulbo) è sciutto e iene disosto direttmente conttto con l ri. Immginimo or, l contrrio, di mntenere costntemente bgnto il bulbo del termometro olgendolo in un grz imbeut d cqu er immersione in un contenitore il cui liello iene controllto e reintegrto di continuo. Lo strumento non risult iù conttto con l ri m con un mezzo intermedio, l grz bgnt, e ne misur l temertur. Gli strti d ri diretto conttto con l grz sono in condizioni di sturzione, oicé roocno l continu eorzione dell cqu di cui il nno è imbeuto sorttutto se, medinte un mezzo meccnico, si rendono iù efficci le condizioni di scmbio termico forzndo l corrente d ri lmbire d elet elocità il nno stesso. Prorio grzie tle scmbio termico l cqu dell grz eor geolmente riceendo dll ri il clore ltente necessrio questo scoo. Contemornemente l ri si rffredd in mnier tnto iù rilente qunto minore è l su umidità relti. Inftti, bssi lori dell umidità relti, l ri uò fr eorre e miscelre con sé grosse quntità di liquido rim di rggiungere l sturzione, mentre se l su umidità relti è già elet, il rocesso ssume minore rilenz. le rffreddmento segue, con buon rossimzione, un line isoentlic. Figur 59 emertur bulbo sciutto e bulbo bgnto dello stto termodinmico mbiente A A bb b 95

33 Possimo certmente dire, con buon rossimzione, ce il termometro col bulbo bgnto rile indirettmente l temertur dell ri ce lmbisce lo strumento, essendo quest in equilibrio termico con l grz. le temertur si cim unto temertur bulbo bgnto dell ri e, er qunto detto, coincide con l temertur di sturzione dibtic. Se si misur contemornemente, con un termometro bulbo sciutto, l temertur dell ri bree distnz dl termometro bulbo bgnto, si rile un lore dierso, sicurmente iù eleto oicé non interessto dl fenomeno dell orizzzione e dl reltio rffreddmento. L differenz tr i due lori, cioè tr l temertur bulbo sciutto e quell bulbo bgnto, è indice dell distnz dll sturzione d cui è crtterizzt l ri oggetto dell misur. E rorio questo il rinciio di funzionmento dello Psicrometro di Assmn, strumento utilizzto er l misur dell umidità relti. Lo sicrometro misur contemornemente temertur bulbo sciutto e bulbo bgnto dell ri in cui iene osto e, dll differenz tr i lori rileti, ric l umidità relti, come illustrto nell figur 59. RAAENO ESIVO PROCESSO COBINAO DI RAFFREDDAENO E DEUIDIFICAZIONE Durnte l stgione cld occorre rffreddre l ri rim di immetterl negli mbienti d climtizzre er oter comensre i crici termici entrnti douti ll differenz di temertur con l esterno, ll irrggimento termico, rticolrmente oneroso sulle suerfici etrte, e i crici interni douti lle ersone resenti e lle ttiità ce si solgono nell mbiente. L sortzione di clore dll ri comort di solito nce rocessi di deumidificzione in grdo di eliminre dll ri stess il ore in eccesso medinte condenszione. Le temerture elete tiice del regime estio inftti comortno un mggiore resenz di ore nell ri risetto condizioni inernli crtterizzte d temerture iù bsse rità di umidità relti. Per mntenere condizioni di benessere nell mbiente è erciò qusi semre necessrio sortre il ore in eccesso, cioè oerre rocessi di deumidificzione. Poicé l deumidificzione è effettut er condenszione del ore dll stess btteri fredd ce effettu il rffrescmento, ll uscit dl deumidifictore l corrente d ri si tro in condizioni di sturzione, cioè con umidità relti ϕ (00%), e dorà essere seguit d un rocesso di ost-riscldmento, nlogo quello ce si in regime inernle er relizzre le condizioni di benessere. L deumidificzione medinte rffreddmento sensibile si comie durnte il conttto tr l ri umid ed un suerficie fredd, ce di solito è costituit dll suerficie estern dei tubi di uno scmbitore di clore ll interno del qule scorre un fluido freddo, di solito cqu, rffreddto d un iminto frigorifero ce st monte dell U.. A. Condizione necessri e sufficiente ercé uno scmbitore si in grdo, oltre ce di rffreddre l ott d ri con cui iene conttto, nce di deumidificrl, è ce l su temertur si inferiore quell di rugid. Si consideri uno scmbitore con queste crtteristice, come quello scemtizzto in Figur 60, relizzto medinte un btteri di tubi ll interno dei quli scorre un fluido freddo, lle dell qule si tro un bbttitore di gocce, l cui funzione è quell di rllentre, fino frle cdere, le gocce ltrimenti trsortte dll ortt di ri. Un bbttitore di gocce uò essere relizzto medinte un serie di lstre ine forte e rllele tr loro, disoste normlmente ll elocità dell ri. Ai uoti dell un corrisondono i ieni dell successi: l ri umid riesce ssre gilmente, 96

34 degundo ridmente l su triettori l ercorso obbligto zig-zg, mentre l gocci, ossedendo un quntità di moto mggiore rità di elocità, un inerzi mggiore e, se riesce ssre un foro dell rim lstr, è comunque destint sciccirsi inesorbilmente sul ieno dell successi, sciolndo oi erso il bsso fino gocciolre dentro l imbuto del rccoglitore di condens. Figur 60 Scem di funzionmento di un trttmento di rffreddmento con deumidificzione t Abbttitore di gocce t c Si iotizzi l situzione idele dello scmbio termico erfetto ed uniforme tr l corrente d ri e l suerficie di scmbio, ce si erific qundo tutt l corrente d ri modo e temo er rggiungere l equilibrio termico con l suerficie di scmbio, rim di uscire. Inoltre si immgini ce l btteri di scmbio termico bbi un ccità termic infinitmente grnde risetto ll ortt d ri con cui iene conttto. In queste iotesi, ossimo mmettere ce l ri si orti in condizioni di equilibrio termico con l btteri di tubi ll su stess temertur. Se l cqu ce condens durnte il rocesso doesse rimnere finemente disers nell mss d ri, il unto rresenttio dello stto finle si troerebbe nell zon delle nebbie. Foriscono l formzione di nebbi un elet concentrzione di uliscolo o di nuclei ttii di condenszione, nell ri d rffreddre, ed un elocità dell corrente d ri non sufficientemente elet nell ttrersre l btteri di scmbio termico. Nel cso iù generle, ce non reede l formzione di nebbi, l cqu condenst reciit sontnemente er grità mno mno ce le gocce rggiungono dimensioni e, quindi, eso sufficienti er l cdut oure er l resenz dell bbttitore di gocce già descritto. Fcendo riferimento ll Figur 6, in situzioni del genere lo stto finle dell miscel gssos è rresentto dl unto, reso sull cur di sturzione d un lore di temertur ri quello dell suerficie estern dello scmbitore s. In questo cso l trsformzione idele finor descritt è rresentt erciò dll sezzt curiline R. Un trsformzione comlet di questo tio è relizzbile solo costringendo tutte le rticelle d ri lmbire l suerficie fredd fino l rggiungimento dell equilibrio termico, e questo non iene normlmente. Srebbe necessri, questo scoo, un suerficie di scmbio infinitmente grnde. In un trsformzione rele, l ri iene conttto con l btteri di tubi freddi ttrerso resistenze termice iù o meno grndi, second del ercorso delle singole rticelle, rggiungendo, quindi, stti finli sttisticmente distribuiti tr lo stto inizile e lo stto finle idele. 97

35 Figur 6 Rresentzione grfic sul digrmm sicrometrico di un trttmento idele di rffreddmento con deumidificzione R s Per descriere il fenomeno in condizioni reli si uò ricorrere d uno scem di funzionmento ce reed, er un rte dell ri, un trttmento idele, in cui quest rggiung l temertur suerficile dell btteri fredd e, er l rimnente, l totle ssenz di trttmento. In ltre role, in questo scem fittizio di funzionmento, si iotizz ce quest ultim eng by-sst, trondosi, ll fine dell trsformzione, nelle condizioni inizili. Nell iotesi di un comleto rimescolmento tr l ri trttt in modo idele e quell bysst ll uscit dell btteri, si ottiene uno stto medio di fine deumidificzione, corrisondente quello ce si relizz nell reltà, ce è fcilmente indiidubile con le leggi dell miscelzione dibtic. Esso si troerà, cioè, sul segmento, tnto iù sostto erso qunto iù efficce è il conttto termico tr l ri e l suerficie fredd. Il rorto tr il segmento ed il segmento, conenzionlmente cimto fttore di by-ss (FB), è un crtteristic del sistem ed esrime il rorto tr l ortt d ri by-sst b e l ortt d ri totle tot : FB b tot 98

36 Figur 6 Rresentzione grfic sul digrmm sicrometrico di un trttmento rele di rffreddmento con deumidificzione R Il fttore di by ss indic le restzioni ottenibili d un certo scmbitore di clore, ce risulterà tnto iù efficiente qunto iù bsso è il suo lore. Suonimo, uro titolo di esemio, ce FB si ri 0,. Possimo desumere d quest informzione ce l ortt by-sst risult essere, nel modello di funzionmento considerto, ri l 0% dell ortt totle; di conseguenz quell trttt in modo idele srà l 80% dell stess. In ltre role, tr le due ortte ce dnno it l miscelmento finle c è un rorto di :4. In questo esemio il unto si troerà ertnto sul segmento, d un distnz d ce è ¼ di quell d e si determinerà fcilmente diidendo il segmento in cinque rti uguli e osizionndo il unto iù icino l unto iuttosto ce l unto. Le condizioni di uscit risultno in ogni cso icine ll condizione di sturzione e questo è tnto iù ero qunto iù elet è l efficienz dell btteri; di conseguenz si rende necessrio, nell mggior rte dei csi, un ost-riscldmento er fr sì ce l ri rggiung le condizioni di introduzione, cioè le condizioni termodinmice corrisondenti llo stto in cui l ri dorà essere immess nelle cnlizzzioni dell iminto di climtizzzione e, ttrerso queste, trsortt gli mbienti d trttre ed introdott negli stessi. In Figur 6 è rresentto lo scem di funzionmento di un U.. A. reltimente lle sezioni reoste l condizionmento estio ed in Figur 64 il reltio rocesso sul digrmm dell ri umid. 99

37 Figur 6 Scem di funzionmento del trttmento di rffreddmento, deumidificzione e ost-riscldmento Btteri fredd t t c Postriscldtore Figur 64 Rresentzione sul digrmm sicrometrico del trttmento di rffreddmento, deumidificzione e ost-riscldmento R I Se il condizionmento estio iene senz ricircolo, cioè con rinnoo comleto dell ri, tutt l ri trttt si tro nelle condizioni termodinmice del rticolre microclim ce crtterizz il sito in cui è ubict l instllzione. In questo cso l imegno energetico er l reccitur è mssimo, oicé tutto il rffreddmento è soortto dll btteri di 00

38 tubi freddi, e questo si riflette sul consumo di energi elettric, ce liment il comressore dell mccin frigorifer ce roduce il freddo. L unic form di risrmio energetico ttubile consiste dunque nell scelt dell utente di tenere sento l iminto. Il rinnoo comleto dell ri comort nce il mggior onere di grntire il deflusso continuo, senz dnnosi ccumuli, di mggiori ortte dell cqu di condens ce iene smltit dll suerficie estern dell eortore. Al contrrio l scelt di effetture il ricircolo o rinnoo rzile dell ri consente certmente un mggiore flessibilità nell gestione dell iminto con riduzioni nce sensibili dei consumi di energi. Nel trttmento ce reede il ricircolo, l reccitur del condiziontore si rriccisce di un condotto ce riort l ri, estrtt dll mbiente già condizionto, in uno szio monte dell btteri di tubi freddi, doe, doo un oortuno filtrggio, si relizz l miscelzione comlet tr l ri di ricircolo e quell estern di rinnoo, denomint ri rimri. L situzione è nlog quell del condizionmento inernle. In entrmbi i csi l oerzione di ricircolo consente un efficce risrmio energetico in qunto l ri ricircolt si tro in uno stto termodinmico rossimo quello dell mbiente condizionto, quindi iù cld in regime inernle e iù fredd in regime estio risetto ll ri rimri. Ciò oimente comort un minor consumo di energi d rte delle btterie di scmbio termico, oicé l ortt d ri necessri ll utenz, rodott dll miscelzione tr ri estern ed ri di ricircolo è in condizioni iù icine quelle finli ricieste er l mbiente d condizionre, dunque riciede un trttmento meno disendioso dl unto di ist energetico. In rticolre, nel condizionmento estio, ll btteri di tubi freddi si resent un ortt d ri iù fredd, ce riciede, quindi, consumi minori er l ulteriore rffreddmento fino llo stto finle riciesto, e meno umid, con minore ggrio, quindi, er l sorto dell cqu di condens. Nell figur 65 iene riortto lo scem oertio di un trsformzione esti con ricircolo. Figur 65 Scem di funzionmento del trttmento estio con ricircolo t isceltore Scmbitore freddo Scmbitore cldo c t t Locle condizionto 0