Diagramma psicrometrici FISICA-ECNICA Diagrammi psicrometrico Katia Gallucci Si dice diagramma psicrometrico la rappresentazione grafica della proprietà termodinamiche dell aria umida. Su tali diagrammi è possibile rappresentare graficamente le trasformazioni che l aria umida subisce nelle arie fasi di processo quali l essiccamento o il condizionamento dell aria e leggere i alori dei parametri in gioco. Poiché l aria umida nelle più comuni applicazioni subisce trasformazioni a pressione totale costante, i diagrammi psicrometrici sono bidimensionali (ossia piani). Sono cioè tracciati per un dato alore della pressione totale e riportano famiglie di cure a temperatura, entalpia, umidità relatia e umidità assoluta costanti. r = 100 0 Le relazioni tra i tre tipi di umidità si possono dedurre dal diagramma http://www.essica.com/portal/it/approfondimenti/aria/aria_umida/diagramma_psicrometrico
Fissata una certa umidità assoluta, il alore di r aria con la temperatura, e cioè aumenta al diminuire di Fissata una certa temperatura, l umidità assoluta aumenta con r per r =100% si ha la cura di saturazione per la quale = 0 l umidità di saturazione 0 cresce con la temperatura emperatura di bulbo umido Quando si inia una corrente di gas non saturo di apore (< 0 ) sopra la superficie di un liquido parte di questo eapora e a ad aumentare l umidità del gas. Dato che l eaporazione del liquido si erifica con assorbimento di calore, la temperatura del liquido si abbassa e quando arria ad essere inferiore a quella del gas si ha passaggio di calore dal gas al liquido: cioè si stabilisce un flusso di calore dal gas al liquido e un flusso di materia e di calore (calore di eaporazione) dal liquido al gas Quando i due flussi sono uguali, la temperatura del liquido si stabilizza su un alore detto temperatura di bulbo umido BU Se si inia una corrente di gas su un termometro il cui bubo è aolto da una garza bagnata di liquido, in modo tale che la temperatura e l umidità non arino, si può misurare la temperatura di bulbo umido e con un altro termometro (senza garza) la temperatura di bulbo secco
Il calore che si trasferisce dal gas al liquido è: ( ) q = g l h g A g l h g = coefficiente di trasmissione del calore dal gas al liquido, kcal/(m 2 h C) A = superficie di contatto gas-liquido, m 2 g = temperatura del gas, C l = temperatura del liquido, C Il calore che si trasferisce dal liquido al gas è trasferito per mezzo del calore di eaporazione: q K A( ) λ = l g y 0 K y = coefficiente di diffusione del apore nel gas, kg/(m 2 h) A = superficie di contatto liquido-gas, m 2 λ = calore di eaporazione del liquido, kcal/kg Quando il liquido ha raggiunto la temperatura a bulbo umido le due quantità di calore deono essere uguali: h A = K A λ ( ) ( ) g BS BU y g ( ) = ( ) 0 h K λ y h BS BU g ( ) = ( ) y y = m( x x ) Questa equazione prospetta una famiglie di rette di inclinazione h g /(K y λ) passanti per BS e BU del miscuglio gassoso 0 0 BS BU 1 1 K yλ Punto o temperatura di rugiada É la temperatura alla quale un gas contenente una certa quantità di apore lascia depositare la prima goccia di liquido quando iene raffreddata a pressione costante
Metodi per ariare l umidità di un gas Un gas può essere umidificato per aggiunta di una quantità prestabilita di apore, oppure il gas iene inestito da spruzzi d acqua nelle cosiddette camere a pioggia, doe il gas esce più freddo e con il tenore di umidità desiderato oppure si può mescolare il gas con un altro gas più umido Metodi di essiccamento di un gas Si può raffreddare il gas al di sotto della sua temperatura di rugiada e poi riportarlo alla temperatura desiderata 2 di rugiada 1
Condizionamento dell aria Situazione estia, aria cada e umida: =40 C, r =80% Situazione inernale, aria fredda e umida: =10 C e r =80% Da studi sul benessere la condizione ottimale è =22 C e r =60% 10 C 22 C 40 C 10 C 22 C 40 C Esempio Un essiccatore funzionante adiabaticamente è percorso da aria a 65 C con punto di rugiada di 20 C. Sperimentalmente si è troato che per far eaporare del materiale da essiccare pari a 10kg di acqua sono necessari 1200 m 3 di aria umida entrante nell essiccatore. Calcolare la % di saturazione e la temperatura dell aria uscente dall essiccatore L aria contiene 0,015kg di apore/kg di aria secca P P P P = 0,024 ( 1+ 0,024) = 0,024P n n as P = P P P = 0,024 = ( P P ) 0,015 18 1 29 0,024P P = ( 1+ 0,024) = 0,024 P = 0,024 P 3 Pas V 760 18 1200m nas = = = 42,37kmol aria secca R 760 0,082 338 3 18 1200m n 1,025kmol di acqua = = 760 0,082 338 nas = 42,37kmol aria secca 10 uscenti n = + 1,025 = 1,58kmol di acqua 18 0,024P 0,024 760mmHg = 18mmHg 1+ 0,024 entranti kg di H 2 O 1,58 18 = = = 0,023 kg di aria secca 42,27 29 20 C 48 C A Dal punto iniziale A si traccia la linea di raffreddamento adiabatica. L intercetta ad =0,023 consente di ricaare la temperatura di uscita dell aria (48 C) e l umidità relatia (30%) 30% 0,023 0,015
Esercizio Abbiamo aria a 40 C e umidità relatia dell 80%, la ogliamo portare mediante un condizionatore a 20 C e umidità relatia del 50%. Calcolare la quantità oraria di acqua condensata se si trattano 1000 m 3 /h di aria Volume specifico aria umida satura 100% 80% 50% Volume specifico aria secca 0,009 emperatura di rugiada finale=12 C Umidità assoluta finale 0,009 kg H 2 O/kg aria secca Umidità assoluta iniziale 0,039 kg H 2 O/kg aria secca Acqua da condensare = (0,039-0,009) kg H 2 O/kg aria secca= 0,030 kg H 2 O/kg aria secca Volume specifico aria secca a 40 C=0,87m 3 /kg Volume specifico aria satura umida a 40 C=0,965m 3 /kg La differenza imputabile alla presenza del apor d acqua è 0,095m 3 /kg Quando l umidità è all 80% la differenza di olume sarà: 0,095 : 100 = : 80 = 80. 0,095/100 = 0,076 m 3 /kg 12 C 20 C 40 C Per cui il olume specifico della nostra aria è: 0,87+0,076=0,946m 3 /kg Quindi in un ora entrano: 3 m 1000 h 3 m 0,946 kg = 1057 Sappiamo che 1 kg di aria secca contiene 0,039 kg di acqua, per cui i kg di aria secca che entrano sono (1+0,039) : 1057 = 1 : = 1057/1,039 = 1,017kg di aria secca/h L acqua da condensare è: 1,017kg di aria secca/h*0,03kgh 2 O/kg di aria secca= 30,5kg/h kg h orri di raffreddamento In molte industrie si usano le torri di raffreddamento al fine di raffreddare l acqua che, durante l impiego come mezzo refrigerante, si è scaldata. Il processo di raffreddamento dell acqua può essere realizzato in torri a liquido a tiraggio meccanico o a tiraggio naturale. orri a tiraggio meccanico possono essere quelle a tiraggio forzato o quelle a tiraggio indotto
orre a tiraggio forzato orre a tiraggio indotto orre a tiraggio naturale (diametro di base 80m, altezza 150m) La temperatura minima teoricamente raggiungibile dell acqua al fondo di una torre di raffreddamento è la temperatura a bulbo umido dell aria in essa entrante. Praticamente questa temperatura non si raggiunge mai, perché ciò presupporrebbe l impiego di torri di altezza infinita. Solitamente per le torri in esercizio la temperatura dell acqua al fondo è di circa 3-4 C superiore alla temperatura di bulbo umido dell aria
Esercizio Dell acqua a 50 C iene iniata ad una torre di raffreddamento nella quale entra aria a 25 C e r =30%. Calcolare la temperatura di uscita dell acqua considerando che la torre è stata progettata per ottenere acqua ad una temperatura di 3 C superiore a BU 50 C? 25 C r =30% 100% 30% BU =14 C 14 C 25 C emperatura acqua fredda =14+3=17 C