Termodinamica delle miscele Aria-Vapore Università degli Studi di Bologna Corso di Laurea in Ingegneria Edile Sede di Ravenna Termofisica ed acustica delle costruzioni FISICA TECNICA E IMPIANTI T - Ingegneria Edile Prof. Luca Barbaresi - DIN [email protected]
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Termodinamica delle miscele Aria-Vapore
Università degli Studi di BolognaCorso di Laurea in Ingegneria Edile
NB: Le linee delle temperature a bulbo umido e dell’entalpia costante sono pressochè parallele
Luca BarbaresiCorso di Termofisica acustica delle costruzioni
tR=15 (°C)
tb
s =30 (°C
)
Dato un punto qualsiasi sul diagramma
psicrometrico è possibile conoscere le
caratteristiche termoigrometriche della
miscela di aria e vapor d’acqua
(temperatura, temperatura di rugiada,
entalpia, titolo della miscela…)
x=11 (g/kg a. s.)
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Miscele Aria-Vapore
Psicrometro di Assmann
0
5
10
15
20
25
30
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
t [°C]
x [
gv/k
ga]
A
B
r
tbstbu
Miscele aria-vapor d’acqua: misura del grado igrometrico
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Miscele Aria-Vapore
In una stanza viene effettuata una misura della temperatura dibulbo secco e della temperatura di bulbo umido mediante unopsicrometro; i valori trovati sono i seguenti:
Tbs=28°C e Tbu=19°C
Calcolare l’entalpia specifica dell’aria umida della stanza, il titolo, ilgrado igrometrico e la temperatura di rugiada (ptot=101350 Pa).
Il titolo dell’aria in condizioni di saturazione alla temperatura del bulbo umido (stato B):
=
−=
a
v
busattot
busat
kg
kg
tpp
tpx 0138.0
)(
)(622.0B
Miscele aria-vapor d’acqua: misura del grado igrometrico
Esercizio - Psicrometro di Assmann
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Miscele Aria-Vapore
( ) ( )kPaCtp busat 196.219 ==con
L’entalpia dell’aria umida alla temperatura di bulbo umido e in condizione di saturazione:
( )
=++==
a
buBbuABkg
kJtxthh 94.5325009.1
Il titolo dell’aria contenuta nella stanza vale:
=
+
−=
a
v
bs
bsAA
kg
kg
t
thx 0102.0
9.12500
Miscele aria-vapor d’acqua: misura del grado igrometrico
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Miscele Aria-Vapore
( )43.0
)622.0(=
+=
Abssat
totAA
xtp
pxj
Grado igrometrico si ricava da:
La temperatura di rugiada associata all’aria della stanza si calcola considerando una trasformazione a x=cost da A alla curva di saturazione (linea Ar); la psat in funzione della tr:
( ) ( )kPax
pxtp
A
totArsat 629.1
622.0=
+=
Da psat si ricava la corrispondente tr :
( )( )C
pt
sat
r =−−
= 3.14235ln6536.16
183.4030
Miscele aria-vapor d’acqua: misura del grado igrometrico
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Miscele Aria-Vapore
0
5
10
15
20
25
30
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
t [°C]
x [
gv/k
ga]
A
B
r
tbstbu
Miscele aria-vapor d’acqua: misura del grado igrometrico
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Miscele Aria-Vapore
Principali trasformazioni
Le principali trasformazioni che l’aria subisce all’interno delle macchine di trattamento (UTA) sono:
• Mescolamento adiabatico
• Umidificazione
• Deumidificazione
• Riscaldamento
• Raffreddamento
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2
2
2
J
x
ma
3
3
3
J
x
ma
1
1
1
J
x
ma
Miscelazione adiabatica tra 2 correnti di aria (Q=0)
321 aaa mmm =+
332211 aaa mxmxmx =+
332211 aaa mJmJmJ =+
2
1
3
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Umidificatore
• Ad acqua spruzzata (adiabatica)
• A vapore
( )12aw xxmm −=
mW
ma, x1 ma, x2
Miscele Aria-Vapore
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Air-washer con acqua fredda
0
5
10
15
20
25
-5 0 5 10 15 20 25 30 35
t [°C]
x [
gv/k
ga]
1
2
A
B
0
5
10
15
20
25
30
-5 0 5 10 15 20 25 30 35
t [°C]
x [
gv/k
ga]
1
2
B
A
Air-washer con acqua calda
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Riscaldamento:
Il titolo rimane costante, mentre
diminuisce l’umidità relativa
21
La potenza scambiata vale :
( ) kWJJmQ 121a −=
Ma = 1 kg/s (≈3000 m3/h)
T1= 20°C UR=50%
T2= 33°C
Q ≈ 1 (52-39) = 13 kW
=+
=
=
2211
21
21
JmQJm
xx
mm
aa
aa
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Raffreddamento
(a titolo costante)
12
12
Raffreddamento e deumidificazione
(quando la temperatura finale è
inferiore alla temperatura di rugiada
del punto 1)
=−
=
=
22a11a
21
2a1a
JmQJm
xx
mm
=−
=
22a11a
21
2a1a
JmQJm
xx
mmtR
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Raffreddamento
La potenza di raffreddamento vale :
( ) kWJJmQ 211a −=
Ma = 1 kg/s (≈3000 m3/h)
T1= 24°C UR=50%
T2= 14°C
Q ≈ 1 (48-38) = 10 kW
1
2
(Raffreddamento e deumidificazione)
Ma = 1 kg/s (≈3000 m3/h)
T1= 24°C UR=50%
T2= 6°C
Q ≈ 1 (48-21) = 27 kW
Miscele Aria-Vapore
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L’aria che attraversa la batteria si porta ad una temperatura inferiore a quella della batteria stessa
in funzione dello spazio presente tra le varie alette e del numero di ranghi. Si può idealizzare il
fenomeno come se la maggior parte di aria si porti alla stessa T della batteria mente una piccola
parte di aria venga by-passata rimando nelle condizioni iniziali
Miscele Aria-Vapore
Batteria di raffreddamento
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Batteria di raffreddamento
Fattore di by-pass
fb=Mnc/Ma
(1-20%)
0
5
10
15
20
25
30
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
t [°C]
x [
gv
/kg
a]
1r
0
5
10
15
20
25
30
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
t [°C]
x [
gv
/kg
a]
1r
Fattore di by-pass:
Rapporto tra la portata di by-pass e la portata totale di aria che attraversa la batteria. E’
una caratteristica della batteria. Il fattore di bay-pass diminuisce all’aumentare del
numero di ranghi e all’aumentare della superficie di scambio, mentre cresce
all’aumentare della velocità con cui l’aria attraversa la batteria.
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