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ARIA ATMOSFERICA o ARIA UMIDA /1

Aria secca: O2 (Ossigeno)

N2 (Ossigeno)

A (Argon)

CO2 (Anidride carbonica)

Aria umida = Aria secca + Vapore d’acqua (HO)L’acqua atmosferica è allo stato di vapore surriscaldato prossime

1

Aria umida = Aria secca + Vapore d’acqua (H2O) di vapore surriscaldato prossime a quelle di vapore saturo secco

Per queste applicazioni il vapore può considerarsi come un gas perfetto poiché si trova in condizioni in cui è valida con buona approssimazione la dipendenza dalla sola temperatura della funzione entalpia ( h=h(T) ).

L’aria umida sarà considerata come una miscela di gas binaria di aria secca e di vapor d’acqua

Lo studio di queste diapositive non è sostitutivo di quello sui testi consigliati e, pertanto non è di per sé sufficiente a superare le prove scritte e orali di FISICA TECNICA presso l’Università del Salento –Corsi A e B rispettivamente dell’ing. G. Starace e dell’ing. G. Colangelo.


Valgono le relazioni delle MISCELE DI GAS

ad es. sono valide le seguenti relazioni

vaporeseccaariamiscela ppp +=

vaporevaporeseccaaria

seccaariamiscela hmhmH +=

2

seccasecca

L’ARIA sarà detta SECCA se non conterrà per nulla acqua

L’ARIA sarà detta SATURA ad una determinata temperatura e ad una determinata pressione se conterrà il massimo quantitativo di vapore in quelle condizioni di temperatura e di pressione.



DEFINIZIONI

Titolo dell’aria umida

=seccaaria

vapore

seccaaria

vapore

kg

kg

m

mx

NOTA:v

v

a

v

aa

vv

aa

vv

a

v 622,0622,0pp

p

p

p

Rp

Rp

TRvp

TRvp

m

mx

−=====

∞<< x0

( )xmmmmtot +=+= 1ava

3

Grado igrometrico( )

( ) [ ]

saturovapore

v

Tp

Tp=Φ 10 <Φ<

Umidità relativa ( )( ) [ ] ..

saturovapore

v

T

TRU

ρρ= 1..0 << RU

NOTA: Φ====saturovapore

v

vsaturovapore

vv

saturovapore

v..p

p

TRvp

TRvp

m

mRU Solo se il vapore è visto

come un gas perfetto



Per l’ENTALPIA

vava

va

a

miscela xhhhm

mhh

m

H +=+==

ATTENZIONE:

Ci si riferisce all’unità di massa di aria secca perché essa sarà costante durante tutte le

trasformazioni. Il vapore, infatti, potrà condensare.

vvaamiscela hmhmH +=

kJ

4

==

kg

kJ 005,1a ttch p

[ ]Cin con kg

kJ 82,13,2501v °

+= tth

Per il volume specifico, riferendosi alla massa di aria secca

v

a

seccaaria

a

miscelamiscela pp

TRv

m

Vv

−===



ALTRE DEFINIZIONI/1

TEMPERATURA DI BULBO ASCIUTTO o DI BULBO SECCO

è la temperatura misurata da un termometro sul quale non vi sia acqua (quella misurata ordinariamente con i normali termometri)

5

TEMPERATURA DI RUGIADA

è la temperatura di incipiente condensazione dell’acqua contenuta nell’aria umida a seguito di un raffreddamento a pressione costante. Essa costituisce la temperatura più bassa alla quale una massa di vapore identificata dal titolo x può fare parte della miscela di aria secca e vapore senza condensare (con conseguente variazione di x)



ALTRE DEFINIZIONI/2

TEMPERATURA DI SATURAZIONE ADIABATICA

è la temperatura raggiunta da una corrente di aria umida che attraversa un condotto adiabatico lambendo uno specchio d’acqua a quella stessa temperatura (quella che si definisce “di saturazione adiabatica”)

6

adiabatica”)

%100..

,, 11

<RU

Tpx

%100..

,, 22

=RU

Tpx

2T

lm&

lm&Lo studio di queste diapositive non è sostitutivo di quello sui testi consigliati e, pertanto non è di per sé sufficiente a superare le prove scritte e orali di FISICA TECNICA presso l’Università del Salento –Corsi A e B rispettivamente dell’ing. G. Starace e dell’ing. G. Colangelo.

T

s

rT

1

2


Rappresentazione della trasformazione di raffreddamento del vapore contenuto nell’aria umida, utile a raggiungere la TEMPERATURA DI RUGIADA

7

T

s

adsatT

1

2Rappresentazione della trasformazione di raffreddamento del vapore contenuto nell’aria umida, utile a raggiungere la TEMPERATURA DI SATURAZIONE ADIABATICA

2vp

1vp


%100..

,,,,

1

1111

11

<

+

RU

mm

hTpx

va &&

%100..

,,,

22

222

=

+

RU

mm

hTpx

va &&lm&

SATURAZIONE ADIABATICA/1

OH2

8

( )22 ,, ThmT ll&

BILANCI DI MASSA

per l’aria secca aaa mmm &&& ==21

per l’acqua21 vlv mmm &&& =+

( )12 xxmm al −= &&allora:


%100..

,,,,

1

1111

11

<

+

RU

mm

hTpx

va &&

%100..

,,,

22

222

=

+

RU

mm

hTpx

va &&

( )22 ,, ThmT ll&

lm&

SATURAZIONEADIABATICA/2

OH2

BILANCIO DI ENERGIAhmhmhm &&& =+

9

0=Q&21 21

hmhmhm alla &&& =+

0=L&( ) 2121 hmhxxmhm alaa &&& =−+

( ) 2121 hhxxh l =−+

( ))( saturo

vapore22)( saturo

liquido12)( saturo

vapore11221 T

pTT

p hxTchxxhxTc +=−++

Ricorrendo alla espressione dell’entalpia per l’aria secca e per il vapore d’acqua


SATURAZIONEADIABATICA/3

( ) 2121 hhxxh l =−+

)(

)(

)(

2

22

Tfh

Tfh

Tfx

l

===

cost=p

),( 112 xhfT =

10Lo studio di queste diapositive non è sostitutivo di quello sui testi consigliati e, pertanto non è di per sé sufficiente a superare le prove scritte e orali di FISICA TECNICA presso l’Università del Salento –Corsi A e B rispettivamente dell’ing. G. Starace e dell’ing. G. Colangelo.

)( 22 Tfh =),( 112 =

Queste relazioni evidenziano che la trasformazione considerata consente di stabilire una proprietà della miscela (la T2) dipendente da altre proprietà di esse nello stato iniziale 1.

Allora la Temperatura di saturazione adiabatica è una proprietà della stato 1

T

s

rT

1

2

1T

costv =p

Trasformazione di raffreddamento a pressione parziale di vapore costante => a titolo di vapore

costante

TEMPERATURA DI RUGIADA

11

s

)(

)(622,0622,0

saturo vapore

saturo vapore

v

v

Tpp

Tp

pp

px

Φ−

Φ=

−=

Alla temperatura di rugiada il grado igrometrico è pari all’unità per definizione

)(

)(622,0

saturo vapore

saturo vapore

r

r

Tpp

Tpx

−=

Eguagliando: )()()( v saturo

vapore saturo

vapore TpTpTp r =Φ=

Cioè la temperatura di rugiada è la temperatura alla quale la miscela diventa satura


TEMPERATURA DI BULBO UMIDO Termometro

Garza di cotoneFlusso

d’aria

CONCETTO ANALOGO A QUELLO DI TEMPERATURA DI SATURAZIONE

OH

12

ADIABATICA

Non si tratta però di una proprietà dell’aria umida nello stato “indisturbato” poiché la temperatura di bulbo umido letta su di un termometro dipende dalle modalità di scambio termico in prossimità della garza.

Esistono relazioni che legano la temperatura di saturazione adiabatica alla temperatura di bulbo umido.

CON BUONA APPROSSIMAZIONE POSSONO ESSERE RITENUTE CON BUONA APPROSSIMAZIONE POSSONO ESSERE RITENUTE UGUALIUGUALI

OH2


DIAGRAMMI PSICROMETRICI

DIAGRAMMA di MOLLIER

Ascisse: x titolo dell’aria umida

Ordinate: h entalpia dell’aria umida

Il diagramma è rappresentato in

Coordinate Oblique

h

x

cost=h

cost=t

t005,1

xt82,1

α

13

vaporeseccaaria xhhh +=

( )xttxtchtch pCvp 82,13,2501005,1medio

vapore,]0[ ++=

++= ° [ ]Cin con °t

tx

h

t

82,13,2501cost

+=

∂∂

=

cost=hx3,2501

3,2501tan =αLo studio di queste diapositive non è sostitutivo di quello sui testi consigliati e, pertanto non è di per sé sufficiente a superare le prove scritte e orali di FISICA TECNICA presso l’Università del Salento –Corsi A e B rispettivamente dell’ing. G. Starace e dell’ing. G. Colangelo.

14Lo studio di queste diapositive non è sostitutivo di quello sui testi consigliati e, pertanto non è di per sé sufficiente a superare le prove scritte e orali di FISICA TECNICA presso l’Università del Salento – Corsi A e B rispettivamente dell’ing. G. Starace e dell’ing. G. Colangelo.

T rugiada di C

PER L’ARIA SATURA, LE TEMPERATURE DI BULBO SECCO,DI BULBO UMIDO E DI RUGIADA

COINCIDONO (Punto D)

La T di bulbo secco di D (20°C) è pari:– alla T rugiada di C;– alla T di bulbo umido di B– alla T di bulbo secco di A


T bulbo secco di A

T bulbo umido di B

LE TRASFORMAZIONI DELL’ARIA UMIDA /1LE TRASFORMAZIONI DELL’ARIA UMIDA /1

Bilancio di massa dell’aria secca Bilancio di massa dell’acquaBilancio dell’energia

aaa mmm &&& ==21

u,2i,1 2221 OHaOHa mxmmxm &&&& +=+

16

u,u,2i,i,1 222221 OHOHaOHOHa hmhmQhmhm &&&&& +=++

a

OHOHOHOH

a m

hmhm

m

Qhhh

&

&&

&

&u,u,i,i,

122222

−+=∆=−

a

OHOH

m

mmxxx

&

&& u,i,12

22−

=∆=−

Lo studio di queste diapositive non è sostitutivo di quello sui testi consigliati e, pertanto non è di per sé sufficiente a superare le prove scritte e orali di FISICA TECNICA presso l’Università del Salento – Corsi A e B rispettivamente dell’ing. G. Starace e dell’ing. G. Colangelo.


RAFFREDDAMENTO E RISCALDAMENTO (a titolo costante) RAFFREDDAMENTO E RISCALDAMENTO (a titolo costante)

am

Qhhh

&

&

=−=∆ 12

012 =−=∆ xxx

DEUMIDIFICAZIONE PER RAFFREDDAMENTODEUMIDIFICAZIONE PER RAFFREDDAMENTO

0i,2=OHm&

hmhmQhm &&&& +=+

0u,i, 22== OHOH mm &&

17

u,u,21 2221 OHOHaa hmhmQhm &&&& +=+

( )12u,2xxmm aOH −= &&

MESCOLAMENTO ADIABATICOMESCOLAMENTO ADIABATICO 0=Q&

21

21 213

aa

aa

mm

hmhmh

&&

&&

++

=21

21 213

aa

aa

mm

xmxmx

&&

&&

++

=

13

32

2

1

xx

xx

m

m

a

a

−−=

&

&

13

32

2

1

hh

hh

m

m

a

a

−−=

&

&

1

2

3


RAFFREDDAMENTO E/O RISCALDAMENTO A TITOLO

COSTANTE


DEUMIDIFICAZIONE PER RAFFREDDAMENTO


MESCOLAMENTO ADIABATICO

x 3


x 2-x

1

x 3-x

1

x 2-x


caso di portata d’acqua liquida in uscita nulla

2i,i,1 22hmQhmhm aOHOHa &&&& =++

0u,2=OHm&

2i,1 2xmmxm aOHa &&& =+

21

a

OHOH

a m

hm

m

Qhhh

&

&

&

&i,i,

1222+=−=∆

a

OH

m

mxxx

&

& i,12

2=−=∆

i,i,

2

2

OHOH

hm

Q

x

h +=∆∆

&

&

pendenza della trasformazione nei diagrammi (h, x)


Raffreddamento Raffreddamento evaporativoevaporativo


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