Psicrometria

Aria atmosferica L'aria atmosferica é costituita da un insieme di componenti gassosi e da altre sostanze che possono presentarsi in fase aeriforme (fumi) o come particolato solido in sospensione (polveri, polluzioni,...) Si definisce come aria secca l'aria atmosferica una volta che siano rimossi tutti i contaminanti ed il vapor d'acqua. L’aria secca é, quindi, una miscela di gas.

Aria secca La composizione è relativamente costante in zone aperte, lontano da possibili sorgenti di contaminanti come le città, gli scarichi automobilistici ed industriali. Il valore del contenuto di anidride carbonica riportato nella seguente tabella rappresenta il valor medio misurato in aria libera in un campo di altitudine compresa tra 1 e 6 km in modo da avere variazioni giornaliere e annuali trascurabili rispetto a quelle riscontrabili in superficie. Variabilità del contenuto di anidride carbonica (<3%)

Vapor d’acqua Nelle condizioni di temperatura e pressione relative agli impianti di climatizzazione, l’aria secca può essere considerata un gas incondensabile per il quale è applicabile il modello di gas ideale. Nell’aria atmosferica è presente anche vapor d’acqua che, anche in piccole quantità, influenza notevolmente le condizioni di benessere . Variabilità del vapor d’acqua: tra 0.000002% ed il 4-5% (valori minimi al di sopra della calotta antartica, generalmente in condizioni di temperatura molto bassa associate a flussi di aria discendenti dagli strati più alti dell'atmosfera; valori massimi sono stati occasionalmente riscontrati nelle regioni subtropicali ed equatoriali durante la stagione calda in giornate afose presso località che presentano bacini d'acqua esposti alla radiazione solare). Anche se l’acqua presente può condensare, poiché la pressione ridotta è <<1 si può applicare anche per essa il modello di gas ideale.

Aria umida La massima quantità di vapor d’acqua che l’aria può contenere è detta di saturazione. L'aria umida é definita una miscela binaria di aria secca e vapor d'acqua. La quantità di vapor d'acqua nell'aria umida varia da un valore nullo (aria secca) ad un valore massimo (condizioni di saturazione). Lo stato termodinamico dell'aria umida, considerata come una miscela a due componenti, è individuato mediante la conoscenza di tre proprietà intensive indipendenti, oppure di tre proprietà estensive e della massa totale .

Legge di Dalton La pressione totale P della miscela di aria umida è la somma delle pressioni parziali dei singoli componenti. Si definisce pressione parziale di un componente generico in una miscela la pressione che il singolo componente eserciterebbe se occupasse l’intero volume occupato dalla miscela.

Modello di gas ideale Acqua Aria secca

Proprietà aria umida Temperatura di bulbo asciutto (t/°C) Rappresenta la temperatura dell'aria umida misurata con un termometro dotato di un sistema di schermatura che riduca l'influenza degli scambi radiativi e favorisca gli scambi termici convettivi tra fluido e sensore. Temperatura di bulbo asciutto (t/°C)

Proprietà aria umida E' definito come il rapporto tra la massa di vapor d'acqua e la massa di aria secca Titolo (w) Applicando il modello di gas ideale

Proprietà aria umida Rappresenta il rapporto tra la frazione molare del vapor d'acqua contenuto nella miscela di aria umida e la frazione molare del vapor d'acqua contenuto in una miscela di aria umida saturata alla stessa pressione e temperatura Umidità relativa (f) Definizione di frazione molare Applicando il modello di gas ideale

Proprietà aria umida T s P=cost. E' la temperatura di una miscela di aria umida che ha raggiunto le condizioni di saturazione in seguito ad un raffreddamento a pressione e titolo costanti Temperatura di rugiada (td) s T sat Punto di rugiada vapore P=cost. Applicando il modello di gas ideale

Proprietà aria umida L’entalpia del vapor d’acqua in aria è considerata uguale a quella del vapor saturo alla stessa temperatura. E’ valutata rispetto alla massa di aria secca (invariante negli impianti di condizionamento) Entalpia specifica (kJ/kg) Applicando il modello di gas ideale dove t rappresenta la temperatura di bulbo asciutto espressa in °C

Proprietà aria umida Rappresenta la temperatura alla quale dell'acqua (liquida o solida), evaporando in aria umida ad un'assegnata temperatura di bulbo asciutto t e titolo w, porta adiabaticamente l'aria in condizioni di saturazione alla stessa temperatura t* a pressione costante. Tale grandezza risulta funzione delle condizioni termodinamiche dell’aria umida ed è, quindi, una proprietà termodinamica dell’aria umida. Temperatura saturazione adiabatica (ts)

Proprietà aria umida Temperatura saturazione adiabatica (ts) L’aria esce ad una pressione parziale maggiore rispetto all’ingresso f2>f1

Proprietà aria umida bilancio di massa per l’acqua bilancio di energia L'umidita' specifica nello stato d'ingresso puo' essere calcolata dalla misura delle temperature in ingresso ed in uscita.

Diagramma Carrier - ASHRAE Temperatura bulbo asciutto, t Titolo, w Curva saturazione, F=100% F=cost. v=cost. h=cost. Ts=cost.

Diagramma Carrier - ASHRAE

Psicrometro L’aria umida lambisce a velocità sostenuta (oltre 3 m/s) un termometro, opportunamente schermato da ogni effetto radiante, il cui bulbo (elemento sensibile) è mantenuto bagnato da una garza umida. Il flusso termico richiesto dall’acqua per il cambiamento di fase è compensato dal flusso termico convettivo che causa il raffreddamento dell'aria che lambisce la garza nonché del bulbo stesso. Questo «abbassamento psicrometrico» della temperatura del bulbo bagnato è condizionato dall’entità degli scambi di calore e di massa, dunque dipende dal moto dell’aria nell’intorno del bulbo. All'uscita dalla garza l'aria si presenta satura ed a una temperatura inferiore, che è la temperatura di equilibrio del bulbo bagnato. Con errore generalmente accettabile, la temperatura di bulbo umido misurata dallo psicrometro può essere ritenuta coincidente con la temperatura di saturazione adiabatica. Ovviamente la temperatura di bulbo umido non è una proprietà termodinamica.

Trasformazioni aria umida Riscaldamento o raffreddamento a titolo costante Miscelazione adiabatica di due correnti di aria Deumidificazione Umidificazione adiabatica

Riscaldamento o raffreddamento a titolo costante Bilancio di massa per l’acqua Bilancio di massa per l’acqua

Riscaldamento o raffreddamento a titolo costante

Mescolamento adiabatico Bilancio di massa per l’acqua Bilancio di energia

Mescolamento adiabatico Le condizioni delle portate in uscita sono media pesata delle condizioni delle portate in ingresso

Umidificazione adiabatica Bilancio di massa per l’acqua Bilancio di energia

Umidificazione adiabatica Vapore surriscaldato Acqua liquida

Raffreddamento con deumidificazione