Fisica Tecnica: Aria Umida e Diagramma Psicrometrico, Università del Molise

Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore

Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore LICAE UTILITATI . UNIVERSE DE LOUISE . SCIENTIA Lezione 14 Aria umida: proprietà Ti Te Flusso termico irraggiamento irraggiamento conduzione T. TA Te e convezione convezione λι λ2 λ3 λα ai ti Q INTERNO ESTERNO T, Q da T2 ta d1 d2 d3 d4 Prof. Giuseppe Peter VanoliUniversità degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore DE LICAE UTILITATI . UNIVERSE LOUISE . SCIENTIA

Aria Umida: Generalità

Composizione dell'Aria Umida

Aria umida: generalità L'aria umida atmosferica è una miscela di gas, composta di aria secca e vapore acqueo: Aria secca + Acqua = ARIA UMIDA Azoto (78%) Ossigeno (21%) Aria secca = Argon Anidride carbonica (1%) Altri gas Prof. Giuseppe Peter Vanoli 2/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore TLARUM KICHE UTILITATI . UNIVERSE LOUISE . SCIENTIA

Proprietà dell'Aria Secca

Aria umida: generalità Nelle applicazioni di Fisica Tecnica, l'aria secca è considerata come un unico gas, a composizione chimica fissata. Aria secca Temperatura critica = - 141 ºC Pressione critica = 37,7 bar R=0,287 KJ/kgK Calore specifico a pressione costante (Cp) =1,01 KJ/kgK Prof. Giuseppe Peter Vanoli 3/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica · Trasmissione del Calore

Proprietà dell'Acqua e Composizione dell'Aria Umida

Aria ut ida: generalitsª LICAE UTILITATI . UNIVERSE LOUISE . SCIENTIA DE Acqua Temperatura critica = 374 ºC Pressione critica = 221 bar R=0,462 KJ/kgK Calore specifico a pressione costante (Cp) =1,82 KJ/kgK L'aria umida è una miscela di: ARIA SECCA + VAPORE ACQUEO Prof. Giuseppe Peter Vanoli 4/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore KICAE UTILITATI . UNIVERSE DE LOUISE . SCIENTIA

Campo di Interesse e Comportamento dei Gas

Aria umida: generalità Tra i vari motivi di interesse per lo studio dell'aria umida (climatologia, studi medici, etc ... ), vi è sono tutte le applicazioni relative alla climatizzazione ambientale ed al comfort termo- igrometrico indoor Pertanto, il campo di interesse è: - Pressione = Pambiente nte= 101 kPa - Temperatura = T, ambiente = - 10: 50 ℃ In queste condizioni accade che: - L'aria secca si comporta da gas ideale (T > T.) - L'acqua, con buona approssimazione, si comporta da gas ideale (p << Pc) Prof. Giuseppe Peter Vanoli 5/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore LICAE UTILITATI . UNIVERSE DE DE

Legge di Dalton per l'Aria Umida

Aria umida: generalità Immediatamente, si ritiene opportuno richiamare la LEGGE DI DALTON Ptot= Pat Pv Il vapore acqueo e l'aria secca si comportano come se da soli occupassero l'intero volume a disposizione Ptot pressione totale dell'aria umida Pa pressione parziale dell'aria secca py pressione parziale del vapor d'acqua ARIA UMIDA ma = Ptot T V ARIA SECCA ma + my Pa T T a V VAPORE ACQUEO Py V Prof. Giuseppe Peter Vanoli 6/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore LIGNE UTILITATI . UNIVERSE -DE 1 . SCIENTIA

Proprietà Termodinamiche dell'Aria Umida

Aria umida: generalita L' aria umida è studiata come una miscela di due componenti (ARIA SECCA + ACQUA) Per individuare lo stato termodinamico occorrono 3 proprietà indipendenti. Una proprietà termodinamica che si può ritenere sempre nota è la pressione totale della miscela pari alla pressione ambiente (pt = 101,325 kPa) . Per individuare lo stato termodinamico sono sufficienti, pertanto, 2 proprietà indipendenti oltre alla pressione totale p. Prof. Giuseppe Peter Vanoli 7/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore LICAE UTILITATI . UNIVERSE AQUISHE . SCIENTIA

Aria Umida: Proprietà Specifiche

Umidità Specifica

Aria umida: proprietà Le proprietà specifiche dell'aria umida vengono calcolate riferendosi alla sola massa di aria secca, in quanto solo quest'ultima resta certamente costante essendo incondensabile nel campo di temperature considerato. UMIDITA' SPECIFICA Rappresenta una misura del valore assoluto di vapore presente in una massa di aria. E' definita dal rapporto di massa di vapore e massa di aria secca. m v m a Prof. Giuseppe Peter Vanoli 8/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore TLARUM LICAE UTILITATI . UNIVERSE LOUISE . SCIENT

Calcolo dell'Umidità Specifica

UMIDITA' SPECIFICA m v m a py . V=m . R . T V V pa . V = m . R . T R3 Pv = = 0,622 Ry Pa Pv =0,622 p a p. V P tot - P v @ è una grandezza adimensionale Quindi, w = g/kg « assume valori dell'ordine di 10-2, Pertanto, spesso accade che my sia espressa in grammi e ma in kg Prof. Giuseppe Peter Vanoli 9/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore TUTTATI . UNIVERSE HOUSE . SCIENT

Variazione dell'Umidità Specifica con la Pressione Parziale

UMIDITA' SPECIFICA Se aumenta - a temperatura costante - la quantità di vapor d'acqua contenuta nella miscela, aumenta la sua pressione parziale (pv) e il punto si avvicina alla curva di saturazione alla quale avviene in passaggio in fase liquida. p . V =m . R . T pys .V =m . R . T VS 400 T - 300 ....... 200 Psat T 100 0 0 2 4 6 8 s 10 PV 1 I IUniversità degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore DE LIGNE UTILITATI . UNIVERSE LINTIDS . RSTRONY

Umidità Relativa

UMIDITA' RELATIVA L'umidità specifica ci dice quanta acqua c'è nell'aria (normalmente, circa una tazzina da caffè in un metro cubo). Non ci dice nulla però su quanto siamo prossimi o meno al passaggio di questa in fase liquida. Introduciamo, pertanto, l' UMIDITA' RELATIVA. "L'umidità relativa è espressa dal rapporto tra la massa di vapore presente in un campione di aria umida e quella che sarebbe presente se, nelle medesime condizioni di temperatura e pressione totale, il campione fosse costituito da aria umida satura". Pys . V=m . R . T VS V Py . V=m . R. . T V m v = m p VS VS p v = ® è una grandezza adimensionale il cui valore è + = 0 (cioè, 0%) - ARIA SECCA compreso tra 0 e 1 + = 1 (cioè, 100%) -> ARIA SATURA Prof. Giuseppe Peter Vanoli 11/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore DE LICAE UTILITATI . UNIVERSE HOUSE . SCIENTIA

Entalpia Specifica

ENTALPIA SPECIFICA Nelle lezioni precedenti, abbiamo definito l'entalpia specifica come PROPRIETA' TERMODINAMICA delle sostanze, in quanto combinazione lineare di proprietà (u, p, v). H h = m a H + H, V = mh +mh a a V V = h +wh m a = m a L'ARIA SECCA è GAS IDEALE Ah = c,AT ha = hRIF +Cp (T-TRI ) TR=0℃ hR=0 Cp=1,01 KJ/kg K ha =1,01.T Prof. Giuseppe Peter Vanoli 12/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore TLARUM LICAE UTILITATI . UNIVERSE HOUSE . SCIENT

Calcolo dell'Entalpia Specifica del Vapore

ENTALPIA SPECIFICA L'ARIA SECCA è GAS IDEALE h=h +w.h. = (1,01.T)+ w. (Ahvs +Cpv . T) h =(Ah +CT) PERCHE' ???? Perché al nostro punto di riferimento (TR=0℃, hRIE = 0, PRIE = 0.6 kPa), siamo in fase di liquido saturo. Poiché negli studi di aria umida siamo in fase aeriforme (consideriamo gas ideale), allora l'entalpia specifica del vapore d'acqua sarà calcolabile come Coy x T, sommando però a tale valore "l'entalpia latente di vaporizzazione"). Ah = h (0°℃)-h, (0°℃) = 2500 KJ / kg VS Prof. Giuseppe Peter Vanoli 13/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore LICAE UTILITATI . UNIVERSE DE LOUISE . SCIENTIA

Entalpia Latente di Vaporizzazione

ENTALPIA SPECIFICA Ah = h (0°C)-h, (0°℃) = 2500 KJ / kg VS L' "entalpia latente di vaporizzazione" è la variazione di entalpia necessaria per portare l'acqua dalle condizioni di liquido saturo a 0°C a quelle di vapore saturo secco alla stessa temperatura di 0°C. Questa è 4hys Poi, ormai in fase di aeriforme, aggiungiamo la variazione di entalpia per portare tale vapor saturo a 0℃ alla nostra effettiva temperatura. Questo è Cpv X T. 'pv h, =( Ahvs + c pv . T ) /V=cost T p=cost C h=cost x=cost h=cost AO A-PI B 1 1 1 1 1 Se S Sv s Prof. Giuseppe Peter Vanoli 14/21 - - -Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore TTLARUNE LICAE UTILITATI . UNIVERSE HOUSE . SCIENT

Calore Specifico a Pressione Costante del Vapore d'Acqua

ENTALPIA SPECIFICA Nel campo di temperatures considerato, Coy è il calore specifico a pressione costante del vapore d'acqua, e può essere considerato costante e pari a 1.8 KJ/kgK. h = h +wh ha =1,01.T h = 2500+1,805 . T h = 1,01 . T + @ (2500+1,805.T) Prof. Giuseppe Peter Vanoli 15/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore DE LICAE UTILITATI . UNIVERSE LOUISE . SCIENTIA

Volume Specifico

VOLUME SPECIFICO Anche in questo caso, si fa riferimento esclusivamente alla massa di aria secca. Il volume specifico è quindi il volume occupato da una massa di aria umida pari ad 1 kg. p . V =m . R . T a a Pa . V = R . T a R .T a V= V m a V= R .T Pa a V= Pt -P . Pvs Prof. Giuseppe Peter Vanoli 16/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Calore TUJTATI . UNIVERSE HOUSE . SCIENTZ DE TLARUN

Temperatura di Rugiada

TEMPERATURA DI RUGIADA La temperatura di rugiada è la temperatura di saturazione alla pressione parziale del vapor d'acqua. Cioè, è la minima temperatura (fissando l'umidità specifica) compatibile con il vapore in fase aeriforme (fissando umidità specifica e pressione totale). Al di sotto della Ty, il vapore condensa. Pertanto, la T, è anche detta "temperatura di incipiente condensazione". 400 T 300 200 Pv T 100 T. 0 0 2 4 6 8 s 10 T = Ta (Pv ) Tr ≤ T se l'aria è satura Tr = T 17/21Università degli Studi del Molise - Corso di Laurea in Ingegneria Medica Fisica Tecnica e Trasmissione del Caloro TILITATI . UNIVERSE Ā 1 . SCIENTIA

Diagramma Psicrometrico

Utilizzo del Diagramma Psicrometrico

IL DIAGRAMMA PSICROMETRICO DIAGRAMMA PSICROMETRICO DELL'ARIA UMIDA (Pressione 1,0132 bar = 10132 Pa) R 00 = -50 20- 10 -20 1 0 4 RST 22 -0.50 0 20 Ah kJ 0:55 Δω g 100 18. 0.60 (g/kg) 16 0.65 90 0 70 14 -0.75 - 0.80 12 - 0.85 80 -10 0 95 1.0 20 6 5 4 10% 60 0.78 2 0 10 20 T (ºC) 30 40 50 ba conoscenza del valore di ogni altra proprietà. 0.36 30 100 28 - 0.40 30 120 26 90 30 0 45 24 O 50 110 40 02 0 Noto il valore di 2 proprietà qualsiasi (essendo fissata la pressione totale), consente la lettura completa dello stato termo-dinamico in cui si trova l'aria umida, permettendo la 30 8 70 Prof. Giuseppe Peter Vanoli 18/21 DIAGRA