Mariangela Tripicchio, matricola 139119, lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
IL CICLO FRIGORIFERO
La macchina frigorifera
Il ciclo frigorifero è una trasformazione
termodinamica equivalente all’inverso del ciclo della macchina a vapore.
La macchina frigorifera (o macchina inversa) è un
dispositivo che, utilizzando lavoro () esterno, assorbe calore () da una sorgente a bassa temperatura () trasferendolo in quantità maggiori ad una sorgente più
calda ().
Il funzionamento della macchina frigorifera può
essere schematicamente rappresentato nel seguente modo:
Il funzionamento di questo dispositivo si basa su
variazioni continue di volume e pressione di una massa relativamente piccola di
un particolare liquido detto “refrigerante” il quale, tramite un compressore,
viene fatto passare prima in un condensatore e poi, tramite una valvola di
laminazione, nell’evaporatore.
Prestazine
termodinamica
La prestazione termodinamica si valuta con il
rapporto:
.
Ho due tipi di h a seconda di come la
macchina frigorifera viene utilizzata :
-1-
Lezione del 06/12/01, ora
14:30-16:30
·
·
Nel secondo caso parliamo di “pompa di calore”
anche se formalmente non ci sono differenze con la macchina frigorifera. Dal
punto di vista termodinamico, la stessa macchina rende di più se, invece di
essere usata come macchina frigorifera, viene usata come pompa di calore.
Il vantaggio della macchina frigorifera usata per
riscaldare è che ottengo una quantità di calore di gran lunga
maggiore rispetto al lavoro che spendo per ottenerlo; essa funziona quindi come
un moltiplicatore di energia anche se comunque comporta dei costi notevoli. Per
questo motivo la si utilizza principalmente nei grandi edifici pubblici nei
quali essa è già prevista per uso estivo, infatti può essere usata d’estate per
rinfrescare e in inverno per riscaldare.
Nel caso di grandi edifici pubblici, deve
obbligatoriamente essere presente un impianto di areazione che fornisca almeno
un ricambio d’aria all’ora pari al doppio del volume dell’ambiente stesso , ad esempio, se ho un ambiente di 200 si devono fornire 400 di aria all’ora.
Dimensionamento
energetico
Sono i progettisti che devono occuparsi del
dimensionamento energetico necessario alla macchina per svolgere correttamente la
sua funzione ed apportare la giusta quantità di calore/ freddo senza incorrere
in sovradimensionamento energetico come spesso accade se si lascia scegliere la
macchina alle imprese che le forniscono. Esse infatti, per aumentare i loro
profitti, installano impianti sovradimensionati che comunque svolgono il
proprio compito, ma richiedono spese maggiori tra i costi di acquisto e di
mantenimento: la macchina infatti lavora solo al 20% circa delle sue
possibilità.
I fluidi
frigorigeni
Le macchine frigorifere funzionano utilizzando
vapore saturo. Il fluido usato è in stati fisici sotto la curva limite
superiore ed è chiamato REFRIGERANTE.
-2-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Sono frigorigeni i fluidi usati negli impianti
frigorigeni e a pompa di calore.
I fluidi frigorigeni devono essere innocui per le
persone e per l’ambiente; non devono aggredire chimicamente i componenti del
ciclo; devono presentare nelle normali condizioni operative, un rapporto non
troppo elevato tra le pressioni di condensazione ed evaporazione, per un minore
consumo di energia per la compressione; devono avere, infine, alla temperatura
di evaporazione, un valore particolarmente elevato di calore latente di
cambiamento di fase, contemporaneamente deve essere basso il valore del volume
specifico,in modo da diminuire la portata volumetrica per unità di flusso
termico asportato.
L’acqua, pur presentando alcune caratteristiche tipiche dei fluidi refrigeranti quali: il fatto che sia ecologica ed abbia un costo esiguo, non è comunque adatta ad essere utilizzata come liquido refrigerante perchè:
-
non
può scendere a temperature inferiori a 0°C;
-
evapora
a temperature troppo alte a causa della differenza troppo grande tra e ;
-
alle
basse temperature il suo volume specifico è troppo elevato con pressioni di
saturazione alquanto ridotte.
Per questi motivi, sono stati utilizzati come
refrigeranti altri fluidi quali l’anidride carbonica, il propano e l’ammoniaca
(quest’ultima ancora usata nelle nostre macchine frigorifere), che una
temperatura di evaporazione e di solidificazione adatti a tale scopo.
Oggi comunque le sostanze più usate sono l’ammoniaca
e i freons.
Ammoniaca (NH): il suo vantaggio è il costo
molto conveniente, ma ha dei grossi difetti dal punto di vista
igienico-ambientale:
-
è
irritante per le vie respiratorie,
-
può
diventare esplosiva se mischiata con ossigeno (O).
L’ammoniaca è molto usata nei grandi impianti. Nei
piccoli impianti può essere usata solo se le macchine frigorifere sono esterne
alla casa.
In questo tipo di impianto l’ammoniaca viene usata
per riscaldare/ raffreddare l’acqua che viene successivamente fatta passare
nell’ambiente tramite tubi. Lo svantaggio di questa soluzione è che si ha un
grande dispendio di energia, ma non è possibile far passare direttamente
l’ammoniaca nei tubi a causa della sua pericolosità.
-3-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30/16:30
Freon: ultimamente per risolvere questo problema si è
sostituita l’ammoniaca con la famiglia dei clorofluorocarburi (CFC)
commercialmente detti FREON (il più famoso è l’F12) dalla Du Pont. I freon sono
componenti organici a cui sono associati atomi di cloro e fluoro.
Il freon non si può considerare sicuro al 100%, ma
rispetto all’ammoniaca non brucia, non scoppia e non irrita le vie
respiratorie, ma la sua stabilità chimica lo rende indistruttibile e quando
viene rilasciato nell’ambiente esso non si disfa, ma rimane tale.
Accumulandosi nell’ambiente, quindi, provoca seri
danni.
Le principali fonti di freon nell’ambiente sono:
-
le
macchine frigorifere difettose,
-
le
bombolette spray che contengono CFC,
-
i
frigoriferi per uso domestico quando questi vengono rottamati (quando vengono
rottamate le macchine frigorifere industriali il freon viene recuperato e
riutilizzato
I principali danni ambientali causate dal freon
sono:
-
IL
BUCO DELL’OZONO,
-
L’EFFETTO
SERRA.
Il buco
dell’ozono
L’ozono (O) è un gas presente nell’atmosfera che ha il compito di
ridurre l’intensità delle radiazioni ultraviolette emanate dal sole.
Questa sostanza è composta da tre atomi di ossigeno.
Esso si forma quando avviene una collisione tra un atomo di ossigeno ed una
molecola di ossigeno; tramite un catalizzatore l’atomo si lega alla molecola
con un particolare legame alquanto
debole detto “dativo”.
La funzione principale dell’ozono è, come
precedentemente detto, quella di assorbire le radiazioni ultraviolette
provenienti dal sole; esso funge quindi da filtro protettivo senza il quale non
sarebbe possibile la vita sulla terra.
Il freon e in generale tutti i CFC, presenti in
quantità sempre più massiccia e preoccupante nell’ambiente fin dagli anni ’70,
disfano il legame già fragile dell’ozono, diminuendo la quantità di ozono e, di
conseguenza, la sua capacità di filtraggio dei raggi UV. Ne consegue un rischio
concreto per la vita sul nostro pianeta.
Nel 1985 si cominciò a prendere atto del gravissimo
fenomeno denominato “buco dell’ozono”: alcuni scienziati notarono che al di
sopra della calotta antartica lo strato di ozono era diminuito di circa il 40%
e questa diradazione delle molecole di O tendeva e tende tutt’oggi ad aumentare.
Dalla metà degli anni ’90, è stata proibita la
produzione di CFC; oggi si usano degli altri gas derivati dei CFC, quali gli
idroclorofluorocarburi (HCFC) e gli idrofluorocarburi (HFC) che sono meno
dannosi dei CFC ma non del tutto innocui.
-4-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
L’effetto
serra
L’effetto serra è un fenomeno legato
all’irraggiamento termico.
La terra riceve energia dal sole sotto forma di
radiazioni elettromagnetiche (“onde corte” di lunghezza d’onda l relativamente piccola, che entrano a far
parte degli ultravioletti), la assorbe e la trasforma in calore (di lunghezza
d’onda l maggiore,rientranti nella
banda degli infrarossi ), riflettendola poi di conseguenza.
Le radiazioni emanate dal sole riescono ad
attraversare facilmente l’atmosfera grazie alla loro lunghezza d’onda che
permette di attraversarla senza essere assorbite in modo considerevole.
L’atmosfera, infatti, è costituita da gas che non assorbono, se non in piccole
quantità, le onde corte, mentre intercetta quelle lunghe. Quando queste
radiazioni arrivano sulla superficie terrestre (circa il 50% di quelle di
partenza), vengono assorbite dal suolo e rilasciate gradualmente nell’ambiente
sotto forma di calore, conferendo alla Terra un riscaldamento che va dal basso
verso l’alto.
L’atmosfera, in questa situazione, si comporta come
se fosse una serra: essa lascia passare tranquillamente le radiazioni solari ma
non quelle termiche della terra intrappolandone il calore. Da qui nasce il
termine “effetto serra”.
Questa situazione è provocata principalmente dal
vapore acqueo e dall’anidride carbonica presenti nell’atmosfera. Con
l’industrializzazione, la presenza nell’ambiente di anidride carbonica è
sensibilmente aumentata. Ancora oggi è in aumento la quantità di gas inquinanti
quali: l’anidride carbonica stessa, il metano, le anidridi solforose, il carbon
fossile…
Tutte queste sostanze non fanno altro che aumentare
la selettività dell’atmosfera, provocando un ulteriore innalzamento della
temperatura media terrestre con conseguente innalzamento del livello del mare
dovuto allo scioglimento delle calotte glaciali.
Come fenomeno, questo si può considerare meno grave
del buco dell’ozono. La Terra ha sempre assistito a questi fenomeni ciclici di
variazione del clima: l’intensa attività vulcanica delle origini del nostro
pianeta ha provocato un innalzamento considerevole della temperatura.
Dall’ultima glaciazione la Terra è andata via via riscaldandosi; l’unico
problema, però, è che l’immissione di gas inquinanti ad opera dell’uomo, ha accelerato
questo fenomeno. Fra circa 10000 anni ci sarà una nuova
-5-
Lezione del06/12/01, ora 14:30-16:30
glaciazione.
Schema tecnologico della macchina frigorifera
La macchina frigorifera è composta da quattro
sezioni:
-
due
batterie raffreddate ad aria all’interno delle quali c’è una serpentina entro
cui il fluido ;
-
una
pompa che mantiene alta la pressione nel condensatore;
-
una
valvola che regola l’evaporazione del fluido.
Il
calore viene sottratto all’evaporatore (serbatoio freddo) ed espulso fuori dal
condensatore (serbatoio caldo) che scalda l’ambiente. Per mantenere questa
differenza di temperature devono essere presenti una pompa che fa circolare il
fluido frigorigeno ed una valvola che mantenga una certa differenza di
pressione δP.
Ogni componente di questo ciclo è un sistema aperto,
ma collegati fra loro generano un sistema chiuso.
-6-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Il precedente diagramma è una rappresentazione
schematica dei diversi passaggi :
-
1à2 il
fluido si trova in 1 allo stato di vapore saturo secco e passa attraverso il
compressore che ne aumenta la pressione tramite una trasformazione adiabatica
reversibile. Ne consegue un aumento di temperatura del fluido. Il compressore
funziona grazie all’intervento di lavoro esterno;
-
2à3 il
fluido attraversa la serpentina nel condensatore; attraverso una trasformazione
isobara cede calore (Q1) cominciando a raffreddarsi, mantenendo
inalterata la pressione, fino a raggiungere lo stato di vapore saturo secco. A
pressione costante, il vapore comincia a condensare e raggiunge il punto 3;
-
3à4 in
questa fase il fluido arriva alla valvola di laminazione dove subisce una
trasformazione mantenendo però la stessa entalpia (h1=h2).
Diminuiscono la pressione e la temperatura mentre aumenta il suo volume;
-
4à1 il
fluido passa dallo stato liquido a quello aeriforme quando passa
nell’evaporatore. In questo caso subisce una trasformazione isobara ed
isoterma. Qui ritorna allo stato fisico
iniziale grazie all’assorbimento di calore (Q2 ) fornito dal
sistema.
Questo procedimento può essere spiegato anche
tramite formule che descrivono i vari tipi di trasformazioni in rapporto alla
variazione di entalpia nei singoli sistemi aperti:
-
1à2: L=h1-h2
-
2à3: Q1=h2-h3
-
3à4: h1=h2
-
4à1: Q2=h1-h4
Di conseguenza il rapporto tra i due salti di
entalpia (rendimento energetico) sarà:
Diagrammi P-H dei fluidi frigorigeni
Le case produttrici di questi fluidi, per esempio la
Du Pont, vendono i loro prodotti fornendone anche i relativi diagrammi P-H
(grafici pressione-entalpia che espongono i dati caratteristici di questi
fluidi).
Da questi grafici è possibile ricavare i valori
dell’entalpia che corrisponde alle varie temperature e pressioni.
-7-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Ecco alcuni esempi di questi grafici:
Grafico P-H del Freon R12
Questo è il grafico
rappresentante il comportamento del Freon R12 a temperature e pressioni
differenti. Da questo posso immediatamente ricavare le quattro entalpie.
-8-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Grafico P-H
dell’ammoniaca
MISCELE DI ARIA E VAPORE D’ACQUA
Analizzando le miscele di
aria e vapore acqueo, bisogna innanzitutto precisare che l’aria viene
considerata come se fosse costituita da un unico componente, in quanto la
composizione dell’aria è assunta costante. In essa sarà presente del vapore
d’acqua, perché l’acqua stessa può essere in parte allo stato liquido e in
parte allo stato gassoso (vapore).
Questa miscela, allo stato
gassoso, si può considerare formata dall’unione di due gas ideali: aria e
vapore d’acqua.
Dall’ipotesi di Dalton ,
ne deriva che: essendo gas perfetti, l’aria e l’acqua non si influenzano a
vicenda.
Per effetto
dell’evaporazione o condensazione dall’acqua, alla fase gassosa la miscela può
presentarsi diversa; di conseguenza la massa di aria secca viene considerata
costante. Per questo motivo le grandezze specifiche vengono riferite all’unità di massa dell’aria secca e non a
quella della miscela.
-9-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Saturazione
Se in un ambiente chiuso,
in presenza di aria secca, poniamo un recipiente contenente acqua, mantenendo
la pressione (P) e la temperatura (T) costanti, dopo un certo lasso di tempo
notiamo che il livello dell’acqua nel contenitore è calato; una certa massa
d’acqua, dunque, è evaporata nell’aria. Questo fenomeno continuerà fino a
raggiungere un livello di stabilità, e quindi fino a rimanere costante.
Questo esperimento dimostra che, se si mettono a
contatto, in un ambiente in cui la temperatura e la pressione siano costanti,
aria secca e acqua allo stato liquido, questa evapora finché non si eguaglino
la pressione parziale del vapore e la pressione di saturazione dell’acqua alla
temperatura a cui si opera.
La quantità di vapore acqueo che ottengo è
indipendente dalla quantità d’aria che ho nell’ambiente.
Quando l’acqua non evapora più, parliamo di
saturazione e quindi di pressione di saturazione (PVS): ad
ogni valore di P (pressione), corrisponde un dato valore T (temperatura). Le
condizioni di saturazione legano in maniera indissolubile i valori di pressione
e temperatura.
Umidità relativa e grado igrometrico (UR
e φ)
All’interno di un’abitazione, di solito, non c’è una
sufficiente quantità di vapore d’acqua in modo che si possa raggiungere la
saturazione. Sostanzialmente, in un ambiente normale ci sarà MV<MVS
dove:
-
MV corrisponde alla massa del
vapore presente
-
MVS corrisponde alla massa del vapore di saturazione.
Si ricava così la formula:
-10-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Dove:
UR = umidità relativa dell’ambiente, viene
espressa in percentuale (es. 40%)
PV = pressione del vapore presente
PVS = pressione del vapore di saturazione
φ = grado igrometrico, valore compreso tra 0 e 1 (es.
0,40)
Il concetto fisico dei valori UR e φ
è assolutamente lo stesso: entrambi indicano quanto l’aria sia
vicina alla saturazione
Titolo X
L’UR si correla bene con quella che è la
nostra sensazione di umidità, ma non è adatta come unità di misura nel calcolo
termico. Per misurare l’umidità dell’aria, dunque, si usa una seconda
grandezza: il TITOLO X.
Esso è definito come:
Titolo X
=
X indica quanto vapore c’è
nella miscela.
Questo titolo X è il rapporto tra i pesi di diverse sostanze
chimiche.
E’ importante ricordare che
non esiste nessun legame tra il titolo X con il titolo dei vapori saturi. A
differenza del titolo dei vapori saturi, il titolo X non è un numero puro e può
anche essere maggiore di 1.
Il titolo è legato ad un
rapporto di pressioni e non più di masse. E’ possibile così calcolare il titolo
a partire dalle pressioni parziali di vapore ed aria secca.
Il titolo di saturazione
XS è la grandezza che esprime qual è la quantità massima di
acqua che può volatilizzarsi in una massa di aria secca. XS è quindi
il titolo calcolato in condizioni di equilibrio tra aria ed acqua in presenza
di acqua liquida. Esso dipende dalla pressione e dalla temperatura.
Posso reperire i valori del
titolo di saturazione, riferiti alla pressione atmosferica in funzione della
temperatura, su apposite tabelle.
In quella riportata di
seguito sono citati alcuni valori dei parametri T, PS e XS
della miscela di aria e vapore dove φ = 1 e P = 101.3 kPa:
-11-
Lezione
del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Temperatura dell’aria T |
Pressione di vapore dell’aria satura Ps |
Titolo di saturazione X |
°C |
mmHg KPa |
gv/Kga |
-25 |
0,47 0,06 |
0,38 |
-20 |
0,756 0,102 |
0,63 |
-19 |
0,848 0,113 |
0,7 |
-18 |
0,938 0,125 |
0,77 |
-17 |
1,028 0,137 |
0,85 |
-16 |
1,125 0,150 |
0,93 |
-15 |
1,238 0,165 |
1,01 |
-14 |
1,358 0,181 |
1,11 |
-13 |
1,485 0,198 |
1,22 |
-12 |
1,628 0,217 |
1,34 |
-11 |
1,778 0,237 |
1,46 |
-10 |
1,943 0,259 |
1,6 |
-9 |
2,123 0,283 |
1,75 |
-8 |
2,318 0,309 |
1,91 |
-7 |
2,520 0,336 |
2,08 |
-6 |
2,753 0,367 |
2,27 |
-5 |
3,01 0,400 |
2,49 |
-4 |
3,270 0,436 |
2,69 |
-3 |
3,563 0,475 |
2,94 |
-2 |
3,870 0,516 |
3,19 |
-1 |
4,208 0,561 |
3,47 |
0 |
4,568 0,609 |
3,78 |
1 |
4,920 0,656 |
4,07 |
2 |
5,280 0,704 |
4,37 |
3 |
5,678 0,757 |
4,7 |
4 |
6,083 0,811 |
5,03 |
5 |
6,526 0,870 |
5,4 |
6 |
6,991 0,932 |
5,79 |
7 |
7,493 0,999 |
6,21 |
8 |
8,026 1,070 |
6,65 |
9 |
8,596 1,146 |
7,13 |
10 |
9,188 1,225 |
7,63 |
11 |
9,818 1,309 |
8,15 |
-12-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Temperatura dell’aria T |
Pressione di vapore dell’aria satura Ps |
Titolo di saturazione X |
°C |
mmHg KPa |
gv/Kga |
12 |
10,493 1,399 |
8,75 |
13 |
11,206 1,595 |
9,35 |
14 |
11,963 1,595 |
9,97 |
15 |
12,759 1,701 |
10,6 |
16 |
13,599 1,813 |
11,4 |
17 |
14,491 1,932 |
12,2 |
18 |
15,444 2,059 |
12,9 |
19 |
16,441 2,192 |
13,8 |
20 |
17,484 2,331 |
14,7 |
21 |
18,602 2,480 |
15,6 |
22 |
19,779 2,637 |
16,6 |
23 |
21,017 2,802 |
17,7 |
24 |
22,300 2,977 |
18,8 |
25 |
23,702 3,160 |
20 |
26 |
25,150 3,353 |
21,4 |
27 |
26,672 3,556 |
22,6 |
28 |
28,285 3,771 |
24 |
29 |
29,965 3,995 |
25,6 |
30 |
31,784 4,232 |
27,2 |
31 |
33,618 4,482 |
28,8 |
32 |
35,575 4,746 |
30,6 |
33 |
37,638 5,018 |
32,5 |
34 |
39,806 5,307 |
34,4 |
35 |
42,078 5,610 |
36,6 |
36 |
44,449 5,926 |
38,8 |
37 |
46,954 6,260 |
41,1 |
38 |
49,572 6,609 |
43,5 |
39 |
51,317 6,975 |
46 |
40 |
55,198 7,358 |
48,8 |
41 |
58,197 7,759 |
51,7 |
42 |
61,355 8,180 |
54,8 |
43 |
64,640 8,618 |
58 |
44 |
68,098 9,079 |
61,3 |
45 |
71,706 9,560 |
65 |
46 |
75,464 10,061 |
68,9 |
47 |
79,409 10,587 |
72,8 |
48 |
83,504 11,133 |
77 |
49 |
87,810 11,707 |
81,5 |
-13-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Temperatura dell’aria T |
Pressione di vapore dell’aria satura Ps |
Titolo di saturazione X |
°C |
mmHg KPa |
gv/Kga |
50 |
92,288 12,304 |
86,2 |
55 |
117,715 15,094 |
114 |
60 |
149,037 19,870 |
152 |
65 |
187,050 24,938 |
204 |
70 |
233,134 31,082 |
276 |
75 |
288,398 38,450 |
382 |
80 |
354,239 47,228 |
545 |
85 |
432,553 57,669 |
828 |
90 |
524,525 69,931 |
1400 |
95 |
625,618 83,409 |
3120 |
100 |
759,812 101,300 |
- |
Relazione tra il grado igrometrico (φ) e il titolo X
Considerando
l’aria e il vapore acqueo come due gas ideali, è possibile scrivere la
equazione di stato dei gas perfetti riferita prima all’aria e poi al vapore
acqueo:
per
l’aria à PA V = MA
RA T
per
il vapore acqueo à PV V = MV
RV T
Quindi:
Di conseguenza, elidendosi a vicenda V e T,abbiamo:
Essendo:
-14-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Ro ha un valore
fisso che è 8314 J/kmol
Segue che:
Dove il 29 e il 18 indicano
rispettivamente le messe molari dell’aria e dell’acqua.
Di conseguenza trovo il valore di X:
Dalla definizione di grado
igrometrico so che:
PV = φ PVS
Segue che:
PV + PA = PTOT
Per PTOT si
intende la pressione atmosferica
Sostituendo i vari valori
ottengo l’equazione:
X (PTOT – φ PVS) = 0.622 φ
PVS
φ PVS (0.622 +X) = X PTOT
φ è quindi uguale a:
φ =
Questa equazione ci consente
di passare dal grado igrometrico al titolo e viceversa.
Affinché si possa ricavare
il grado igrometrico è necessario conoscere la pressione di saturazione PVS.
Essa dipende dalla temperatura e si possono ricavare i suoi valori dalle
apposite tabelle.
Confort termoigrometrico
Un ambiente, affinché abbia
una buona qualità ambientale deve attenersi a determinate condizioni termoigrometriche; deve
cioè assumere precisi valori di TP (temperatura di progetto) e di UR
(umidità relativa).
-15-
Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Questi due valori sono
interdipendenti: si può cioè avere la stessa condizione di confort a
temperature ed umidità relative differenti.
Se ho un diagramma in cui
sull’asse delle ascisse sia indicata la temperatura e su quello delle ordinate
l’umidità relativa, a parità di confort ottengo delle linee di isoconfort .
Queste linee di isoconfort
dipendono dall’ambiente: per esempio, in piscina avrò dei parametri diversi da
una stazione ferroviaria.
Esistono due tipi di unità
di misura per stabilire qual è la condizione di confort ideale:
·
MET -
unità metabolica. 1 MET equivale al metabolismo di una persona a riposo (circa
200 W);
·
CLO - unità di vestiario.
E’ la resistenza termica tipica di una persona vestita normalmente (pantaloni,
camicia a maniche lunghe, giacca e cravatta).
Questi parametri sono stati creati soprattutto per
creare le condizioni igrometriche ideali sul posto di lavoro, in modo da
massimizzare la produzione.
Calcolo dell’entalpia in una miscela di vapore ed
aria
Per entalpia di una miscela di vapore ed aria si
intende l’energia interna di una certa quantità della miscela stessa.
Quando calcoliamo l’entalpia specifica non la
definiamo per l’unità di massa della miscela, ma per l’unità di massa dell’aria
secca. Questo perché la massa di vapore d’acqua presente nella miscela può
variare a seconda della quantità di vapore che condensa o di acqua che evapora.
L’entalpia specifica (J) può essere definita come:
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Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Quindi:
dove hA equivale all’entalpia
dell’aria secca, hV all’entalpia specifica del vapore e MV
/ MA al titolo X.
Segue perciò:
J = hA + X hV
hA =CPA
t
-
CPA =
calore specifico dell’aria a pressione costante (1 KJ/kg)
-
t =
temperatura in gradi centigradi
hV = ro + CPV t
J = CPA t + X (ro + CPV t)
-
CPV = calore specifico del vapore acqueo (1.9 KJ/Kg)
-
ro = calore latente di vaporizzazione dell’acqua a 0° (2500 KJ/Kg)
Arrivo così all’equazione:
J = 1t + X (2500 + 1.9 t)
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Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
Questa equazione è il bilancio dell’energia del
sistema.
Diagramma psicrometrico
Il diagramma psicrometrico serve ad individuare gli
stati di equilibrio delle miscele di aria e vapore acqueo.
Su tale diagramma sono indicati tre assi che
forniscono tre dati diversi:
·
asse
X verticale situato sul margine destro à sono indicati i
valori del titolo della miscela in gv/Kga;
·
asse
T orizzontale à possiamo ricavare le
temperature espresse in °C;
·
asse
J diagonale sul margine sinistro à fornisce i valori
dell’entalpia specifica in Kcal / Kgaria secca.
Le curve che compaiono su questo diagramma
sono:
·
rette
verticali à rette a temperatura
costante
·
rette
orizzontali à rette a titolo costante
·
rette
perpendicolari all’asse J à rette ad entalpia
specifica
·
curva
che delimita superiormente il diagramma à detta curva di
saturazione, rappresenta punti aventi grado igrometrico pari a 1. Al di sopra
di questa curva non esistono stati fisici reali.
·
Rette
inclinate à ci sono due tipi di
rette oblique ad inclinazione diversa che indicano, le une il volume specifico
costante, le altre sono rette di raffreddamento adiabatico.
Le proprietà che individuano lo stato fisico della
miscela sono tre. La pressione, in questo tipo di diagramma, è stata fissata a
1 bar (pressione atmosferica); per questo motivo è possibile rappresentare gli
stati di equilibrio della miscela con un diagramma a due coordinate.
Ecco un esempio di diagramma psicrometrico:
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Lezione del 06/12/01, ora 14:30-16:30
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