Psychrometric Processes

Viene mostrata una vista del grafico psicrometrico:

Vengono mostrati i diversi processi psicrometrici:

Psychrometric Processes

Raffreddamento sensibile

Durante questo processo, il contenuto di umidità dell'aria rimane costante ma la sua temperatura diminuisce mentre passa sopra una serpentina di raffreddamento. Per mantenere costante il contenuto di umidità, la superficie della serpentina di raffreddamento dovrebbe essere asciutta e la sua temperatura superficiale dovrebbe essere maggiore della temperatura del punto di rugiada dell'aria. Se la serpentina di raffreddamento è efficace al 100%, la temperatura di uscita dell'aria sarà uguale alla temperatura della serpentina. Tuttavia, in pratica, la temperatura dell'aria in uscita sarà superiore alla temperatura della batteria di raffreddamento.Figura sottomostra il processo di raffreddamento sensibile 2–1 su un grafico psicrometrico. La velocità di dissipazione del calore durante questo processo è data da:

Riscaldamento sensibile

Durante questo processo, il contenuto di umidità dell'aria rimane costante e la sua temperatura aumenta mentre scorre su una serpentina di riscaldamento. La velocità di apporto di calore durante questo processo è data da:

dovec_pmè il calore specifico umido (≈1.0216kJ/kgaria secca) em_unè la portata massica dell'aria secca (kg/s).

Raffreddamento e Deumidificazione

Quando l'aria umida viene raffreddata al di sotto del punto di rugiada portandola a contatto con una superficie fredda, parte del vapore acqueo nell'aria si condensa e lascia il flusso d'aria come liquido, di conseguenza, sia il rapporto tra temperatura che umidità dell'aria diminuisce come mostrato. Questo è il processo che subisce l'aria in un sistema di climatizzazione. Il percorso effettivo del processo dipende dal tipo di superficie fredda, dalla temperatura superficiale e dalle condizioni del flusso, ma per semplicità si presuppone che la linea del processo sia una linea retta, come mostrato in figuraFigura 8.11. Le velocità di trasferimento di calore e massa possono essere espresse in termini di condizioni iniziali e finali applicando le equazioni di conservazione della massa e di conservazione dell'energia come indicato di seguito:

Applicando il bilancio di massa per l'acqua:

Applicando il bilancio energetico:

Dalle due equazioni precedenti, il carico sulla serpentina di raffreddamento,Q_tè dato da:

Il 2^ndIl termine sulla destra dell'equazione di cui sopra è normalmente piccolo rispetto agli altri termini, quindi può essere trascurato. Quindi,

Si può osservare che il processo di raffreddamento e deumidificazione coinvolge sia processi di trasferimento di calore latente che sensibile, quindi le velocità di trasferimento di calore totale, latente e sensibile (Q_r,Q_l, EQ_S) può essere scritto come:

doveQ_l= m_un(h₁− h_w) = m_un.h_fg(ω₁−_w)

eQ_S= m_un(h_w− h₂) = m_un.C_pm(T₁− T₂)

Fattore di calore sensibile (SHF)

È definita come il rapporto tra la velocità di trasferimento del calore sensibile e quella totale (Q_t), cioè,

Dall'equazione di cui sopra, possiamo osservare che un SHF di 1,0 corrisponde a nessun trasferimento di calore latente e un SHF di 0 corrisponde a nessun trasferimento di calore sensibile. Un SHF compreso tra 0,75 e 0,80 è abbastanza comune nei sistemi di condizionamento dell'aria in un normale clima secco. Un valore inferiore di SHF, diciamo 0,6, implica un elevato carico di calore latente come quello che si verifica in un clima umido.

La temperatura, Ts, è la temperatura superficiale effettiva della serpentina di raffreddamento ed è nota come temperatura del punto di rugiada dell'apparato (ADP). In una situazione ideale, quando tutta l'aria entra in perfetto contatto con la superficie della serpentina di raffreddamento, la temperatura di uscita dell'aria sarà uguale all'ADP della serpentina. Tuttavia, nel caso reale, la temperatura di uscita dell'aria sarà sempre maggiore della temperatura del punto di rugiada dell'apparato a causa dello sviluppo dello strato limite quando l'aria scorre sulla superficie della batteria di raffreddamento e anche a causa della variazione di temperatura lungo le alette, ecc. Quindi , possiamo definire afattore di bypass (BPF)in quanto si può facilmente notare che maggiore è il fattore di by-pass maggiore sarà la differenza tra la temperatura dell'aria in uscita e la temperatura della batteria di raffreddamento. Quando BPF è 1,0, tutta l'aria bypassa la batteria e non vi sarà alcun raffreddamento o deumidificazione.

In cui siT_ctemperatura dell'aria in uscita,T_unè la temperatura dell'aria in entrata eT_Sè la temperatura della superficie della serpentina di raffreddamento.

Riscaldamento e umidificazione

Durante l'inverno è essenziale riscaldare e umidificare l'aria della stanza per ottenere comfort. Ciò avviene normalmente riscaldando prima l'aria in modo sensibile e poi aggiungendo vapore acqueo al flusso d'aria attraverso gli ugelli del vapore.

Il bilancio di massa del vapore acqueo per il volume di controllo determina la velocità alla quale il vapore deve essere aggiunto, ovverom_w:

dove m_unè la portata massica dell'aria secca. Dal bilancio energetico:

doveQ_hè il calore fornito attraverso la serpentina di riscaldamento eh_wè l'entalpia del vapore. Poiché questo processo comporta anche un trasferimento simultaneo di calore e massa, possiamo definire un fattore di calore sensibile per il processo in modo simile a quello di un processo di raffreddamento e deumidificazione.

Raffreddamento e umidificazione

Come suggerisce il nome, durante questo processo la temperatura dell'aria diminuisce e la sua umidità aumenta. Ciò può essere ottenuto spruzzando acqua fredda nel flusso d'aria. La temperatura dell'acqua dovrebbe essere inferiore alla temperatura a bulbo secco dell'aria ma superiore alla temperatura del punto di rugiada per evitare la condensa (T_DPT<T₂<T₁).

Durante questo processo, vi è un trasferimento di calore sensibile dall'aria all'acqua e un trasferimento di calore latente dall'acqua all'aria. Pertanto, il trasferimento di calore totale dipende dalla temperatura dell'acqua. Se la temperatura dell'acqua spruzzata è uguale alla temperatura del bulbo umido dell'aria, la velocità di trasferimento netto sarà pari a zero poiché il trasferimento di calore sensibile dall'aria all'acqua sarà uguale al trasferimento di calore latente dall'acqua all'aria. Se la temperatura dell'acqua è maggiore del WBT, si verificherà un trasferimento netto di calore dall'acqua all'aria. Se la temperatura dell'acqua è inferiore al WBT, il trasferimento di calore netto avverrà dall'aria all'acqua. In un caso speciale in cui l'acqua di spruzzo viene interamente ricircolata e non viene né riscaldata né raffreddata, il sistema è perfettamente isolato e l'acqua di reintegro viene fornita a WBT, quindi a regime l'aria subisce un processo di saturazione adiabatica, durante il quale il suo WBT rimanecostante. Questo è il processo di saturazione adiabatica. Il processo di raffreddamento e umidificazione si riscontra in un'ampia varietà di dispositivi come raffreddatori evaporativi, torri di raffreddamento, ecc.

Riscaldamento e Deumidificazione

Questo processo può essere ottenuto utilizzando un materiale igroscopico, che assorbe o assorbe il vapore acqueo dall'umidità. Se questo processo è isolato termicamente, l'entalpia dell'aria rimane costante, di conseguenza la temperatura dell'aria aumenta al diminuire del suo contenuto di umidità. Questo materiale igroscopico può essere solido o liquido. In generale, l'assorbimento dell'acqua da parte del materiale igroscopico è una reazione esotermica, di conseguenza durante questo processo viene rilasciato calore che viene ceduto all'aria e l'entalpia dell'aria aumenta.