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Diagramma psicrometrico

Le trasformazioni termodinamiche che avvengono nell’aria umida, a pressione costante e ben definita,  vengono normalmente  rappresentate su un diagramma denominato diagramma psicrometrico ove vengono messe in relazione una serie di grandezze termoigrometriche tra le quali:
  • Temperatura bulbo secco Temperatura misurata da un comune termometro posto a contatto diretto con l’aria da esaminare.
  • Temperatura bulbo umido Temperatura misurata ponendo un comune termometro all’interno di una garza imbevuta d’acqua a sua volta a contatto diretto con l’aria da esaminare. Oggi con la strumentazione disponibile questa grandezza ha ormai perso di valore ma un tempo ci permetteva di calcolare l’umidità relativa dell’aria confrontando la temperatura a bulbo umido con la temperatura a bulbo secco. Quando la corrente d’aria viene a contatto con la garza imbevuta d’acqua, parte dell’acqua contenuta in essa evapora sottraendo calore e quindi abbassando la temperatura nel suo interno risulta evidente che supponendo che l’aria all’interno di un ambiente sia in saturazione dalla garza bagnata non può evaporare l’acqua e quindi la temperatura a bulbo umido e quella a bulbo secco risultano uguali: umidità relativa al 100%. Mettendo in relazione le due grandezze, temperatura a bulbo secco e temperatura a bulbo umido, si poteva calcolare l’umidità dell’aria ovviamente con tempi di risposta molto lunghi e in condizioni ambientali in equilibrio.
  • Temperatura di rugiada Temperatura alla quale l’aria raggiunge le condizioni di saturazione, specialmente nelle fasi di raffreddamento, tali che su ogni elemento a diretto contatto con essa che si trovi ad una temperatura appena inferiore si forma condensa ovvero rugiada.
  • Umidità specifica o grado igrometrico Indica la quantità di vapor d’acqua presente in una determinata quantità di aria secca. Di norma viene espressa in grammi di vapor d’acqua per ogni kg di aria secca e il suo valore aumenta con l’aumentare della temperatura dell’aria.
  • Umidità relativa Grandezza che indica la quantità di vapor d’acqua contenuta nell’aria in rapporto alla massima quantità di vapor d’acqua in essa contenibile a parità di temperatura. Il suo valore, con umidità specifica costante, diminuisce con l’aumentare della temperatura a bulbo secco.
  • Volume specifico Volume occupato dall’aria umida in relazione ad una determinata quantità di aria secca. Di norma viene espresso in metri cubi di aria umida per ogni kg di aria secca e il suo valore aumenta con l’aumentare della temperatura dell’aria.
  • Entalpia Grandezza termodinamica che indica la quantità di energia contenuta nell’aria alle specifiche condizioni di temperatura e umidità. Nel diagramma psicrometrico ciò che interessa è la variazione di entalpia dallo stato iniziale a quello finale e quindi si può fissare ad arbitrio uno stato termodinamico di riferimento al quale si fa corrispondere il valore di entalpia pari a zero. Di norma si esprime in kJ per ogni kg di aria secca.
Il diagramma psicrometrico risulta indispensabile per un corretto dimensionamento e taratura dell’impianto qualora i parametri di processo siano strettamente legati alle caratteristiche dell’aria umida. Sono disponibili a tal fine, alla pressione atmosferica ossia a 101,325 kPa, nei seguenti campi di temperatura:
  • Bassa temperatura con un range da  –40˚C a +10˚C utile per il processo di raffreddamento. (psi_normal_low_temperature.pdf)
  • Media temperatura con un range da 0˚C a +50˚C utile per il processo di essiccazione a bassa temperatura o per la climatizzazione degli ambienti. (psi_normal_medium_temperature.pdf)
  • Alta temperatura con un range da  +10˚C a +150˚C utile per il processo di essiccazione ad alta temperatura o per il processo di pastorizzazione con vapore sia saturo che surriscaldato. (psi_normal_high_temperature.pdf)
Inoltre sono disponibili, alla pressione atmosferica ossia a 101,325 kPa, nei processi che utilizzano l’aria surriscaldata in condizioni sovrasature i seguenti diagrammi psicrometrici:
  • Media temperatura con un range da +80˚C a +120˚C. (psi_over_medium_temperature.pdf)
  • Alta temperatura con un range da  +100˚C a +150˚C. (psi_over_high_temperature.pdf)

 

Elenco file scaricabili gratuitamente

psi_normal_low_temperature.pdf
Popular 1.62 MB
03/12/2013 18:24:33
psi_normal_medium_temperature.pdf
Popular 2.13 MB
04/12/2013 09:16:35
psi_normal_high_temperature.pdf
Popular 3.47 MB 6187
04/12/2013 09:05:30

 

Grado igrometrico

Il vapor d’acqua associato all’aria secca si definisce, in base alle condizioni in cui si trova in:
  • Saturo Quando la quantità del vapor d’acqua presente nell’aria e uguale al titolo di saturazione.
  • Surriscaldato Quando la quantità di vapor d’acqua presente nell’aria e minore del titolo di saturazione o in altre parole quando la quantità di vapor d’acqua presente nell’aria e minore di quella che ci sarebbe stata in condizioni normali di equilibrio a parità di temperatura.  
  • Sovrasaturo Quando la quantità di vapor d’acqua è superiore al titolo di saturazione ossia quando la quantità di vapor d’acqua presente nell’aria è maggiore di quella che ci dovrebbe essere in caso di equilibrio a parità di temperatura.
Per poter individuare se la miscela di vapore acqueo è secca o satura o in generale a quale grado si saturazione si trova si deve confrontare la massa di vapore acqueo effettivamente presente nella miscela in questione con quella che ci potrebbe essere stata in condizioni normali di saturazione definendo il grado igrometrico μ come:  
In cui: 
Mv     massa del vapore acqueo effettivamente contenuta nell’unità di volume. [ kg ] 
Mvsat massa di vapore acqueo contenuta nell’unita di volume che ci dovrebbe essere in condizioni di saturazione a parità di temperatura. [ kg ] 
Essendo la miscela considerata un gas perfetto ad una certa temperatura la densità è proporzionale alla pressione e quindi il grado igrometrico puo essere definito anche come: 
In cui: 
Pv pressione parziale del vapore acqueo nella miscela. 
Pvsat pressione di vapore saturo secco. 
Il grado igrometrico ovviamente può assumere un valore compreso tra 0, quando siamo allo stato  liquido, e 1 quando siamo in presenza di solo vapore ed inoltre nel caso venga espresso in percentuale il grado igrometrico si  chiamerà umidità relativa
Si elencano alcune relazioni utili relative all’aria umida: 

Relazione che ci permette di trovare il titolo di una miscela a partire dalle pressioni parziali dell’ aria secca e del vapore d’acqua: 
 
in cui: 
μ       grado igrometrico della miscela. 
Paria  pressione parziale dell’aria. 
Pvsat   pressione di vapore saturo secco. 

Relazione che lega titolo della miscela e grado igrometrico: 
 
in cui: 
μ      grado igrometrico della miscela.
Pv     pressione parziale del vapore acqueo nella miscela. 
Pvsat pressione di vapore saturo secco. 
Ptot   pressione totale della miscela. 

Relazione che permette di calcolare la capacità termica massica a pressione costante di un miscela riferita alla sola massa di aria secca: 
 
in cui: 
x            titolo della miscela.
Cp→aria capacità termica massica riferita all’aria a pressione costante.
Cp→vap  capacità termica massica riferita al vapore acqueo a pressione costante.

Relazione che permette di calcolare l’entalpia di una miscela ad un determinato titolo: 
 
in cui: 
x              titolo miscela.
Cp→aria   capacità termica massica riferita all’aria a pressione costante.
Cp→vap    capacità termica massica riferita al vapore acqueo a pressione costante.
T             temperatura [ °C ] 
Qlat→vap  calore latente di vaporizzazione ossia l’entalpia differenziale nell’intervallo considerato.

Introduzione

Si intende come aria umida una miscela formata da aria secca e da vapore acqueo ed entrambi vengono considerati, ai soli fini pratici, come gas perfetti.

L’acqua liquida quando si trova a contatto con l’aria secca, a temperatura e pressione ben definite, evapora fino a che la quantità di vapor d’acqua presente nell’aria si trova in equilibrio con l’acqua liquida sottostante o in altre parole l’acqua evapora fino a che la pressione parziale del vapore d’acqua eguaglia la pressione di saturazione dell’acqua. La grandezza che esprime la massima massa di acqua che può volatilizzarsi in una determinata massa di aria secca in condizioni di equilibrio si chiama titolo di saturazione x o anche umidità specifica e varia ovviamente in base alla temperatura e alla pressione.

Variazione del titolo di saturazione (umidità specifica) e della pressione di vapore in funzione della variazione della temperatura con pressione atmosferica costante e pari a 101.325 kPa.

Temperatura dell’aria
Pressione di vapore dell’aria satura
Titolo di saturazione
(umidità specifica)
x
°C
mbar
gvap / kgaria secca
-20
1.0333
0.635
-15
1.6541
1.016
-10
2.6008
1.600
-5
4.0204
2.476
0
6.1163
3.775
5
8.7308
5.402
10
12.2884
7.630
15
17.0661
10.648
20
23.4040
14.696
25
31.7138
20.082
30
42.4893
27.204
35
56.3167
36.578
40
73.8851
48.885
45
95.9978
65.046
50
123.5830
86.331
55
157.7048
114.558
60
199.5739
152.425
65
250.5581
204.145
70
312.1922
276.703
75
386.1873
382.632
80
474.4402
546.967
85
579.0406
828.114
90
702.2798
1401.510
95
846.6558
3147.830
100
1011.2640
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