COME FUNZIONA L’ADIABATICO

Il raffrescamento adiabatico utilizza una delle proprietà fisiche dell’aria: la caratteristica di assorbire e contenere una certa proprietà di vapore acqueo in funzione della sua temperatura.
Il rapporto tra la quantità effettiva di vapore acqueo contenuto in un dato momento ed il valore massimo che l’aria può contenere definisce la percentuale di umidità relativa (U.R).
Il raffrescamento adiabatico permette all’aria di aggiungere la quantità di vapore acqueo mancante per renderla satura o prossima alla saturazione.
L’assorbimento del vapore acqueo da parte dell’aria è reso possibile dal calore contenuto nell’aria che permette di far evaporare una determinata quantità d’acqua che si trasforma in vapore acqueo.
Questo calore che permette l’evaporazione viene prelevato alla stessa aria che aumenta la sua percentuale di Umidità Relativa perdendo contemporaneamente parte del suo calore.
Più l’aria è secca e più vapore acqueo può assorbire. Al contrario, se è più umida ne assorbe meno.

IL RAFFRESCAMENTO ADIABATICO

Inoltre, la quantità assoluta di vapore acqueo che l’aria può contenere dipende dalla sua temperatura: più è calda e più ne assorbe.
Questa caratteristica fisica dell’aria viene espressa con il diagramma psicometrico che riporta le diverse condizioni dell’aria umida.
Le condizioni che rendono l’aria capace di assumere una quantità di vapore maggiore sono quelle più lontane dalla zona di saturazione, ovvero le condizioni a minore percentuale di U.R. e a maggiore temperatura.
La trasformazione termodinamica che l’aria subisce durante il raffrescamento evaporativo è paragonabile a una trasformazione isoentalpica, ovvero a una trasformazione in cui non ci sono cambiamenti di energia interna, né scambi di fluido dell’aria. Questa trasformazione avviene, per definizione, in assenza di uno scambio diretto di lavoro o di uno scambio diretto di calore con l’ambiente: da qui il concetto di raffrescamento adiabatico.

L’aria umida

L’aria atmosferica, nella quale viviamo, è costituita da una miscela di aria secca e di vapore d’acqua. Il peso di quest’ultimo è inferiore al 3% del peso dell’aria atmosferica anche nei climi più umidi, ma la sua influenza sul benessere umano è sostanziale , come lo è sul funzionamento di apparecchiature atte al raffreddamento di liquidi.

Umidità relativa “UR”

Umidità relativa “UR” o grado igrometrico “φ” rappresenta il rapporto fra la massa di vapore d’acqua presente in un certo volume d’aria umida e la massa di vapore contenibile in condizioni di saturazione alla stessa temperatura e nello stesso volume di aria umida.

L’umidità assoluta e titolo “x”

L’umidità assoluta è definita come la quantità di vapore d’acqua (espressa in chilogrammi o grammi) contenuta in un chilogrammo di aria secca. Il titolo “x” o umidità specifica è anche definito come il rapporto tra massa di vapore d’acqua e la massa di aria secca contenuta alla stessa temperatura nello stesso volume di aria umida (kgv/kga).

IL DIAGRAMMA PSICROMETRICO

Il diagramma psicrometrico viene utilizzato ai fini del calcolo delle trasformazioni subite dalle miscele d’aria e vapore d’acqua ed è riferito alla pressione atmosferica standard.
L’aria umida è un fluido termodinamico trivariante, ovvero sono necessarie tre variabili per determinarne lo stato. Tuttavia, se si fissa la pressione totale della miscela rimangono da precisare due sole variabili di stato e si può rappresentare lo stato del sistema su diagrammi piani.

LA SOLUZIONE ADIABATICA PER UN RAFFREDDATORE DI LIQUIDO

Sono presenti varie tipologie di sistemi adiabatici per sfruttare l ’effetto dell’evaporazione del contenuto d’acqua a vantaggio di una riduzione di temperatura. Proviamo a pensare alle varie trasformazioni: di fatto stiamo spruzzando dell’acqua, che probabilmente è più fredda dell’aria, verso l’aria in arrivo alle batterie.
Supponiamo che l’aria all’ingresso delle batterie sia a 30 C e 40% di umidità.
Ipotizziamo che l’aria dopo essere stata lavata dagli ugelli si trovi ad una condizione di umidità relativa pari a 50%.
Vediamo quale è il beneficio:

  • riduzione temperatura aria di 2,3 C
  • aumento dell’umidità specifica di 0,8 gv/kgas