Temperatura di saturazione adiabatica

La temperatura di saturazione adiabatica è una proprietà termodinamica dell'aria umida. Essa corrisponde alla temperatura raggiungibile da una miscela liquido-vapore nel caso in cui si giunga alle condizioni di saturazione attraversando una trasformazione adiabatica.

Essa è determinata tramite un apparecchio detto "saturatore adiabatico", che satura una massa di aria umida senza scambi di calore con l'esterno. Il saturatore è costituito da un corpo scatolare opportunamente coibentato, all'interno del quale l'aria immessa è umidificata tramite nebulizzazione di acqua.

La temperatura misurata all'uscita dell'apparecchio è la “temperatura di saturazione adiabatica“: essa risulta inferiore a quella iniziale, poiché l'acqua che evapora sottrae calore, e tuttavia superiore alla temperatura di rugiada, in quanto la stessa evaporazione innalza la pressione parziale del vapore acqueo.

Consideriamo il sistema termodinamico costituito dal saturatore adiabatico, che inizialmente si trova a pressione P e temperatura T. Dentro il saturatore adiabatico viene disposto un contenitore con dell'acqua liquida, circondata dalla miscela vapore d'acqua-aria.

Chiamiamo con a l'acqua (sia in fase liquida sia in fase vapore) e con b l'aria, e supponiamo che la quantità di aria contenuta nel saturatore adiabatico sia pari a 1 kmol.

Se l'aria non è satura, dopo un certo tempo parte dell'acqua nel contenitore sarà evaporata, modificando la temperatura del sistema e il contenuto di vapore d'acqua nella miscela gassosa, finché l'aria non viene saturata. Siccome il sistema è adiabatico, l'entalpia del sistema si conserva, quindi il bilancio entalpico tra l'istante iniziale e l'istante finale (cioè a saturazione) si scrive:

${\displaystyle H_{1}=H_{2}}$

ovvero:

${\displaystyle c_{p,L}(T-T_{sa})+y\lambda _{sa}=y_{sa}\lambda _{sa}}$

in cui:

• ${\displaystyle H_{1}}$ è l'entalpia all'istante iniziale, cioè quando la miscela aria-vapore d'acqua viene a contatto con l'acqua liquida
• ${\displaystyle H_{2}}$ è l'entalpia all'istante finale, cioè quando la miscela aria-vapore ha raggiunto l'equilibrio con l'acqua liquida
• ${\displaystyle c_{p,L}}$ è il calore specifico dell'acqua liquida
• ${\displaystyle T}$ è la temperatura iniziale del sistema
• ${\displaystyle T_{sa}}$ è la temperatura a saturazione del sistema, ovvero la temperatura di saturazione adiabatica
• ${\displaystyle y}$ è la frazione molare del vapore d'acqua iniziale nella miscela gassosa
• ${\displaystyle y_{sa}}$ è la frazione molare del vapore d'acqua a saturazione nella miscela gassosa
• ${\displaystyle \lambda _{sa}}$ è il calore latente di evaporazione dell'acqua.

L'equazione si può riscrivere:

${\displaystyle {\frac {y-y_{sa}}{T-T_{sa}}}=-{\frac {c_{p,L}}{\lambda _{sa}}}}$

L'apparecchio per il calcolo della temperatura di saturazione adiabatica risulta di non facile utilizzo, pertanto si ricorre spesso all'utilizzo di psicrometri, tramite i quali si perviene alla determinazione della temperatura di bulbo bagnato. Questa, a pressione atmosferica e per miscele di aria secca e vapore d'acqua, può essere considerata approssimativamente pari alla temperatura di saturazione adiabatica.

La corrispondenza tra temperatura di saturazione adiabatica e la temperatura di bulbo umido è valida solo nel caso di sistemi acqua-aria.^[1]

• Alan S. Foust, Leonard A.Wenzel; Curtis W. Clump; Luis Maus; L. Bryce Andersen, I principi delle operazioni unitarie, Ambrosiana, 1967, ISBN 88-408-0117-0.
• (EN) Robert Perry, Don W. Green, Perry's Chemical Engineers' Handbook, 8ª ed., McGraw-Hill, 2007, ISBN 0-07-142294-3.

• Evaporazione
• Psicrometria
• Psicrometro
• Temperatura di bulbo umido
• Umidificazione
• Umidità assoluta
• Umidità relativa
• Umidità specifica

Portale Meteorologia

Portale Termodinamica