Deumidificare con batteria fredda UTA

Normativa Termotecnica, Impianti di riscaldamento, Legge 10/91, DLgs 192/05, ecc.

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ingmazzaivan
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Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mar lug 10, 2018 16:37

Buongiorno a tutti,

una domanda sulla deumidificazione dell'aria attraverso acqua fredda in un'UTA.

L'UTA (a parte i filtri, serrande, ecc) è così composta:

Batteria fredda --> Batteria calda --> Umidificatore a vapore

L'UTA deve scaldare e controllare l'umidità, quindi per la progettazione dell'UTA si segue questo procedimento:

Batteria calda: si ricava la portata dell'aria a seconda della potenza richiesta e della temperatura in entrata ed in ingresso dell'acqua nella batteria

Batteria fredda: poichè l'UTA deve deumidificare, e per deumidificare si deve portare a condensazione l'aria si fa il seguente ragionamento. A seconda della temperatura e umidità "peggiori" sul diagramma psicometrico (PUNTO C), mi calcolo la temperatura a bulbo umido (PUNTO B). In ingresso avrò delle condizioni di temperatura ed umidità riportate rappresentetate dal PUNTO A. La temperatura di uscita dell'aria dalla batteria fredda sarà appunto la temperatura del PUNTO B. A questo punto dovrò post-riscaldare l'aria fino a punto desiderato PUNTO C.

Quindi, entra A, nella batteria fredda passa da A a B (raffredda e condensa), nella batteria calda viene postriscaldata fino al punto C.

Come si vede dal diagramma vi è un enorme "spreco" di energia per raffreddare e post riscaldare, anche solo per perdere quel poco di umidità. E' possibile deumidificare l'aria senza portare TUTTA l'aria in ingresso alla temperatura B? Di seguito alcune idee che mi sono venute:

- se l'aria A arriva sulla batteria fredda (che chiaramente ha una temperatura minore del punto B) si formerà della condensa sulla batteria, è possibile calcolare quanta condensa si forma?
- è possibile accentuare in qualche modo la condensazione? Per esempio prevedere una batteria con-corrnete invece che controcorrente (cioè aria calda incontra prima il lato della batteria più freddo)?
- è possibile parzializzare l'aria in entrata in modo da raffreddare e condensare solo una parte dell'aria in ingresso, per poi miscelarla e quindi ottenere la miscela desiderata?

Grazie, saluti
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Ronin
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Ronin » mar lug 10, 2018 17:35

immagino che tu sia uno studente.
il processo di progettazione dell'UTA si svolge alla rovescia rispetto a quanto riporti: prima di tutto infatti si deve determinare (a seconda dei requisiti) qual è la portata minima di aria esterna e qual è il carico termico che va immesso/rimosso nei locali trattati, e sulla base di questi si calcolerà la potenza (invernale in riscaldamento, estiva in deumidificazione+raffrescamento e postriscaldamento) delle batterie e dell'umidificatore.
tipicamente infatti le UTA hanno questa configurazione: batteria di recupero, batteria calda (cosiddetto "pre"), batteria fredda, umidificatore e N batterie di postriscaldo (una per ogni zona omogenea da ventilare: se ad es. un'UTA fosse asservita a un piano di un edificio rettangolare, avrebbe bisogno di almeno 4 zone diverse, e quindi 4 diverse batterie di post, una per ciascuna esposizione, in modo da poter compensare i differenti apporti solari durante la giornata; ulteriori zone possono essere rese necessarie da diversi requisiti negli ambienti e/o diversi orari di utilizzo)

quanto alle domande:
1- sì, naturalmente è possibile calcolare la quantità di acqua condensata: te la da la differenza del titolo (contenuto assoluto di vapore) moltiplicata per la portata in massa
2- no, però è possibile, e anzi obbligatorio implementare sistemi di recupero aggiungendo ulteriori batterie (ad es. in modo che parte del calore espulso con l'aria estratta venga usato per preriscaldare l'aria esterna in ingresso, oppure che parte del calore prelevato nel processo di deumidificazione venga restituito in fase di post-riscaldo)
3- come detto all'inizio: la portata d'aria esterna è un minimo, che dipende dalle condizioni ambiente che devi mantenere. con serrande si può regolare la quantità di aria prelevata dall'esterno (che va trattata completamente) e quella ricircolata dall'ambiente (che si trova già alla temperatura e umidità "giuste"), miscelandole. ad es. in caso di affollamento di persone, si possono usare sonde di CO2 per regolare la quantità di aria da immettere dall'esterno per evitare la formazione di odori. in altri casi c'è un minimo di aria esterna imposto per legge/norma, e il resto si ricircola. altre regolazioni (ad es. per locali usati saltuariamente) possono prevedere una prima fase a tutto ricircolo per portare l'ambiente in temperatura senza sprechi e poi l'apertura della serranda esterna e l'inizio del trattamento dell'umidità.
un buon libro (o le sempiterne dispense del prof. cammarata) e passa la paura :mrgreen:

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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mar lug 10, 2018 17:51

Oltre all'intervento del sempre eccellente Ronin, mi permetto di ricordare un concetto, oramai consolidato nell'industria, del cosiddetto freecooling entalpico.
Dato che il contenuto di energia di una massa d'aria è dovuto alla sua componente di calore sensibile e di quella latente, talvolta a temperatura più alte possono corrispondere entalpie più basse se l'apporto di entalpia latente è scarso. E' il caso di clima torrido (caldo e secco), in cui può essere energeticamente conveniente sostituire aria più fredda e umida, con aria più calda ma secca, prima di trattarla.

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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mer lug 11, 2018 08:14

Buongiorno Ronin,

l'UTA di cui sto parlando non è di un edificio ad uso civile, bensì di un locale a temperatura ed umidità controllata per la lievitazione di prodotti da forno, quindi la portata di aria non è un dato di input, bensì un dato di output, lo schema logico della progettazione è il seguente:

- calcolo della massa oraria di prodotto
- calcolo dello sbalzo termico del prodotto: TuscitaProdotto-TingressoProdotto, dove la temperatura in uscita è ipotizzata la TemperaturaSetPoint all'interno del locale
- calcolo della potenza termica richiesta dal prodotto (massa oraria * delta T * Cp)
- a seconda di diverse cose decido la TemperaturaIngressoAria nel locale
- utilizzando il delta T dell'aria e la potenza scambiata aria-prodotto calcolo la portata d'aria da immettere, dove la temperatua di uscita è la TemperaturaSetPoint all'interno del locale
- quindi questa è la portata d'aria che deve essere trattata

Ora, ritornando alle mie domande iniziali, forse non chiare, io vorrei deumidificare senza raffreddare l'intera massa d'aria che passa attraverso la batteria fino a raggiungere il punto di rugiada (A-->B), ma voglio prendere una "scorciatoia" A-->B'. So che teoricamente non è possibile, ma secondo me:

- se l'aria A arriva sulla batteria fredda (che chiaramente ha una temperatura minore del punto B) si formerà della condensa sulla batteria, ANCHE SE LA POTENZA DELLA BATTERIA NON è SUFFICIENTE A RAFFREDDARE L'INTERA MASSA D'ARIA, è possibile calcolare quanta condensa si forma?

- è possibile parzializzare l'aria in entrata in modo da raffreddare e condensare solo una parte dell'aria in ingresso, per poi miscelarla e quindi ottenere la miscela desiderata?

Spero di essere stato più chiaro, grazie, saluti

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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da SimoneBaldini » mer lug 11, 2018 09:02

Tu devi andare da A a C.
Lavorando solo con deumidificazione e miscela, potrai arrivare su un punto della retta tra A e B ma non potrai mai arrivare a C.

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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mer lug 11, 2018 09:49

SimoneBaldini ha scritto:
mer lug 11, 2018 09:02
Tu devi andare da A a C.
Lavorando solo con deumidificazione e miscela, potrai arrivare su un punto della retta tra A e B ma non potrai mai arrivare a C.
Simone, hai perfettamente ragione, ma se la quota parte di aria che raffreddo la porto ad una temperatura minore di quella di B e C, diciamo sul punto D, in modo che poi miscelando mi trovassi sulla retta B-C ? Lavorando con meno aria perderei meno calore sensibile, e potrei condensare maggiormente e quindi lavorare sul calore latente (quello che in realtà mi interessa per deumidificare). Sbaglio o in questo caso "sprecherei" meno calore sensibile, che non mi serve?

Grazie, saluti

Ronin
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Ronin » mer lug 11, 2018 10:02

ingmazzaivan ha scritto:
mer lug 11, 2018 08:14
Spero di essere stato più chiaro, grazie, saluti
la portata d'aria necessaria è un dato di uscita del problema "raffrescamento della massa di prodotto a T imposta", ma rimane un dato di ingresso nel problema "progetto dell'UTA" come ho già spiegato per sommi capi.
per quanto riguarda le domande:
1- no, se la potenza (e temperatura dell'acqua) della batteria è insufficiente a raggiungere la saturazione, non condenserà niente, stai andando di raffrescamento sensibile (questo perchè le batterie e la circolazione dell'aria sono fatte apposta per garantire un trattamento il più possibile uniforme dell'intera portata d'aria, su tutta la superficie della batteria); sul diagramma psicrometrico non ci si può muovere a piacere, ma solo tramite una delle trasformazioni fisicamente possibili

2- se immaginiamo di prevedere una canalizzazione di bypass a cavallo dell'UTA, una parte della portata sarà deumidificata e raffreddata, l'altra non sarà trattata affatto, e la miscela tra le due garantirà di ottenere un punto intermedio sulla retta A-B' come la hai individuata sul diagramma. non sarà ovviamente possibile ottenere un'umidità assoluta pari a quella voluta (retta B-C): per arrivarci occorre deumidificare l'intera portata.
oppure si potrebbe pensare di saturare di più una parte della portata (immaginiamo un punto D al di sotto di B sulla curva di saturazione), per poi miscelarla con aria non trattata fino ad arrivare su B': tale variante (in teoria assolutamente neutrale dal punto di vista energetico: si entra e si esce negli stessi punti perciò la differenza di entalpia è la medesima) nella realtà è energeticamente svantaggiosa, perchè le macchine frigorifere perdono efficienza se devono produrre acqua refrigerata a una T inferiore.

se il prodotto (come credo di capire) richiede di essere trattato senza scendere sotto una temperatura minima (e quindi non gli puoi buttare sopra l'aria così come esce dalla saturazione, direttamente alla temperatura TB), non c'è alternativa*, occorre deumidificare e post-riscaldare.
quello che puoi fare per abbattere i consumi è utilizzare uno dei sistemi disponibili per reimpiegare in parte il calore sottratto nella fase di deumidificazione (o quello espulso con l'aria di ripresa) nella fase di postriscaldo (ci sono diversi sistemi, ad es. con doppie batterie collegate in serie oppure tramite pompa di calore acqua/acqua)

*un'alternativa esiste in realtà: potrebbe venire impiegato un deumidificatore ad adsorbimento, che deumidifica aumentando la temperatura invece che diminuirla (non opera per saturazione): in alcune condizioni il percorso "rovescio" deumidificazione ad adsorbimento + raffrescamento sensibile consuma meno del percorso classico (deumidificazione+postriscaldo) e può giustificarne l'impiego (anche se di solito sono casi in cui il raffrescamento sensibile è gratuito, ad es. maturazione in grotta di prodotti alimentari).

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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da ingmazzaivan » mer lug 11, 2018 17:41

Ho parlato con un fornitore di UTA e di Batterie.

La batteria del freddo condensa (parzialmente) anche se la temperatura all'uscita della batteria è maggiore del punto di rugiada, se la temperatura della batteria è minore del punto di rugiada. Questo perché localmente (in prossimità delle alette) la temperatura dell'aria è uguale a quella delle alette e quindi si crea condensa.

Ho fatto una prova con un software per il dimensionamento di batterie:

Aria in ingresso: 35 C° 65 %UR (Temperatura di rugiada= 27.42 °C, umidità assoluta= 25.77 g/m3)
Aria in uscita: 30°C 76.04 %UR (Umidità assoluta 23.12 g/m3)

Come vedete anche dall'immagine, nonostante la temperatura di uscita sia superiore alla temperatura di rugiada (30° > 27.42°), l'umidità assoluta scende di parecchio e si crea molta condensa (appunto 2.65g/m3).

Quindi di fatto posso deumidificare senza prevedere una batteria del freddo enorme.

Grazie, saluti
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da NoNickName » mer lug 11, 2018 18:38

Ho qualche dubbio, ma soprattutto voglio vederti con il trascinamento dell'acqua a 34Kg/h di deumidifica a 2.2m/s.
Senza contare l'energia spesa per produrre acqua a 5°C

Esa
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Esa » gio lug 12, 2018 00:44

Non ho ben capito quali siano le reali temperature, le portate e i carichi sensibili e latenti in gioco.
Ma il trattamento indicato (da A a B e da B a B' o C) non è realizzabile. Nella realtà quello che puoi fare è dato dal sistema di regolazione, cioè occorre fissare la temperatura in uscita dalla batteria di raffreddamento.
L'umidità è una conseguenza del tipo di batteria (tipicamente spaziatura alette e ranghi) e fluido di alimentazione (espansione diretta o acqua refrigerata). Conta anche molto la portata del fluido (costante o variabile), legata sempre al tipo di controllo (valvola miscelatrice o deviatrice=.
Ad esempio, se regoli l'uscita di una batteria di refrigerazione a 17°C, l'UR può variare anche del 12%.
Per esempio, l'aria può uscire a 17°C con il 76% di UR o con il 98% di UR.

mat
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da mat » gio lug 12, 2018 12:51

ingmazzaivan ha scritto:
mer lug 11, 2018 17:41
Come vedete anche dall'immagine, nonostante la temperatura di uscita sia superiore alla temperatura di rugiada (30° > 27.42°), l'umidità assoluta scende di parecchio e si crea molta condensa (appunto 2.65g/m3).
Presumo sia semplicemente dovuto al fattore (e che fattore!) di bypass intrinseco della batteria risultante dai parametri che hai impostato: non tutta l'aria che passa nella sezione di raffreddamento riesce ad essere tratta dalla batteria e dunque a valle si crea una miscela. In definitiva è quello che ipotizzavi tu in precedenza:
è possibile parzializzare l'aria in entrata in modo da raffreddare e condensare solo una parte dell'aria in ingresso, per poi miscelarla e quindi ottenere la miscela desiderata?
Di fatto stai percorrendo la strada che aveva ipotizzato Ronin qui
Ronin ha scritto:
mer lug 11, 2018 10:02
oppure si potrebbe pensare di saturare di più una parte della portata (immaginiamo un punto D al di sotto di B sulla curva di saturazione), per poi miscelarla con aria non trattata fino ad arrivare su B': tale variante (in teoria assolutamente neutrale dal punto di vista energetico: si entra e si esce negli stessi punti perciò la differenza di entalpia è la medesima) nella realtà è energeticamente svantaggiosa, perchè le macchine frigorifere perdono efficienza se devono produrre acqua refrigerata a una T inferiore.
Ma come detto c'è nessun vantaggio energetico, anzi.

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tutor7
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da tutor7 » gio lug 12, 2018 15:00

Se puoi dividi gli impianti: ci sono buoni deumidificatori in commercio a prezzi contenuti.

Esa
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Esa » gio lug 12, 2018 15:10

Scusa, se non ho capito male, tu devi trattare l'aria da A a B' ?
Quali sono le condizioni di A e di B' ?

So che è una domanda fuori luogo, ma non so come facciate ad inserire immagini nel messaggio.

Ronin
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Ronin » gio lug 12, 2018 15:59

no, lui deve trattare l'aria da A a C (dove A è l'aria esterna, e C è un punto a umidità massima e temperatura minima prefissate). gli scoccia dover passare per B per deumidificare :mrgreen:

per inserire immagini clicca sulla scheda Allegati (di fianco a Opzioni sotto al pulsante invia), potrai aggiungere un file, se lo inserisci di tipo jpg appare direttamente l'anteprima nel messaggio (peccato si abbia poco spazio a disposizione per ciascun utente)
tutor7 ha scritto:
gio lug 12, 2018 15:00
Se puoi dividi gli impianti: ci sono buoni deumidificatori in commercio a prezzi contenuti.
metteresti un deumidificatore a ricircolo a batteria dentro un'azienda alimentare, per di più di panificazione? :shock:

mat
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da mat » gio lug 12, 2018 17:14

Ronin ha scritto:
gio lug 12, 2018 15:59
metteresti un deumidificatore a ricircolo a batteria dentro un'azienda alimentare, per di più di panificazione?
E quale sarebbe il vantaggio, rispetto a trattare l'aria dentro una uta? Il carico latente è uno e uno solo, per abbatterlo serve sempre la medesima energia (al netto dell'efficienza dei dispositivi utilizzati, ovviamente)

Premesso che aveva già spiegato tutto Ronin per benino nei suoi primi post, se vogliamo essere più stringati: la scorciatoia A -> B' viola i principi della fisica, quindi si accetta di buon grado quello che noi tutti poveri mortali facciamo solitamente (cioè passiamo dalla curva di condensa) e si cerca di rendere più efficiente il processo tramite i sistemi di recupero, come già suggerito.
Ultima modifica di mat il gio lug 12, 2018 17:24, modificato 1 volta in totale.

Ronin
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Ronin » gio lug 12, 2018 17:21

mat ha scritto:
gio lug 12, 2018 17:14
E quale sarebbe poi il vantaggio, visto che tale deumidificatore dovrebbe comunque abbattere il carico latente dell'aria in ingresso, a questo punto non trattata dall'uta?
si eviterebbe il post, perchè l'aria immessa a quel punto sarebbe trattata per solo raffrescamento sensibile (ciò ovviamente corrisponde ad accettare che una parte dell'ambiente abbia temperatura più bassa di TC, come accadrebbe se immettessimo una portata d'aria ridotta e non post-riscaldata; quello che intendevo è che una batteria che si riempie di polvere/farina/condensa in una produzione alimentare, avrebbe come probabile esito guai ben peggiori, tra cui l'arrivo dei NAS :mrgreen: )

mat
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da mat » gio lug 12, 2018 17:28

Ronin ha scritto:
gio lug 12, 2018 17:21
si eviterebbe il post, perchè l'aria immessa a quel punto sarebbe trattata per solo raffrescamento sensibile (ciò ovviamente corrisponde ad accettare che una parte dell'ambiente abbia temperatura più bassa di TC, come accadrebbe se immettessimo una portata d'aria ridotta e non post-riscaldata; quello che intendevo è che una batteria che si riempie di polvere/farina/condensa in una produzione alimentare, avrebbe come probabile esito guai ben peggiori, tra cui l'arrivo dei NAS )
Non era una critica, ma un'aggiunta alla tua considerazione. Come dici tu, se accetti una temperatura più bassa, allora puoi rinunciare allo stesso modo al post sulla uta, quindi il risparmio è il medesimo... ma non è questo il focus no?

ps: nel frattempo ho modificato il post precedente perchè rileggendo la discussione mi par di capire che non ci sia necessità di aria esterna e la portata d'aria sarebbe di tutto ricircolo, ad unico scopo di abbattere i carichi.

Ronin
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Ronin » gio lug 12, 2018 17:49

al contrario, la portata sarà di tutt'aria esterna, in quanto il ricircolo è presumibilmente off-limits per ragioni igieniche (e forse non ci sarà neanche ripresa, per tenere gli ambienti in sovrappressione il più possibile).

mat
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da mat » gio lug 12, 2018 18:38

Non è quello che ha spiegato ingmazzaivan, il quale ha parlato di una portata d'aria calcolata in funzione dei carichi interni da smaltire.
Ma non cambia nulla per quello che è l'oggetto dei suoi dubbi, per cui chiudiamo la parentesi onde non complicare ulteriormente il discorso (che a mio parere abbiamo correttamente esaurito)

Esa
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Esa » dom lug 15, 2018 11:54

Si può trattare l'aria da 25°C con 68% UR a 21°C con 76% di UR con un solo trattamento e poi post riscaldare a 25°C con 60% UR.
Sono le condizioni che ho capito leggendo il diagramma.
Con una portata di 5.000 kg/h a 0 m slm:
- si condensano 7,8 kg/h di acqua e servono 11,3 kW di potenza (freddo)
- si post riscalda con 5,7 kW.
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Andrea70 » lun lug 16, 2018 12:37

Molto interessante.
Complimenti ai partecipanti del forum... mi avete aiutato a capire degli aspetti che volevo approfondire da tempo.
Grazie!

mat
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da mat » lun lug 16, 2018 14:55

Esa ha scritto:
dom lug 15, 2018 11:54
Si può trattare l'aria da 25°C con 68% UR a 21°C con 76% di UR con un solo trattamento
Ah sì? Un trattamento di che tipo, ai sali? :?
Vorrei capire come si può condensare del vapor d'acqua che non raggiunge nemmeno lontanamente la T di rugiada...

Esa
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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da Esa » lun lug 16, 2018 17:19

Non servono i sali.
Con una opportuna spaziatura delle alette e una opportuna temperatura del fluido refrigerante, si ottiene quel trattamento.
Una volta si ricorreva al "fattore di bypass" per dare una spiegazione plausibile ai fenomeni fisici del trattamento aria. Oggi, che si conosce un po' meglio come lavora la batteria e si dispone di strumenti di calcolo più potenti, si riesce anche a modulare il fattore di bypass come si vuole.
Entro certi limiti, ovviamente.
Non tutta l'aria che attraversa la batteria arriva alla linea di saturazione. Si tratta di calcolare correttamente la quantità che condensa e la quantità che non condensa. E questo dipende, appunto, da vari fattori che non sono gestibili con diagrammi cartacei o approssimati (se elettronici). Come, appunto, il trattamento ipotizzato nel diagramma iniziale: irrealistico e assolutamente teorico.
Va bene per un dimensionamento "a spanne".
Quello che ho indicato nel diagramma psicrometrico (che, grazie a Ronin, sono riuscito ad allegare), è realizzabile.

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Re: Deumidificare con batteria fredda UTA

Messaggio da mat » lun lug 16, 2018 21:08

Delle volte nel fare un intervento che si riallaccia a questioni già trattate se ne dovrebbe fare riferimento: non per elogiare l'autore :mrgreen: ma semplicemente per rendere l'intera discussione più chiara e fruibile.
Se per esempio Esa fossi partito riallacciandoti al mio post di 4 o 5 giorni fa, avrei evitato di farti la domanda... e avremmo speso 2 post in meno.

Cmq, quello di bypassare scientificamente le alette della batteria mi sembra il gioco delle tre carte: si ottiene lo stesso effetto utilizzando una batteria più piccola, ma con fattore di bypass "fisiologico" (uscita aria con 97-98 % UR) in cui far transitare una minor quantità d'aria rispetto a quella di progetto, dopodiché miscela con quella non trattata e postriscaldamento. Vantaggi e svantaggi rispetto al trattamento A-B-C dell'intera massa d'aria ? Vedi post Ronin, peraltro da me già citato in precedenza (predico bene e razzolo bene :lol: ).

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