Evaporazione dalla superficie dell’acqua

L’evaporazione dell’acqua da una superficie d’acqua – come un serbatoio aperto, una piscina o simili – dipende dalla temperatura dell’acqua, dalla temperatura dell’aria, dall’umidità dell’aria e dalla velocità dell’aria sopra la superficie dell’acqua.

La quantità di acqua evaporata può essere espressa come:

gs = Θ A (xs – x) / 3600 (1)

o

gh = Θ A (xs – x)

dove

gs = quantità di acqua evaporata al secondo (kg/s)

gh = quantità di acqua evaporata all’ora (kg/h)

Θ = (25 + 19 v) = coefficiente di evaporazione (kg/m2h)

v = velocità dell’aria sulla superficie dell’acqua (m/s)

A = superficie dell’acqua (m2)

xs = rapporto di umidità massima dell’aria satura alla stessa temperatura della superficie dell’acqua (kg/kg) (kg H2O in kg Aria secca)

x = rapporto di umidità dell’aria (kg/kg) (kg H2O in kg Aria secca)

Nota! Le unità per Θ non corrispondono poiché questa è un’equazione empirica – un risultato dell’esperienza e degli esperimenti.

Richiesta di calore

La maggior parte del calore o dell’energia richiesta per l’evaporazione è presa dall’acqua stessa. Per mantenere la temperatura dell’acqua – il calore deve essere fornito all’acqua.

Il calore richiesto per coprire l’evaporazione può essere calcolato come

q = hwe gs (2)

dove

q = calore fornito (kJ/s (kW))

hwe = calore di evaporazione dell’acqua (kJ/kg)

• 1 kW = 3412 Btu/h

Esempio – Acqua evaporata da una piscina

C’è una piscina di 50 m x 20 m con una temperatura dell’acqua di 20oC. Il rapporto massimo di umidità di saturazione nell’aria sopra la superficie dell’acqua è 0,014659 kg/kg. Con una temperatura dell’aria di 25 oC e il 50% di umidità relativa il rapporto di umidità nell’aria è 0,0098 kg/kg – controllare il diagramma di Mollier.

Con una velocità dell’aria sopra la superficie dell’acqua di 0,5 m/s il coefficiente di evaporazione può essere calcolato come

Θ = (25 + 19 (0,5 m/s))

= 34,5 kg/m2h

L’area della piscina può essere calcolata come

A = (50 m) (20 m)

= 1000 m2

L’evaporazione dalla superficie può essere calcolata come

gs = (34,5 kg/m2h) (1000 m2) ((0,014659 kg/kg) – (0,0098kg/kg)) / 3600

= 0,047 kg/s

Il calore di evaporazione (entalpia) dell’acqua alla temperatura di 20oC è 2454 kJ/kg. La fornitura di calore necessaria per mantenere la temperatura dell’acqua nella piscina può essere calcolata come

q = (2454 kJ/kg) (0,047 kg/s)

= 115.3 kW

La perdita di energia e la fornitura di calore necessaria possono essere ridotte

• riducendo la velocità dell’aria sopra la superficie dell’acqua – effetto limitato
• riducendo la dimensione della piscina – non proprio pratico
• riducendo la temperatura dell’acqua – non una soluzione di comfort
• riducendo la temperatura dell’aria – non è una soluzione di comfort
• aumentare il contenuto di umidità nell’aria – può aumentare la condensa e danneggiare le costruzioni edilizie per piscine interne
• rimuovere la superficie bagnata – possibile con coperte di plastica sulla superficie dell’acqua fuori dal tempo di funzionamento. Molto efficace e comunemente usato

Nota! – durante il tempo di funzionamento l’attività in una piscina può aumentare l’evaporazione dell’acqua e la fornitura di calore necessaria drammaticamente.

Per ridurre il consumo di energia e per evitare i danni dell’umidità nelle costruzioni di edifici è comune usare dispositivi di riciclaggio del calore con pompe di calore che spostano il calore latente dall’aria all’acqua nella piscina.

Calcolatrice dell’evaporazione della superficie dell’acqua

A – superficie dell’acqua (m2)

xs – rapporto di umidità massima di saturazione nell’aria (kg/kg) (kg H2O in kg aria secca)

x – rapporto di umidità nell’aria (kg/kg) (kg H2O in kg Aria secca) – Mollier – Psicrometrico

hwe – calore di evaporazione (entalpia) dell’acqua (kJ/kg)

v – velocità dell’aria sopra la superficie dell’acqua (m/s)

Calcolatrice di carico!