AERUL, AGENT DE LUCRU ÎN INSTALAŢIILE DE VENTILARE SI CLIMATIZARE

2.1 AERUL ATMOSFERIC

2.1.1 Generalitati

Atmosfera este compusa dintr-un amestec de gaze care înconjoara Pamântul, cu care participa împreuna la miscarile de rotatie si revolutie, fiind supusa fortei de atractie gravitationala si fortei centrifuge. Pe baza cercetarilor aerologice, Organizatia Meteorologica Mondiala considera ca atmosfera are grosimea de circa 400 km. Ţinând seama în principal de variatia temperaturii cu altitudinea, atmosfera se împarte în cinci straturi si anume (fig.2.1): troposfera (0-11 km), stratosfera (11-35 km), mezosfera (35-80 km), termosfera (80-400 km) si exosfera (>400 km), între ele considerându-se zone de trecere denumite tropopauza, stratopauza etc.

În troposfera este concentrata circa 97% din masa de aer, cea mai mare parte din cantitatea de vapori de apa , aici producându-se schimbarile meteorologice. Sub aspect termic sunt de precizat variatiile importante ale temperaturii aerului cu altitudinea (v. fig. 2.1).

Fig.2.1 Structura atmosferei pe verticala

Presiunea barometrica prezinta o scadere exponentiala cu altitudinea, micsorându-se de la

valoare medie de 1013 mbar la nivelul marii, la 265 mbar la limita superioara a troposferei si la 5 mbar la limita superioara a stratosferei.

O neuniformitate accentuata se regaseste si în plan orizontal, in special la nivelul

troposferei, unde se întâlnesc mase mari de aer arctice, polare, tropicale si ecuatoriale, de natura continentala sau maritima, cu caracteristici termice diferite, care, sub influenta unor centri barici cu presiune ridicata ca si a altor factori perturbatori, conduc la modificari permanente sau temporare ale structurii atmosferei înconjuratoare.

2.1.2 Compozitia aerului atmosferic

Aerul atmosferic este format din ,,aer curat" denumit uneori si ,,aer normal uscat" la care

se adauga vapori de apa si alte impuritati sub forma de gaze, vapori ai unor substante sau praf (fig.2.2).

Componenta aerului normal uscat cu participatiile volumice si masice este indicata în

tabelul 2.1. Preponderenta azotului si oxigenului permite ca pentru modelul teoretic al aerului atmosferic sa se neglijeze participatia celorlate gaze

Tabelul 2.1 Componenta aerului normal uscat

existente permanent în amestec. Desi participatia lor împreuna este sub 1% volumic sau 1,32 % masic (vezi tabel 2.1), pentru doi din constituienti se impun anumite observatii. Dioxidul de carbon, care are o participatie relativ constanta (0,033% în volum), prezinta în ultimul secol o crestere de tip exponential. Cauzele principale le constituie cresterea emanatiilor si respectiv scaderea rolului fotosintezei în ciclul

Fig.2.2 Compozitia aerului Fig.2.3. Efectul de sera

atmosferic

acestui gaz, datorita reducerii "stratului verde" prin defrisarile si destelenirile exagerate, efectuate în ultimile decenii. În atmosfera marilor centre urbane sau a platformelor industriale, unde concentratia dioxidului de carbon este mai mare, se accentueaza efectul de "sera", care se bazeaza pe proprietatea acestuia de a fi permeabil la orice fel de radiatii cu exceptia celor de unda lunga pe care le reflecta. Solul primind radiatii pe o mare gama de lungimi de unda se încalzeste si emite continuu în spatiu raze infrarosii care ajunse în atmosfera bogata in CO₂ sunt reflectate, proces care tinde sa se desfasoare în timp cu "feed-back" pozitiv (fig. 2.3).

Un al doilea element component, cu o participatie si mai mica (0,01 volume pe milion), care constituie obiectul multor discutii actuale, îl reprezinta ozonul (O₃) constituit sub forma unui strat situat la altitudini între 40 si 60 km (v. fig.2.1) si care are un rol de filtru fata de doza mare de radiatii ultraviolete de lungime de unda foarte scurta daunatoare pentru oameni si vietuitoare (degradarea acestui strat a constituit în anul 1981 obiectul unui avertisment al Organizatiei Mondiale a Sanatatii ). Degradarea se explica în prezent prin actiunea catalitica a atomilor de clor din fluorcarbon, care combinându-se cu ozonul, formeaza O₂ si OCl₂, reactie care continua cu formarea de O₂ si Cl.

Vaporii de apa prezenti în aerul atmosferic variaza în limite largi: de la 0,02 % în conditii de desert pâna la 4% în zonele ecuatoriale.Pe lânga influenta pe care o au în reducerea valorii intensitatii radiatiei solare incidente la sol (v. cap. 2.3.4), vaporii de apa, alaturi de factorii tehnici au un rol important în declansarea proceselor catalitice. Astfel, poluantii primari, emisi direct de surse identificate sau identificabile sunt transformati în poluanti secundari, mult mai nocivi. Practic, vaporii de apa influenteaza vizibil proprietatile fizico-chimice ale aerului.

Impuritatile din aer sunt denumite în cadrul unui domeniu mai nou al stiintei "Aerologia" drept aerosoli, incluzând toate substantele naturale sau artificiale care pot fi aeropurtate. Acestia pot fi solizi, lichizi , gaze sau vapori, sub forma de particule, molecule sau amestecuri ale acestora, fiind in general mai grele ca aerul.

Natura aerosolilor din aer este foarte diversa, în functie de natura surselor care le degaja (tab.2.2). Concentratia lor este neuniforma în timp si spatiu, depinzând de o multitudine de factori dintre care intensitatea, debitul si caracteristicile surselor, marimea, forma si densitatea relativa în raport cu aerul, starea factorilor meteorologici etc. Sursele de degajare pot fi naturale (sol, reziduuri vegetale si animale, fenomene naturale) si artificiale, în cadrul carora se disting trei categorii principale: întreprinderi industriale, mijloace si cai de transport si sisteme de încalzire.

Depasirea unor anumite concentratii pentru fiecare din impuritatile continute de aer are efecte daunatoare, asupra plantelor, animalelor, constructiilor si obiectelor de la sol; provocând modificari importante ale factorilor metereologici, pot afecta calitatea mediului în care oamenii traiesc si isi desfasoara activitatea.

Modificarile provocate factorilor meteorologici, frecvente marilor aglomerari urbane ca si unor platforme industriale pot fi : reducerea valorii intensitatii radiatiei solare ziua si micsorarea efectului de racire noaptea; sporirea numarului de zile cu ceata industriala; cresterea numarului nucleelor de condensatie care in anumite limite favorizeaza ploaia sau dimpotriva, la concentratii mai mari, transforma precipitatiile in burnita; reducerea numarului de zile însorite si în general a vizibilitatii; modificarea starii de electricitate a atmosferei prin scaderea numarului de ioni mici negativi si cresterea celor mai mari, pozitivi etc.

2.2 AERUL UMED

În procesele termodinamice de transformare a starii aerului, acesta are ca model fizic si matematic, aerul umed. Astfel, este posibila efectuarea calculelor privitoare la parametrii aerului si la diversele procese de tratare ale acestuia. Prin aer umed se întelege un amestec format din aer uscat si vapori de apa. În compozitia aerului uscat se considera nu numai principalii constituienti si anume azotul si oxigenul, ale caror participatii sunt de 79 % azot si 21% oxigen (participatii volumice) sau respectiv 77% azot si 23% oxigen (participatii masice).

2.2.1 Marimi caracteristice aerului umed

În limitele de temperatura si presiune care se întalnesc în tehnica ventilarii si climatizarii, gazelor si vaporilor de apa din amestecul care formeaza aerul umed li se pot aplica legile gazelor perfecte. Pentru gaze, aceasta este posibil din cauza temperaturilor foarte ridicate în raport cu cea de lichefiere, iar pentru vaporii de apa deoarece presiunea partiala a acestora este foarte mica în raport cu presiunea totala a amestecului.

Pentru precizarea starii aerului umed si pentru a urmari evolutia în diferite procese se utilizeaza parametrii de stare clasici: temperatura si presiune precum si marimi caracteristice amestecului: umiditate, densitate, caldura masica, entalpie masica.

Tabelul 2.2 Impuritati întâlnite frecvent în atmosfera

2.2.1.1 Presiunea aerului . Conform legii lui Dalton presiunea totala a unui

amestec ce ocupa un volum dat rezulta din însumarea presiunilor partiale ale componentilor acestuia. În cazul aerului umed, presiunea totala rezulta deci din însumarea presiunii aerului uscat pa si a vaporilor de apa p_v :

p=p_a + p_v. (2.1)

În instalatiile de ventilare si climatizare presiunea aerului nu este uniforma unele portiuni fiind în suprapresiune, iar altele în subpresiune fata de presiunea atmosferica.Totusi pentru calculele practice, în majoritatea cazurilor, se considera în întraga instalatie aceeasi presiune, egala cu presiunea barometrica B (deci p=B), eroarea fiind în general sub 1%.

2.2.1.2. Temperatura aerului. Deosebim urmatoarele temperaturi ale aerului,

utilizate în tehnica instalatiilor de ventilare si climatizare:

-temperatura dupa termometrul uscat t este temperatura masurata cu un termometru de o anumita clasa de precizie, protejat împotriva radiatiilor termice;

-temperatura dupa termometrul umed t' este temperatura indicata de un termometru obisnuit de o anumita clasa de precizie, al carui bulb este înfasurat într-un tifon (pânza) îmbibat în apa. Este definita ca fiind temperatura de saturatie adiabatica si izobara a aerului umed;

-temperatura punctului de roua t_t este temperatura pentru care presiunea partiala a

vaporilor de apa din aerul umed de o anumita temperatura si continut de umiditate, racit izobar, devine egala cu presiunea lor de saturatie sau reprezinta temperatura la care începe condensarea vaporilor de apa la racirea izobara, cu continut de umiditate constant, a aerului umed.

Pentru aer nesaturat t>t'> t_t, iar pentru aer saturat t>t'> t_t.

2.2.1.3. Umiditatea aerului. Marimile care exprima umiditatea aerului sunt: continutul de umiditate, umiditatea specifica, umiditatea absoluta si umiditatea relativa.

Continutul în umiditate x este masa vaporilor de apa continuti într-un kilogram de aer uscat:

(2.2)

Se observa ca masa vaporilor de apa este raportata la kilogramul de aer uscat si nu la cel de aer umed. Acesta usureaza calculele, deoarece majoritatea transformarilor de stare ale aerului sunt însotite de variatii ale umiditatii, astfel încît masa amestecului se schimba, în timp ce masa aerului uscat ramâne constanta.