Umidità e teoria

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Negli ultimi anni si è assistito ad un crescente interesse verso i sensori di umidità per il monitoraggio ed il controllo non solo in settori di interesse tradizionali, quali quello del condizionamento ambientale e meteorologico, ma anche in campo strettamente industriale.
Si pensi ai numerosi processi di controllo nei sistemi di essiccazione, di produzione e di stoccaggio, ma anche all’aumentato numero di applicazioni agroalimentari, museali, aeronautiche.
A tale scopo sono stati sviluppati differenti tipi di sensori per soddisfare le diverse condizioni di operabilità richieste in ciascun campo di applicazione.
Presentiamo quindi una veloce trattazione sui metodi, la rilevazione e la definizione dell’umidità descritta in modo molto semplificato che ha lo scopo di formare l’applicatore su un argomento ancora non troppo conosciuto.

Esigenze

La misura dell’umidità nell’aria e nei gas sta diventando sempre più importante. Il continuo miglioramento dei processi tecnologici e la domanda sempre crescente di qualità e risparmio energetico, richiedono una procedura precisa, stabile ed economica per misurare l’umidità.

I diversi metodi di misura

Diamo una indicazione descrittiva dei metodi più usati e diffusi per la rilevazione dell’umidità, tralasciando volutamente tecniche e tecnologie che sono destinate esclusivamente a campi industriali, militari, di precisione o di laboratorio.

Igrometro a capello

L’igrometro a capello è uno dei metodi più antichi e forse ancora più utilizzati per misurare l’umidità.
La lunghezza del capello varia in funzione dell’umidità ambiente.
Questa variazione è indicata come umidità relativa da semplici mezzi meccanici.

Vantaggi
– metodo di misura semplice da utilizzare e con bassi costi di installazione
– Applicazioni economiche

Svantaggi
– Elevati costi di manutenzione
– Frequente rigenerazione del capello
– Utilizzabile solo dal 15 % all’85 % UR e fino a max. 50 °C
– Elevata imprecisione, spesso non quantificabile
– Misure molto lente

Psicrometro

Una sonda termica ricoperta con una garza di cotone umida si raffredda per effetto dell’evaporazione.
Una seconda sonda termica misura la temperatura ambiente.
L’umidità ambiente può essere determinata in base alla differenza tra le due temperature.

Vantaggi
– se utilizzato in modo meticoloso e sistematico, è possibile ottenere una misura anche molto precisa dal 2 al 3 %UR

Svantaggi
– Non può essere utilizzato per misure in più punti
– Tempi di misura lunghi (deve essere inumidito con acqua distillata prima di ogni misura)
– Prima di ogni misura importante, è necessario portare il sistema alla temperatura ambiente e sostituire la garza

Specchio per punto di rugiada

Uno specchio viene raffreddato finché non comincia a formarsi condensa sulla sua superficie.
Monitorando la formazione della condensa è possibile misurare il punto di rugiada.

Vantaggi
– Ampio campo di misura
– Elevata precisione

Svantaggi
– Metodo lento e costoso
– Alimentazione non a batterie
– Pesante (strumento di misura non portatile)
– E’ richiesta una misura della temperatura a elevata precisione
– Tempo di adattamento lento
– Grossi strumenti da banco

Sensore di umidità capacitivo

Un condensatore varia la sua capacità in funzione dell’umidità ambientale presente.

Vantaggi
– Misure economiche, rapide e precise (fino a ±1%UR)
– Ampio campo di misura (da 0 a 100 %UR, da -40 a +180°C)
– Stabile nel tempo
– Strumenti di misura piccoli e portatili

Svantaggi
In passato i sensori capacitivi erano considerati poco affidabili e instabili.
Oggi i sensori capacitivi sono stati approvati a livello internazionale, affermandosi nella tecnologia di misura industriale (anche in test interni di laboratorio).

Le misure dell’umidità

Umidità assoluta (Unità: g/m³)
L’umidità assoluta indica quanti grammi di acqua sono presenti in un metro cubo di aria o gas.

Umidità relativa (unità: %UR )
L’umidità relativa indica la percentuale della quantità massima di vapore acqueo contenuta nell’aria.
La quantità massima dipende soprattutto dalla temperatura. L’umidità relativa si riferisce sempre ad una temperatura.

Temperatura psicrometrica del bulbo umido (unità: °C)
L’evaporazione causa raffreddamento.
La temperatura rilevata con un termometro si abbassa se lo stesso viene avvolto con una garza umida a causa dell’evaporazione del calore.
L’evaporazione dipende dall’umidità relativa e dalla velocità dell’aria circostanti.
Un secondo termometro, tenuto in un luogo secco, può misurare la differenza di temperatura.

Alcune definizioni legate all’umidità

Grado di umidità (unità: g/kg)
Il grado di umidità x è definito come il rapporto di massa tra acqua e aria (gas secco).

Punto di rugiada td (unità: °C)
Il punto di rugiada è un valore di temperatura espresso in °C.
Mano a mano che la temperatura scende, si riduce anche la capacità dell’aria o dei gas di trattenere acqua.
Il punto di rugiada è la temperatura alla quale l’acqua presente nell’aria si condensa.

Pressione parziale del vapore acqueo pas (unità: mbar, hPa)
Livello della pressione totale in una stanza che può essere determinato anche dal vapore acqueo.

Entalpia, contenuto termico i
Il contenuto termico è l’energia di calore immagazzinata dall’aria umida.
L’energia viene fissata sullo 0 a 0°C.
L’entalpia è importante per calcolare la capacità di riscaldamento e raffreddamento.
Le misure differenziali, ad es. quelle effettuate prima o dopo gli scambiatori, sono di particolare interesse.

Valore aw
Il valore aw contiene informazioni sull’acqua non legata chimicamente.
La misura è basata sull’equilibrio del contenuto di umidità.
In una stanza chiusa, dove la presenza di aria è proporzionalmente più bassa rispetto alle sostanze solide, l’acqua libera contenuta nelle sostanze solide determina l’umidità relativa dell’aria ambiente.
L’attività dell’acqua è praticamente uguale all’umidità di equilibrio in una stanza chiusa. Tuttavia, non è misurata nel campo da 0 a 100%UR, ma viene espressa da 0 a 1 aw (aw = 0 indica le sostanze anidre, aw = 1 indica l’acqua pura).
Poiché l’attività dell’acqua dipende dalla temperatura, è necessario indicare sempre la temperatura di riferimento.

Umidità di equilibrio
Le sostanze che assorbono, trattengono o traspirano acqua sono definite igroscopiche.
Queste sostanze tentano sempre di stabilire un’umidità di equilibrio con l’aria ambiente.
Nelle sostanze igroscopiche, l’acqua provoca un aumento della pressione del vapore sulla superficie della sostanza stessa.
Quando la pressione del vapore acqueo sulla superficie della sostanza è uguale a quella dell’atmosfera ambiente, viene raggiunta l’umidità di equilibrio.
Qualsiasi differenza tra le due pressioni provoca uno scambio di acqua.

Contenuto d’acqua
Per contenuto d’acqua si intende la quantità di acqua contenuta in una sostanza in rapporto alla sua parte solida.
L’unità è espressa in peso percentuale. E’ importante conoscere il contenuto d’acqua solitamente quando una determinata sostanza viene venduta a peso (esempio granaglie) ma spesso, nelle murature, viene fatta una stima di contenuto d’acqua per valutare i coefficienti e le migliori condizioni di evaporazione l’addove non vi siano le condizioni ideali di asciugatura (esempio scarsa ventilazione o inadeguato ricambio di aria).

Un buon testo di riferimento
Per i più interessati e curiosi di conoscenza, consigliamo anche un ottimo testo, scritto da Edgardo Pinto Guerra, uno tra i più illustri esperti mondiali sulle problematiche riguardanti l’umidità muraria in edifici storici e moderni.

L’umidità come sintomo e non come causa della malattia. L’Autore svela l’equivoco che si tramanda da anni riguardo i danni riscontrabili su intonaci e murature in presenza di infiltrazioni d’acqua.
Dopo oltre trent’anni di esperienza in progettazione, pratica di cantiere e approfondimento del tema, Edgardo Pinto Guerra è capace di esporre argomenti particolarmente difficili in modo divulgativo, rendendoli agevolmente comprensibili anche per coloro che non hanno mai affrontato la materia.

Il volume tratta, da un punto di vista totalmente innovativo, le problematiche relative agli effetti dell’umidità sulle murature, ponendo al centro dell’analisi, la vera causa del problema: che è l’azione dei sali solubili trasportati dalle infiltrazioni di acqua attraverso la muratura e non dell’acqua in sé (la stessa metodologia di risanamento che propone IgroDry).
L’autore si prefigge l’obiettivo di ben informare architetti, ingegneri, geometri, progettisti, impresari e rifinitori ed aiutarli a inquadrare più correttamente il problema umidità per permettere loro una valutazione più critica e consapevole rispetto alle proposte tecnico-commerciali recentemente più in voga.
Il fine è quello di curare al meglio la nostra arte, gli edifici e le opere storiche del nostro patrimonio e mettere in condizione chiunque ad effettuare scelte più ponderate per evitare di trattare le sole false cause di umidità che la  prassi e la consuetudine commerciale ci impone inconsciamente.

Una meravigliosa tesi di laurea

Una tesi di dottorato in architettura per la conservazione dei beni ambientali e culturali dell’Università Federico II di Napoli redatta dall’architetto Simona Lombardi e seguita dall’Ing. Pietro Mazzei.

Sono oltre 400 pagine molto ben strutturate e molto approfondite che descrivono tutti i temi concernenti il degrado portato dall’umidità nelle murature, le possibili diagnosi ed il recupero.
Seguono molte pagine di prodotti suddivisi per categorie a partire dai formulati per barriere chimiche ad infusione ed a pressione, intonaci evaporanti e di finitura, sistemi elettrosmotici, pitture protettive e molto altro, quindi le schede tecniche dei prodotti ed i produttori con le relative normative.
Una tesi di qualche anno fa (quando ancora igrodry non esisteva), ma che evidenzia una problematica antica e di difficile soluzione.

Il file in PDF che si scaricherà da qui è integrale e contiene l’intera tesi..