Oggi vedremo il diagramma psicrometrico, una rappresentazione grafica che mette in relazione i parametri fisici della miscela aria e umidità. Destinato allo studio delle proprietà termodinamiche dell’aria umida, il diagramma ci serve per determinare il comfort percepito in uno spazio interno.
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Il diagramma psicrometrico è uno strumento di psicrometria che viene impiegato per conoscere in profondità le relazioni tra le condizioni di umidità e temperatura dell’aria interna.
Mediante l’utilizzo del diagramma psicrometrico e di calcoli adeguati, è possibile sapere la quantità di calore o di freddo necessario per raggiungere la temperatura e l’umidità desiderate.
In diversi articoli di questo blog, abbiamo sottolineato l’importanza mantenere una buona qualità dell’aria interna al fine di garantire un ambiente sano. Al contrario, un ambiente scarsamente ventilato può comportare una ridotta circolazione dell’aria, accumulo di agenti inquinanti, aumento dell’umidità, cattivi odori, mancanza di ossigeno e aumento del rischio di infezioni e malattie.
Per queste ragioni vogliamo spiegare la psicrometria e il diagramma psicrometrico, illustrando il loro scopo e le situazioni in cui potrebbe essere necessario utilizzarli. Inoltre, forniremo una spiegazione dettagliata di ciascuna delle variabili che influiscono nel calcolo del diagramma psicrometrico.
Che cosa sono la psicrometria e il diagramma psicrometrico?
Il condizionamento di uno spazio per dei livelli ottimali di qualità dell’aria e umidità, è strettamente collegato al riscaldamento o al raffrescamento di quello spazio. Trattasi di uno dei più importanti calcoli che devono fare i professionisti incaricati di attrezzare e condizionare gli spazi, dalle abitazioni private agli edifici industriali.
La psicrometria è un ramo della scienza che si occupa dello studio delle proprietà termodinamiche dell’aria umida e degli effetti causati dall’umidità atmosferica sui materiali e sul comfort delle persone. Partendo dalla psicrometria è possibile studiare come le proprietà termodinamiche dell’aria umida influiscano sul comfort delle persone all’interno di uno specifico ambiente.
Il diagramma psicrometrico è uno strumento rappresentato in un grafico che si costruisce a partire da diverse equazioni. È un insieme di curve e rette che stabiliscono la relazione di alcuni parametri con altri e, pertanto, possiamo dire che il diagramma psicrometrico è uno strumento di calcolo, poiché potremo ricavare una serie di variabili a partire da quelle conosciute.
Variabili che intervengono nel calcolo del diagramma psicrometrico
Ciò che intendiamo per “aria” non è altro che una miscela di gas che circonda il pianeta, essendo l’atmosfera ciò che avvolge la Terra. Quest’aria per la maggior parte è composta da ossigeno, azoto, anidride carbonica, idrogeno e vapore acqueo (in percentuali minori troviamo anche alcuni gas rari come il neon e l’ozono).
Ebbene, anche l’aria che respiriamo si differenzia in aria secca ed aria umida. L’aria umida, che è quella analizzata nel diagramma psicrometrico, è composta da aria secca e vapore acqueo. Fondamentalmente, “umidità” è un termine che viene utilizzato per descrivere la presenza di vapore acqueo nell’aria.
Le differenti proprietà dell’aria umida si relazionano tra loro, potendo così ricavare le restanti variabili a partire dalle seguenti: temperatura secca o temperatura a bulbo secco, umidità assoluta e pressione atmosferica. Quest’ultima viene determinata dall’altezza sopra il livello del mare.
Prima di spiegare ognuna delle variabili, è importante segnalare che esistono tre tipi di diagrammi psicrometrici (di Mollier, di Carrier e ASHRAE). Di seguito andremo nel dettaglio delle variabili utilizzate nel diagramma psicrometrico di Carrier, attualmente il più utilizzato.
Temperatura a bulbo secco (TS)
È l’asse orizzontale o asse delle ascisse. La temperatura a bulbo secco corrisponde alla lettura diretta che avremmo usando il termometro in una determinata stanza e, pertanto, viene rappresentato in gradi centigradi (°C). Viene anche denominato temperatura secca.
Temperatura a bulbo umido (TH)
Anche questa viene misurata in gradi centigradi (°C), e corrisponde alla temperatura dell’aria umida. Per effettuare una misurazione, la tecnica abituale è utilizzare un termometro con il bulbo ricoperto di cotone o con una mussola inumidita con acqua pulita. Quanto più o meno secca sarà l’aria, tanto più velocemente o lentamente evaporerà l’acqua, determinando il risultato della lettura.
Temperatura al punto di rugiada (PR)
Il punto di rugiada è quello in cui l’aria arriva a un punto di raffreddamento nella quale si satura e non può contenere più acqua che aveva nello stato caldo, facendo così comparire la condensa. Per calcolare la temperatura di rugiada nel diagramma psicrometrico, dobbiamo misurare le condizioni di temperatura e umidità, e a partire da quel punto, tracciare una linea orizzontale fino ad incontrare la curva di saturazione.
Umidità assoluta (X)
È l’asse verticale o asse delle ordinate. Rappresenta l’umidità assoluta e si misura in grammi d’acqua per chilogrammo d’aria secca (g/kga). Detto in un altro modo, rappresenta il reale contenuto d’acqua nell’aria.
Umidità relativa (UR)
Nel diagramma psicrometrico è la linea curva che si estende verso l’alto e verso destra, diminuendo il suo valore all’allontanarsi dalla linea di saturazione del 100%. Si esprime in percentuali, poiché corrisponde al rapporto tra il vapore acqueo contenuto nell’aria ed il vapore acqueo necessario per saturare un chilogrammo d’aria secca alla temperatura a bulbo secco.
La curva di saturazione al 100%, menzionata prima, corrisponde a un’umidità relativa del 100%.
Entalpia (H)
L’entalpia rappresenta il calore totale contenuto nell’aria, anche se può pure definirsi come “la quantità di energia che un sistema può scambiare con l’ambiente”. Questa viene misurata in Kcal/Kg di aria secca.
Nel diagramma psicrometrico l’entalpia si legge prolungando le linee inclinate fino alle rette di entalpia che appaiono alla sinistra della curva di saturazione.
Volume specifico (Vsp)
Il volume specifico rappresenta il volume che occupa l’aria misurata, e si misura in metri cubi per chilogrammo d’aria secca (m³/Kg). Nel diagramma psicrometrico si leggono come linee inclinate, originate dall’asse delle ascisse, dal basso verso l’alto e da destra a sinistra.
Esiste un valore inverso al volume specifico, che è il peso specifico, che ha unità di misura Kg/ m³. Rappresenterebbe il peso dell’aria secca nel volume di un metro cubo.
Applicazioni pratiche
Sopra abbiamo detto che il diagramma psicrometrico si utilizza principalmente per stabilire le condizioni di comfort e salubrità adeguate alla presenza di persone. Altre sue applicazioni sono lo studio della resistenza e durevolezza dei materiali impiegati negli edifici di diversa destinazione d’uso.
Nello specifico, questi studi vengono effettuati per applicazioni industriali (come possono essere quelli dedicati alla lavorazione e conservazione degli alimenti) dove l’umidità dell’aria gioca un ruolo essenziale nella conservazione e nella qualità dei prodotti.
Allo stesso modo, altri processi industriali richiedono un elevato controllo sull’umidità dell’aria e, pertanto, è molto importante controllare la progettazione delle unità di refrigerazione e ventilazione.
Esempio utilizzo diagramma: riscaldamento senza umidificazione
Di seguito si riporta un esempio di utilizzo del diagramma. Si considera di riscaldare una massa d’aria, senza umidificazione, dalla temperatura T1 alla temperatura T2. Nel diagramma di seguito la trasformazione è rappresentata da un segmento parallelo all’asse delle ascisse, in quanto l’umidità specifica non si modifica.
L’aria passa, quindi dallo stato 1 allo stato 2; e la differenza di entalpia esprime la quantità di calore da somministrare per ogni kg di aria per passare da T1 a T2. Rimanendo invariata l’umidità specifica, l’umidità relativa varia in diminuzione.
