Comprendere l’umidità, parte 2: le misure pratiche che ogni ingegnere dovrebbe padroneggiare

Se capisci in che modo le variazioni di temperatura e pressione possono influire sui valori di umidità, puoi misurare e controllare i parametri con più precisione, ma solo se utilizzi lo strumento di misura più adatto. Questo articolo si propone di approfondire il comportamento dell’umidità in condizioni reali e di spiegare come scegliere lo strumento di misura dell’umidità più adatto alla propria applicazione.
 

Poiché le variazioni di temperatura e pressione incidono anche sulle relazioni che determinano l'umidità, devi capire come si comporta il vapore acqueo in condizioni variabili. I valori di pressione di saturazione, pressione parziale e umidità sono tutti determinati dalla temperatura e dalla pressione.

Temperatura: all'aumento della temperatura corrisponde un aumento rapido della pressione di saturazione perché l'aria calda può contenere molto più vapore acqueo di quella fredda. Ecco perché l'umidità relativa diminuisce quando la temperatura aumenta e perché l'abbassamento della temperatura comporta il rischio di saturazione e formazione di condensa anche se non si aggiunge altra acqua all'aria.

Pressione: la pressione totale influisce sulla pressione parziale di tutti i gas componenti per effetto della legge di Dalton. Quando l'aria viene compressa, la pressione parziale del vapore acqueo aumenta in proporzione alla pressione totale, con conseguente aumento del rischio di saturazione e formazione di condensa.

Saturazione: si verifica quando la pressione parziale del vapore acqueo è uguale alla pressione di saturazione a una determinata temperatura. Questa condizione è nota come punto di rugiada. Un eventuale raffreddamento o incremento nel vapore acqueo comporta la formazione di condensa. Quando la temperatura scende sotto lo zero, il vapore acqueo in eccesso causa la formazione di ghiaccio (punto di congelamento).

Questi dati di fatto spiegano le osservazioni insolite nella realtà, tra cui:

• Picchi improvvisi di umidità relativa: sono spesso causati da piccole variazioni di temperatura e non di umidità. Ad esempio, l'apertura di una porta verso un corridoio più freddo può causare un aumento immediato dell'umidità relativa, anche se nella stanza non entra altra umidità.
• Formazione di condensa nell'aria compressa: spesso è causata dall'aumento della pressione parziale del vapore acqueo durante la compressione, seguito dal raffreddamento nelle apparecchiature a valle.
• I punti di rugiada a pressioni diverse non possono essere confrontati direttamente: poiché dipende dalla pressione, il punto di rugiada misurato alla pressione del sistema è diverso da quello misurato alla pressione atmosferica. Ciò significa che qualsiasi confronto deve tenere conto delle condizioni di pressione.

Comprendendo la fisica alla base del comportamento dell'umidità apparirà chiaro che le variazioni di temperatura e pressione creano cambiamenti prevedibili nei valori di umidità, favorendo una misurazione e un controllo preciso.

Esempi pratici di scenari comuni di misura dell'umidità

Di seguito descriviamo due scenari semplici che spiegano come cambiano i parametri dell'umidità e come ottenere misurazioni precise.

Scenario 1: riscaldamento dell'aria da 20 °C a 30 °C
Immaginiamo che l'aria sia a una temperatura di 20 °C con un'umidità relativa del 50%. Se si riscalda l'aria a 30 °C senza aggiungere o rimuovere acqua:

• la quantità assoluta di acqua rimane invariata.
• Poiché la pressione di saturazione del vapore acqueo aumenta all'aumento della temperatura, l'umidità relativa diminuisce.
• Questo è importante perché se si utilizza l'umidità relativa per controllare il processo, si potrebbe ritenere che il calo nell'umidità relativa indichi un'aria più secca, mentre in realtà l'umidità non è diminuita.
• Soluzione: utilizzare il punto di rugiada anziché l'umidità relativa per impedire un'umidificazione non necessaria, risparmiare energia ed evitare un condizionamento eccessivo. Questo è particolarmente importante negli impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria che devono controllare sia l'umidità sia la temperatura. Questi sistemi dispongono generalmente di meccanismi separati per umidificare/asciugare e riscaldare/raffreddare. L'uso dell'umidità relativa come parametro di controllo può essere causa di oscillazioni indesiderate e, di conseguenza, compensazioni eccessive delle variazioni di umidità percepite dovute a sbalzi di temperatura e non a cambiamenti effettivi nell'umidità.

Scenario 2: calcolo del punto di rugiada dell'aria compressa
Supponiamo di comprimere l'aria da 1 a 7 bar. Se eseguiamo questa operazione senza essiccare l'aria:

• la pressione parziale del vapore acqueo aumenta proporzionalmente alla pressione totale, senza cambiamenti dell'effettivo contenuto di umidità.
• Il punto di rugiada aumenta all'aumento della pressione, quindi è possibile che si formi condensa se l'aria si raffredda. In un sistema ad aria compressa, ciò può causare rischi per la sicurezza e inefficienza energetica.
• Soluzione: la misura del punto di rugiada alla pressione del sistema consente di prevedere dove e quando si formerà la condensa. In questo modo, sarà più facile prevenire la corrosione, ridurre il rischio di guasti alle apparecchiature e mitigare i rischi per la sicurezza.

Anziché effettuare calcoli manuali, è possibile comprendere e analizzare rapidamente questi tipi di scenario usando il Calcolatore di umidità di Vaisala, soprattutto in presenza di più parametri variabili.

Come scegliere lo strumento di misura dell'umidità più adatto

La scelta dell'apparecchiatura appropriata per la misura dell'umidità non può prescindere da alcune considerazioni essenziali. Ecco un pratico elenco di controllo:

• Selezionare lo strumento in base all'ambiente di misurazione. La misurazione dovrà essere effettuata in una camera bianca, un magazzino, all'esterno o in presenza di aria compressa?
• Conoscere l'intervallo di temperatura e le condizioni di pressione. Siamo in presenza di variazioni significative della temperatura? La misurazione viene effettuata in un sistema pressurizzato? È necessaria una sonda riscaldata per evitare letture imprecise in presenza di condensa?
• Prestare attenzione alla precisione e alla stabilità degli strumenti. Cercare apparecchiature con bassa deriva, precisione elevata e stabilità a lungo termine. 
• Tenere conto delle esigenze di manutenzione e calibrazione. Negli ambienti industriali complessi saranno necessari sonde e trasmettitori di umidità robusti di grado industriale con intervalli di calibrazione lunghi.
• Fare la scelta giusta tra punto di rugiada e umidità relativa. Il parametro di misura corretto dipende dall'applicazione. Ad esempio:
  o    Dry room a bassa umidità e produzione di batterie al litio: utilizzare sensori del punto di rugiada
  o    Impianti di riscaldamento, ventilazione e condizionamento dell'aria e contesti edilizi: utilizzare trasmettitori di umidità relativa e temperatura

I trasmettitori di umidità e punto di rugiada di grado industriale di Vaisala sono stati progettati per garantire prestazioni elevate e stabili nel tempo in situazioni impegnative, come i processi industriali, le camere bianche e il monitoraggio ambientale. I trasmettitori Vaisala sono progettati per garantire prestazioni affidabili in ambienti in cui deriva, tempi di inattività o misurazioni imprecise possono rapidamente comportare costi elevati.

Per scoprire di più su come scegliere lo strumento di misura dell'umidità più adatto in base all'applicazione, leggi la nota applicativa Come scegliere lo strumento giusto per misurare l'umidità in base all'applicazione.

Comprendere l'umidità: vantaggi

L'umidità può sembrare un concetto semplice, ma è necessario capire cosa si misura in realtà. I parametri come l'umidità relativa e il punto di rugiada misurano l'umidità in modi diversi e rispondono diversamente alle variazioni di pressione e temperatura.

Comprendendo queste misurazioni e il comportamento del vapore acqueo in condizioni variabili, è possibile prendere decisioni di controllo più intelligenti, in grado di migliorare la qualità, ridurre il consumo energetico e aumentare la sicurezza operativa. Inoltre, solo scegliendo gli strumenti e i sensori più adatti potremo proteggere i processi e migliorare le prestazioni.

Calcolatore di umidità di Vaisala: un modo semplice per calcolare l'umidità

Il Calcolatore di umidità di Vaisala è uno strumento gratuito e di facile utilizzo che permette di simulare il comportamento dell'umidità a temperature e pressioni diverse in tempo reale, evitando conversioni e calcoli manuali dell'umidità. È in grado di gestire tutti i parametri più comunemente utilizzati e permette di calcolare diversi parametri di umidità partendo da un solo valore noto. Il calcolatore è scientificamente verificato e supporta un'ampia gamma di parametri, tra cui umidità relativa, punto di rugiada, punto di congelamento ed entalpia.

Prova il Calcolatore di umidità di Vaisala e scopri l'effetto delle variazioni di temperatura o pressione sui diversi parametri di umidità.