Cos’è un diagramma psicrometrico?
Il diagramma psicrometrico è un grafico che permette di rappresentare le diverse condizioni in cui si trovano l’aria ed il vapore acqueo (umidità) in essa contenuta.
Tramite questo grafico è possibile individuare le diverse condizioni in cui la miscela aria-vapore acqueo si trovano.
Quali tipi di diagramma psicrometrico esistono?
In letteratura esistono due grandi metodi per rappresentare le diverse condizioni della miscela aria-vapore acqueo.
Stiamo parlando del diagramma di Mollier e del diagramma di Carrier.
Di seguito un esempio del diagramma psicrometrico di Carrier maggiormente utilizzato per le applicazioni del mondo della ventilazione e delle HVAC (heating, ventilating, and air-conditioning) e in meteorologia.
Guardandolo bene, il diagramma psicrometrico permette quindi di eseguire studi e simulazioni sull’aria umida in condizioni di altitudine e quindi di pressione predefinite (p.es. 0 m s.l.m, 750 m s.l.m, 1500 m s.l.m…).
Come può variare la pressione? Semplicemente salendo in alta montagna oppure rimanendo in riva al mare. Attenzione quindi a dove sei!
Cosa si intende per aria secca e aria umida?
Partiamo con identificare cosa sia l’aria secca.
Bene, l’aria secca è una miscela di gas dove non sono presenti vapore acqueo e altre sostanze o materiali.
La sua composizione è la seguente:
L’aria umida è una miscela tra l’aria secca e vapore acqueo.
Per comodità entrambi questi componenti vengono considerati “gas perfetti” così da poterli gestire in maniera più semplice da un punto di vista fisico e matematico.
Effettivamente questa semplificazione non è poi così lontana dalla realtà.
Quindi la scienza che studia l’aria umida e le sue trasformazioni, viene definita psicrometria.
Attenzione!!! L’aria umida non è come l’aria atmosferica… è simile ma ha alcune differenze. Quindi non si deve pensare che la psicrometria studia le trasformazioni dell’aria ambientale.
Le due, ovvero l’aria umida e quella ambientale, sono molto simili e quindi è assolutamente valido, nella pratica, associare il significato di psicrometria all’aria ambientale o atmosferica.
Quali differenze tra l’aria umida e l’aria ambientale o atmosferica?
In primis entrambe sono miscele di aria e vapore acqueo e su questo non ci piove.
La differenza è che l’aria atmosferica contiene una serie di inquinanti come polveri (grossolane o molto fini) e Composti Organici Volatili (COV), SOx, NOx in concentrazioni differenti e a volte funzione anche dell’intensità più o meno antropica e vulcanica presente nella zona.
Gli impianti di condizionamento lavorano con l’aria atmosferica quindi con aria umida che ha al suo interno qualche “ingrediente” in più. Questi ulteriori “ingredienti” devono essere considerati all’interno dell’impiantistica del progetto in quanto lo caratterizzano. A volte questa caratterizzazione non è necessaria altre volte invece potrebbe creare grosse difficoltà.
Quali grandezze si riportano all’interno del diagramma psicrometrico?
Il diagramma psicrometrico non è proprio di semplice lettura soprattutto ad un occhio non esperto. Esso è composto da diverse grandezze in modo tale da caratterizzare tutte le sfaccettature possibili dello stato dell’aria umida nelle sue varie condizioni.
Le quattro grandezze regine che si trovano a colpo d’occhio all’interno del diagramma sono:
- Temperatura di bulbo secco, misurata in gradi centigradi [A]
- Umidità relativa, misurata in punti percentuali e al volo si può individuare la linea pari al 100%. Con un po’ più di attenzione si possono individuare altre curve che rappresentano le diverse percentuali dell’umidità [B]
- Umidità assoluta, misurata in grammi di acqua in un chilogrammo di aria secca [C]
- Entalpia, misurata in KJ/Kg oppure in Kcal/Kg [D].
Non bisogna dimenticare che il diagramma psicrometrico viene redatto ad una pressione definita, in questo caso atmosferica.
In particolare:
- La temperatura di bulbo secco è la temperatura effettiva dell’aria misurata con un normale termometro [A]
- L’umidità relativa è il rapporto tra la massa del vapore d’acqua effettivamente presente a una determinata temperatura e la massa che si avrebbe in condizioni di saturazione [B]
- L’umidità assoluta è la massa di vapore d’acqua contenuta in un Kg di aria secca e si misura in g di vapore / Kg di aria secca [C]
- L’entalpia è il valore totale di energia interna contenuta dall’aria umida nell’unità di peso [D].
Le temperature del diagramma psicrometrico
Abbiamo visto come si individua la temperatura di bulbo secco all’interno del diagramma psicrometrico, ma che cos’è questo tipo di temperatura? Ma soprattutto quali altre temperature si possono trovare sul diagramma?
Iniziamo con il dire che la temperatura è la grandezza che più caratterizza lo stato dell’aria ambientale. Essa infatti misura l’intensità calore dell’aria. Esistono tre misure:
•Temperatura a bulbo asciutto o secco (arancione): è la temperatura effettiva dell’aria, misurata con un normale termometro;
•Temperatura a bulbo bagnato o umido (blu): è la temperatura che si ottiene facendo evaporare dell’acqua nell’aria fino al raggiungimento delle condizioni di saturazione adiabatica del 100%;
•Temperatura del punto di rugiada (verde): è la temperatura ottenuta raffreddando a pressione costante l’aria umida fino a quando l’acqua presente in essa inizia a condensare
Ecco come si possono trovare sul diagramma:
Che cos’è l’umidità assoluta e l’umidità relativa?
L’umidità assoluta è la misura del contenuto della massa di vapore acqueo all’interno di 1 Kg di aria secca. Essa tipicamente si misura in grammi di vapore per kilogrammo di aria secca ovvero [g/Kg].
Essendo l’aria un gas, essa è molto sensibile ai cambiamenti di pressione e di temperatura quindi di conseguenza, pressione e temperatura condizionano molto il valore di umidità assoluta.
La formula per calcolare l’umidità assoluta alle condizioni di saturazione è la seguente:
dove:
Pv = pressione del vapore
Pm = pressione della miscela aria + vapor d’acqua
L’umidità relativa invece altro non è che il rapporto tra la massa del vapore d’acqua effettivamente presente a una determinata temperatura e pressione e la massa che si avrebbe in condizioni di saturazione.
L’’umidità relativa però è pari anche al rapporto tra la pressione del vapore (Pv) alle condizioni del caso e la pressione di vapor saturo (Ps), ovvero:
Questa condizione agevola il calcolo del valore di umidità assoluta avendo a disposizione il parametro dell’umidità relativa. La formula è la seguente:
Dove phi è l’umidità relativa.
L’entalpia nel diagramma psicrometrico
L’entalpia (H) è il valore totale di energia interna contenuta nell’unità di peso di un corpo e si misura in [Kcal / Kg] o in [KJ / Kg]
Per le applicazioni che coinvolgono l’aria umida:
Allora:
Dove T indica la temperatura espressa in °C mentre x indica la concentrazione di vapore acqueo espresso in Kg vapore / Kg aria secca.
Diagramma psicrometrico Vs. formule matematiche
Con questo paragrafo e giuro che è quello finale di questo lunghissimo articolo, voglio dimostrare quali formule matematiche supportano il diagramma psicrometrico in modo che anche tu, con facilità, potrai utilizzare l’uno o l’altro in base a quello che più ti possa essere utile.
Diagramma psicrometrico e umidità assoluta – calcolo pressione di vapore saturo
Diagramma psicrometrico – calcolo valore umidità assoluta con RH 100%
Diagramma psicrometrico – calcolo valore umidità assoluta con RH 60%
Diagramma psicrometrico – calcolo entalpia
