La psicrometria appartiene ad un ramo della fisica tecnica che studia le proprietà di un sistema gas+vapore. Viene applicata anche in altri ambiti come la meteorologia e inoltre spiega il funzionamento degli impianti di climatizzazione, riscaldamento e deumidificazione (HVAC, heating, ventilating, and air-conditioning).
Senza entrare troppo nei dettagli tecnici, si illustrano i principi fondamentali, rimandando eventualmente ad approfondimenti.
 
L’aria umida è una miscela di due gas, l’aria secca (composta in media da 78% azoto 21% ossigeno e in minor quantità CO₂ e altri gas) e il vapore acqueo, la cui concentrazione è variabile a seconda delle condizioni ambientali.
 
È utile conoscere la definizione di gas perfetti, con buona approssimazione per un certo range di temperatura e pressione tutti i gas possono essere considerati tali; il vantaggio è una semplificazione della trattazione matematica, questi gas non reagiscono tra di loro e mantengono costanti le loro proprietà. Solo per completezza, si riporta l’equazione di stato dei gas perfetti per unità di mole, PV=RT, dove il prodotto della pressione e volume equivale ad una costante R che moltiplica la temperatura; note due di queste variabili (P,V,T) si può ricavare la terza, dal momento che si assume valida l’approssimazione di gas ideale.
 
Alcuni concetti importanti sono: umidità assoluta, umidità relativa, temperatura a bulbo secco e temperatura a bulbo umido. Vengono applicati nel diagramma di Carrier, la cui spiegazione dettagliata diventerebbe troppo tecnica, si riporta nell’immagine che segue. In parole semplici, rappresenta in modo grafico le equazioni di stato, quindi una rappresentazione grafica aria-vapore acqueo (quindi una miscela aria-acqua), con l’ipotesi di pressione costante.
 

 
Analogamente al diagramma di Carrier, un altro diagramma termodinamico è il cosiddetto diagramma di Mollier, che mostra la relazione fra l’entalpia del sistema in funzione di altre grandezze termodinamiche (volume, temperatura, pressione o anche entropia). Molto diffuso è il diagramma di Mollier della miscela aria-acqua, utile per la progettazione di centrali elettriche, turbine a vapore, compressori e sistemi di refrigerazione.
 

Psicrometria: a cosa serve?

Dopo questa introduzione, veniamo a noi: perché la psicrometria, perché studiare l’aria umida? Ogni ambiente contiene una miscela di aria secca e vapore acqueo, di conseguenza aria umida che risponde alle leggi fisiche della psicrometria. Infatti i principi della psicrometria si applicano a qualunque sistema termodinamico che contiene una miscela gas+vapore. Deumidificatori e climatizzatori lavorano dando come risultato una variazione dei parametri come la temperatura e l’umidità relativa e assoluta dell’ambiente, anche in base a questo avviene sia la loro progettazione sia il dimensionamento.
 
Lo psicrometro è uno strumento per misurare l’umidità dell’aria (è un tipo speciale di igrometro). Esso è semplicemente costituito da due termometri, uno asciutto e uno bagnato (da qui “bulbo secco” e “bulbo umido”); la differenza di valori, può essere confrontata con delle tabelle per conoscere umidità relativa e assoluta dell’aria.
 
Daikin ha elaborato un proprio software, gratuito, dove prende in input alcuni valori a scelta tra cui umidità relativa o assoluta, temperatura di bulbo secco o bulbo umido ecc, e fornisce come risultato l’andamento grafico seguendo le note leggi fisiche della psicrometria.
 
I nostri purificatori d’aria oltre a purificare e sanificare l’aria grazie a sistemi avanzati di filtrazione e ionizzazione, sono utili anche per la funzione di umidificazione; in inverno l’aria di un ambiente è spesso secca a causa del riscaldamento e di cattiva qualità, dovendo evitare o quantomeno ridurre l’areazione con l’esterno. Grazie a questi prodotti si migliora la qualità dell’aria, sia in termini fisici (valore di umidità) sia in termini igienico-sanitari (purificazione, abbattimento di virus e batteri).
 
Infatti è importante che l’umidità dell’aria in casa sia compresa fra il 40% e il 60% circa. Fuori da questa soglia, i valori non sono ottimali per la nostra salute e comfort. Vedi anche: aria condizionata e salute
 
Di recente è stata riconosciuta l’efficacia della tecnologia Flash Streamer di Daikin, usata nei suoi purificatori d’aria e migliori condizionatori, nell’inattivare oltre il 99,9% del virus COVID-19.
 
Oltre ai purificatori d’aria, sono molto importanti anche i recuperatori di calore (VAM)! Funzionamento simile alla ventilazione meccanica controllata (VMC), ma consentono anche di recuperare energia termica, sfruttando sia il calore sensibile (Δ°T), sia il calore latente, contenuto cioè nell’umidità. Una chiara applicazione delle leggi della fisica tecnica e psicrometria (tutte le info sui recuperatori di calore).
 

FAQ – domande e termini principali sulla psicrometria

• diagramma di Carrier
  diagramma psicrometrico, consente di determinare le proprietà di una miscela aria-acqua, con ipotesi pressione costante; rappresenta graficamente le funzioni di stato; è sufficiente conoscere tre di queste grandezze per determinare tutta la natura del sistema
• variabile di stato
  variabile matematica che rappresenta una grandezza di un sistema dinamico, che evolve quindi nel tempo; ad esempio in termodinamica lo stato di un sistema viene definito da pressione, volume e temperatura; le variabili di stato soddisfano determinate relazioni, dette equazioni di stato
• umidità assoluta
  definita come la quantità in grammi di vapore acqueo, presenti in un metro cubo di aria, per una data temperatura e pressione; per praticità spesso si preferisce un’altra misura, il rapporto di mescolanza ovvero la massa di vapore acqueo divisa per la massa di aria secca
• umidità relativa
  l’umidità relativa (UR) o grado igrometrico (f), è definita come il rapporto fra la densità dell’aria umida oggetto di studio e la densità di vapore saturo a quella temperatura
• titolo di vapore
  indicato con X, il titolo di vapore è la frazione in massa di vapore in una miscela liquido-vapore, quindi X=mv/mtot, dove mv = massa vapore, mtot = massa vapore + massa liquido; gli estremi sono X=0 (liquido saturo) e X=1 (vapore saturo secco)
• punto di rugiada
  stato termodinamico in cui la miscela liquido-vapore diventa satura di vapore, delimita quindi la fase oltre la quale (cioè a T maggiore o a P minore) si ha solo presenza di vapore, mentre al di sotto si ha coesistenza delle due fasi (liquido-vapore); un particolare punto di rugiada è il punto di brina, definito come il punto di rugiada con temperatura inferiore a 0 °C
• temperatura di saturazione adiabatica
  definita come la temperatura raggiungibile da una miscela liquido-vapore in condizioni di saturazione, attraverso una trasformazione adiabatica (il sistema non scambia calore con l’ambiente)
• grado igrometrico
  definito come il rapporto fra la massa del vapore acqueo presente e la massa del vapore acqueo che sarebbe presente in condizioni di saturazione

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