Lo studio dell'Umidità
Umidità specifica ( kg/kg, g/kg )
L'umidità specifica (US) è un altro parametro fondamentale nella comprensione dei fenomeni fisici in esame.
Si definisce come il rapporto della massa del vapore acqueo mv e la massa dell'aria umida m = mv + md, ovvero la miscela tra aria secca e vapore:
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dove:
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mv sono i chilogrammi di vapore acqueo
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md i chilogrammi di aria secca e
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m i chilogrammi d'aria umida (somma di aria secca e vapore).
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Questa variabile esprime il rapporto tra molecole di vapore presenti ed il numero totale di molecole di aria secca più quelle del vapore stesso.
L'importanza di questo parametro sta nel fatto che esso è indipendente da temperatura e volume, di conseguenza rimane invariato in qualsiasi processo termodinamico, a patto che in tale processo non si verifichino variazioni di contenuto di vapore (...ad esempio evaporazione o condensazione).
In pratica:
in una certa massa d'aria umida (aria secca e vapore), l'umidità specifica rappresenta la quantità di vapore presente espressa in grammi (o chilogrammi).
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E' dunque una grandezza che rappresenta la massa d'aria in esame.
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In Edilizia:
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E' importante sapere che anche per l'umidità specifica (come per la pressione parziale di vapore) esiste un valore di saturazione, il quale esprime la quantità di vapore massima che può essere contenuta in una massa d'aria ad una certa temperatura.
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N.B.:
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Diversamente dal valore dell'umidità specifica, che si esprime in termini assoluti e non dipendenti da altri fattori, l'umidità specifica di saturazione, ossia il suo valore massimo, non è costante, ma risulta dipendente dalla temperatura dell'aria.
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Infatti, maggiore sarà la temperatura dell'aria e maggiore potrà essere il vapore in essa contenuto.
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La misurazione dell'umidità assoluta è molto importante nelle indagini diagnostiche sui degradi dei beni culturali perché essa rimane invariata se non ci sono apporti di vapore nell'ambiente (da umidificatori o superfici umide) o estrazione di vapore (da deumidificatori), ne consegue che, monitorando questo parametro, si possono individuare od escludere delle possibili cause generatrici.
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I degradi cui si fa cenno sono quelli catalogati nelle norme UNI su materiali lapidei naturali ed artificiali, malte e manufatti lignei, disponibili a pagamento sul sito UNI (Ente nazionale italiano di unificazione).
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Umidità relativa ( % )
Il parametro più importante per lo studio del comportamento e della conservazione dei materiali è l'umidità relativa.
Le deformazioni e gli stress subiti dai materiali dipendono prevalentemente dalle variazioni del livello di umidità relativa presente nell'ambiente, da ciò la grande importanza cui sopra accennato.
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La formula per calcolarla è la seguente:
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in cui:
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mv è la massa di vapore acqueo presente in una massa d'aria,
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mvs è la massa di vapore che può essere contenuta dalla stessa massa d'aria in condizioni di saturazione
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In pratica questo valore da informazioni non tanto sul quantitativo di vapore acqueo presente in atmosfera, ma sul livello presente rispetto a quello massimo possibile.
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Il suo monitoraggio ed il suo controllo sono fondamentali per ridurre o, nell'ipotesi migliore, annullare gli effetti negativi dei cicli termoigrometrici di cui si darà conto nella sezione dedicata ai Degradi.
Il valore numerico si esprime in percentuale, in quanto è il risultato del rapporto tra la massa di vapore acqueo contenuta in una massa d'aria e la quantità di vapore che la stessa massa d'aria potrebbe contenere in condizione di saturazione alla temperatura considerata.
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N.B.:
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Quanto appena descritto è strettamente correlato alla temperatura dell'aria.
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Infatti il quantitativo massimo di vapore che una massa d'aria può contenere varia in base alla temperatura.
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Dunque:
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più alta sarà la temperatura, maggiore sarà il quantitativo di vapore che essa potrà contenere.
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In pratica si motiva il fatto che, se la temperatura resta costante, all'aumentare del contenuto di vapore, anche l'umidità relativa si innalza.
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Se invece rimane costante il contenuto di vapore, un aumento della temperatura causa una diminuzione del livello di umidità relativa, dovuto all'incremento della capacità di contenere vapore dell'aria più calda.
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Condizioni ideali:
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In un ambiente confinato, per la salubrità ed il comfort umano, oltre che per la conservazione di materiali in genere e beni culturali, l'umidità relativa dovrebbe rimanere costante.
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Per ottenere ciò, al manifestarsi di variazioni nella temperatura o nel quantitativo di vapore acqueo presente, queste dovrebbero essere compensate da variazioni controllate di entrambi i parametri, volte a mantenere costante il valore dell'umidità relativa.
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In edilizia:
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Nelle applicazioni in edilizia civile (oltre che in ambito conservativo e museale) questo complesso e continuo lavoro di controllo e regolazione di temperatura e umidità relativa viene operato da sistemi impiantistici che gestiscono il flusso di aria di ricircolo nell'ambiente, denominati sistemi di VMC, Ventilazione Meccanica Controllata, in ambito internazionale (sistemi HVAC, Heating Ventilation Air Conditioning), dei quali si parlerà più avanti, nella sezione dedicata alle Tecnologie.
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A3r
Architettura
Umidità assoluta (kg/m3, g/m3)
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L'umidità assoluta è una variabile che si riporta per dovere di informazione, in quanto spesso viene confusa con quella specifica, ma che non viene utilizzata negli studi sugli edifici.
Si definisce come la quantità di vapore acqueo, contenuta nell'unità di volume.
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In formula:
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Più precisamente:
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l'umidità assuluta misura quanti grammi di vapore acqueo sono presenti in 1m³ d'aria umida, ad una data temperatura ed una data pressione.
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Questa grandezza non è particolarmente utilizzata per le indagini in ambito edilizio in quanto dipende dal volume della massa d'aria e dalla quantità di vapore in essa contenuto.
Sapendo che il volume è variabile in funzione della temperatura (se aumenta la temperatura, aumenta anche il volume dell'aria), si riscontra che, se in un ambiente la temperatura aumenta, l'umidità assoluta diminuisce, a differenza di quella specifica che, nella medesima situazione, si mantiene costante.
Ciò detto, e considerato che l'umidità specifica non dipende da altri parametri se non quelli quantitativi delle masse d'aria e di vapore, essa risulta essere molto più utilizzata per ottenere un riferimento costante del livello di umidità presente nell'atmosfera (o nell'ambiente confinato) che si intende studiare, mentre la valutazione dell'umidità assoluta risulta poco utile.