Umidità

Nell’articolo di oggi andremo a vedere i concetti base dell’umidità, associati ad alcuni esempi e casi pratici. Buona lettura!

Che cos’è l’umidità?

La definizione più usuale di umidità è: “la quantità di acqua, sotto forma di vapore acqueo, contenuta in atmosfera”. Dunque il concetto di umidità solitamente è abbinato a quello di aria (si parla pertanto di aria umida): tuttavia l’umidità può anche riferirsi alla quantità di acqua presente in un corpo o in una sostanza.

La nostra atmosfera è totalmente piena d’aria, che sappiamo essere composta:

  • per il 78 % di Azoto
  • Per il 20 % di Ossigeno
  • Il restante 2 % è costituito da altri gas, tra cui il vapor acqueo

Di conseguenza, la quantità di vapore contenuta in una determinata massa d’aria definisce la quantità di umidità presente nell’aria. Definiremo come umidità assoluta:

Dove Mvapore sta per massa di vapore e Maria secca  indica la massa di aria secca: il rapporto ci dice, per una certa quantità di aria secca, quanto vapore sia presente al suo interno.

Da questo rapporto potrebbe sembrare che la quantità di vapore possa essere infinita all’interno dell’aria: in realtà, raggiunto un certo livello, l’aria umida saturerà e la quantità di acqua in eccesso si separerà condensando, vale a dire passando ad acqua (se la temperatura supera gli 0°C) oppure sotto forma di ghiaccio (se siamo sotto zero), generando ad esempio i fenomeni che conosciamo per esperienza: rugiada (se siamo sopra lo zero) o brina (se siamo sotto zero).

A fronte di ciò, avremo un valore massimo ottenibile per X, detto Xs (umidità assoluta a saturazione). Una cosa interessante da notare è che il valore di Xs è dipendente dalla temperatura, e sarà tanto minore quanto più bassa sarà quest’ultima. Per questo motivo, ad esempio, quando di notte la temperatura subisce un abbassamento, il valore Xs si abbasserà e la parte di vapore contenuto nell’aria che porta X ad essere maggiore di Xs si separerà (generando i fenomeni sovracitati).

Umidità relativa

L’umidità assoluta non è comunque la maniera con cui siamo abituati a vedere indicata l’umidità normalmente: per fare questo passaggio è necessario introdurre un nuovo parametro, detto umidità relativa.

L’umidità relativa, che si misura con un valore da 0 a 1 (oppure da 0% a 100%) non è nient’altro che il rapporto tra le due quantità spiegate nel paragrafo precedente:

Questo è esattamente ciò che si intende quando, durante le previsioni del tempo, si sente parlare di umidità ad una data percentuale: riferirsi ai termini assoluti non da la percezione di quanto si sia distanti o meno dal termine di saturazione.

Avendo detto che Xs è variabile a seconda della temperatura, è necessario capire come trovare il valore di umidità assoluta a saturazione a seconda della temperatura. Per fare ciò ci si dovrà riferire a grafici come quello indicato sotto:

Il grafico rappresentato sopra è detto Diagramma di Mollier. Ogni linea blu corrisponde ad un valore specifico di umidità relativa, mentre abbiamo la temperatura sull’asse verticale e l’umidità assoluta sull’asse orizzontale. Gli assi diagonali rappresentano l’entalpia (non andremo a investigare l’argomento in quest’articolo).

Per spiegare come è necessario utilizzare il diagramma di Mollier, andiamo a fare un esempio nel prossimo paragrafo

Esempio: saturazione umidità

Supponiamo di essere a 30 °C con umidità all’80 %. Andiamo ad individuare sul diagramma di Mollier il punto specifico:

Avremo che il valore di X è circa 19 g di vapore su kg d’aria. Ora immaginiamo di raffreddare a 10°C: scendendo lungo la verticale di questo valore è evidente che andremo oltre il valore di saturazione: il limite (umidità relativa 100%) viene infatti ampiamente superato. Di conseguenza ora la domanda è: come capire quant’acqua si e liberata con questa diminuzione di temperatura?

Andando alla riga della temperatura finale (10°C), vediamo che a saturazione corrisponde una concentrazione di vapore di circa 7.5 grammi per kg d’aria. Facendo la differenza otterremo che l’acqua “liberata” durante il raffreddamento sarà di


Assumendo che l’aria abbia densità 1.225 Kg/m3 (valore valido al livello del mare, variabile con l’altitudine), se immaginassimo di trovarci in una stanza con misure

  • altezza 3 metri
  • lunghezza 5 metri
  • larghezza 4 metri

che dunque ha volume 5x4x3=60 m3, la quantità d’acqua assoluta rilasciata è

Quindi avremo che, a fronte di un abbassamento di temperatura di tale entità, circa 850 g d’acqua vengono rilasciati nella stanza, che verrà pertanto rilasciato contro le pareti (creando i famosi aloni neri che ben conosciamo).

Altri esempi pratici

L’esempio appena svolto sull’umidità può essere applicato anche in diversi altri casi. Un esempio classico sono la brina e la rugiada, già citati all’inizio dell’articolo, che si formano esattamente per lo stesso principio e si differenziano soltanto per lo stato in cui l’acqua si troverà all’abbassamento della temperatura:

  • qualora si scenda sotto zero, l’acqua “espulsa” si diventerà ghiaccio e parleremo di brina
  • se invece siamo sopra zero, l’acqua sarà allo stato liquido e avremo rugiada

Un altro esempio classico sono i cibi che vengono congelati. Se congelassi un alimento che, a temperatura ambiente (20°C), ha una certa quantità di acqua al suo interno, diminuendo la temperatura sotto zero avremo un rilascio d’acqua che si congelerà attorno all’alimento. E’ per questo motivo che, quando recuperiamo un alimento congelato, esso ha solitamente del ghiaccio attorno.

Per lo stesso motivo avremo inoltre un accumulo di ghiaccio che ci costringerà a sbrinare il frigo: il ghiaccio si accumulerà

  • Sia per il rilascio di umidità dei cibi all’interno
  • Sia per l’aria a temperatura ambiente che, ogni qualvolta il freezer viene aperto, subisce lo stesso processo di saturazione descritto nelle sezioni sopra

Conclusioni

Fatemi come sempre sapere se l’articolo vi è piaciuto, i vostri pareri e commenti. A presto

Luca

Domande di riepilogo

  • Che cos’è l’umidità?
  • Definire l’umidità assoluta
  • Cosa si intende per saturazione dell’umidità?
  • definire l’umidità relativa e spiegare perchè questo parametro è più utilizzato dell’umidità assoluta
  • Cos’è il diagramma di Mollier? spiegare come utilizzarlo attraverso un esempio
  • Fare degli esempi pratici riguardanti umidità

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