La psicrometria è lo studio delle proprietà fisiche e termiche delle miscele di aria e vapore acqueo. La capacità dell’aria di assorbire calore e umidità dipende dalle sue caratteristiche. Sette caratteristiche fisiche e termiche sono usate per descrivere miscele di aria e vapore acqueo. La comprensione di queste caratteristiche e delle loro relazioni reciproche aiuterà a capire meglio i principi di ventilazione.
Le sette proprietà fisiche e termiche sono:
| Temperatura a bulbo seccobulbo secco | F°F | |
| Rapporto di umidità | lb H20/lb aria secca | |
| Umidità relativa | % | |
| Enthalpy | BTU / lb aria secca | |
| Dew-temperatura del punto di rugiada | °F | |
| Temperatura di bulbobulbo umido | °F | |
| Volume specifico | ft3/lb aria secca |
L’interrelazione tra l’aria e l’umidità che contiene fornisce la base per mantenere un ambiente adeguato. Le sette proprietà di cui sopra sono utilizzate per descrivere i principi di ventilazione. Un grafico psicrometrico è un modo conveniente per descrivere graficamente le interrelazioni tra le sette proprietà fisiche e termiche. Conoscere due qualsiasi dei valori psicrometrici definisce gli altri cinque valori.
Che cos’è un ‘BTU’?
Un’unità termica britannica (BTU) è la quantità di energia termica necessaria per aumentare la temperatura di una libbra di acqua di 1°F. Questa è la misura standard usata per dichiarare la quantità di energia che un combustibile ha così come la quantità di output di qualsiasi dispositivo di generazione di calore, compresi i polli in un pollaio.
Tutti i materiali combustibili hanno una valutazione BTU. Per esempio, il propano ha circa 15.000 BTU per libbra e il legno (secco) ha circa 7.000 BTU per libbra.
Anche se è ancora usato ‘non ufficialmente’ in alcuni paesi anglofoni (come Canada, Stati Uniti e Regno Unito), il suo uso è diminuito o è stato sostituito in altre parti del mondo. In contesti scientifici, il BTU è stato ampiamente sostituito dal sistema internazionale di unità (abbreviato SI dal francese Le Système International d’Unités) di energia, il joule (J), anche se può essere usato come misura della produzione di energia in agricoltura (BTU/kg).
La temperatura a bulbo secco è la temperatura regolare misurata utilizzando un comune termometro o un altro sensore di temperatura. Descrive quanto è calda o fredda l’aria. La temperatura è comunemente misurata in gradi Fahrenheit (°F) o gradi Celsius (°C) (vedi Figura 7.2 sotto per le conversioni). Il bulbo secco è talvolta abbreviato ‘db’.
Figura 7.2 – Confronto tra le scale di temperatura Celsius e Fahrenheit su un termometro a bulbo secco
Il rapporto di umidità è una caratteristica molto importante dell’aria anche se non è comunemente usata al di fuori dell’ingegneria. Il rapporto di umidità descrive la capacità di trattenere l’umidità dell’aria. Non c’è un modo comune per misurare direttamente il rapporto di umidità. I valori sono molto piccoli e possono variare da 0 a 0,044319 lb H2O/lb di aria secca per aria satura a 100°F db.
L’aria satura è aria che trattiene la massima quantità di umidità possibile nell’aria. La regola comune è che la capacità di trattenere l’umidità dell’aria satura raddoppia per ogni aumento di 20°F della temperatura. L’aria a 50 gradi trattiene 0,0077 lb H2O/lb di aria secca, che è poco più del doppio della capacità di trattenere l’umidità a 30°F, 0,0035 lb H2O/lb di aria secca. Allo stesso modo, l’aria a 70°F trattiene 0,0158 lb H2O/lb di aria secca, che è circa il doppio della capacità di trattenere l’umidità dell’aria a 50°F.
L’umidità relativa è un termine comunemente usato per descrivere la quantità di vapore acqueo presente nell’aria in percentuale. L’aria satura è al 100% di umidità relativa (RH). L’aria con il 50% di UR e 100°F contiene la metà del vapore acqueo dell’aria satura al 100% di UR e 100°F.
Enthalpy descrive il contenuto di energia termica (BTU/lb di aria secca) della miscela di aria e vapore acqueo. Il contenuto di energia dell’aria cambia se uno o entrambi i rapporti tra aria secca e umidità cambiano. Quindi l’entalpia (energia) è importante non solo nei processi di riscaldamento e raffreddamento, ma anche nei processi di umidificazione e deumidificazione.
La temperatura del punto di rugiada è la temperatura alla quale l’umidità inizia a condensare dall’aria con un rapporto di umidità costante. Le temperature del punto di rugiada sono comunemente riportate nei bollettini meteorologici per indicare la quantità di umidità nell’aria. È direttamente correlata al rapporto di umidità. Le superfici (per esempio, i lati delle bevande fredde con ghiaccio, le superfici interne degli edifici) a temperature inferiori alla temperatura del punto di rugiada dell’aria avranno la formazione di condensa su di esse. Il gelo è la condensazione sulle superfici a temperature inferiori allo zero. Nei pollai l’isolamento è necessario nella stagione fredda per mantenere le pareti e i soffitti al di sopra della temperatura del punto di rugiada per prevenire la formazione di condensa o di brina.
La temperatura a bulbo umido è una temperatura misurata da un termometro con il bulbo o il sensore coperto da uno stoppino inumidito d’acqua in un flusso d’aria in movimento (vedi Figura 7.3). La temperatura del bulbo umido è sempre inferiore alla temperatura del bulbo secco. La differenza tra la temperatura del bulbo umido e quella del bulbo secco è importante nel raffreddamento evaporativo.
Figura 7.3 – Confronto tra i termometri a bulbo secco (a sinistra) e a bulbo umido (a destra)
Il volume specifico è il volume in piedi cubi occupato da una libbra di aria secca ad una specifica temperatura e pressione di bulbo secco, espresso come piedi cubi al minuto (CFM) per la massa (libbre) di aria secca scambiata durante la ventilazione.
Il calore sensibile è il calore che produce un cambiamento nella temperatura di bulbo secco. Ci vogliono circa 0,24 BTU per aumentare una libbra di aria secca di 1°F. I riscaldatori supplementari sono usati per aggiungere calore sensibile all’aria per mantenere una temperatura desiderata.
Il calore latente (di vaporizzazione) è il calore usato per evaporare l’acqua. L’evaporazione cambia l’acqua liquida in vapore acqueo. Il calore latente dell’aria cambia se e solo se c’è un cambiamento nel rapporto di umidità dell’aria. La quantità di energia termica necessaria per far evaporare una libbra di acqua varia con la temperatura, ma è comune usare un valore di 1.044 BTU/lb H2O per i processi che coinvolgono gli animali agricoli.