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15 aprile 2010

Electro-Psychrometre o Psicrometro e temperatura di rugiada

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Psicrometro

Un giorno, girando per un mercatino dell’antiquariato, mi sono imbattuto in questo strano strumento :
Electro-Psychrometre. Prodotto dalla S.A.P. Systeme Eicken – Brevettato. 

Le mie conoscenze di francese non mi sono state particolarmente d’aiuto…. e così ho dovuto documentarmi un po’….e internet mi ha aiutato molto. 

A dire il vero, inizialmente la parte iniziale della parola Psychro, mi ha tratto un po’ in inganno… ed ho anche pensato che fosse qualche strano strumento per misurare quanto ero matto

Ma dopo una attenta analisi dell’oggetto, ho visto che i numeri della scala andavano da 1 a 100 e sulle tabelle veniva riportato il simbolo H2O

Lo psicrometro è uno dei più semplici e diffusi strumenti per la misura della umidità dell’aria

Esso consiste in due termometri a mercurio, uno a bulbo secco che misura la temperatura dell’aria e l’altro a bulbo umido ovvero con il bulbo a contatto con una garza bagnata e quindi misura una temperatura inferiore a causa del calore assorbito dall’evaporazione dell’acqua. Quando il termometro con il bulbo avvolto nella garza bagnata viene efficacemente ventilato, la temperatura segnata comincia a diminuire fino ad un certo punto e cioè fino al momento in cui l’evaporazione dell’acqua cessa.
La temperatura così raggiunta è detta temperatura del termometro bagnato

La diminuzione della temperatura è causata dall’evaporazione dell’acqua contenuta nella garza che avvolge il bulbo. Ora l’entità dell’evaporazione è in relazione alla quantità di vapore contenuto nell’aria circostante. Quando l’aria circostante è satura l’acqua della garza cesserà 


di evaporare. Se l’aria dovesse essere già satura la garza che avvolge il bulbo non sarà soggetta ad evaporazione ed i due termometri segneranno la stessa temperatura

In base alla temperatura ambiente al momento della prova (letta sul termometro a bulbo asciutto), ed alla differenza tra le temperature segnate dai due termometri (che prende il nome di “differenza psicrometrica”) è possibile determinare l’umidità relativa dell’aria con un apposito diagramma e della temperatura di rugiada

Psicrometro

Vediamone in dettaglio i principi di funzionamento. 

Questo è un esperimento che si può fare in casa: prendiamo un barattolo di vetro con il tappo e riempiamolo per metà d’acqua.
Mettiamo al suo interno un barometro (senza immergerlo nell’acqua) e chiudiamo il barattolo.Dopo alcuni minuti la pressione sarà aumentata mentre il livello dell’acqua sarà diminuito. L’effetto non è molto visibile ma con strumenti sensibili può essere misurato.
La ragione di ciò è la seguente, appena chiuso il barattolo, l’acqua che evapora non può uscire all’esterno e quindi deve aumentare la pressione della parte occupata dall’aria.
L’acqua non riuscirà ad evaporare completamente, come sarebbe accaduto a barattolo aperto, si arriverà ad uno stato in equilibrio dinamico durante il quale la quantità di acqua evaporata sarà uguale alla quantità di acqua condensata (cioè che torna ad essere liquida). 

Quando l’evaporazione raggiunge l’equilibrio, la massa di aria dentro il barattolo non può contenerne altra. Tanta ne evapora quanta ne condensa e quindi l’umidità relativa dell’aria è del 100%. La quantità d’acqua che può essere contenuta dall’aria
dipende dalla temperatura, se scaldo il barattolo altra acqua evapora aumentando la quantità di acqua sotto forma di vapore, l’umidità sarà ancora del 100%. Se la raffreddo, un po’ di acqua condensa fino a quando l’umidità relativa torna ad essere del 100%. 

Il principio fisico su cui si basa il funzionamento dello psicrometro è quello del calore di evaporazione: il passaggio dalla fase liquida a quella gassosa richiede l’apporto di energia, il cui prelievo avviene a spese di un raffreddamento della calzetta imbibita del bulbo umido. Se l’aria è molto secca, l’evaporazione sarà intensa e quindi anche la differenza psicrometrica sarà notevole, e viceversa

Quindi per evaporare l’acqua assorbe calore dall’ambiente circostante.
In estate gli alberi fanno evaporare molta acqua ettraverso le foglie, questo raffredda l’ambiente circostante.
Per tale motivo quando si entra in un bosco per ripararsi dal Sole, si prova una sensazione di fresco maggiore di quando ci ripariamo sotto una tettoia o simili (in realtà sottto la tettoia intervengono anche altri fattori che determinano la minore sensazione di frescura). 

Mettiamo ora un fazzoletto bagnato dentro il barattolo. Dopo aver atteso che la pressione sia aumentata nuovamente (dato che per mettere il fazzoletto abbiamo aperto il barattolo), guardiamo cosa succede al fazzoletto: esso rimane bagnato, non riesce ad asciugarsi! Infatti dentro il barattolo l’umidità è del 100% quindi tanta acqua evapora tanta ne condensa anche sul fazzoletto. Se aumento la temperatura, inizialmente il fazzoletto si asciuga per poi tornare a bagnarsi. Cosa succede? Aumentando la temperatura permetto all’aria di contenere più acqua, questa evapora sia dal fondo che dal fazzoletto. Quando l’umidità è nuovamente al 100% il fazzoletto rimane bagnato. 

Psicrometro

Se ripeto l’esperimento con poca acqua e aumento pian piano la temperatura, quando questa è evaporata tutta, anche il fazzoletto comincia ad asciugarsi. Infatti aumentando la temperatura, quando non ci sarà più acqua sul fondo, questa dovrà evaporare dal fazzoletto.
Posso così variare l’umidità relativa: dato che la quantità d’acqua è costante e l’aria calda ne contiene di più, deve diminuire l’umidità relativa all’aumentare della temperatura.
Se potessimo misurare la temperatura del fazzoletto, vedremmo come questa varia (diminuisce rispetto a quella dell’aria chiusa nel barattolo) mentre evapora l’acqua. 

Lo psicrometro utilizza questo fenomeno, mettendo uno dei due termometri a contatto con una garza inumidita, la differenza di temperatura mi dice quanto calore e quindi quanta acqua sta evaporando in quell’istante. Naturalmente evapora più velocemente se
l’umidità relativa è bassa mentre rallenta fino a fermarsi (in realtà tanta ne evapora quanto ne condensa) quando l’umidità è vicina al 100%. Attraverso una tabella detta tabella psicrometrica è possibile mettere in relazione la differenza di temperatura dei due termometri con l’umidità relativa. 

Psicrometro

A questo punto siamo pronti per capire che cos’è la temperatura di rugiada: essa è la temperatura alla quale l’umidità contenuta nell’aria comincia a condensare.
Torniamo all’esempio del barattolo. Se ho messo poca acqua questa sarà evaporata tutta e l’umidità relativa varia al variare della temperatura. Se metto lo psicrometro nel barattolo, posso misurare l’umidità relativa oltre alla temperatura dell’aria contenuta nel
barattolo. In particolare se inizio a raffreddare il barattolo vedrò che le due temperature si abbassano, quella del termometro asciutto più velocemente di quella del termometro bagnato e convergeranno alla stessa temperatura quando l’umidità relativa sarà del 100%. In queste condizioni infatti, non evapora più l’acqua dalla garza e quindi non può raffreddarsi. La temperatura misurata dai due termometri è la temperatura di rugiada. Se abbasso ancora la temperatura, l’acqua comincierà a condensarsi. Vedrei all’interno del barattolo formarsi una tenue nebbia (come quando soffio dentro un frigorifero) che aumenta al diminuire la temperatura dell’aria.
È importante conoscere la temperatura di rugiada per una certa massa d’aria. Questo permette infatti di prevedere se la notte si formerà la nebbia o se si formeranno le nubi ecc…( ed importante per mio figlio Manuel che vola in parapendio…con la
temperatura di rugiada bassa si formeranno cumuli, cioè nuvole a quote basse e viceversa. Con nuvole basse, anche le quote fatte con il parapendio saranno basse ). 

Vediamo ora come farsi lo psicrometro in casa. 

È necessario acquistare due termometri a mercurio uguali e che segnano la stessa temperatura come osservato nella pagina dedicata misura della temperatura . Ad uno dei due termometri montiamo in prossimità del bulbo un contenitore dove mettere l’acqua (meglio
distillata!) e nel quale inzuppare la garza. Dopo aver atteso che la garza sia ben imbevuta, si dovrebbe vedere la differenza di temperatura indicata dai due termometri, per velocizzare la misura si può utilizzare un piccolo ventilatore che velocizza l’evaporazione senza, naturalmente, influire sulla correttezza della misura. 

Psicrometro

È bene non rimanere a lungo vicino allo psicrometro e non soffiarvi sopra. Infatti il nostro corpo e il nostro respiro, producono molto calore e vapor d’acqua che modificherebbero la misura indicando una umidità relativa differente.
Vediamo adesso come si utilizza.
Dopo aver visto che la temperatura del termometro a bulbo bagnato si stabilizza, scriviamo le due temperature misurate. Supponiamo di misurare 20 C sul termometro asciutto e 18 C su quello bagnato. Un metodo veloce per stabilire l’umidità è di togliere da 100 tanti 5 quanti sono i gradi di differenza di temperatura:
20-18=2
2X5=10
100-10=90
Quindi l’umidità relativa è circa il 90%.
Per una stima precisa si deve utilizzare la tabella psicrometrica
( Vedi Tabella : Tabella Psicrometrica (1170)

dove nella prima colonna andiamo a cercare la temperatura di bulbo bagnato e nella prima riga i gradi di differenza.
Con l’esempio precedente, dove 20 è la temperatura a bulbo bagnato e 2 i gradi di differenza, trovo un valore per l’umidità relativa dell’ 81%.
L’errore che compio utilizzando il metodo dei 5 è circa del 10%.
Oltre all’uso della tabella si può utilizzare anche la carta psicrometrica o diagramma di Molier da dove si possono ricavare l’umidità relativa e la temperatura di rugiada. 

I modelli portatili sono muniti di una ventola che costringe l’aria a lambire i bulbi dei termometri garantendo così una misura precisa anche in tempi brevi. 

È possibile fare a meno della ventola utilizzando dei modelli detti “a fionda”, che vengono fatti roteare manualmente intorno ad un perno. 

Anche per questa volta, non posso misurare quanto sono matto ! 

Psicrometro

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  1. Ah, che bello però. Mi piacerebbe avere un Elctro-Psychrometro a casa…

    Comment by Mercatino Usato — 18 settembre 2011 @ 13:53

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