Che cos’è l’umidificazione isotermica?

Funzionamento di un umidificatore a vapore

A differenza degli umidificatori da evaporazione, la produzione di vapore d’acqua avviene prima della miscelazione con l’aria. Il vapore può quindi essere convogliato direttamente nell’aria ambiente tramite un apparecchio di ventilazione oppure essere miscelato in un impianto di climatizzazione durante il trattamento dell’aria. Il vapore proviene da un sistema centrale di produzione del vapore oppure da un sistema decentralizzato installato direttamente nel luogo in cui avviene la umidificazione dell'aria per la climatizzazione.

Quando l’umidificazione dell’aria viene effettuata mediante vapore in pressione proveniente da una produzione centralizzata, si parla di umidificatori a vapore. Questo tipo di umidificatore a vapore viene utilizzato in combinazione con sistemi di trattamento dell’aria (sistemi di ventilazione e climatizzazione). L’umidificatore è composto da un filtro per impurità, una valvola rotativa, un manometro e uno scaricatore di condensa.

Quando il vapore deve essere prodotto direttamente nel luogo di utilizzo, gli umidificatori a vapore elettrici rappresentano spesso la scelta più indicata.

Un umidificatore a vapore elettrico funziona secondo il principio degli elettrodi o secondo il principio della resistenza. Negli umidificatori a elettrodi, degli elettrodi metallici a forma di griglia sono immersi nel serbatoio dell’acqua e sfruttano la conduttività dell’acqua. La corrente circola quindi direttamente nell’acqua, provocandone l’evaporazione. In questo sistema, la portata del vapore è regolata dal livello dell’acqua nel cilindro del vapore. In un umidificatore a vapore a resistenza, l’acqua viene riscaldata secondo il principio della resistenza elettrica immersa.

I diversi tipi di vapore

Per un’umidificazione isotermica dell’aria, occorre innanzitutto riscaldare l’acqua a 100 °C. A quel punto raggiunge un potere calorifico di h = 419 kJ/kg e una pressione di 1,0133 bar. È in questo momento che avviene il cambiamento di stato fisico, durante il quale l'acqua bollente a 100 °C si trasforma in vapore a 100 °C. A tal fine, occorre fornire 2 258 kJ di energia per ogni kg di acqua.

L’energia necessaria alla trasformazione in vapore è chiamata calore specifico di vaporizzazione. È latente, ovvero non può essere misurata con un termometro.

Vapore saturo

Finché il vapore è a contatto diretto con l'acqua, è «saturato», il che significa che non può più assorbire liquido ed è quindi chiamato anche «vapore saturo».

Vapore non saturo

Il vapore non saturo si forma quando il volume del vapore aumenta, ma la temperatura viene mantenuta costante rispetto all’apporto di calore. Il condensato costituisce in questo caso una caratteristica importante. Quando il vapore viene raffreddato, gli viene sottratto il calore di vaporizzazione immesso, il suo stato fisico cambia e si forma il condensato.

Perché si forma il calcare?

Il calcio è il quinto elemento più abbondante nella crosta terrestre. Di solito non si presenta nella sua forma pura, ma sotto forma di composti con altre sostanze, come il calcare, oppure disciolto nell'acqua. Il calcare è composto principalmente da carbonato di calcio (CaCO₃).

La determinazione della durezza dell'acqua permette inoltre di prevedere l'intensità della formazione di calcare. La durezza dell’acqua è un concetto della chimica applicata che si è sviluppato a partire dalle esigenze legate all’utilizzo dell’acqua naturale e dei suoi componenti disciolti. Concretamente, la durezza dell'acqua indica la concentrazione equivalente degli ioni di metalli alcalino-terrosi disciolti nell'acqua, ma anche, in alcuni contesti specifici, quella dei loro partner anionici. Tra gli «agenti di durezza» si trovano principalmente il calcio e il magnesio, nonché, in tracce, lo stronzio e il bario. Gli agenti di durezza disciolti possono formare composti insolubili, in particolare calcare e i cosiddetti «saponi di calcare». Questa tendenza alla formazione di composti insolubili è all’origine dell’interesse che ha portato alla nascita del sistema concettuale e teorico relativo alla durezza dell’acqua.

L'acqua dolce è più adatta a tutte le applicazioni in cui l'acqua viene riscaldata, per il lavaggio, l'irrigazione delle piante da interno, ecc. L'acqua dolce si trova nelle regioni in cui predominano il granito, lo gneiss, il basalto e le rocce scistose. Anche l’acqua piovana è un’acqua dolce.

L’acqua dura provoca la formazione di calcare negli elettrodomestici, aumenta il consumo di detersivi per piatti e bucato, altera il gusto e l’aspetto di alimenti e bevande sensibili (ad esempio il tè). L'acqua dura proviene da regioni in cui predominano rocce sabbiose e calcaree.

Soluzione al problema del calcare

Per ridurre i depositi di calcare nei sistemi diumidificazione a vapore, è possibile utilizzare il sistema di gestione del calcare brevettato da Condair, che consente di staccare i depositi di calcare dagli elementi riscaldanti e di convogliarli verso un serbatoio di raccolta esterno.

È inoltre possibile utilizzare acqua completamente demineralizzata, dalla quale i minerali e il calcio sono stati preventivamente eliminati tramite un sistema di trattamento dell'acqua. La quantità di calcare ancora presente è quindi trascurabile.

Va tuttavia notato che il funzionamento con acqua addolcita (cioè priva di minerali) non è possibile con tutti i tipi di umidificatori. Un umidificatore a resistenza può funzionare anche con acqua demineralizzata. Al contrario, un umidificatore a elettrodi necessita di acqua conduttiva e ricca di minerali per funzionare in modo efficace. L’uso di questo tipo di umidificatore con acqua addolcita non è consigliabile dal punto di vista energetico.

Esempio di calcolo: umidificazione isotermica

Dati:

Calcolo di ∆h/∆x:

∆h = kJ/kg

∆x = g/kg di aria secca