Fenomeno di Condensazione


Quando si forma il fenomeno di condensazione

Gli impianti caldi – riscaldamento e acqua calda – sono normalmente isolati al fine del risparmio energetico. I sistemi freddi – tubi di acqua refrigerata, impianti di climatizzazione e linee di aspirazione degli impianti frigoriferi – hanno bisogno di una protezione contro il fenomeno di condensazione.

Negli impianti di refrigerazione-climatizzazione, in cui la temperatura della linea è inferiore alla temperatura ambiente, il vapore acqueo può condensare sulla superficie fredda delle tubazioni o delle pareti.

La condensa sugli impianti è causa di costi considerevoli.

Oltre al costo della riparazione del danno, ci possono essere molte altre spese dovute a soffitti bagnati, alla corrosione dei metalli, a merci danneggiate, a processi produttivi interrotti.

L’efficacia dell’isolamento tradizionale si deteriora notevolmente, quando diventa umido. Le perdite di energia aumentano sensibilmente, cosi come il rischio di corrosione, che aumenta drasticamente.

Il controllo della condensa è l’obiettivo primario di qualsiasi isolamento in bassa temperatura.

Perché si forma il fenomeno di condensazione

L’aria contiene particelle di acqua allo stato gassoso, di vapore.

L’aria non può assorbire una quantità infinita di vapore acqueo.

A determinate condizioni di temperatura e di umidità relativa, l’aria contiene una quantità definita di vapore acqueo.

Se l’aria viene raffreddata, ad una certa temperatura diventerà satura al 100% di vapore acqueo. Questa temperatura è conosciuta anche con il nome di “punto di rugiada”.

Se l’aria viene raffreddata ulteriormente, una parte dell’acqua non potrà più essere tenuta in forma di vapore acqueo, invisibile all’occhio umano, ma si trasformerà in goccioline liquide di condensa.

Questo ulteriore raffreddamento generalmente viene prodotto da superfici fredde, quali i vetri delle finestre, muri più freddi della temperatura ambiente, tubazioni fredde, ecc..

Queste superfici fredde, raffreddano l’aria, che diminuisce di volume, provocando un aumento del contenuto di umidità, fino al punto in cui oltre il 100%, di umidità relativa, comincia a condensare.
Il valore del contenuto di vapore acqueo, al variare della temperatura dell’aria, può essere rilevato da tabelle tecniche – esempio il diagramma di Mollier.

Queste mostrano in che misura l’aria, con una certa umidità relativa, ad una determinata temperatura, quanto possa essere raffreddata, senza che l’umidità relativa superi il 100% e quindi senza provocare condensa.

Per evitare la condensa

la temperatura non deve scendere al di sotto del punto di rugiada.

Applicando questa legge fisica all’isolamento nella refrigerazione, significa che lo spessore dell’isolante, deve essere scelto in modo che le temperature, sulla sua superficie, non siano mai inferiori al punto di rugiada.

La temperatura della superficie

non deve scendere al di sotto del punto di rugiada.

Al fine di evitare la condensa si deve assicurare che la temperatura sulla superficie dell’isolamento sia sempre almeno uguale o superiore alla temperatura di rugiada in condizioni ambientali definite.

Solo spessori d’isolamento correttamente calcolati

garantiscono una protezione efficace contro la formazione di condensa

Per calcolare la temperatura di superficie e lo spessore d’isolamento necessario per assicurare che la temperatura della superficie sia uguale o superiore al punto di rugiada, devono essere noti o definiti non solo la temperatura della tubazione o della superficie, ma anche le condizioni ambientali, quali:

  • la temperatura ambiente massima
  • l’umidità relativa massima
  • la caratteristica termica del materiale isolante
  • l’oggetto – condotto, tubo, superficie – da isolare
  • il coefficiente di scambio termico della superficie dell’isolante.

Questi valori sono ricavabili da varie informazioni tecniche, ma esistono altri fattori che influenzano la scelta.

Fattori che influenzano la scelta dello spessore di isolamento

Le condizioni ambientali

Per determinare lo spessore minimo di isolamento per basse temperature, i calcoli devono essere basati su condizioni ambientali “tipiche” nelle varie applicazioni.

I valori massimi indicati nella tabella che segue, sono dati derivati dall’esperienza in molte applicazioni e rappresentano condizioni tipiche di applicazioni, in bassa temperatura.

Tipi di ambienti

Umidità relativa max

Temperatura ambiente max

%

oC

Locali tecnici

75

32

Cantine

85

22

Controsoffitti

65

24

Tubazioni/canali a secco

Tubazioni/canali umide

65

85

24

22

Uffici, ospedali, scuole

70

28

Settore alimentare

90

20

Autoparcheggi sotterranei ventilati

poco ventilati

85

89

22

26

La conducibilità termica λ del materiale isolanti

I valori di conducibilità termica dei materiali tradizionali utilizzati per l’isolamento tecnico sono tra 0,030 e 0,060 W/mK.


Il coefficiente di trasferimento di calore

Il coefficiente di trasferimento di calore dipende:

  • dal tipo di fluido,
  • dalla velocità di flusso,
  • dal tipo di superficie della parete – liscia, ruvida, scura, o lucida – e da altri parametri.

Il coefficiente di trasferimento di calore è generalmente composto da due fattori: Irraggiamento e convezione

Convezione: la circolazione d’aria contribuisce al miglioramento del coefficiente di trasferimento di calore. Più vi è ricircolo di aria nell’ambiente, più vi è trasporto di calore.

Nella buona progettazione di un impianto, è importante garantire che le tubazioni e i condotti abbiano spazio sufficiente tra di loro, con le pareti e con gli altri impianti al fine di facilitare il trasferimento di calore.

Nelle zone di ristagno, la circolazione dell’aria – convezione – necessaria per mantenere una temperatura di superficie sufficientemente elevata, viene impedita e quindi il coefficiente di trasferimento di calore è inferiore.

Come effetto, il pericolo di formazione di condensa aumenta sensibilmente.
Le zone senza circolazione d’aria contrastano il trasferimento di calore convettivo
Per questo motivo è necessaria una spaziatura adeguata, tra i tubi coibentati, tra i tubi e la parete e tra i tubi e il soffitto.

Migliore è la circolazione d’aria, migliore sarà il coefficiente di trasferimento del calore


Radiazione termica: è un tipo di trasferimento di calore, nel quale il passaggio avviene via onde elettromagnetiche, senza richiedere un mezzo di trasferimento.

Infatti, a differenza delle altre forme di trasferimento, la radiazione termica si diffonde anche nel vuoto.

Nel caso di radiazione termica, il processo di trasferimento di calore è influito da due fattori:

  • L’emissione: quando l’energia di radiazione è emessa a causa della trasformazione del calore di una superficie di un corpo, ad alta temperatura.
  • L’assorbimento: quando l’energia di radiazione è assorbita e trasformata in calore – energia termica – sulla superficie di un corpo a temperatura più bassa.

I corpi di colore scuro emettono più energia di radiazione di quelli con colore chiaro;

Al contrario, i corpi di colore scuro assorbono più energia termica di quelli di colore chiaro.

La misura della potenza di emissione di un materiale è rappresentata dal coefficiente di emissione.

La misura della potenza di assorbimento è rappresentata dal coefficiente di assorbimento.

Il potere emissivo di un corpo colorato è proporzionale al suo potere di assorbimento.

Un serbatoio di colore nero ha il massimo potere di assorbimento o di emissione.

Questo ha un effetto estremamente positivo sullo spessore dell’isolante richiesto per l’anti condensa: maggiore è la potenza di assorbimento, minore è lo spessore isolante necessario.

Spessori d’isolamento per superfici piane o tonde – tubi

Un fattore determinante per il calcolo dello spessore isolante anti condensa minimo, è la tipologia della superficie: piana o cilindrica – tubo.

Nel caso di oggetti cilindrici devono essere considerati nel calcolo, non solo le condizioni ambientali, ma anche il logaritmo del rapporto tra diametro del tubo isolato e diametro del tubo non isolato.

Come risultato diventa evidente che per avere la medesima temperatura superficiale, sulle tubazioni è sufficiente uno spessore d’isolamento più sottile rispetto all’isolamento di superfici piane.

Temp-Coat 101 e gli isolamenti tradizionali

La teoria sopra esposta funziona perfettamente quando l’isolamento è perfetto, anche a tenuta d’aria, esigenza difficilmente rispettata.

Il mancato rispetto di questa esigenza, si evidenzia in un fenomeno internazionalmente conosciuto e identificato dall’acronimo CUI – Corrosion Under Insulation – la corrosione sotto isolamento, a dimostrazione che la perfezione umana ha numerosi limiti, per quanto riguarda gli isolamenti.

Tale problema si concretizza quando l’isolamento tradizionale, per innumerevoli fattori, tra i quali: difficoltà di installazione, invecchiamento, dilatazioni e riduzioni, ne compromettono la tenuta ermetica.

Il risultato è l’innesco della corrosione, con effetti nefasti, in termini di costi e rischi.

Temp-Coat 101, oltre ad essere un isolante termico è anche un “ricoprimento” che riveste la superficie eliminando i rischi sopra elencati.