Quaderni n. 2
LA STIMA DELL’UMIDITA’ DEL LEGNO
CON IGROMETRI ELETTRICI
di Stefano Berti e Alan Crivellaro
Premessa ...per una corretta lettura
La stima dell’umidità del legno, attraverso l’impiego di igrometri elettrici, è possibile perché la resistenza elettrica e le proprietà
dielettriche del legno variano secondo una relazione molto stretta con il suo contenuto d’acqua. Questa relazione consente di
ottenere risultati affidabili quando l’umidità del legno si trova al di sotto del 30% circa.
Gli igrometri elettrici più diffusi possono essere divisi in due categorie: igrometri a resistenza (a chiodi) e igrometri dielettrici (a contatto).
Gli igrometri a resistenza impiegano elettrodi infissi nel legno e ne stimano l’umidità in prossimità degli stessi. Se attrezzati con
particolari chiodi isolati, questi strumenti possono essere impiegati anche per la valutazione di gradienti di umidità.
Gli igrometri dielettrici impiegano elettrodi a contatto (non necessitano la penetrazione nel materiale) e possono stimare
l’umidità anche di legno molto secco.
Sono molti i fattori che possono influenzare l’affidabilità della misura con igrometri elettrici: ecco perché si rendono necessarie
alcune informazioni sui principi di funzionamento e di impiego per il corretto uso di entrambe le tipologie di strumenti.
Precisamente, la misura dell’umidità del legno eseguita con igrometri elettrici è influenzata dalla specie legnosa, dalla temperatura, dalla composizione chimica del legno e degli estrattivi (diversa fra alburno e durame), dalla distribuzione dell’umidità del
legno, dal tipo di elettrodi e da altro ancora.
Conoscere i fattori che hanno una diretta influenza sul valore di umidità letto dallo strumento servirà per minimizzare le
possibilità di errore e per rendere più affidabile la misura, nei limiti dettati dal principio di funzionamento. Per questo motivo
riportiamo un decalogo degli argomenti trattati che potrà essere impiegato come lista di controllo per una corretta esecuzione della misura dell’umidità del legno con igrometri elettrici.
Abbiamo ritenuto infine utile segnalare alcuni testi per approfondimenti sull’argomento ed inserire un glossario dei termini
tecnici utilizzati, individuati nel testo in corsivo.
Umidità del legno
Molte proprietà e caratteristiche del legno dipendono in
maniera molto stretta dal suo contenuto d’acqua (umidità).
L’umidità di un singolo elemento di legno varia considerevolmente a seconda delle condizioni ambientali nelle quali
questo si trova conservato o in opera. Prima di ogni impiego
del legno è dunque necessario conoscere in maniera quanto
più affidabile l’umidità in esso contenuta, per guidare le
scelte costruttive o seguirne l’evoluzione nel tempo.
L’umidità del legno è definita come la quantità di acqua
contenuta in un campione rapportata al peso dello stesso
campione anidro (completamente secco, senza acqua).
Viene espressa in percentuale e può assumere valori da 0% a
oltre il 100%: in questo caso il peso dell’acqua presente in un
campione è maggiore di quello del legno anidro.
Il metodo per la determinazione dell’umidità del legno è noto
come metodo per pesata e trova applicazione nella pratica
di laboratorio. Prevede di misurare il peso del campione prima e dopo la completa essiccazione in stufa a 103°C. Il campione viene considerato anidro quando due pesate successive, a distanza di due ore, danno lo stesso valore.
Il metodo per pesata è quello di riferimento per la determinazione dell’umidità di un campione di legno ed è descritto
nella normativa tecnica di settore nel documento UNI EN
13183-1 Umidità di un pezzo di legno segato - Determinazione tramite il metodo per pesata. Gli svantaggi di questa
procedura risiedono nella lunghezza temporale del processo
di essiccazione del legno fino a peso costante (24 ore circa
per un campione di 2x2x3 cm), nelle attrezzature necessarie
e nell’impossibilità di riutilizzare il campione disidratato in
stufa. Questi problemi hanno reso necessario lo sviluppo di
metodi per la misura dell’umidità del legno di semplice applicabilità e in grado di fornire un risultato immediato.
1
I
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Igrometri elettrici
Gli igrometri elettrici sfruttano per il loro funzionamento le
proprietà elettriche del legno: costituiscono quindi dei metodi indiretti e portano ad una stima dell’umidità del legno.
Fra le proprietà elettriche del legno hanno assunto una notevole importanza per il loro stretto rapporto con l’umidità
del legno la resistenza elettrica (conduttanza), la costante
dielettrica e il fattore di perdita dielettrica.
Igrometri a resistenza (a chiodi)
La conduttanza elettrica è la proprietà di un materiale in
base alla quale un flusso di corrente elettrica attraversa il
materiale stesso; per comodità viene frequentemente presa in considerazione la resistenza elettrica genericamente
intesa come il reciproco della conduttanza.
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spettro di resistenze elettriche. Sono alimentati a batteria
e nella maggior parte dei casi restituiscono direttamente il
valore di umidità del legno in percentuale. Per misurare la
resistenza elettrica di un pezzo di legno questo deve essere
reso parte del circuito: a tale scopo i due chiodi infissi nel
legno fungono da elettrodi. Quando i chiodi vengono infissi
lo strumento misura la resistenza offerta dal legno compreso fra i due chiodi: per questo anche la distanza fra i chiodi
(di solito fissa) ha una grande importanza.
Sono disponibili elettrodi (chiodi) con stelo completamente
ricoperto da un materiale isolante: solo le punte rimangono
scoperte per garantire il passaggio della corrente elettrica.
Questa tipologia di elettrodi consente di conoscere l’umidità alla profondità di infissione delle punte, mettendo quindi
in luce gradienti trasversali di umidità presenti nel legno.
Il campo utile di misura dell’umidità per gli igrometri a resistenza è compreso fra il 7% e il 30% circa. Letture superiori
al 30% sono da ritenersi del tutto approssimative. Il limite
inferiore deriva dalla difficoltà di misurare resistenze molto
alte, mentre quello superiore dal fatto che la conduttanza è
solo debolmente in relazione con umidità del legno superiori al punto di saturazione (per la presenza di acqua liquida nei lumi cellulari).
Igrometri dielettrici e a fattore di perdita dielettrica (a contatto)
La resistenza elettrica del legno varia molto in funzione
del suo contenuto d’acqua, in particolare nell’intervallo di
umidità compreso fra 0% ed il punto di saturazione delle pareti cellulari (circa 30%). In questo intervallo di umidità del
legno (noto come campo igroscopico) esiste una relazione
matematica quasi lineare fra il logaritmo della conduttanza
e il logaritmo dell’umidità del legno.
In pratica, al decrescere dell’umidità del legno dal valore del
punto di saturazione delle pareti cellulari la conduttanza
decresce di un fattore superiore a 10 milioni: una variazione
amplissima.
I complessi fenomeni che si instaurano fra un materiale
dielettrico come il legno e un campo di energia elettrica
possono essere esemplificati come segue: il legno umido
sottoposto ad un campo elettrico accumula una carica elettrostatica (costante dielettrica) che al cessare del campo
elettrico sarà inferiore rispetto a quella fornita dallo strumento (fattore di perdita dielettrica) perché una parte di
questa viene dissipata in calore.
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La precisione di un igrometro elettrico in buone condizioni
non è mai limitata dal principio di funzionamento sul quale
si basa lo strumento in sé, ma dall’influenza di fattori diversi dall’umidità del legno, soprattutto se questi ultimi sono
sconosciuti o non considerati.
Tuttavia alcuni fattori che hanno una diretta influenza sulla
misura possono essere controllati dall’operatore: specie legnosa, densità, spessore e temperatura del legno, contatto
degli elettrodi con il legno, direzione delle fibratura, estrattivi, condizioni meteorologiche e abilità dell’operatore.
Di seguito riportiamo le considerazioni relative a ciascun
fattore.
Specie legnosa
Ad uguale umidità del legno, sia la conduttanza che le proprietà dielettriche del legno dipendono dalla specie legnosa. Di conseguenza, quando lo strumento lo consente, è importante apportare correzioni secondo la specie in esame.
Se la correzione per specie non è possibile (o se una certa
specie legnosa non è compresa nell’elenco fornito dal produttore) gli igrometri a resistenza possono essere impiegati ugualmente per una lettura approssimativa, perché la
differenza è di solito inferiore al 2% di umidità. Anche gli
strumenti dielettrici possono essere impiegati per una misura indicativa dell’umidità del legno di specie sconosciute,
impostando un legno con densità simile a quello che si sta
testando.
Densità del legno
Se le letture di umidità per gli strumenti a resistenza sono
praticamente indipendenti dalla densità del legno, per gli
igrometri dielettrici (a contatto) la densità è un fattore di
sostanziale importanza.
Addirittura, qualora la densità del campione di legno di
cui si vuole conoscere l’umidità con igrometro dielettrico
risulti facilmente determinabile con una certa accuratezza,
è buona norma calcolarla per avere una più affidabile stima
dell’umidità espressamente riferita a quel campione.
Spessore del legno
Ad esempio: valori tipici di resistenza elettrica per il legno di
Douglasia a 20°C sono pari a 22400 Mohm al 7% di umidità
e 0.46 Mohm al 25% di umidità. Per umidità del legno superiori al punto di saturazione la conduttanza non è più ben
correlata con l’umidità del legno.
Oltre all’acqua, sulle proprietà elettriche del legno hanno
una certa influenza anche i seguenti fattori:
temperatura del legno: la conduttanza elettrica del legno
aumenta all’aumentare della temperatura del legno;
angolo della fibratura: la conduttanza elettrica del legno
in direzione parallela alla fibratura è circa doppia della
conduttanza in direzione perpendicolare alla fibratura.
Gli igrometri a resistenza (a chiodi) sono sostanzialmente
costituiti da un ohmetro in grado di misurare un ampio
II
Precisione degli igrometri elettrici
La costante dielettrica è tanto più alta quanto maggiore è
l’umidità del legno. Il fattore di perdita dielettrica dipende dall’umidità del legno, ma secondo una relazione non
lineare che è influenzata anche dalla temperatura e dalla
frequenza del campo elettrico creato dall’igrometro.
Sulle proprietà dielettriche del legno hanno una certa influenza anche i seguenti fattori:
densità del legno: in generale le proprietà dielettriche del
legno aumentano all’aumentare della sua densità secondo relazioni tendenzialmente lineari.
temperatura: la costante dielettrica del legno aumenta
con la temperatura. Il fattore di perdita dielettrica dipende anche da umidità e frequenza del campo, non solo
dalla temperatura.
specie legnosa: generalmente legni con densità simile
presentano proprietà dielettriche simili, salvo alcune rare
eccezioni.
Il problema dello spessore del legno sul quale vogliamo
misurare l’umidità è collegato a quello della distribuzione
dell’umidità nel legno o ai gradienti trasversali di umidità.
Se l’umidità nel campione è uniformemente distribuita, un
elevato spessore del legno non ha influenza negativa sulla
misura.
Se, al contrario, essa non è uniformemente distribuita nel
campione, allora la profondità di infissione dei chiodi (per
gli strumenti a resistenza) dipende dallo spessore del legno. In particolare, è necessario che i chiodi siano lunghi
abbastanza da raggiungere la profondità di 1/5 - 1/4 dello
spessore del campione. Per gli strumenti a contatto il campo elettrico dovrebbe penetrare fino a metà spessore (il che
è in pratica non realizzabile!).
Se gli strumenti dielettrici vengono impiegati per misurare l’umidità di campioni di legno con spessore inferiore rispetto a quelli impiegati per la loro taratura, gli stessi valori
letti saranno inferiori. Anche eventuali materiali che stanno
dietro il campione possono influenzare la misura con strumenti dielettrici.
Temperatura
Al crescere della temperatura del legno aumenta la sua
conduttanza elettrica. Si rendono necessarie delle correzioni che nella maggior parte degli strumenti a resistenza
sono realizzabili immettendo il reale valore di temperatura
del legno al momento della misura.
Contatto degli elettrodi
Per misure accurate i chiodi degli igrometri a resistenza devono essere infissi perpendicolarmente alla superficie del
campione.
Gli strumenti a contatto vanno fermamente poggiati sulla
superficie pulita del legno; il campione su cui si esegue la
misura deve essere più largo della base dello strumento:
il legno deve essere visibile al di fuori dello strumento per
una larghezza pari al suo spessore.
Per entrambi gli strumenti vale la regola di effettuale la misura su legno netto da nodi o privo di qualsiasi altro difetto
o degrado.
Direzione della fibratura
La direzione della fibratura non ha effetti sulle letture degli
strumenti a contatto.
Per gli strumenti a chiodi non esiste una regola fissa: è importante consultare il manuale d’uso del proprio strumento
per conoscerne il corretto impiego. Per umidità del legno
al di sotto del 15% l’effetto della direzione della fibratura è
trascurabile; al di sopra del 20% una lettura con i chiodi perpendicolari alla fibratura può essere anche del 2% inferiore
rispetto a quella in direzione longitudinale.
Trattamenti chimici, adesivi e vernici
Legno trattato con preservanti o ignifuganti contenenti sali
(o rimasto a contatto prolungato con l’acqua di mare) offre
una minor resistenza elettrica: di conseguenza gli strumenti tendono a sovrastimarne l’umidità. L’errore è trascurabile
sotto l’8% di umidità, ma cresce molto rapidamente sopra il
10%, rendendo impossibile ogni correzione.
Alcune colle impiegate per la produzione di multistrati sono
conduttrici e possono di conseguenza alterare l’umidità del
legno letta dagli igrometri. È possibile verificare l’effetto
della linea di colla di un multistrato infiggendo i chiodi nel
primo strato di legno e registrando la misura dell’umidità.
Se al successivo affondamento dei chiodi oltre la linea di
colla il valore di umidità cresce bruscamente l’igrometro
non potrà essere convenientemente impiegato. Se questo
effetto non si nota, le misure potranno essere realizzate.
Film di prodotti verniciati raramente hanno influenza sulla
lettura dell’umidità con igrometri elettrici. Nel caso in cui
si sospetti che la vernice possa avere un certo effetto sulla
misura (o per scongiurare questo pericolo) potranno essere
impiegati i chiodi isolati. Misure effettuate con chiodi appena appoggiati sulla superficie di un campione verniciato
possono dare indicazioni sulla conducibilità elettrica del
film.
Condizioni meteorologiche
La formazione di film d’acqua su parti degli strumenti può
seriamente compromettere le misure di umidità. Questo si
verifica passando da ambienti caldi ad ambienti freddi o in
giornate di nebbia o piovose.
Abilità dell’operatore
Benché gli igrometri siano facili da impiegare spesso il risultato della misura dipende dalla cura che l’operatore pone
nella sua esecuzione.
Attenzione deve quindi essere posta alle impostazioni dell’igrometro, dei fattori di correzione, all’applicazione degli
elettrodi. Non meno importante è la scelta del singolo campione e dell’area in cui effettuare la misura.
III
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Dieci regole da seguire per il corretto impiego degli igrometri elettrici
1
Conservare lo strumento secondo le indicazioni fornite dal costruttore, in ogni caso in locali asciutti e a temperatura
costante. Se non viene impiegato per lunghi periodi, è consigliabile staccare la batteria.
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Verificare il campo utile di misura dell’umidità del legno. Con igrometri elettrici (per tutti gli strumenti elettrici, indipendentemente da marca e costo) varia dal 7% al 30% circa; il limite superiore può variare dal 25% al 40% a seconda della
specie legnosa, perché dipende dal punto di saturazione delle pareti cellulari.
3
Impostare la specie legnosa o gruppo di specie su cui si effettua la misura.
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Impostare la temperatura del legno: tenere presente che la temperatura del legno non è sempre quella ambientale.
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Fare attenzione agli igrometri a chiodi, che possono essere attrezzati con stelo non isolato oppure isolato. Occorre
prevedere l’impiego di chiodi isolati quando: si vogliono rilevare eventuali gradienti di umidità; si vuole conoscere
l’umidità del legno ad una certa profondità; il legno è verniciato.
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Rispettare i tempi ... Se l’igrometro viene spostato da un ambiente ad un altro in condizioni termoigrometriche diverse,
prima di effettuare la misura bisogna attendere il tempo necessario affinché lo strumento raggiunga le nuove condizioni di temperatura al fine di evitare fenomeni di condensa.
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Evitare di misurare l’umidità del legno in prossimità di nodi, attacchi da insetti, forti deviazioni della fibratura, tasche di
resina, inclusioni, alterazioni cromatiche o di altri difetti. E, ancora, in prossimità delle testate dell’elemento.
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Verificare che il campione sia più largo dello strumento per una quantità pari almeno allo spessore del legno in caso di
impiego di igrometri a contatto.
10
Leggere il manuale di istruzioni del proprio strumento e applicare quanto riportato per la scelta della direzione della
fibratura rispetto alla direzione in cui si piantano i chiodi.
Verificare la conducibilità di film di prodotti verniciati (pavimenti prefiniti) o di linee di colla (multistrati di supporto o
strato di collante fra strato nobile supporto) prima di procedere alla misura con igrometri a chiodi.
Glossario dei termini tecnici utilizzati
Campo igroscopico: valori di umidità di equilibrio che il legno raggiunge in ambiente con umidità relativa dell’aria compresa fra
0% e 100%; riferito all’umidità del legno questa risulta compresa fra 0% e il punto di saturazione delle pareti cellulari (circa 30%).
Determinazione: applicazione di un metodo diretto (es.: metodo per pesata), al fine di ricavare un singolo valore di umidità
media per ogni pezzo di legno.
Gradiente di umidità: indica la differenza di umidità del legno fra zone diverse di uno stesso elemento ligneo.
Punto di saturazione: valore di umidità del legno che corrisponde alla situazione ideale in cui non è presente acqua libera
nei lumi cellulari, ma le pareti delle cellule sono sature d’acqua. Ad umidità inferiori rispetto al punto di saturazione il legno si
ritira o si rigonfia per effetto di perdita o acquisizione di acqua. Il legno conservato per un tempo sufficiente a umidità relativa
dell’aria del 100% (aria satura) raggiunge il punto di saturazione.
Stima: applicazione di un metodo indiretto al fine di conoscere l’umidità del materiale legnoso costituente un manufatto; il
valore di umidità ottenuto da un procedimento di stima è una valutazione approssimativa del valore numerico dell’umidità.
Umidità del legno: valore percentuale che esprime la quantità di acqua presente in un pezzo di legno in rapporto al peso
anidro dello stesso elemento.
Foto 1 - Igrometro elettrico a resistenza (a chiodi)
Foto 2 - Particolare del martello utilizzato per l’infissione dei chiodi nel legno
Foto 3 - Chiodi utilizzati negli igrometri a resistenza: a sinistra con stelo ricoperto da materiale isolante in modo da poter
rilevare gradienti di umidità nel legno, a destra senza rivestimento
Foto 4 - Igrometro dielettrico (a contatto)
Approfondimenti
Giordano, G. 1981. Tecnologia del legno. Vol. 1 La materia prima. Torino: UTET
James, W.L. 1988. Electric moisture meters for wood. Gen. Tech. Rep. FPL-GTR-6.
Madison, WI: U.S. Department of Agriculture, Forest Service, Forest Products Laboratory.
UNI EN 13183-1:2003. Umidità di un pezzo di legno segato - Determinazione tramite il metodo per pesata
UNI EN 13183-2:2003. Umidità di un pezzo di legno segato - Stima tramite il metodo elettrico
UNI EN 13183-3:2003. Umidità di un pezzo di legno segato - Stima tramite il metodo capacitivo
Forsén, H. Tarvainen, V. 2000. Accurancy and funtionality of hand held wood moisture content meter. Espoo2000. Technical Research
Centre of Finland, VTT Publications 420.
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