La differenza fra due pressioni, non una pressione
La pressione differenziale è la differenza fra i valori di pressione misurati in due punti di un sistema. Si indica spesso con la sigla ΔP e si esprime nelle stesse unità di una pressione: pascal, millibar, millimetri o centimetri di colonna d’acqua, millimetri di mercurio, bar.
Le unità sono le stesse, la grandezza no. Una pressione differenziale di 20 Pa non dice a che livello stiano i due valori da cui nasce: possono essere 101.320 e 101.340 Pa ai due lati di una porta, oppure due prese di un circuito a venti bar. È una differenza, e come tutte le differenze getta via l’informazione sul punto di partenza.
Il segno conta quanto il valore. Dire che fra un locale e il corridoio ci sono 15 Pa non basta: serve sapere da che parte, perché è il verso a stabilire dove va l’aria quando la porta si apre.
Assoluta, relativa, differenziale: tre zeri diversi
La confusione classica riguarda il riferimento, cioè che cosa lo strumento chiama zero.
- La pressione assoluta è riferita al vuoto: lo zero è l’assenza di gas e il valore non può essere negativo. Per misurarla lo strumento deve portarsi dentro una camera sigillata e svuotata.
- La pressione relativa è riferita all’aria dell’ambiente: lo zero è l’atmosfera del luogo, e il valore diventa negativo quando il fluido sta sotto la pressione ambiente. È la lettura di quasi tutti i manometri.
- La pressione differenziale è riferita a un secondo punto qualunque del sistema, scelto da chi misura.
Le tre non sono grandezze scollegate. La relativa è un caso particolare della differenziale, quello in cui il secondo punto è l’aria fuori dallo strumento, ed è anche il motivo per cui una relativa non si converte in assoluta senza un dato in più: la pressione atmosferica di quel momento e di quel luogo, che sale e scende con l’altitudine e con le perturbazioni e non è affatto una costante.
Come si misura una pressione differenziale
Lo strumento dedicato ha due prese, di regola marcate alta e bassa, e un elemento sensibile unico: una membrana con una faccia esposta a ciascuna delle due pressioni, che si inflette in funzione della differenza. La deformazione diventa poi il movimento di una lancetta o un segnale elettrico.
Due numeri descrivono uno strumento del genere e vengono scambiati di continuo. Il campo di misura è la differenza massima leggibile; la pressione statica di linea è il livello a cui le due prese possono trovarsi. Un trasmettitore con campo da 0 a 500 Pa può essere costruito per lavorare con entrambe le prese a decine di bar: la membrana vede soltanto la differenza, ma il corpo della cella deve reggere tutto il resto.
L’alternativa apparente, misurare le due pressioni con due strumenti separati e sottrarre i risultati, funziona male proprio dove servirebbe di più. Gli errori dei due strumenti si sommano, e quando la differenza cercata è minuscola rispetto ai valori misurati l’incertezza si mangia il risultato: per leggere cinque pascal fra due ambienti che stanno entrambi intorno ai centomila, la sottrazione di due misure assolute non ha nessuna possibilità.
La caduta di pressione attraverso un filtro
Quando un fluido attraversa una resistenza, a valle arriva con una pressione minore. La differenza fra monte e valle è la caduta di pressione e cresce al crescere della resistenza: per questo i filtri degli impianti di ventilazione portano un manometro differenziale o un pressostato, e il segnale di filtro intasato è una soglia superata su quella misura, a portata d’aria costante.
Sulle mascherine chirurgiche il parametro ha un nome normato. La EN 14683 chiama pressione differenziale la misura della respirabilità del materiale e la ottiene aspirando aria a portata costante, otto litri al minuto, attraverso un’area di prova circolare da 25 mm di diametro, pari a 4,9 cm². Il risultato si esprime in pascal per centimetro quadrato e i limiti dipendono dal tipo: sotto 40 Pa/cm² per il tipo I e per il tipo II, sotto 60 Pa/cm² per il tipo IIR, dove lo strato che resiste agli spruzzi aggiunge resistenza al passaggio dell’aria.
Un impiego vicino è la misura di portata per strozzamento. Facendo passare il fluido attraverso un diaframma calibrato si crea fra monte e valle una differenza che cresce con il quadrato della portata, e misurando quella differenza si risale al flusso: è il principio dei misuratori a orifizio e dei tubi di Venturi.
Gli ambienti a pressione controllata
Camere bianche, sale operatorie, locali di preparazione dei farmaci e stanze di isolamento sono progettati mantenendo una differenza di pressione stabile rispetto ai locali attigui. Il verso decide il senso del passaggio d’aria: un locale in sovrapressione la spinge verso l’esterno, uno in depressione la richiama dentro.
Le grandezze in gioco sono piccolissime. La ISO 14644-4, che si occupa della progettazione e della realizzazione delle camere bianche, indica come intervallo tipico fra zone adiacenti di classificazione diversa i 5-20 Pa, e spiega che sotto quella fascia la differenza non resta stabile mentre sopra le porte diventano difficili da manovrare e i flussi si fanno turbolenti. Venti pascal sono un cinquemillesimo dell’atmosfera, cinque pascal un ventimillesimo: valori simili si misurano solo in differenziale, cambiano al passaggio di una persona e si annullano all’apertura di una porta, ed è la ragione per cui questi impianti portano una lettura permanente invece di una verifica periodica.
In cardiologia la stessa espressione indica altro
Chi cerca questo termine trova per lo più pagine di medicina, e vale la pena chiarire l’omonimia. In ambito cardiologico pressione differenziale indica la differenza fra la pressione arteriosa sistolica e quella diastolica, cioè fra il valore massimo e il valore minimo del ciclo cardiaco: con 120 e 80 mmHg la differenziale vale 40 mmHg. Si trova anche con il nome di pressione pulsatoria.
La parentela con la grandezza degli impianti sta solo nel nome e nella struttura aritmetica. Là si sottraggono due pressioni misurate nello stesso istante in due punti diversi dello spazio; qui si sottraggono due pressioni misurate nello stesso punto in due istanti diversi del ciclo. Sono due sottrazioni che portano lo stesso nome e non hanno altro in comune.
