La correzione della risalita muraria con i sistemi elettrici, le centraline e gli apparati autoalimentati

Da alcuni decenni sono disponibili in commercio diverse tecniche e sistemi che impiegano correnti elettriche, onde elettromagnetiche e impulsi elettronici con lo scopo di contrastare le cause della risalita nelle murature. Nonostante le spiegazioni sul loro funzionamento siano talvolta oscure e nebulose, si tratta di metodologie che in alcuni casi possono avere una certa efficacia. In questo articolo cercheremo di chiarire i principali aspetti di queste recenti soluzioni.

 

I sistemi elettrici per contrastare il fenomeno dell'umidità di risalita nelle murature

L’elettricità e il magnetismo in tutte le loro forme sono stati oggetto di indagine e di studio in Europa fin dal tempo dei greci e successivamente dei romani. Ancor prima, già nell’antica Cina oltre 4000 anni fa il fenomeno del magnetismo, venne correlato al dinamismo universale delle forze vitali descritte dal simbolismo universale dello YIN/YANG (maschile/femminile). 

La spiegazione delle proprietà di attrazione/repulsione tra le polarità magnetiche fu considerata un anello interpretativo tra le relazioni che intercorrono fra la materia animata e quella inanimata. Molto più recentemente invece, si è scoperto che l’elettricità può generare il moto di una soluzione all’interno di un mezzo poroso, permeabile e non conduttore.

L’elettrocinetica è quella parte dell’elettrologia che studia i fenomeni elettrochimici, fra i quali si annoverano l’elettrosmosi e l’elettroforesi, i quali avvengono sulla superficie di separazione delle due fasi liquida e solida. 

 

Gli impianti elettrosmotici 

Il fenomeno dell’elettrosmosi fu osservato per la prima volta nel 1807 dallo scienziato tedesco Ferdinand Friedrich von Reuss, professore di chimica dell’Università di Mosca, il quale pubblicò due anni dopo l’articolo scientifico dal titolo Notice sur un nouvel effet de l'électricité galvanique.

 

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Figura 1 - Particolare di un impianto elettrosmotico (immagine gentilmente concessa da Daniele Stevoli).

 

È da precisare che il prof. Reuss era un medico e che le sue scoperte erano relative alle applicazioni di tali metodiche in campo sanitario. Tuttora l’elettroforesi è ampiamente utilizzata nei laboratori di analisi, in campo farmaceutico e in quello medicale. Il fenomeno dell’elettrosmosi venne brevettato e sfruttato per la prima volta in Svizzera nel 1946 per il prosciugamento di terreni imbibiti d’acqua mediante l’infissione nel suolo da drenare di due elettrodi, tra i quali viene applicata una differenza di potenziale continua e costante. L’acqua si sposta dall’elettrodo positivo verso quello negativo, asciugando così il terreno. 

La tecnica viene impiegata prevalentemente in campo geotecnico e nel settore estrattivo. Il fenomeno consiste nel movimento del liquido presente all’interno di un supporto poroso, per mezzo di una differenza di potenziale elettrica continua e costante. Se la costante dielettrica è superiore nella fase liquida rispetto a quella solida, il movimento avviene dal polo positivo a quello negativo e viceversa. La quantità di liquido spostata è proporzionale all’intensità della corrente che attraversa il materiale poroso ed è indipendente dalla sua sezione e dal suo spessore. 

Sempre in Svizzera è stato poi brevettato nel 1962 l’impiego dell’elettrosmosi con lo scopo di correggere il fenomeno della risalita muraria, applicando una tensione elettrica continua sulla muratura tramite dei conduttori elettrici. Le porosità di un materiale murario sono quasi sempre costituite da materiali silicei, aventi formula minima SiO2, nella quale la costante dielettrica ε è pari a 4,3 mentre quella dell’acqua è di 80,37 a 20°C (con tendenza all’aumento al ridursi della temperatura). L’inversione della risalita avviene attraverso una tensione che si oppone a quella spontaneamente presente sulla muratura.

In Italia la tecnica si è diffusa intorno agli anni ’80 secondo due metodologie:

  1. elettrosmosi attiva, che prevede l’utilizzo di una tensione  elettrica continua da convogliare sulle murature, generata da  un’apposita centralina alimentata dalla rete;
  2. elettrosmosi passiva, che invece consiste nel connettere elettricamente la base muraria con il fronte di risalita (cioè l’altezza massima raggiunta dall’umidità sulla muratura) per mezzo di conduttori elettrici, creando perciò una sorta di cortocircuito.

Il concetto di quest’ultima soluzione è quello di sfruttare la differenza di potenziale elettrico naturalmente esistente fra la base muraria e il fronte di risalita, per generare un effetto equilibrante andando a invertire il fenomeno. Nella pratica si è poi osservato che l’elettrosmosi attiva è molto adatta per prosciugare i supporti porosi completamente impregnati d’acqua abbassando il loro contenuto di umidità fino a un certo valore limite che non può essere ulteriormente ridotto poiché tale tecnica basa il suo funzionamento sulla conduzione elettrica della muratura che è all’incirca proporzionale al contenuto di umidità. 

Praticamente l’intensità del fenomeno dipende in misura diretta dalla conducibilità elettrica della muratura e diventa sempre meno efficiente man mano che l’umidità si riduce ma non potrà mai abbassarla oltre un certo valore.

L’elettrosmosi passiva invece non ha mai dato risultati soddisfacenti nella pratica perché la differenza di potenziale elettrico verticale presente in una muratura deriva dal flusso dell’umidità di risalita ma la tensione generata può arrivare al massimo a qualche centinaio di mV (millivolt) e non è in grado di invertire il fenomeno. Le tensioni tipiche di esercizio degli impianti di elettrosmosi attiva sono nell’ordine di qualche Volt, al massimo 12 e di pochi mA (milliampere) di corrente, al massimo 8 per ogni metro lineare di parete e i conduttori impiegati devono essere di materiali molto resistenti alla corrosione come il titanio o le fibre di carbonio, in passato si utilizzavano gli acciai inossidabili.

La tecnica dell’elettrosmosi viene utilizzata sempre più raramente a causa degli elevati costi di impianto, della necessità di manutenzione a causa della corrosione degli elettrodi e della possibilità che si verifichi l’elettrolisi dell’acqua con generazione di ossigeno atomico estremamente corrosivo per i materiali costituenti l’edificio. In passato gli impianti elettrosmotici sono stati utilizzati anche per effettuare la desalinizzazione delle murature tramite “lavaggio elettrosmotico” che consiste nell’impregnare con acqua i materiali inquinati dai sali indesiderati e allontanare la soluzione per mezzo della tensione elettrica.

 

Le centraline elettroniche

Le centraline elettroniche, dette anche “elettrofisiche”, sono degli apparati ad emissione di onde elettromagnetiche, basati su un diverso principio di funzionamento rispetto ai sistemi elettrosmotici.

Nei sistemi elettrosmotici si sfruttano le correnti indotte da tensioni continue, che sono in grado di trasferire le molecole d’acqua all’interno del mezzo poroso, ed hanno gli elettrodi a contatto del supporto. Funzionano quindi in corrente continua per conduzione elettrica e realizzano un circuito chiuso. Le centraline elettroniche invece, agiscono attraverso l’emissione di onde elettromagnetiche con frequenze cicliche pulsanti, che hanno l’effetto di far vibrare le molecole d’acqua adese alle superfici dei pori, rendendo più deboli le reciproche forze di attrazione elettrostatica.

 

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Figura 2 - Centralina elettronica per la correzione della risalita muraria.

 

Si tratta di due tecnologie completamente differenti che sfruttano principi fisici diversi. Nelle particelle cariche le tensioni continue inducono spostamenti, mentre le tensioni alternate causano vibrazioni e oscillazioni. Le tensioni continue hanno degli effetti completamente diversi da quelle cicliche, le prime spostano le cariche mentre le seconde non le spostano ma le fanno vibrare.

Le centraline elettroniche funzionano per emissione di onde cicliche e più precisamente di onde cicliche pulsanti, diverse da quelle alternate sinusoidali. Il primo apparato del quale si ha notizia è stato brevettato in Austria nel 1986. La tecnologia si è poi evoluta fino ai giorni nostri, sostanzialmente attraverso la modifica delle frequenze di risonanza degli oscillatori. Gli apparati a emissione di onde emettono un campo elettromagnetico di bassissima intensità, per mezzo di un circuito LC risonante spesso realizzato con degli oscillatori al quarzo. 

 

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Figura 3 – Schema di circuito LC risonante.

 

L’emissione elettromagnetica è costituita da un’onda quadra pulsante, diversa dalla sinusoidale alternata della tensione di rete, avente una frequenza portante a 141 kHz, ed una modulata che spazia fra i 30 e gli 80 Hz, attenuata con delle modalità ben precise.

Da queste pulsazioni hanno origine numerose armoniche successive alla fondamentale, conseguenti alle frequenze emesse. Gli effetti di questa particolare forma d’onda sono tali da creare nelle immediate vicinanze del dispositivo, delle interazioni complesse con le cariche elettriche presenti all’interno delle porosità murarie. A causa della perturbazione indotta, il sistema organizzato delle molecole d’acqua adese alle superfici dei pori, assume una nuova configurazione più instabile, con le forze attrattive meno intense. Al momento non sono disponibili in letteratura tecnica degli studi approfonditi sull’esatto meccanismo di azione dei dispositivi ad emissione di onde, ma è verosimile che questi operino attraverso degli effetti capacitivi.

 

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Figura 4 - Schematizzazione di un’onda quadra pulsante con cicli tutti positivi, dove si evidenziano l’onda portante e quella modulata. La distanza fra due cicli, cioè due onde successive, è il periodo, mentre la frequenza è il numero di periodi al secondo.

 

Probabilmente agli effetti capacitivi si sommano degli ulteriori effetti di interferenza e risonanza, aventi luogo fra le superfici dei pori e le molecole d’acqua che si trovano a contatto. L’azione delle centraline elettroniche è assimilabile a tutti gli effetti ad un radiodisturbo, dove un apparato di emissione genera una gamma molto ampia di frequenze variamente distribuite, atte a disturbare un campo elettromagnetico, inducendo degli effetti di risonanza ed interferenza alle sue frequenze specifiche. 

In elettronica la tecnica descritta prende il nome di “jamming” ed ha origini militari dove viene tuttora ampiamente utilizzata, nella guerra elettronica (EW) e nelle contromisure elettroniche (ECM). Gli effetti a distanza si trasferiscono lungo la muratura e non come si ritiene erroneamente, per emissione sferica in aria. Infatti, come risulta da esperienze condotte in passato, se l’apparato non è posizionato a diretto contatto della parete, ad esempio se viene appeso al centro della stanza, non esercita alcun effetto sull’umidita, nonostante sia perfettamente funzionante. 

Quindi è il muro che diventa il conduttore, attraverso il quale si trasmette la perturbazione delle forze di adesione dell’acqua sui pori. L’apparato crea un disturbo che disorganizza le molecole d’acqua adese alla superficie dei pori, rispetto alla loro configurazione spontanea inizialmente stabile. L’oscillazione indotta dalla centralina genera un effetto domino squilibrante capace di disorganizzare progressivamente la condizione di stabilità creatasi precedentemente. La vibrazione indotta dall’apparato sulle molecole d’acqua, si trasferisce lungo tutta la parete, per lunghezze variabili fra i 13 ed i 17 metri lineari, agevolando la riduzione dell’umidita sul mezzo poroso. Perciò le onde degli apparati ad emissione non invertono la risalita, non modificano le cariche, non spostano i potenziali e non eliminano l’umidita. Rendono solo meno efficace il legame elettrostatico esistente all’interfaccia acqua-superficie del poro, favorendo l’evaporazione e limitando il trasferimento in ingresso di nuova umidità per diffusione di superficie. 

Le emissioni generate dalle centraline elettroniche hanno effetto sull’umidita insatura presente sulle murature, come ad esempio quella diffusiva superficiale e quella igroscopica, ma non sono efficaci in presenza di capillarità, perciò, sul menisco e dove vi sia dell’acqua liquida. Questo perché la debole vibrazione indotta dalle onde elettromagnetiche delle centraline non ha alcun effetto sulle intense forze di tensione superficiale del menisco liquido.

I dispositivi in commercio hanno l’aspetto di piccole scatole in plastica (vedi Figura 2), sono alimentati dalla rete domestica a 220 V o in bassa tensione, ed hanno un consumo variabile fra gli 1,5 ed i 5 W. Non hanno necessita di manutenzione e non risultano nocivi per la salute umana. L’intensità di emissione elettromagnetica è particolarmente bassa ed è abbondantemente al di sotto dei limiti imposti dalle attuali normative. 

Generalmente vengono installati sulle pareti portanti dell’edificio, ad altezze variabili fra i 2 ed i 2,50 metri rispetto al pavimento. La potenza irradiata da questi dispositivi varia fra i 18 ed i 28 mW (milliwatt) alle frequenze citate in precedenza.

 

Gli apparati autoalimentati

Gli apparati autoalimentati sono costituiti sostanzialmente da una o più antenne e da un condensatore.

Contrariamente alle centraline elettroniche, i sistemi autoalimentati non hanno bisogno di apporti esterni di energia elettrica per funzionare, in quanto utilizzano le onde elettromagnetiche presenti nell’ambiente circostante. Il fatto non deve stupire, poiché già alla fine dell’800 furono costruite delle radio prive di alimentazione elettrica, dette radio a galena, che utilizzavano la stessa energia delle onde ricevute per far funzionare gli apparati. Avvalendosi delle energie emesse naturalmente dal sottosuolo terrestre e dalla volta celeste, i sistemi autoalimentati ottengono degli effetti significativi nell’eliminazione dell’umidita muraria. 

Questa relativamente nuova categoria di apparati utilizza le emissioni elettromagnetiche naturali di origine geologica e geofisica, convertendole in segnale elettrico e convogliandole all’interno del muro. Da diversi millenni si fa uso della bussola, sapendo che il suo funzionamento è correlato ai campi naturali terrestri. I dispositivi autoalimentati sono costituiti fondamentalmente da una o più antenne riceventi passive, generalmente a forma di spirale, o comunque adeguate alla frequenza del campo elettromagnetico proveniente dal sottosuolo e dallo spazio, oltre che alla frequenza del segnale che si intende generare. I primi apparati di questo tipo sono comparsi in Francia e in Svizzera negli anni ‘80. Successivamente sono state sviluppate delle altre antenne simili anche in Austria e Germania.

I dispositivi di concezione più datata erano costituiti da tre antenne a Spirale di Archimede, dove ciascuna di esse era capace di captare frequenze diverse, in particolare nel campo delle UHF, delle VHF, e delle MO (microonde). Attraverso degli artifizi elettronici, gli apparecchi di questo tipo sono in grado di ricevere e trasdurre (trasformare) emissioni con frequenze variabili da 10 kHz fino a 3 GHz.

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