Scaldarsi con qualcosa di più freddo...

Ci troviamo nella cucina di casa. Se vi chiedessi come riscaldare dell'acqua in un pentolino? Cosa mi direste?

Ma è logico! La risposta sarebbe unanime : "E' sufficiente posizionare il pentolino sopra uno dei fuochi del fornello e accendere la fiamma!"

Utilizziamo qualcosa di più caldo per scaldare qualcosa di più freddo...

E allora facciamola un pochino più difficile. Ci troviamo nella cucina di casa, con una temperatura misurata dal termostato ambiente pari a 15°, e fuori di casa ci sono ben 20° perché è una giornata di sole. Se vi chiedessi di riscaldare l'aria della cucina tramite l'aria esterna... cosa fareste?

Ma è logico! Mi rispondereste: "Apriamo la finestra e aspettiamo che l'aria esterna e quella interna raggiungano la stessa temperatura!". Giusto?

Utilizziamo qualcosa di più caldo per scaldare qualcosa di più freddo...

E adesso viene il difficile..... 

Ci troviamo nella cucina di casa, con una temperatura misurata dal termostato ambiente pari a 15°, e fuori di casa ci sono 12° perché è una giornata nuvolosa. Se vi chiedessi di riscaldare l'aria della cucina tramite l'aria esterna... cosa fareste?

Dobbiamo solo escogitare un sistema per scaldare qualcosa di più caldo con qualcosa di più freddo!

Niente? A nessuno viene in mente qualche idea?

In molti mi rispondereste: "E' impossibile! Come faccio a scaldare dell'aria a 15° utilizzando aria a 12°?".

A me è venuta in mente un'idea. Mi è venuta in mente grazie al fatto che pratico una particolare attività: le immersioni subacquee. Come ben sapete, un subacqueo può fare le sue immersioni grazie alla riserva d'aria contenuta nella bombola. Quando porto la mia bombola a farla caricare d'aria, l'operatore fa una semplice operazione: collega la bombola ad un compressore elettrico e quest'ultimo preleva l'aria dall'ambiente circostante e la comprime ad alta pressione all'interno della bombola, in maniera da garantire una certa autonomia in immersione. 

Ebbene... quando si carica una bombola subacquea, l'aria che viene compressa all'interno della bombola si surriscalda, tanto è vero che a volte è preferibile immergere la bombola per metà in un recipiente pieno d'acqua per contenere il surriscaldamento. Il motivo è abbastanza semplice: qualunque gas che viene compresso (compresa l'aria) aumenta di temperatura. Provate a gonfiare la ruota della bicicletta e poi a toccare il beccuccio della vostra pompa: vi accorgerete che è diventato caldo!

Ma allora... utilizzando un certo numero di bombole subacquee e un compressore..... riusciamo in qualche modo a risolvere il problema: scaldare l'aria della cucina a 15° utilizzando l'aria esterna a 12°. Possiamo fare in questa maniera:

1. Ci mettiamo fuori, all'aperto, con le nostre bombole e il nostro compressore.
2. Carichiamo le bombole con l'aria esterna a 12°, che una volta compressa aumenterà notevolmente la sua temperatura: circa 40-50°. Anche la superficie metallica delle bombole avrà più o meno la stessa temperatura.
3. Portiamo le bombole all'interno della cucina e lasciamo che la loro superficie ceda calore all'aria ambiente.
4. Ripetiamo questa operazione più volte (dipende dalla grandezza della cucina) fino a quando avremo scaldato l'aria della cucina a 20°

Come dite? Forse c'è una maniera più semplice?

Sento già nell'aria la domanda: "Ma perché non apriamo semplicemente le bombole, una volta portate all'interno della cucina, e facciamo uscire l'aria calda per ottenere lo stesso risultato in modo più veloce? Perché dobbiamo aspettare che sia la superficie delle bombole a cedere calore all'ambiente?

ATTENZIONE! 

Sarebbe un grave errore.... e vi spiego il perché.

Se comprimiamo l'aria, questa si surriscalda. Ma se facciamo espandere l'aria, questa si raffredda immediatamente!

Se aprissimo la rubinetteria delle bombole (l'aria è compressa al loro interno a 200 bar), l'aria subirebbe un'espansione immediata da 200 a 1 bar (pressione atmosferica) e subirebbe un repentino raffreddamento. Tanto è vero che vedremmo addirittura formarsi della brina sulla rubinetteria di ciascuna bombola!

L'unica maniera di procedere è quella descritta in precedenza. Ci vuole del tempo... sono necessarie tante bombole subacquee e ci vuole un buon compressore! Però abbiamo ottenuto il nostro scopo: riscaldare l'aria della cucina da 15° a 20°, utilizzando l'aria esterna che ha solo 12°. 

Si... avete ragione... forse abbiamo speso un bel pò in energia elettrica per far funzionare il compressore. Ma quello che abbiamo utilizzato è un sistema molto rudimentale e direi quasi "barbaro"! Oggi esiste, per fare questa operazione, una macchina più sofisticata che si chiama POMPA DI CALORE e che funziona sempre con l'ausilio dell'energia elettrica. Il nome "pompa di calore" è significativo e spiega bene l'esperimento che abbiamo sviluppato in questo articolo: pompare calore da un fluido più freddo (aria all'esterno della cucina) ad un fluido più caldo (aria all'interno della cucina). 

Scaldiamo qualcosa di più caldo con qualcosa di più freddo!

Nel prossimo articolo andremo ad illustrare meglio la pompa di calore, le sue caratteristiche e il principio di funzionamento. Per oggi è sufficiente così... abbiamo capito (spero in maniera esaustiva) che con la compressione un gas si riscalda e con la sua espansione viceversa si raffredda!

Fonte immagini: web