09/10/15

Fenomeni di trasporto "PER NEGATI"

di Ing. Andrea Rattacaso - Versione 1.0 ?

I meccanismi di trasporto di calore, sostanze o velocità avvengono continuamente nella nostra vita eppure, anche tra personale tecnico, spesso ci si imbatte in alcune incomprensioni che vanno a influenzare negativamente l'installazione e la progettazione degli impianti termotecnici.


Queste settimane ho lavorato molto e, non avendo avuto il tempo di scrivere un bel post interessante, ne approfitto per spezzare il ritmo spiegandoti qualcosa che ho imparato all'università e che sicuramente ti servirà nella tua vita professionale e/o privata.

Sono un ingegnere chimico e nei miei studi ho maturato le competenze professionali riguardanti i processi e le tecnologie orientate alla trasformazione chimico-fisica della materia.

Vista questa mia competenza, oggi mi piacerebbe spiegarti con 3 semplici esempi come si trasporta la quantità di moto (velocità e pressione), il calore e la quantità di materia.


Prima di ogni esempio però, è necessario presentare il colpevole di ogni variazione di qualsiasi cosa nell'universo: il secondo principio della termodinamica.

Senza andare a scomodare formule matematiche, una versione personale del secondo principio dice che:
L'energia tenderà naturalmente a spostarsi nella direzione in cui c'è la sua mancanza. 
Non si tratta di un'opinione personale o del frutto di anni e anni di studio: è così in assoluto.

Premesso ciò, eccoti i tre esempi che devi avere ben chiari per comprendere buona parte dei fenomeni fisici del pianeta.

IPOTESI
I seguenti esempi valgono con queste ipotesi:
  • trasporto in regime transitorio (significa ciò che avviene fin tanto esiste una differenza di temperatura, pressione o velocità di un fluido nel tempo);
  • trasporto in fluidi gassosi o liquidi;

Trasporto di quantità di moto

Se in una scatola con un setto di separazione:

  • a DESTRA ho un gas ad alta pressione, con le molecole che logicamente rimbalzano con una certa velocità;
  • a SINISTRA ho un gas a pressione minore di quello di destra, con le molecole che viaggiano a velocità minore.
Appena si apre il setto il gas a pressione maggiore si sposterà verso quello a pressione minore e, per effetto di questo spostamento, quello a pressione minore andrà verso quello a pressione maggiore.

Questo è uno dei motivi per cui si crea il vento: l'aria che si trova in zone del pianeta ad alta pressione si sposterà in zone del pianeta a bassa pressione.

Tutto ciò è espresso dalla Legge di Newton della viscosità.

Trasporto di calore
Sempre con la stessa scatola, dove:
  • a DESTRA ho un gas ad una certa temperatura;
  • a SINISTRA ho un gas a temperatura minore;
Appena si apre il setto il gas a temperatura maggiore si sposterà verso quello a temperatura minore e, per effetto di questo spostamento, quello a temperatura minore andrà verso quello a temperatura maggiore.

Questo fenomeno spiega il moto convettivo dell'aria passante per i termosifoni: l'aria calda che lambisce la superficie del metallo caldo si sposta verso l'aria a temperatura minore (verso l'alto perché l'aria a temperatura più bassa è attirata dalla gravità).

Tutto ciò è espresso dalla Legge di Fourier della conduzione del calore.

Trasporto di materia
Ancora con la stessa scatola:
  • a DESTRA ho un gas costituito da una sostanza A, che per motivi che non posso spiegarti ha una certa energia;
  • a SINISTRA ho un gas costituito da una sostanza B, con molecole che hanno una energia minore;
Appena si apre il setto il gas A si sposterà verso lo spazio del gas B e viceversa, per il semplice fatto che sono diversi.

Il gas A potrebbe essere tranquillamente aria con il 70% di umidità che si mescola con aria al 50% di umidità.

Questo fenomeno spiega il mescolamento di qualsiasi fluido, come enunciato dalla Legge di Fick della diffusione.

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Questi esempi, per ovvi motivi, sono semplificati al massimo ma credo bastino per capire il principio fondamentale con cui l'energia si sposta, valido anche per tutti gli altri restanti tipi.

Non è un caso che la luce si sposti verso il buio.

Anche nella società umana, è facile che una persona forte tenderà naturalmente ad aiutare (o danneggiare) una persona più debole. Anche le razze che si mischiano non sono null'altro che la rappresentazione di due gas che si mescolano naturalmente.

Sperando di averti dato nuovi spunti per capire meglio il tuo lavoro, o la tua normale vita privata, ti aspetto tra 15 giorni con il prossimo articolo.


Rimani sempre aggiornato! 


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