gas refrigeranti scaricati verso il vuoto

Uhmm... sembra un pò un quiz da scuola guida.
La domanda di riserva c'è?

Vabbè ho capito. La domanda è un pò incompleta, direi abbastanza per poter fare una previsione di cosa succede. Il calore è una una bestiaccia come forma di energia già per proprio conto, figuriamoci se ci si mettono pure dei gas.
Comunque, se avete una bombola di R22 enorme di 280 litri di gas liquido. Questo gas si trova alla temperatura di -41°C isolato termicamente dall'esterno e con all'interno il vuoto. Situazione possibile perchè il R22 ha una temperatura di ebollizione di -40.7°C quindi supponiamo che a -41°C sia tutto liquido, nella parte libera della bombola, auspicabilmente più capiente non c'è gas e quindi c'è il vuoto. Anche se 1°C di differenza è un pò come guardare una pentola con dentro dell'acqua a 99°C quindi, c'è del gas che riempie la zona libera della bombola e non c'è esattamente -1Bar ma qualcosa di più. Comunque supponiamo che questo non influenzi l'esperimento.
Che succede quando apriamo la valvola verso l'evaporatore terribile in grado di evaporare 1l di R22 al secondo che è una cosa pazzesca?

1) Raffredda e diventa liquido.
No, direi che liquido è e liquido resta, qualcosa probabilmente esce dal contenitore e probabilmente la temperatura per questo motivo scende scenderà pian piano in ragione della dispersione di calore o resistenza termica del contenitore.


2)Rischia di raggiungere il punto di fusione.

Il punto di fusione da solido a liquido è di -175°C probabilmente se il contenitore è perfettamente isolato o quasi sarà quello che accade alla lunga se lo si lascia evaporare. Questo effetto si ha anche con l'azoto liquido che sta tranquillamente anche più basso di quella temperatura dentro il suo contenitore in atmosfera.

3)La pressione da -1 bar va a 0Bar.

Anche questo avviene se l'evaporatore è aperto dall'altro lato. Il gas evapora ed esce in atmosfera costantemente ad una pressione intorno a 0 bar.

Esistono modelli dettagliati ed esperienza scientifica su quei tipi di gas. I gas da refrigerazione sono miscele di gas sintetiche di cloro fluoro carburi ed il produttore sa vita morte e miracoli di cosa fanno. Oltre naturalmente a conoscere la legge dei gas ecc...

Continua che per ora non so dove vuoi andare a parare. Spero le risposte siano soddisfacenti almeno per ora...

Allora, iniziamo dall'inizio. Voi avete una bombola contenente R22 liquido chiuso da una valvola da questa andate al:



Poi:


Quindi, il contenitore che sta dopo l'evaporatore è sotto vuoto e a -41°C quindi, anche l'evaporatore è sotto vuoto ma a 25°C e ci viene mantenuto tramite ventilatore adeguato?

In questo caso, quando si apre la bombola se si fa uscire il gas liquido, quindi rovesciando la bombola e prelevando il gas dal di sotto, il gas liquido fluisce verso l'evaporatore dove naturalmente evapora fino a raggiungere i 25°C a patto che il flusso sia tale da consentire all'evaporatore lo scambio termico senaza che si ghiacci. Il gas a 25°C va dentro la bombola che sta a -41°C e la riempe portandola alla pressione tipica del freon a 25°C.
A questo punto il gas liquido termina di uscire dalla bombola sotto la valvola e tutto si ferma lì. Il fatto che il contenitore si fosse trovato a -41°C influenza il processo. Se non per il fatto che all'inizio fluisce una maggior quantità di gas per poi espandersi rimandando indietro nella bombola il gas liquido e poi anche qualche bolla di gas caldo. Ovvero, la pressione tenderà a salire più lentamente.
Se il contenitore viene raffreddato in continuazione togliendo calore al gas che è stato riscaldato nell'evaporatore, dentro il contenitore si formeranno delle gocce di gas liquido che cadranno verso il basso. Se cadendo ritornano nell'evaporatore a 25°C queste rievaporano e così via tipo ciclo della pioggia. Se non ce la fanno a ritornare nell'evaporatore allora si istaurerà un ciclo di condensazione evaporazione all'interno del contenitore dal quale il calore viene asportato in continuazione dovuto alla ricircolazione del gas che arriva dall'evaporatore finchè il gas dentro questo serbatoio non si è liquefatto tutto a patto che nella bombola di alimentazione dietro la valvola siano disponibili 280l, più o meno di gas liquido in grado di riempire il serbatoio.
Quando il serbatoio è stato completamente raffreddato e riempito di gas liquido questo potrebbe tentare di ritornare indietro attraverso l'evaporatore riscaldandosi di nuovo e togliendo calore all'evaporatore, oppure tentando di scaldare il contenitore da 280l della stessa misura. Questo, però può succedere solo se il contenitore è mantenuto a -41°C costantemento. Non basta raffreddarlo solo all'inizio quando è vuoto. In pratica avete scoperto la circolazione naturale di un ciclo termico caldo freddo.

Le idee sono poche e confuse, diceva il mio prof di fisica tanto tanto tanto tempo fa...
Non ho ancora capito dove volete andar a parare con quell'arnese nè cosa volete ottenere o dimostrare.
Semplicemente, un gas non è altro che un solido come tutti gli altri che prima è diventato liquido e poi gas. I gas, li chiamiamo gas, i solidi solidi, ed i liquidi liquidi, perchè alla temperatura/pressione ambiente si trovano in questo "stato". Ma, tutto a 0K è solido, ad una temperatura più alta liquido e ad una temperatura ancor più alta gas poi c'è qualcuno che ipotizza il quarto stato della materia sia lo stato di plasma.
Ora parliamo del salto di fase. Un liquido alla temperatura di ebollizione, per il nostro R22 40.7°C, assorbe energia senza che la temperatura si alzi compensando con l'emissione di gas. Ovvero, tu riscaldi il liquido e lui diventa gas senza che la sua temperatura si alzi, finchè tutto il liquido non è evaporato. Viceversa, se tu togli calore ad un gas questo, raggiunta la temperatura di liquefazione cede calore e se tu questo calore lo asporti la temperatura non si abbassa finchè tutto il gas non è diventato liquido. L'equazine dei gas è semplice ed è questa:

P=nRT/V
V=nRT/P
T= PV/nR

Dove:
P= presione in pascal
V= volume in metri cubi
T= temperatura in K
n= è il numero delle "moli" del gas.
R= costante specifica del gas.

Altra cosa importante che spesso sfugge dalla mente è che temperatura e calore sono due cose molto diverse. Il calore è energia e si misura in Joules o WattSec. La temperatura è una causa dell'energia e si misura in K (o anche in °C o °F). Se erogo energia ad un solido un liquido o un aeriforme in un ambiente isolato la sua temperatura aumenta. Se faccio il contrario la sua temperatura diminuisce. La temperatura non è calore, ma solo un indice di quanto calore può contenere una massa di materia a quella temperatura dipendentemente dalla capacità termica specifica di quella materia. Dieci kg di ferro a 25°C contengono più energia che 1kg di ferro a 50°C. Forse son cose che tutti sanno, ma l'esempio era d'obbligo.

Tornando al nostro discorso, se hai un recipiente di R22 a temperatura ambiente vuol dire che all'interno hai gas liquido a 25°C perchè la pressione è di circa 40 bar o 4MPa come ti pare.
Hai detto che lo apri dalla parte superiore e quindi esce gas e non liquido, lasciando uscire solo 1 o 2 litri... questo è un pò vago, perchè il volume del gas varia con la pressione e con la temperatura e quindi non è costante durante la trasformazione. Se si parla di liquido allora la cosa cambia però bisognerebbe saperlo.
In ogni caso, quando apri la tua valvola il gas contenuto nella bottiglia, che è gas perchè è già gassificato dentro la bottiglia esce attraverso la valvola espandendosi e facendo diminuire la pressione, questa riduzione di pressione fa evaporare altro gas dentro la bottiglia facendo raffreddare la bottiglia che trovandosi a 25°C pian piano andra verso i 20-19-18-15-10 ecc... finchè il gas evapora andando a riempire il contenitore sottostante di 280 litri di volume raffreddato. Questo gas, passa attraverso l'evaporatore a 25°C senza praticamente subire nessuno scambio termico, visto che già si trovava dentro la bottiglia a 25°C. Solamente dopo che nella bottiglia la temperatura sarà scesa sotto quella ambiente si avrà uno scambio termico portando il gas a temperatura ambiente assorbendo calore dallo scambiatore/evaporatore in proporzione al delta T.
Il gas riempirà il contenitore raffreddato sotto vuoto di 280l di volume inizialmente con circa 280l di gas mentre il gas che tocca contro le pareti inizia a liquefarsi, visto che la temperatura del contenitore è inferiore a quella di ebollizione anche se solo di poco. Questo, porta ad una riduzione di pressione del gas nel circuito ed altro gas si troverà ad uscire dalla bombola di alimento finchè non chiuderai la valvola. Chiusa la valvola, pian piano il gas dentro il contenitore da 280l si condenserà, a patto che la temperatura al suo interno venga mantenuta costante a -41°C estraendo continuamente calore. Alla fine il contenitore di 280l si troverà con dentro del R22 in parte liquido ed in parte gas con una pressione di pochi Pa.
Non si troverà con tutto il gas liquido perchè la temperatura di -41°C è solo di -0.7°C inferiore a quella di ebollizione e in parte l' R22 gas si troverà dentro l'evaporatore a 25°C che indurrà un moto convettivo nel gas tenendolo caldo. Questo costringerà a sottrarre calore al contenitore di 280l per mantenerlo ai -41°C.

Spero stavolta di aver capito com'è fatto il "bricco".

Calma, che la confusione regna...


Il diagramma pressione/temperatura del freon come degli altri gas esiste eccome e non è difficile da interpretare. Nel manometro che indica la pressione del freon, se stai misurando il freon R22 ed il manometro di misura è per la ricarica di R22 c'è indicato accanto alla pressione pure la temperatura del gas. Nei condotti di refrigerazione dentro c'è solo gas, non c'è aria, quindi, inizialmente sono (e devono essere) sotto vuoto. La pressione del gas è pressione assoluta dentro il tubo ed è valida se nel tubo c'è solo quel gas. Quindi, niente aria. Ovvero, si, tutti i diagrammi che si trovano di corrispondenza sono verso il vuoto dopo che questo è stato riempito dal gas. Normalmente nel set di ricarica ci sono due manometri. Uno per la bassa pressione, uno per l'alta pressione ed in entrambi viene indicata accanto alla pressione anche la temperatura del gas a quella pressione. Ogni gas deve avere la sua tabella. R22 è diverso in pressione/temperatura dal R410a o dal R407 ecc... a causa del fattore "R" della formula che ti ho indicato nei post precedenti.


Calma calma... La gente spara spesso degli spropositi solo per passare per "figo" durante le conversazioni al bar Sport.
Come ho già detto quando un gas si espande assorbe calore, ovvero, un gas si espande perchè ha del calore da assorbire che è più corretto. Il tempo non c'entra, la pressione si. Quando un gas assorbe calore si espande e la pressione aumenta. Leggi il post precedente sull'equazione di stato dei gas, non è una bufala. Il gas assorbe calore in ragione della pressione (e dal tipo di gas ovviamente) il gas si espande perciò in base alla temperatura raggiunta e alla pressione che si manifesta.

PV=nRT

È l'equazione in questione. Il prodotto tra pressione e volume è uguale alle caratteristiche del gas in funzione della temperatura, in ogni momento in ogni punto ed in ogni angolo.
Nel tuo esperimento il gas non alza il volo, non è un piccione, ma è già contenuto nelle due fasi, liquido e gas, dentro la bombola di alimentazione, quindi, quando apri la valvola il gas a pressione, presumibilmente a 25°C si trova intorno ai 10-20kg/cm² (Non sono riuscito a trovare una tabella in italiano, ma solo tabelle in Psig/°F in Italy siamo sempre i primi nella diffusione tecnologica...) esce già caldo a 25°C e si espande, perchè dentro l'evaporatore e dentro il contenitore c'è il vuoto, quindi la sua temperatura scende per il fatto che la tua valvola oppone resistenza al flusso in uscita. Espandendosi toglie calore all'evaporatore che come hai detto è in grado di fornirne a sufficienza per mantenerlo a 25°C. Poi, quando arriva dentro la bombola che fino a poco prima era vuota, il gas cede calore, perchè la bombola è fredda e si contrae riducendo la pressione. Tutto questo mantiene una pressione media che dipende solo da quanto gas ci butti dalla bottiglia di carico. Se si tratta di qualche litro, mentre la bombola da 280l è vuota, e se non estrai calore dalla bottiglia il gas rimane gas e la bombola da 280l si riscalda a causa dello scambio termico che subisce il gas passando attraverso l'evaporatore riscaldandosi. Il fatto che la bombola da 280l si trovi a -41°C non fa un grande effetto perchè è una bombola e non uno scambiatore. Solo il gas che tocca le pareti all'inizio può tentare di fare qualche goccia ma non più di tanto perchè la pressione non è sufficiente e la quantità di gas è poca. Il fatto che prima il contenitore era sotto vuoto non vuol dire nulla. I corpi sono soggetti a gravità anche sotto vuoto, quindi il gas non cade perchè non c'è aria a sostenerlo. Un gas è un gas e come tale si comporta. D'altro canto, se la bombola prima che entrasse il gas era vuota dopo che il gas è entrato non lo è più.


La pressione che assume il gas non è istantaneamente quella di liquido perchè il gas non è istantamente raffreddato. Occorre molto tempo ed una temperatura molto inferiore a quella di evaporazione perchè tutto il gas si condensi e ritorni a regnare il vuoto in quel contenitore.



Se chiudi la valvola dopo che è passato solo qualche litro di R22 (gas e non liquido) vale quello che abbiamo detto. E si dimostra con la semplice legge dei gas perfetti:


http://it.wikipedia.org/wiki/Equazione_di_...ei_gas_perfetti

Non ti dico di crederci ma se ci studi un attimo su, riesci a capire perchè. Se hai qualche dubbio chiedi. Credo che non sia una cosa molto complicata.


La gravità influenza i gas nello stesso modo. Sia che sia presente aria nella mescola sia che non lo sia. Un gas è un gas. Non farti fregare dal fatto che alcuni gas siano più leggeri di altri. L'elio con il quale si gonfiano i palloncini è molto leggero quindi l'aria lo spinge in alto e questo nel vuoto non accade perchè non c'è aria. Ma l'elio rimane elio rimane gas anche dentro una bombola dove c'è solo elio.


In effetti, la "tensione di vapore" è la pressione/temperatura alla quale si raggiunge un equilibrio tra evaporazione e stasi tra la fase liquida e quella gassosa. Quindi se vuoi che il tuo gas evapori, o aumenti la temperatura o diminuisci la pressione. Questi valori li ho trovati dalla tabella che segue per il R12 ed R22. Purtroppo, in Psig e °F.

20°C=68°F
122.5Psig=8.8Bar.

È un pò macchinosa la cosa. Ma puoi fare riferimento a questa tabella:

www.longviewweb.com/pressure.php

Se ti riesce di trovare una tabella in formato europeo postale che fa comodo a tutti quelli che si interessano di gas.

Magari un giorno prova anche a fare l'esperimento anche se è difficile tenere la temperatura dell'evaporatore costante e così anche quella a -41°C della bombola da 280l.

Si e no. Come ho già detto se si lascia entrare nel bombolone da 280l solo qualche litro di gas a 20°C attraverso ad uno scambiatore a 20°C quando il gas entra è a 20°C perchè il calore che ha assorbito nell'espansione l'ha ceduto allo scambiatore che hai detto essere in grado di rimanere a 20°C poi chiudi la valvola che hai detto di tenere aperta per qualche secondo finchè non è passato qualche litro di gas. Quindi se non continui a togliere calore al contenitore c'è il solito scambio termico tra la massa del contenitore ed il gas, raggiunto il bilancio termico, tutto si comporta secondo l'equazione di stato. Se continui a togliere calore dal bombolone allora la temperatura del gas pian piano si riduce e la pressione pure fino al bilancio della medesima equazione. I moti convettivi del gas dovuti alla zona calda dell'evaporatore porteranno sempre gas caldo in alto del bombolone e gas più freddo verso il basso niente di più.



La quaglia vola peggio e vola più bassa, quindi l'avrei portata come esempio nel caso di un gas più pesante...



Tu insisti con il vuoto, ma il vuoto nel circuito c'è prima che tu apra la valvola della bombola un istante dopo non c'è più. C'è il gas che hai lasciato uscire. Anche se il bombolone è di 280l non stai scaricando il gas nel vuoto cosmico. Inoltre, prima di entrare nel bombolone hai detto che il gas lo fai passarre attraverso uno scambiatore evaporatore molto capace. Quindi il gas si espande seguendo la sua curva pressione/volume/temperatura/ moli di gas rilasciate. Il calore assorbito non è infinito, ma solo quello di cui il gas è capace di assorbire espandendosi. Se si sapesse la forma della valvola, la sezione di apertura come varia nel tempo, quanto dura l'apertura, la pressione dentro la bottiglia, le carratteristiche fluidiche del gas, la resistenza termica dello scambiatore, il flusso nello scambiatore, la capacità termica dello scambiatore... con ANSIS o un'altro programma di analisi ad elementi finiti si potrebbe simulare cosa succede. Ma è un lavoro lungo e costoso, oltre alla necessità di realizzare un prototipo per fare delle misure concrete. Alla fine per cosa? Ecco... vorrei sapere per cosa ottenere.


Alcune mescole di gas se sottoposte a forte espansione si comportano come un combustibile che si carbonifica quando riscaldato in assenza di ossigeno, è vero. Non so se l'R22 è sottoposto a queto fenomeno, sicuramente l'R410a lo è. Perciò, la tua espansione non può essere troppo violenta ma come ti dicevo non è facile determinare esattamente cosa succede a quegli estremi se non provi in pratica con adeguata strumentazione. Comunque, per un uso normale non occorre lanciare nel vuoto cosmico una bottiglia di freon e poi sparargli per farla esplodere ed ottenere una espansione immediata di tutto il gas.

Ora, ne abbiamo parlato e straparlato. Mi pare di avere esaurito tutto i discorsi. Ci dici cosa ci vuoi fare con questo esperimento o erano solo discorsi da bar sport?

Jack, giochiamo a carte scoperte.

Ho letto tutti i tuoi post sugli altri forum. Io non sono prevenuto nei confronti di nessuno e di niente, anzi, tutt'altro. Forse ho la presunzione di aver capito dove vuoi andare a parare.
Era meglio se ponevi direttamente la tua domanda fin dall'inizio così non stavamo a parlare dell'accrocchio con la bombola. Quindi, ecco la mia risposta alla tua domanda:

Si, se pò fà ma non conviene.
Lascia perdere tutti i discorsi sul motore, il numero di giri la pressione, il gas ecc... va bene l'R22 come il R407 o il R410 o forse anche l'aria compressa allo scopo. Devi solo fare un circuito con gas, dove da un lato hai un motore a gas progettato come si deve per avere il massimo rendimento con il migliore dei gas adatti allo scopo, non importa quale. Dall'altra un compressore adatto, come prima.
Tra compressore e motore devi mettere il solito contenitore per il gas liquido, dopo un evaporatore che raccoglie energia dall'aria del deserto del Sahara e la butta fuori bella fresca dall'altra parte.
Sotto una piattaforma in mezzo al mare, un condensatore dove viene compresso e raffreddato il gas, dal compressore, per renderlo nuovamente liquido.
Il motore manda il compressore tramite un albero di trasmissione o anche tramite l'energia elettrica generata, se la cosa è sufficientemente grande, esageratamente grande forse potrebbe funzionare. Ovviamente, per avere un minimo di rendimento, visto che il salto è proprio basso le dimensioni devono essere ENORMI e le efficienze da capogiro perchè il salto termico potrebbe essere al massimo 50°C dell'aria meno 8°C del fondo del mare dei posti caldi a sufficienza sopra e freddi a sufficienza sotto, ovvero un delta T di 42°C.

Considera che le turbine ORC ovvero qualcosa di simile a quello di cui abbiamo parlato, funzionano con dei salti minimi di qualche centinaio di °C ma sempre qualche centinaio di gradi.
Ecco il sito con la calcolatrice che ti fa tutti i conti del caso.

www.turboden.eu/en/rankine/rankine-calculator.php

Capisco che quando si ha in testa un'idea non si da retta a nessuno prima di abbandonarla ma si cerca di affinarla e dimostrare che si può fare, ma per toglierti ogni ulteriore dubbio non hai da fare altro che studiare fisica 1 e fisica 2, in particolare la parte sul calore e sulla fisica dello stato della materia, cicli e trasformazioni termiche, rendimento di carnot ecc. Alla fine, capirai da te cosa si può o non si può fare.