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Raffreddamento acqua - Versione stampabile

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Pagine: 1 2

Raffreddamento acqua - BrutalGrinder - 12-09-2012

Ragazzi,
volevo condividere con voi un dubbio. Nel tentativo di raffreddare l'acqua in uscita dalla serpentina per poi rimmetterla all'ingresso (con l'aiuto di una pompa, quindi un sistema a circuito chiuso) mi sono imbattuto in un paio di pagine web molto interessanti (Pagina1, Pagina2) in cui si parla delle proprietà termiche del sale da cucina.
Ho fatto un paio di prove ovvero:
  1. 1) La prova descritta nella Pagina1: funziona alla meraviglia! ho superato i -10°C...
  2. 2) Mettere in 2 bicchieri uguali la stessa quantità di acqua fredda. In uno ho messo 2 cucchiaini di sale. Misuro le temp e vedo che sono pressoché uguali, anzi inizialmente mettendo poco sale, addirittura era + bassa quella senza sale!

Detto questo... secondo voi farei bene a mettere in una pentola di "ricircolo e raffreddamento" ghiaccio+acqua+sale? In che quantità, considerando che poi l'acqua calda scioglierà il ghiaccio?
Forse qualche chimico/fisico può aiutarmi!

RE: Raffreddamento acqua - Devidlà - 12-09-2012

se ho capito bene, tu vuoi fare un circuito chiuso. l'uscita della serpentina dalla pentola con acqua calda passa in uno scambiatore, si raffredda, e torna in circolo in ingresso, giusto?
contando che devi raffreddare circa 23 litri da 100 °C a 25 °C, devi asportare 7227750 Joule, ossia circa 7,3 MJ di calore. (calore specifico H2O=4190J/(kg*K))
se li vuoi asportare, devi portarli da un'altra parte, compito della serpentina. escludendo perdite con l'ambiente, questi li farai assorbire dal sistema acqua+sale+ghiaccio.
preambolo: il ghiaccio sta in equilibrio con l'acqua, a 0°C, finchè non si scioglie tutto. per farlo sciogliere, deve assorbire una quantità di calore pari a 333 kJ/kg.
PENSO che il sistema acqua+sale+ghiaccio non alteri in maniera sensibile questo valore, ma la differenza sta nel fatto che invece di 0°C, il punto di latenza lo puoi avere a -10°C.

ipotesi: diamo per scontato che il sistema acqua+sale+ghiaccio (lo chiameremo serbatorio (termico) 2) sia a -10°C.
dobbiamo trovare il volume minimo affinchè si riesca a portare la temperatura dei 23 litri (serbatoio 1) almeno a 25°C, condizione che si avvera se il serbatoio 2 è in grado di assorbire 7,3 MJ di calore, fino AL MASSIMO alla temperatura di equilibrio tra i 2 sistemi, ossia 25°C oppure inferiore.

riprendendo ciò che ho detto prima, il ghiaccio quando si scioglie mantiene la temperatura del sistema acqua+ghiaccio a 0°C fino a che non si è sciolto tutto, assorbendo una certa quantità di calore, dettata da quei 333kJ/kg.
detto ciò, stendiamo una formuletta:

7300000 = 333000*x + 4190*x*35

dove x è la quantità in kg di acqua (approssimabili ad acqua e sale) e 35 è la differenza di temperatura tra 25 °C e -10°C.

perchè quei 2 addendi al secondo membro:
se non è chiaro, una volta che il ghiaccio è sciolto (ossia ha assorbito 333000*x Joule di calore) la soluzione (ormai solo acqua) comincia a scaldarsi, ed abbiamo imposto che lo può fare fino al massimo a 25 °C, altrimenti lo scambio termico non avviene più. in questa fase l'acqua assorbirà 4190*x*35 J di calore.

risolvendo l'equazione, si ottengono 15.2 kg, arrotondiamo pure a 15.5 kg di acqua e sale, per sicurezza fai 16.
questo sempre se i valori non si discostano molto dal caso di acqua pura.

curiosità: se riesci ad avere il sistema acqua+sale+ghiaccio a -15°C, ti servono 14.6 kg, quindi 15.5, poca differenza alla fine.

edit: non ammazzarmi se non va, spero che l'approssimazione funzioni Big Grin

RE: Raffreddamento acqua - BrutalGrinder - 12-09-2012

Oh-my-god.
Domani mattina cerco di studiarmi tutto quello che hai scritto, per ora mi limito a leggere le ultime 4 righe... Birra

p.s. ma i tempi?

RE: Raffreddamento acqua - PRESIDENTE - 12-09-2012

ok,in soldoni...16 kg di ghiaccio e sale,quanto ghiaccio e quanto sale? poi oltre al ghiaccio ci dovrebbe essere anche acqua,la pompa non aspira il ghiaccio.quindi se i conti sono giusti,si prende il fermentatore (28 lt),16 kg di ghiaccio (per stare tranquilli) ,sale?acqua?
ps: poi comunque bisognerebbe avere una ghiacciaia che contenga 10 bottiglie da 1,5 lt di acqua....

RE: Raffreddamento acqua - Devidlà - 12-09-2012

non prenderti male, di concreto vi sono 2 righe soltanto, scritte tra l'altro a metà Big Grin il resto è la spiegazione Smile
il tempo non lo so, è influenzabile dalla superficie che metti a disposizione per lo scambio termico, dalla portata della pompa e da altri fattori. fai una prova con acqua calda a 100 °C, magari qualche litro, e calcola di conseguenza il volume di ghiaccio e acqua che devi fare secondo il procedimento che ti ho scritto, per vedere se funziona e quali sono i tempi. per sicurezza aumenta la quantità di ghiaccio e sale.
ah una cosa: quei kg che son saltati fuori dal calcolo, devono essere congelati a -10°C come minimo! niente acqua quindi! quella si forma una volta raggiunti i -10°C. se vogliamo essere precisi sarebbe da rifare il calcolo del ghiaccio salato da avere, perchè la serpentina la puoi immergere solo nell'acqua, non nel ghiaccio. e se immergi il ghiaccio salato in una pentola d'acqua con la serpentina vai già a fornire calore al ghiaccio, cosa che non va bene. quindi sarebbe da ricalibrare un pò...
spero di essere stato chiaro, in caso chiedi

RE: Raffreddamento acqua - BrutalGrinder - 12-09-2012

(12-09-2012, 11:36 )PRESIDENTE Ha scritto:  ok,in soldoni...16 kg di ghiaccio e sale,quanto ghiaccio e quanto sale? poi oltre al ghiaccio ci dovrebbe essere anche acqua,la pompa non aspira il ghiaccio.quindi se i conti sono giusti,si prende il fermentatore (28 lt),16 kg di ghiaccio (per stare tranquilli) ,sale?acqua?
ps: poi comunque bisognerebbe avere una ghiacciaia che contenga 10 bottiglie da 1,5 lt di acqua....
Diciamo che mi potrei attrezzare su questo... magari mettendo ghiaccioloni un po' x volta, + acqua fresca (ovvio) sennò la pompa fonde Big Grin
Certo che comunque 10 bottiglie ghiacciate iniziano ad essere un problema. Il fatto è che odio gli sprechi massicci di acqua e anche se ogni tanto butto l'acqua della mia pentola di refrigerazione e la reinserisco fresca x iniziare un "secondo giro" non sarebbe male, quantomeno non ho buttato 150L!

RE: Raffreddamento acqua - Devidlà - 12-09-2012

(12-09-2012, 11:36 )PRESIDENTE Ha scritto:  ok,in soldoni...16 kg di ghiaccio e sale,quanto ghiaccio e quanto sale? poi oltre al ghiaccio ci dovrebbe essere anche acqua,la pompa non aspira il ghiaccio.quindi se i conti sono giusti,si prende il fermentatore (28 lt),16 kg di ghiaccio (per stare tranquilli) ,sale?acqua?
ps: poi comunque bisognerebbe avere una ghiacciaia che contenga 10 bottiglie da 1,5 lt di acqua....

per la prima domanda vi risponderò appena ho tempo, devo riprendere in mano vecchi appunti di chimica Big Grin

16kg di ghiaccio e sale sì, ma come detto prima è da ricalibrare. perchè:
la serpentina la immergi nel mosto a 100 °C (serbatoio 1) e la IMMERGI anche nel sistema a -10°C (serbatotio 2). ma devi immergrgerla, e nel ghiaccio non immergi nulla. dunque il calcolo funziona sì, ma se parti da GHIACCIO appena sotto i -10 °C.

perchè appena sotto: perchè sotto i -10°C il ghiaccio e sale è completamente solido. assorbe calore, e arriva ai fatidici -10°C. a questo punto la temperatura si ferma, e comincia a sciogliersi. da qui il calore che assorbe per sciogliersi, e arrivare poi a 25°C è quello da sottrarre ai 23 litri di mosto a 100°C.
ma siccome abbiamo detto che la serpentina non la immergi nel ghiaccio, ma in una soluzione di acqua e ghiaccio, è da ricalibrare perchè bisogna contare anche quell'acqua a temp. ambiente che vai ad aggiungere per rendere possibile l'immersione della serpentina.
ho pensato che la cosa più fattibile è mettere questa soluzione di acqua e sale in diverse bottiglie di plastica, contenitori etc. congelarli. metterli in una pentola, e sommergerli di acqua. a questo punto sarebbe possibile immergere la serpentina. l'acqua da aggiungere sarà proprio quella che fa ricalibrare tutto, ma la situazione non cambierà molto. appena riesco vi faccio un paio di conti

RE: Raffreddamento acqua - 8gazza - 13-09-2012

Mi ritorna in mente la mia infanzia, il mio piccolo chimico e tutte le sbrodolate fatte!!!

RE: Raffreddamento acqua - beelster - 13-09-2012

scusate, ma se prendete una serpentina di un frigo da un ferrivecchi con tanto di radiatore e la modellate per la pentola non fate prima? un po' di freon e via!

RE: Raffreddamento acqua - BrutalGrinder - 13-09-2012

@Devidlà: Ma infatti io pensavo di congelare delle bottigliette contenenti acqua e sale per poi metterle nella pentola insieme all'acqua (+ fredda possibile ovviamente) ed attivare il circuito. comunque grazie x i mille calcoli, a mente fresca ci sto capendo un po' di +!

@beelster: Ma è + costoso e ingombrante... e + difficile da rimediare!