Una delle cose che ho imparato durante le lezioni di fisica delle superiori è che gli impianti di aria condizionata sono delle pompe di calore. In poche e semplici parole: non creano il freddo dal nulla, semplicemente trasferiscono un po’ di calore da una parte all’altra.
Se l’aria condizionata raffredda un metro cubo d’aria di un grado, deve scaldare di almeno un grado un altro metro cubo d’aria, o di mezzo grado due metri cubi, o di un quarto di grado quattro metri cubi e così via. Poco male se, come accade per edifici e veicoli, per ogni metro cubo d’aria da raffreddare se ne hanno molti di più da poter riscaldare.
La cosa, almeno mi pare, non vale per le carrozze della metropolitana: l’ambiente è formato dai tunnel, che non mi risultano essere molto più grandi dei treni che vi circolano. Se per avere 10 gradi in meno nella carrozza devo sopportarne 8 in più sulla banchina, l’operazione nel suo complesso mi pare abbastanza inutile.
Quello che ho imparato durante le lezioni di fisica delle superiori è anche tutto quello che so degli impianti di aria condizionata. Sicuramente o questo è un falso problema oppure esiste una elegante soluzione tecnica da tempo adottata.
Umilmente chiedo lumi agli eventuali lettori più informati di me: così, giusto per capire se il caldo torrido mentre si aspetta l’arrivo della metro è una illusione o no.
Mi sembra, da (ex-)fisico, tutto piuttosto sensato quello che dici. Voglio dire: la fisica che descrivi è certamente sensata, e mi sembra anche che sia proprio il fattore principale da considerare per spiegare la termo-/fluido-dinamica della metropolitana.
Del resto non succede solo da noi, ricordo precisamente la stessa sensazione a New York: fuori assolato caldo umido, sotto ancora più caldo e ancora più umidio, e dentro i treni (finalmente) freddo glaciale.
A Milano i primi due climi sono garantiti, raramente può capitare di imbattersi anche nel terzo, che a volte è sostituito da un caldo ancora più umido e insopportabile di un treno coi finestrini ermeticamente chiusi, l’aria condizionata che non funziona e un’affollamento di esseri umani a concentrazioni sardinesche.
nel frigorifero, non c’è massa di aria che si sposta, il calore viene sottratto all’aria interna al frigo grazie ad un liquido refrigerante che si condensa e si espande. il lavoro qui è fatto dal compressore.
un impianto di aria condizionata, quello di casa ad esempio, funziona allo stesso modo: un gas gira nel circuito e raffredda l’aria che viene poi sparata da una ventola verso l’interno della stanza. in questo caso il motore esterno pompa via l’aria calda.
immagino che dovrebbero esserci, nelle stazioni delle metropolitane, dei pozzi di areazione dove l’aria calda sale verso l’esterno, aiutata magari da ventole aspiranti. questo, se la metropolitana è stata costruita ‘dopo’ l’invenzione dell’aria condizionata, altrimenti bisogna tenersi le banchine calde…
tutto condivisibile. un paio di puntualizzazioni:
> deve scaldare di almeno un grado un altro metro cubo d’aria
all’incirca: per essere puntigliosi, non è detto che il calore che scalda una sostanza da 15 a 16 gradi sia lo stesso di quello che la scalda dai 16 ai 17.
> o di mezzo grado due metri cubi
questo è più problematico: la temperatura non è additiva. grossomodo devi tenere conto che la temperatura si può interpretare come energia cinetica, che questa è additiva tra particelle ma è quadratica nelle velocità, per cui aumentare il volume di gas o aumentare la temperatura hanno effetti che scalano diversamente; e poi ci sono altri motivi.
Purtroppo il concetto di temperatura è molto scomodo, e infatti i fisici non sono mai a loro agio con la temperatura. Il problema è capire che non tutto scala proporzionalmente in fisica. Non si può fare studi sulla portanza di un ponte di stuzzicandenti sperando che, a parità di legno, i risultati opportunamente riscalati valgano per i ponti sui fiumi. La temperatura sostanzalmente misura una dilatazione (pensa al mercurio), ma rispetto a tante più interessanti entità fisiche (come l’eneriga) ha un rapporto antipatico.
oppure porti il progetto della metropolitana su scala asiatica, dove d’estate avrai fresco decente in stazione, clima gelido nelle carrozze e caldo implacabile all’aria aperta… probabilmente scaricano il peso sociale del caldo sul povero passante indifeso e senza income degno di nota. saluti f.
L’appunto di tomate potrebbe essere tradotto in: “non parlare di temperatura spostata, ma di calore spostato, e il tuo ragionamento sarà molto meno impreciso per questioni come il fatto che l’aria si dilata a temperatura maggiore (e dunque è pericoloso parlare di volumi) e cambia calore specifico (e dunque un grado di differenza è diverso a 26 o a 36 gradi).”
Visto che siamo in vena di puntualizzazioni, faccio notare che una pompa di calore non può avere efficienza uno, e dunque per “spostare” un’unità di calore (non di temperatura) da dentro a fuori devo necessariamente scaldare ulteriormente il fuori (con effetto peggiorativo rispetto al problema in oggetto di questo post).
Secondo me, quantitativamente, e relativamente al problema della metropolitana, è più rilevante questo punto rispetto a quello del calore specifico (la storia dei volumi la considero un’imprecisione perdonabile nel “confondere” temperatura e calore): quanto è diverso il calore specifico dell’aria fra 26 e 36 gradi?
Che dire di quelli che sul bus con impianto di condizionamento che funziona aprono il finestrino. E per farlo sono capaci di smettere di telefonare.
non sono mai riuscito a capire cosa ci sia di sensato in fisica (Fisica 2 l’ho passata scrivendo esattamente l’opposto di quello che mi pareva sensato, dopo un anno di nasate qualcosa si impara), quindi passo.
L’unico modo per capire se il caldo in metro sia un’illusione o no, per un fisico, sarebbe di misurare. Possibilmente a parità di altre condizioni. Dal punto di vista teorico, potremmo stare a parlare di gradi e di volumi di aria spostata per giorni senza risolvere molto. Comunque, credo che il problema sia concreto; e che per risolverlo, almeno a Roma, negli anni passati siano stati fatti dei lavori di aggiornamento dei pozzi di areazione. Se la cosa abbia funzionato, non so dirlo in modo oggettivo. Devo dire che anche prima dell’introduzione dell’aria condizionata, i tunnel della metro erano sempre surriscaldati e umidi, rispetto all’esterno. Semplicemente, scarsa circolazione d’aria.
Anni fa ho progettato il sistema di comunicazione di alcune metropolitane per conto di Ansaldo Trasporti. Proprio in relazione al caldo bestiale all’interno dei tunnel, mi mostrarono uno studio che avevano effettuato su varie linee, tra cui la Rossa e la Verde di Milano, in cui si vedeva come la temperatura, dall’avvio del servizio, tendesse a salire fino ad arrivare ad una temperatur di circa 12 gradi superiore a quella esterna, per poi stabilizzarsi, con minime oscillazioni.
La maggior parte delle linee prese in esame non aveva i treni climatizzati, quindi l’aumento di temperatura non dipendeva dall’estrazione del caldo dalle vetture. Le cause sono, ovviamente, il calore prodotto dai motori e dai freni, oltre che dai passeggeri: ricordo che ognuno di noi dissipa circa 100 W. Non sono tantissimi, ma moltiplicati per i passeggeri di una linea fanno una quantità impressionante.
Malgrado tutte le analisi, comunque, non erano riusciti a capire perché la differenza tra esterno e tunnel tendesse asintoticamente a 12 gradi.
Per quanto riguarda il volume d’aria nei tunnel e nelle stazioni, bisogna tener conto che esistono potenti sistemi di aspirazione, che provvedono ad uno scambio consistente di aria con l’esterno: non è possibile, quindi, considerare la metropolitana come un sistema termicamente chiuso.
@hronir: Vedo che anche tu conosci bene le metropolitane milanesi!
@Hiro: Non mi risultano adeguamenti al sistema di ventilazione per l’aria condizionata dei treni.
@tomate: Ecco cosa succede a interrompere gli studi alle superiori: si scrivono cavolate!
Il concetto di calore mi sembrava complicare inutilmente il discorso, e mi son detto “se parlo di quantità costanti, va bene anche la temperatura”. Non avevo pensato al diverso calore specifico e (vergogna!) al fatto che i gas si espandono!
Spero che il mio professore delle superiori non passi di qui!
@f.: Non è che i passeggeri della metro siano meno poveri e indifesi dei passanti in superficie…
Se non facesse così caldo, guiderei una ribellione di passeggeri e passanti contro i SUV che circolano e, essendo macchine nuove, non pagano neppure l’ecopass!
@Juhan Perfidus: Spesso fa più fresco abbassando il finestrino…
@.mau.: Credo che molti pensino lo stesso della matematica.
@keplero: Direi che misurare (e non fidarsi di impressioni e ragionamenti astratti) è l’unico metodo in generale, non solo per un fisico! Che poi i filosofi spesso non lo facciano, è un altro discorso…
@Daniele Pons: Molto interessante!
Mi incuriosirebbe sapere se con l’arrivo dell’aria condizionata la differenza di temperatura è aumentata o è rimasta stabile.
E se ci fosse una spiegazione più semplice? Dopotutto, scendendo in metropolitana ci si avvicina all’inferno!
@galliolus: In quel caso, basterebbe una benedizione del buon Tettamanzi per guadagnare qualche grado.
E poi, a Milano il vero inferno è in superficie 😉