Neve artificiale e termodinamica: cannone sparaneve

Il riscaldamento globale ha spinto gli operatori turistici ad affidarsi a impianti atti a produrre la neve artificiale nonostante l’elevato costo energetico e ambientale.
Le località sciistiche fondano la loro economia sul turismo degli appassionati che praticano  le diverse discipline sia a livello amatoriale che a livello professionale.

Tuttavia quando per ragioni meteorologiche la neve scarseggia si pone il problema di come ovviare a questo inconveniente che, specie negli ultimi anni, si è verificato con una certa frequenza.

I danni  sia agli operatori turistici che ai tanti che avevano programmato di passare le loro vacanze su piste innevate sono rilevanti.

Già alla metà degli anni ’50 negli Stati Uniti fu presentato il prototipo di macchinario per la produzione di neve artificiale che, dopo numerosi collaudi, diventò perfettamente operativo nel 1950.

Cannone sparaneve e neve artificiale

La produzione di neve artificiale ha comunque un rilevante costo sia per l’elevato consumo di acqua che energetico

neve artificiale 1 da Chimicamo
neve artificiale

Il funzionamento di un cannone sparaneve è concettualmente tenta di riprodurre le condizioni naturali in cui, alla presenza di basse temperature, si ritrovano sospesi nell’atmosfera germi di nucleazione e umidità dispersa. Un cannone sparaneve pompa e nebulizza l’acqua liquida in ingresso e questa poi, sotto forma di piccolissime goccioline d’acqua, ghiaccia quasi istantaneamente al contatto con l’aria a diversi gradi centigradi sottozero (tipicamente al di sotto dei -6 °C, -7 °C) formando così cristalli di ghiaccio.

Il segreto del  funzionamento di un cannone sparaneve è nell’equazione ΔE = q + w

Un cannone sparaneve contiene una miscela di aria compressa e vapore acqueo a circa 20 atm. A causa della grande differenza di pressione tra il serbatoio e l’ambiente esterno, quando la miscela è spruzzata essa si espande così rapidamente che, come buona approssimazione, non si verifica alcuno scambio termico tra il sistema (aria e acqua) e l’ambiente ovvero q = 0.

Ci troviamo quindi in condizioni adiabatiche e pertanto ΔE = w

Poiché è il sistema a compiere lavoro rispetto all’ambiente il segno di w è negativo e quindi vi è un decremento dell’energia del sistema. L’energia cinetica è una parte dell’energia totale del sistema ed è proporzionale alla temperatura assoluta tramite una costante di proporzionalità C:
KE = CT

Si ha quindi che la variazione di energia è data da:
ΔE = C ΔT

Poiché ΔE è negativo anche ΔT deve essere negativo e tale effetto di raffreddamento dovuto al decremento dell’energia cinetica delle molecole è responsabile della formazione della neve. La presenza dell’aria contribuisce ad abbassare la temperatura del vapore acqueo.

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