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La fisica della lavatrice. Ghiaccio secco o scherzetto?

Perdendo un po’ di tempo sulla rete tra una PCR e l’altra, mi sono imbattuto in due articoli che mi hanno intrigato per il loro titolo: lavare piatti e vestiti senza acqua e detersivo1. “Wow” – ho pensato – “avranno implementato una nuova tecnologia aliena per emulsionare i grassi?”. Ho incominciato a leggere incuriosito e non ho potuto fare a meno di pensare che se avessi detto alla mia prof.ssa di Matematica e Fisica al liceo (classico) le corbellerie che ho letto, mi avrebbe rimandato a settembre senza pietà2.
Ma andiamo ad analizzare la faccenda un po’ più a fondo.

“La soluzione per i disadattati della lavatrice potrebbe essere un nuovo modello portatile “Orbit”che non richiede di essere collegata alla rete idrica perché non utilizza acqua ma ghiaccio secco e che, dopo l’uso, potete mettere nel rispostiglio.”

Il processo di criopulizia è un processo che sfrutta il ghiaccio secco, ossia anidride carbonica solida, proiettato ad alta velocità. I meccanismi di azione sono 3:

  1. Meccanico: I pellet di ghiaccio secco vengono accelerati nella corrente d’aria compressa e colpiscono a una forte velocità le incrostazioni che in tal modo vengono asportate.
  2. Termico: A seguito della bassa temperatura del ghiaccio secco (-79° C), l’incrostazione diventa friabile, crepa e quindi si stacca dal supporto.
  3. Sublimazione: Quando colpisce una superficie, il ghiaccio secco “sublima”, passa cioé dallo stato solido a quello gassoso. Ció provoca una dilatazione del suo volume di ben 700 volte che fa “esplodere” le incrostazioni.

Il ghiaccio secco è un elemento non abrasivo grazie al quale non vengono intaccati gi strati sottostanti e possono essere pulite superfici delicate, come acciaio, alluminio, ottone, materiali verniciati, e così via. Una volta esercitata la sua azione, il ghiaccio secco sublima, passando dallo stato solido allo stato gassoso, e non lascia alcun residuo.

Bello, bellissimo, strafigo, ma… come si produce il ghiaccio secco?
L’anidride carbonica, o biossido di carbonio, è un gas incolore che costituisce circa lo 0.03 % dell’intera atmosfera terrestre. La CO2 passa dallo stato gassoso a quello liquido (liquefazione o condensazione) se portata ad una pressione di circa 200 bar. In questo modo viene facilmente trasportata in bombole. Come la stragrande maggioranza dei gas (non tutti), quando la CO2 si espande si raffredda: ergo, se collego una bombola di CO2 a 200 bar ad una scatola (Dry-Ice box) e apro la bombola, il gas espandendosi si raffredderà e si ottiene il passaggio dallo stato liquido a quello solido (solidificazione), sotto forma di neve carbonica. Questa neve, per mezzo della pressione della bombola tarata a 6 bar, si concentra nella camera d’espansione fino a formare un blocco di ghiaccio secco oppure può essere prodotto, a livello industriale, con impianti di pressatura oleodinamici.
Chiunque sia stato per qualche periodo della sua vita in un qualsiasi laboratorio scientifico, prima o poi ha avuto a che fare con il ghiaccio secco e sa benissimo che non si prende a mani nude perché può provocare ustioni da freddo (la sua temperatura è di -78,6 °C).
Appare evidente che a casa è un tantinello complicato tenere del ghiaccio secco (se non il tempo necessario ad ottenere qualche effetto speciale a capodanno o a qualche festa per bambini). Innanzitutto, anche considerando l’effetto serra, l’anidride carbonica nell’aria è talmente poca (circa 400 parti per milione) che non posso semplicemente prendere un compressore e comprimere l’aria. Se volessi produrmi il ghiaccio secco che mi serve dovrei procurarmi: una bombola di CO2 (che non si compra proprio al supermercato); una macchina che mi faccia espandere l’anidride carbonica e mi formi il ghiaccio secco;  poi mi ci vuole un frigorifero a -80°C

o un contenitore quanto più adiabatico possibile per conservarlo… Insomma sono cose che nello stanzino proprio non ci stanno… E queste cose ciucciano un bel po’ di corrente.

Non è un prodotto tossico, svolge un’azione batteriostatica e fungicida, quindi è l’ideale per essere impiegato per un lavaggio accurato. Non dimentichiamo che grazie a queste proprietà, da anni trova impiego in diversi contesti, come quello della conservazione alimentare.”

Beh… “non è tossico” mi pare un po’ poco per un gas asfissiante… Certo non è tossico come il suo cugino monossido di carbonio, ma il biossido di carbonio è un modulatore negativo del legame ossigeno/emoglobina. Infatti, a biochimica, ci hanno insegnato che è proprio la sua maggiore concentrazione nei tessuti periferici ad indurre il rilascio dell’ossigeno. Certo, ci sarebbe anche l’effetto Bohr, ma lasciamolo stare per ora…
Come sapevano bene i nostri nonni, in una cantina dove sta fermentando il vino si entra sempre con una fiamma tenuta ad altezza di ginocchio: la fermentazione alcolica del mosto produce anidride carbonica, la sua densità è maggiore di quella dell’aria, per cui la CO2 tende a stratificarsi sul pavimento. Se la fiamma si spegne, significa che è meglio che scappi dalla cantina o morirò asfissiato, perché l’ambiente è saturo di anidride carbonica e l’emoglobina ne è ghiotta. Ora se questi elettrodomestici funzionano a ghiaccio secco, o sono dotati di una cella a -80°C oppure il ghiaccio secco, prima o poi sublimerà saturando l’ambiente dove l’elettrodomestico è collocato.

“Orbit è anche una soluzione ecologica al consumo di risorse perché non usa acqua e detersivi e lava tutto in pochi minuti. Sfrutta una reazione chimica del biossido di carbonio (più noto come ghiaccio secco) che altro non è che anidride carbonica allo stato solido. Ad una certa pressione sublima in forma gassosa e il getto, ad altissima velocità, provoca l’eliminazione dello sporco dagli indumenti. Dopo aver esaurito il suo potere pulente il gas si ritrasforma in ghiaccio secco per numerosi altri utilizzi“.

A parte il fatto che una transizione di stato è una trasformazione fisica e non chimica, ma chi ci sta in questa lavatrice? Dobby, l’elfo domestico di Harry Potter? Il gas, da solo, si ricomprime a 200 bar, si espande in una camera di espansione a 6 bar e di ricondensa in ghiaccio secco! Mi deve essere forse sfuggito che qualcuno ha dimostrato che il II principio della termodinamicaè una cagata pazzesca” come la corazzata Potemkin e che Lord Kelvin, Clausius e Carnot avevano gelato alla nocciola al posto del cervello. Il moto perpetuo non esiste! Qualcuno o qualcosa dovrà compiere un lavoro (e consumare energia) per fare questa cosa. Mai sentito parlare di compressori (esattamente quello che fa il frigorifero di casa… comprime il gas con il compressore, lo fa espandere, si raffredda e assorbe il calore all’interno del frigorifero)? Harry Potter è un libro e non è sufficiente agitare una bacchetta magica urlando “Reducto” per far condensare un gas. Senza contare il fatto che se i sistemi fossero sempre ermeticamente chiusi e senza perdite, perché io devo ricaricare l’aria condizionata nella mia automobile ogni estate?

“La lavatrice è alimentata da una batteria a forma circolare al cui interno è collocato il cestello. La batteria crea un campo magnetico che sposta il cestello attirandolo a sé e poi, quando la resistenza cala, il cestello cade, questo movimento dall’alto al basso e da un angolo all’altro, permette di “lavare” e asciugare il bucato”.

E anche qui sembra magolamagamagia… Nulla si crea e Lavoisier lo sapeva bene, visto che ci perse la testa per fare ‘sta scoperta!3 Trattasi di banale solenoide alimentato da un generatore di corrente continua, volgarmente chiamato batteria (dai su… non ci vuole un diploma alla scuola RadioElettra….) che quindi induce, non crea, un campo magnetico. Il tutto è probabilmente collegato ad un relé, che staccando periodicamente la batteria, fa cessare l’induzione. Il campo elettrico e quello magnetico sono interconnessi mediante le equazioni di Maxwell, non c’è alcuna creazione dal nulla!

Tuttavia all’autore, sul finale, qualche dubbio viene…

“Questa nuova lavatrice solleva tuttavia parecchi dubbi: anche se il consumo di acqua e detersivi è azzerato c‘è comunque il consumo energetico per caricare la batteria e quello per raffreddare il cestello al punto di ritrasformare il gas in ghiaccio secco, infine ci si domanda se il campo magnetico creato possa essere sufficiente a provocare il movimento del cestello all’interno dell’anello e, infine, quanto il gas possa danneggiare, nel lungo periodo, le componenti della lavatrice o fuoriuscire nell’aria.”

Gli sarà apparso in sogno Lord Kelvin a ricordargli il II principio della termodinamica?

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1http://www.tuttogreen.it/la-lavatrice-che-lava-senzacqua/
http://www.tuttogreen.it/dualwash-una-lavastoviglie-che-lava-senzacqua/
2All’esame di maturità del 1993 al Liceo Ginnasio Jacopo Sannazaro di Napoli ho portato Storia e Matematica….e poi mi sono laureato in Chimica. Immaginate che prof. ho avuto (facevamo compiti in classe di matematica così come le versioni di latino e greco e la prof. ha bocciato a settembre solo per la matematica….).
3Umorismo macabro per ricordare che Lavoisier fu ghighiottinato durante la Rivoluzione francese.

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Scritto da Giuseppe Cardillo Pubblicato il 31 ottobre 2012

 

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