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ⓘ Nebulizzazione




Nebulizzazione
                                     

ⓘ Nebulizzazione

La nebulizzazione è la riduzione di un liquido in parti minutissime, che si ottiene ad esempio facendo scontrare il liquido con un getto daria ad elevata velocità oppure costringendo il liquido a passare attraverso un orifizio avente una sezione di passaggio molto stretta. Tanto più stretta sarà la sezione di passaggio dellorifizio, tanto maggiore sarà la pressione a cui il liquido è sottoposto.

Esistono anche atomizzatori elettrostatici e ultrasuoni, che comunque sono associati a portate molto basse, per cui sono relegati ad applicazioni di nicchia.

                                     

1.1. Descrizione termodinamica del processo Evaporazione del liquido

Una volta che le gocce si sono formate, può intervenire un processo di raffreddamento, dovuto allevaporazione del liquido.

                                     

1.2. Descrizione termodinamica del processo Calore latente di evaporazione

Il processo termodinamico alla base è una trasformazione adiabatica del sistema, per cui lenergia totale del sistema non cambia, ma viene solo trasformata. In sostanza parte dellenergia presente sotto forma di calore detta calore latente di vaporizzazione viene impiegata per fare passare sotto forma di gas lacqua nebulizzata. Allenergia sottratta dal calore latente occorre sommare quella derivante dal calore sensibile o calore specifico, che in genere è molto minore. Ad esempio, per fare evaporare un litro dacqua alla temperatura di 20 °C e alla pressione atmosferica, occorrerà una quota di energia pari alla somma del calore latente e del calore sensibile:

C l = 2272 k J {\displaystyle C_{l}=2272kJ} C s = 4, 186 ⋅ △ T = 4, 186 ⋅ 80 = 334, 8 k J {\displaystyle C_{s}=4.186\cdot \;\triangle \;T=4.186\cdot \;80=334.8kJ} C t = C s + C l = 2606, 8 k J {\displaystyle C_{t}=C_{s}+C_{l}=2606.8kJ}

Come si può verificare, anche se lacqua è fredda, il grosso del contributo al raffreddamento è dato dalla evaporazione termine C l {\displaystyle C_{l}}

Il risultato della trasformazione è una diminuzione della temperatura: infatti sul diagramma psicrometrico si tratta di una trasformazione che avviene lungo la linea di raffreddamento adiabatico.

Quando lincremento dellumidità relativa, dovuto alla vaporizzazione dellacqua, non interessa ad esempio raffreddamento nellindustria di processo, è sufficiente evitare la saturazione dellambiente regolando con un igrostato o sistemi simili.

Quando invece è necessario raffrescare in presenza di animali o persone, allora occorre bilanciare correttamente temperatura e umidità, altrimenti si rischia di non ridurre o addirittura innalzare lindice di calore. Per questo motivo è importante utilizzare sistemi in grado di modulare la quantità di acqua nebulizzata e quindi la trasformazione sul diagramma psicrometrico sullindice di calore o su altre funzioni simili di umidità e temperatura. Esistono degli studi che legano le condizioni di benessere degli esseri viventi allindice di calore e ai valori di umidità e temperatura più in generale.

                                     

1.3. Descrizione termodinamica del processo Effetto del diametro della goccia

La velocità di evaporazione, è inversamente proporzionale al diametro della goccia, secondo la seguente formula, che esprime la superficie di scambio termico in funzione del diametro della goccia, per unità di volume:

A V = 3 r {\displaystyle {\frac {A}{V}}={\frac {3}{r}}}

Ne consegue che riducendo anche di poco il diametro aumenta di molto la superficie, soprattutto quando il diametro della goccia diventa molto piccolo come nel caso della nebulizzazione. Se consideriamo ad esempio, una nebbia con un raggio medio di 10 µm, vediamo che il volume e la superficie di una goccia è di:

V = 4 3 π r 3 = 4 3 π 0.0001 3 = 4, 188 ⋅ 10 − 15 m 3 {\displaystyle V={\frac {4}{3}}\pi r^{3}={\frac {4}{3}}\pi 0.0001^{3}=4.188\cdot \;10^{-15}m^{3}} A = 4 π r 2 = 1, 256 ⋅ 10 − 9 m 2 {\displaystyle A=4\pi r^{2}=1.256\cdot \;10^{-9}m^{2}}

Dunque per atomizzare 1L di acqua in gocce dal raggio di 10 µm occorrono: n = 1 1000 V {\displaystyle n={\frac {1}{1000V}}}

ossia più di 238 miliardi di gocce, che corrispondono a quasi 300 m 2 {\displaystyle m^{2}} di superficie di scambio termico, che rende il processo di evaporazione estremamente veloce evaporazione flash.

Il processo di nebulizzazione avviene per attrito con laria. Per questo motivo è molto importante la velocità con cui lacqua viene a contatto con laria. Questa velocità viene raggiunta mediante il passaggio attraverso i fori microscopici degli ugelli atomizzatori. Poiché il diametro del fori di passaggio è limitato verso il basso dalle tecnologie di foratura attualmente disponibili, per aumentare la velocità dellacqua è necessario aumentare il più possibile la pressione a monte dellugello Maggiore è la pressione, maggiore sarà la velocità di passaggio, minore il diametro della goccia.



                                     

2. Salubrità della nebulizzazione in presenza di esseri viventi

Un aspetto da non trascurare nei processi di nebulizzazione è la presenza e la formazione di cariche batteriche nellacqua ristagnante nella linea, in particolare in tratti di linea esposti allaria atmosferica, quali vasi di espansione, vasche di ricircolo, serbatoi di adduzione. Per ovviare a questo problema è necessario ridurre o eliminare la presenza di tali vasi ed effettuare trattamenti disinfettanti periodici mediante il dosaggio di sostanze chimiche disinfettanti attive su batteri come la legionella. Questo problema è stato citato da quotidiani nazionali con particolare rilievo a luoghi affollati, in quanto la legionella rappresenta un rischio biologico importante può anche causare la morte.

                                     

3. Impieghi

Il processo di nebulizzazione viene utilizzato in iniettori o carburatori per motori di automobili, motociclette, camion e in generale per autotrazione, motori navali o nei getti di carburante nei bruciatori delle caldaie.

In alcune caldaie di elevate dimensioni e potenza, il liquido viene mescolato al vapore per migliorare la sua nebulizzazione ed aumentare la sua temperatura, migliorando il rendimento termodinamico.

La nebulizzazione viene anche utilizzata per raffrescare ambienti esterni; lutilizzo di acqua nebulizzata immessa in aria produce un abbattimento del caldo aumentando lumidità, catturando gli odori, abbattendo le polveri e allontana gli insetti. Questo sistema viene detto "condizionamento per ambienti esterni". La nebulizzazione viene utilizzata, in merito al trattamento dellatmosfera, per micronizzare oltre allacqua composti liquidi attivi in grado di sanificare laria di locali – di dimensioni più o meno grandi – e anche di grandi siti aperti quali discariche. Per sanificazione sintende labbattimento dellinquinamento olfattivo, lallontanamento degli insetti, la riduzione della diffusione di agenti batterici e allergeni per via aerea. La sanificazione dellaria degli ambienti pubblici che si ottiene grazie al processo di nebulizzazione di composti liquidi disinfettanti permette la diminuzione della diffusione di malattie batteriche quali linfluenza e delle allergie stagionali riducendo la quantità di allergeni nellaria.

La tecnica della nebulizzazione può essere anche impiegata nei sistemi antincendio. Una recente tecnica di distribuzione dellacqua nebulizzata è chiamata water mist ; questo tipo dimpianto idrico combina la caratteristica di estinzione propria dellacqua, con la capacità di penetrazione dei gas senza pericolo per la sicurezza dellambiente e delle persone presenti.

Inoltre questa tecnica viene adoperata nellambito del restauro architettonico, per quanto concerne la pulizia di materiali costruttivi da depositi superficiali e croste.