torna a speleologia
IL RISCALDAMENTO DEL DISCENSORE (studio di Giovanni Badino)
Il problema del riscaldamento del discensore è abbastanza complesso anche nelle sue linee generali.
Si premette che: il discensore deve dissipare l’energia potenziale che ha lo speleologo in cima al salto, per esempio 10 m: MgH, 80x9.8x10, fa 8000 J.
La capacità termica del discensore (230 g di Al) è circa 210 J/K, quindi ogni 10 m di discesa la sua temperatura sale di 40 °C! Non ci siamo, però l’energia in gioco è proprio questa.Ma qui abbiamo dimenticato il fatto che l’energia termica va sul discensore ma anche sulla corda.
Diciamo che la corda pesa 60 g/m, fa 600 g con capacità termica specifica quasi tre volte maggiore dell’alluminio, capacità termica totale 1300 J/K, quindi l’insieme si scalda di 5.3 °C.
Va meglio, ma ancora non ci siamo.
Chi ha detto che il calore deve andare in modo equilibrato in tutto il sistema? Accadrebbe se venisse fatta una discesa infinitamente lenta e termicamente isolata.Nella pratica accade tutt’altro. L’energia termica sviluppata all’interfaccia tende a propagarsi sia verso la corda che verso il discensore, ma in un modo che dipende dalla temperatura dei due: quella della corda, che scorre, è sempre quella della grotta, quella del discensore va salendo.
Inoltre la propagazione avviene per diffusione termica, quindi per nulla nella corda (e quindi SI FONDE la superficie ma restano intatte le fibre dentro) e con una relativa difficoltà nel discensore.
Quindi al suo interno si forma un gradiente termico che può essere molto notevole e, in pratica, la superficie è caldissima, l’interno resta freddo.
Questo è tanto più accentuato quanto maggiore è la velocità di discesa, cioè la potenza applicata, perché la velocità di diffusione del calore in un mezzo diffusivo è, di fatto, indipendente dalla temperatura applicata.
Per questo se una torta richiede un forno a 200 °C per mezz’ora, non potete sperare di cuocerla in un quarto d’ora a 400 °C... Aumentereste la temperatura alla superficie lasciando praticamente invariata la velocità dell’onda termica interna che la cuoce. Estrarreste un pezzo di carbone crudo al centro.Questo gradiente è tanto maggiore (cioè, nella pratica, “il discensore scotta di più a fine discesa”) quanto minore è la conducibilità termica del materiale. Per questo le pulegge in acciaio “scaldano” (conduttività pari a 1/3 dell’Al) e quelle in titanio sono praticamente inutilizzabili (conduttività pari a 1/11 di Al) se non rallentando la discesa a livelli inaccettabili.
Le pulegge in argento sarebbero il massimo, da questo punto di vista...Ma anche questo approccio non va ancora bene. Com’è che certi discensori, anche leggeri, scaldano meno di altri? O pensiamo addirittura al "Mezzo Barcaiolo"!, che scalda abbastanza poco?
Già, l’energia non è dissipata solo sulla superficie di sfregamento, ma anche all’interno della corda, per attrito fra le fibre, un attrito che dipende dai raggi di curvatura e dalle torsioni cui la sottoponiamo, cose che dipendono dalla forma del discensore.
Il discensore speleo (Dressler) tratta particolarmente bene le corde, ma questo fa sì che il riscaldamento tenda a concentrarsi su di esso. Un freno moschettone non aggiunge solo capacità termica al sistema, aggiunge proprio un piccolo raggio di curvatura sulla corda che le fa assorbire calore.
Se la corda è bagnata il quadro cambia per le meravigliose e misteriose proprietà dell’acqua (assolutamente da leggere http://www.dhmo.org/facts.html )L’energia termica sviluppata la scalda e la fa evaporare. La stessa energia (8000 J) dissipata in una discesa, capace di scaldare il discensore di 40 °C, viene assorbita nell’evaporazione di soli 3.1 g di acqua. Insomma, basta che la corda sia appena appena bagnata, che l’energia termica sviluppata dalla discesa pare svanire. Come in genere avviene in grotta.
Quando non avviene (lunghe calate all’esterno in una bella giornata) insieme alla corda bisogna portarsi l’acqua per bagnarla (nel sacco), stracci bagnati da appoggiare alle guance del discensore (ma a volte anche avere più discensori) e scendere PIANO, in modo che anche l’aria faccia la sua parte.
E poi ricordarsi che l’onda termica va verso l’interno, ma una volta arrivati a terra, al freddo, essa torna fuori.
E quindi uno scende e scalda il discensore, lo raffredda buttandolo in acqua e poi riparte. Ma dentro era ancora caldissimo, l’onda termica che usciva incontra quella nuova che scende, e quindi in pochi metri lui si ritrova il discensore rovente fra le mani, e sulla corda...
In una grotta freddissima e bagnata, con tre pozzi molto lunghi, con questa tecnica sono riuscito ad annerire la corda su cui ero appeso... Eh sì, la termocinetica è molto complicata.Sta di fatto che le velocità medie in grotta sono intorno ai 100 metri di dislivello all’ora, cioè 27 mm/s, più di mezzo minuto per fare un metro.
Roba da bradipi con problemi di mobilità. Tenendo velocità un po’ sopra questa -ed è proprio facile facile... nessuno ci può dire che facciamo ritardare alcunché, e i riscaldamenti cessano di essere rilevanti.
MORALE: In montagna e in grotta per andare veloci bisogna muoversi piano senza fermarsi mai.
