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Appunti su aria condizionata termoelettrica per veicoli (TE-HVAC o TEAC)

Posted in auto elettriche, hardware by jumpjack on 30 dicembre 2018

Thermo-Electric Heating, Ventilation and Air Conditioning

  1. Experimental validation of the optimum design of automotive air-to-air thermoelectric air conditioner (TEAC) – Alaa Attar, HoSung Lee, Sean Weera
  2. “Vehicular Thermoelectric Applications Session – DEER 2009” – John W Fairbanks – Department of Energy – Vehicle Technologies – Washington, D.C. – August 5, 2009: “total cooling power required to cool the zone of a single occupant is around 630 W while 3.5 to 4.5 kW is needed to cool the entire cabin”
  3. Modeling a Thermoelectric HVAC System for Automobiles,” Journal of Electronic Materials, vol. 38, no. 7, pp. 1093-1097, 2009: “For ambient temperatures of 25°C and 30°C, the conventional auto HVAC system has cooling capacity of five times higher than the thermoelectric HVAC system at the same input power”
  4. Design and Analysis of a Thermoelectric HVAC System for Passenger Vehicles” SAE International, Vols. 2010-01-0807, 2010.”, D. C. D. a. L. J. Wang – Esperimento con 6 celle peltier da 48W l’una (tot 288W): temperatura dell’abitacolo abbassata a 7°C!
  5. Thermoelectric Air Cooling For Cars” – Manoj S. Raut, Dr.P. V. Walke  (grande quantità di dati numerici e formule)

Dalla ricerca 5:

  • Calore specifico aria a 30°C: 1007 J/KgK
  • Densità aria: 1.164 kg/m3
  • Volume abitacolo: 1m3 –> 1.164 kg
  • Temperatura interna: 23°C
  • Temperatura esterna: 30°C
  • Differenza temperatura: 7°C

Per abbassare di 7°C la temperatura dell’aria che esce da un “raffreddatore termoelettrico” di 0.0054128 cm2 di diametro alla velocità di 5 m/s (=0.027064 m3/s = 97 m3/h) servono 222W di “potenza raffreddante” (Qc):

P = m * C * DeltaT

  • m= massa d’aria per secondo = rho * volume/secondo = 1.164 * 0.0270640.031502496 [kg/s]
  • C = calore specifico aria
  • DeltaT = Differenza di temperatura ingresso/uscita

P = 0.031502496 * 1007 * 7 = 222 W

L’autore usa 6 celle di peltier “TEC1-12704” in “disposizione mista serie/parallelo”, ognuna con potenza raffreddante minima di 36W alimentata a  15.4V/4.1A/63.14W (quindi 1:1.75 circa), ma a 12V assorbe invece 3.2A/38.4W

 

Questi i grafici presi da alcune schede tecniche:

Schede tecniche:

 

 

 

 

L’uovo di colombo: il riscaldamento globale esiste, è causato dall’uomo ma non dipende dall’effetto serra

Posted in ambiente by jumpjack on 6 ottobre 2015

La disputa tra chi sostiene che il riscaldamento globale esiste ed è causato dall’uomo e chi lo nega va avanti da anni.

C’è chi dice che l’aumento di CO2 nell’aria è per forza dovuto all’uomo, e che la CO2 impedisce ai raggi infrarossi di lasciare il pianeta.

C’è chi dice che l’uomo non c’entra niente ed è colpa delle mucche e del metano che emettono…

Fatto sta che la temperatura media aumenta, e con essa i fenomeni meteo estremi.

E allora?

Dove sta la verità?

Forse un po’ più in là di dove guardano tutti…

Forse CO2 ed effetto serra sono solo effetti collaterali del VERO fenomeno che sta causando l’aumento della temperatura dell’atmosfera.

Forse l’atmosfera si riscalderebbe lo stesso anche se questi due effetti collaterali non ci fossero!

Sì, perché il calore è energia, e la temperatura è una misura della quantità di calore, quindi se aumenta la temperatura dell’atmosfera significa che aumenta la quantità di calore che essa contiene, ossia la sua energia.

Chi è che sta immettendo energia aggiuntiva nell’atmosfera? Ipotizzando che l’attività solare sia costante da 4 miliardi di anni, se è vero che la quantità di CO2 prodotta dall’uomo non è sufficiente a giustificare gli innalzamenti di temperatura registrati... allora di chi è la colpa?

Il problema sono l’energia da combustibili fossili e l’energia nucleare: in entrambi i casi si tratta di energia “fuori bilancio”, che in natura “non dovrebbe esistere”. Quella dei c.f. è stata immagazzinata in essi milioni di anni fa e così sottratta all’atmosfera; aggiungercela di nuovo ora equivale a creare una macchina del tempo che preleva energia dal passato e la immette nel presente. E col nucleare è anche peggio: l’energia contenuta nell’atomo è stata immagazzinata lì 10 miliardi di anni fa quando si è formato l’universo; una centrale nucleare la tira fuori e la immette in atmosfera!

Sì, perché qualunque macchina o meccanismo utilizziamo, se non utilizza la trazione animale o umana, utilizza una forma di energia; “utilizza” significa che “è attraversata” dall’energia, che viene da una fonte (qualunque) e finisce nell’atmosfera.

Se viene dal Sole, dal vento o dall’acqua, è semplicemente energia che in un modo o nell’altro sarebbe comunque finita prima o poi nell’atmosfera, quindi non c’è nessuno sbilancio. Ma qualunque altra fonte, qualunque fonte non rinnovabile aggiunge calore/energia all’atmosfera.

Quanta energia?

Anni fa ho calcolato che innalzare di 1°C la temperatura dell’atmosfera di tutto il pianeta richiederebbe una quantità di energia pari a 624 milioni di bombe atomiche di Hiroshima da 10 kton.

Da quando sono stati scoperti i combustibili fossili a oggi, quanta energia hanno prodotto?

Molto difficile calcolarlo: bisognerebbe conoscere l’evoluzione dei consumi di MWh elettrici mondiali nel tempo, e l’evoluzione dei mezzi di trasporto; quante auto e per quanti chilometri hanno circolato dal 1800 a oggi? Quanti aerei, quante navi?

Oppure si potrebbe cercare di scoprire quanti barili di petrolio sono stati bruciati in 200 anni, e quanti MWh nucleari sono stati prodotti.

Sembra (http://www.fe.infn.it/venerdi/VENERDIHOME_file/pdf12/Alberti.pdf ) che dal 1950 a oggi il consumo giornaliero di barili di petrolio sia passato da 11 a 86 milioni, che cumulativamente significa 200 miliardi di barili dal 1950 a oggi, più o meno.

Facendo un po’ di equivalenze, risulta che è come se fossero esplose 184 milioni di bombe atomiche di Hiroshima.

Dal momento che la superficie complessiva del pianeta è di 510 milioni di km/2, è come se fosse esplosa una bomba atomica ogni 3 km quadrati.

Non so però se quel grafico si riferisce a barili effettivi o equivalenti, che cioè sommino tutti i tipi di energia.

Questo grafico fa invece la suddivisione in tipi di energia, quindi rappresenta l’energia totale:


http://gailtheactuary.files.wordpress.com/2012/03/world-energy-consumption-by-source.png?w=448&h=269

Stando a questo grafico, i calcoli dicono (eliminando dai conti l’idroelettrico e i biocarburanti) che l’energia totale prodotta finora ammonterebbe a circa 478 milioni di bombe di Hiroshima. Cioè, considerando i miei calcoli precedenti, circa 1°C di aumento di temperatura.


Si dice (http://climate.nasa.gov/system/resources/detail_files/9_c365-2-l.jpg ) che la temperatura della Terra dal 1880 (inizio dell’uso del petrolio) a oggi sia salita di circa 1°C, quindi i conti tornerebbero.

Ma tutto questo porta alla cruciale implicazione che una fonte di energia che credevamo pulita non lo è affatto: l’energia nucleare. Sempre di energia si tratta, e abbiamo visto che ogni forma di energia che non provenga dal sole è energia che va ad aggiungersi nell’atmosfera; riscaldandola; agitandola; e causando disastri.

La mia conclusione è che l’Energia Nucleare è dannosa per l’ambiente quanto lo sono i combustibili fossili; ma con un aspetto molto peggiore: a prima vista appare pulita, silenziosa, inodore, incolore, innocua e perfetta. Ma in realtà non lo sarebbe nemmeno se non esistessero le scorie radioattive e gli incidenti nucleari!