Del flusso di calore e della capacità termica - una guida raffazzonata.
Di recente nel gruppo dei milanesi su whatsapp si è sviluppata una discussione che vedeva lordbyron e me medesimo contrapposti ad altri due utenti relativa al heat flux, ‘sto parametro che compare in steam engine che si dava per assodato ma a quanto pare non è, insieme a diversi altri principi base della rigenerazione.
In attesa di preparare guide omnicomprensive butto lì un topichino con qualche quote preso di peso dalla conversazione di cui sopra, che aiuterà ad esemplificare i tipici (?) malintesi relativi alla questione.
Per salvaguardare la reputazione dei due vipz users in questione i nickname saranno storpiati in n00bo1 e n00bo2, di modo che a quotes tipo
oOriginariamente Scritto da n00bo1
non sia attribuibile paternità diretta.
Perché la questione non è che
E' che ce l’ho.
Più in dettaglio la questione nasceva da un cambio di materiale (da SS a Ti? Boh, è irrilevante) con un sistema TC come destinazione d’uso. E’ chiaro che se non sono assodate le basi nemmeno il TC sarà stato compreso, ma quello ce lo teniamo per il futuro.
L’heat flux, come indicato da steam engine, si misura in mW/mm2.
Non compare il tempo, non compare il materiale, per cui
Sì, naturalmente, che era il contendere della questione.
A parità di potenza applicata e a parità di diametro e lunghezza del filo* per due coil anche di materiale differente si ottiene dal calcolo il medesimo heat flux, come evidente dalla definizione di heat flux stesso.
*cioè, se i due fili sono del medesimo diametro girare una coil sullo stesso bullone con uguale numero di spire e applicare alle due coil la medesima potenza risulterà nel medesimo heat flux.
D’altra parte [MENTION=397]lordbyron77[/MENTION] di recente postava tabelle interessanti da cui si poteva già evincere chiaramente il fatto: http://www.esigarettaportal.it/forum...a-tp-precision
E quindi?
Forse non era ‘sto flusso di calore l’unico parametro a cui guardare per progettare una coil con un materiale nuovo? No, non lo era ma se ne parla più avanti.
E’ conveniente, per comprendere il concetto e le sue applicazioni, seguire un approccio “storico”. Si tralascia lo svapo in meccanico per cui il heat flux è decisamente importante oltre ad altri parametri che permetteranno uno svapo soddisfacente e soprattutto sicuro. Limitiamoci all’elettronico.
- Stavamo coi provari se andava bene, con la loro regolazione in V.
Steam engine non esisteva, le coil si facevano ad cazzum badando solamente alla resistenza target che si misurava col multimetro – questo sconosciuto- prima di girare la coil.
L’osservazione ovvia: girando una coil diversa era necessario reimpostare la tensione (cambia la resistenza). Come? A naso essenzialmente. Tutti felici.
- Arrivano i device VW.
Il popolo degli svapatori si divide in due fazioni: da una parte chi sostiene che cambi poco (si regolava prima in V, poi in W) dall’altra chi sostiene che sia una rivoluzione copernicana - difatti non sarà più necessario rimodulare la potenza ad ogni coil diversa, cambierà la resistenza ma la tensione corretta sarà calcolata dal circuito per cui il parametro potenza potrà restare inalterato. Alla base: l’idea che un certo valore di potenza sia sufficiente a caratterizzare l’esperienza di svapo.
Era vero? No.
Non lo era e bastava svapare per accorgersene. Qualcuno non saprei dove comincia a ragionare sulle coil e sulla loro geometria, prima suppongo negli states, poi in Italia in giro per altri lidi e infine qualcuno riporta la storiella anche su questo stesso forum: http://www.esigarettaportal.it/forum...-rigenerazione
Il medesimo wattaggio applicato a due coil diverse non può dare i medesimi risultati, è l’idea (corretta) alla base: se due coil sono composte da diversa quantità del medesimo materiale applicare la medesima potenza a entrambe risulterà in esperienze molto diverse: dal surriscaldamento ad uno svapo troppo freddo.
La soluzione: normalizzare il valore della potenza applicata rispetto ad un certo un parametro della coil; sarà questo rapporto il parametro finale da guardare per rendere l’esperienza di svapo riproducibile di coil in coil e di atom in atom (utopia, ma un grosso passo avanti).
Siccome noialtri si vaporizza liquido la scelta cade sulla superficie sviluppata dalla coil: più superficie più potenziale di vaporizzazione, meno superficie meno potenziale di vaporizzazione.
Considerando il filo come perfettamente cilindrico e rispolverando i quaderni delle medie si calcolano le superfici sviluppate dalle nostre coil e la potenza si normalizza rispetto alla superficie; il risultato è un rapporto con unità di misura mW/mm2.
Oggi lo chiamiamo flusso di calore (che sarebbe una grandezza vettoriale ma noi facciamo finta di no e lo trattiamo come uno scalare) o heat flux per farsi belli & internazionali.
Quindi: non sono tensione o potenza i parametri da mantenere costanti per riprodurre l’esperienza di svapo gradita, è il flusso di calore. Evidentemente, se due coil sviluppano superficie diversa e si vuole mantenere costante l’heat flux bisognerà agire sulla potenza, viceversa se resta costante la potenza varierà il heat flux e questo rende conto dell’esperienza diversa e del perché i cavalieri del VW improvvisamente riscoprono l’amore per la geometria, sopito da tempo.
E sì, se due coil sviluppano superficie identica e la potenza applicata è la medesima anche l’heat flux, per forza di cose, è il medesimo, con buona pace di n00bo1 e 2.
Steam engine in aggiunta suggerisce un range di heat flux in cui sarebbe appropriato mantenersi e va bene così, perché no. Ma l’idea originaria era quella di riprodurre l’esperienza di svapo tal quale con coil diverse e addirittura in atom diversi.
ATTENZIONE: NESSUN cambio di materiale strada facendo, in genere, stavamo col Kanthal o con il Nichrome e tipicamente sempre con uno solo dei due.
Il ragionamento fila anche cambiando materiale ma i risultati sono meno goduriosi del previsto.
E veniamo ai tempi odierni, in cui abbiamo Kanthal, acciaio, Ni, Ti, leghe NiFe e quant’altro.
Basta il solo heat flux a caratterizzare l’esperienza di svapo? Nope.
Qualcuno se n’è accorto passando al titanio, con la medesima coil* che a parità di heat flux gli va in protezione mentre quella in SS no e allora o “il TCR dev’essere sbagliato” o c’è qualcos’altro sotto.
*dove per medesima coil intendiamo medesima geometria: diametro del filo uguale, stessa lunghezza, stesse spire, stesse legs, stesso passo – in sintesi stesso bullone, via.
Cambiando materiale cambiano diverse cose, per cui serpeggia la confusione:
Nel dubbio si sparano formulette a casaccio:
nella speranza di mettere alle strette l’interlocutore, ma… no.
Respiriamo e ragioniamo: cambia qualcosa se cambia il materiale?
Sì. Non l’heat flux a parità di potenza ma ben, a questo punto dovrebbe essere chiaro.
- cambia la resistenza finale perché il materiale diverso ha resistività diversa.
La cosa non ci turba, impostata una certa potenza sarà il circuito a calcolare quanti V erogare.
- Cambia il TCR
La cosa non ci turba, sarà ancora una volta il circuito ad occuparsene.
Cambia anche un altro aspetto che qualcuno ha cominciato a notare: la “reattività”.
La reattività cambia fra coil diverse del medesimo materiale (coil con filo 0.50 vs coil con filo 0.15) e cambia chiaramente cambiando materiale: anche con coil identiche.
Steam engine non se lo guarda bene nessuno ma sa pure questo e indica, sibillino, il valore di capacità termica della coil costruita.
Rispolveriamo un vecchio libro di fisica e riportiamo:
[…] nel realizzare queste misure si trova che esiste proporzionalità tra il calore Q scambiato da un corpo, la massa del corpo stesso e la variazione della sua temperatura:
Q = mc (Tfin – Tin)
Dove c è una grandezza caratteristica della sostanza di cui è costituito il corpo, in generale funzione a sua volta della temperatura (occhio!), chiamata calore specifico.
Osserviamo che il calore è una grandezza estensiva, mentre il calore specifico è una grandezza intensiva.
Da (10.8) si deduce cheil calore specifico rappresenta il calore che occorre scambiare con l’unità di massa di una data sostanza, a temperatura T, per farne variare la temperatura di 1K (ovvero di 1°C).Il prodotto C =mc, detto capacità termica del corpo, rappresenta a sua volta il calore necessario per far variare di 1K la temperatura del corpo.
(Interrompiamo prima degli integrali che tanto non ci interessano e nemmeno rileviamo l’esistenza di due calori specifici, a pressione o a volume costanti (legati dalla relazione di Mayer)).
Spesso, anche in testi scientifici, si fa confusione fra calore specifico e capacità termica, ma queste sono le definizioni corrette.
Il calore specifico è una proprietà intensiva, la capacità termica è estensiva, dando per assodato che sia nota a differenza fra proprietà intensive ed estensive.
Per noi: il calore specifico è una proprietà del materiale; per una coil costruita con un dato materiale dal calore specifico la capacità termica si calcola agevolmente a partire dalla massa del materiale e dal suo calore specifico per unità di massa.
Quando si cambia materiale per girare la coil è cambiato il calore specifico per unità di massa, che indica quanta energia è necessaria per far aumentare la T dell’unità di massa di quel materiale di 1K. O di una mole se si usa il calore specifico molare che noi trascureremo.
Questo è il parametro di riferimento che in giro è timidamente indicato come reattività della coil (cioè del materiale). Dal calore specifico steam engine calcola la capacità termica della coil che ci indica quanta energia è necessaria per far aumentare la T di quella particolare coil di un grado.
- Il calore specifico si misura in J/(kg K)
- La capacità termica si misura in J/K
ed eventuali multipli e sottomultipli.
Per una coil realizzata con materiale diverso dal solito l’heat flux ottenuto è dunque identico se la geometria della coil è identica e se è applicata identica potenza ma cambia la reattività della coil, perché è diversa la sua capacità termica, che è diversa perché è diverso il calore specifico del materiale impiegato.
Nota la velocità a cui si fornisce energia alla coil* è possibile calcolare il tempo necessario affinché la coil in esame raggiunga una certa temperatura, che è diverso per coil di materiale diverso perché diverso è il calore specifico del materiale di cui la coil è di volta in volta costituita.
* il testo parla di trasmissione di calore perché il capitolo è il primo della termodinamica e quindi si parla di trasmissione di calore. Noi facciamo passare corrente attraverso la coil e questa si scalda per effetto joule. Per non sbagliare diciamo trasferire energia alla coil che caschiamo bene.
La velocità a cui si fornisce energia alla coil noi la conosciamo, si chiama potenza e si misura in W, cioè in J/s, che è proprio una velocità.
Per un certo delta di temperatura possiamo scrivere:
t=C∆T/P
dove:
t è il tempo necessario per far aumentare la temperatura di una coil di capacità termica C di ∆T applicando una potenza P.
Il tempo t cambia se cambia il materiale di cui è costituita la coil, se cambia la sua geometria e se cambia la potenza applicata.
Notiamo che per cambiamento di geometria possiamo intendere anche la variazione del diametro del filo impiegato ed è istintivamente noto a tutti: una coil realizzata con un filo spesso mostra più inerzia rispetto ad una coil realizzata con un filo più sottile.
D’altra parte abbiamo introdotto il calore specifico e capiamo bene che con materiali dal calore specifico inferiore è tollerabile l’impiego di fili più spessi e viceversa.
Si potrebbe calcolare superficie del filo, volume, massa, pescare da qualche parte il valore del calore specifico ma noi abbiamo steam engine – sempre sia lodato – e sull’onda della pigrizia lasciamo calcolare a lui; simuliamo la tipica coil esplorativa che va di moda: 6 spire e punta da 2.5mm lasciando inalterati gli altri parametri (code, passo) e facciamolo con due fili di diametro 0.50 mm di materiale differente: SS316 e Tigr1.
Per la coil in SS otteniamo una capacità termica di 55.81 mJ/K, per quella in Ti di 32.32 mJ/K. Si intuisce subito che, a parità di potenza applicata, la coil in Ti sarà più reattiva di quella in SS perché è minore la sua capacità termica, ovvero è sufficiente una minore quantità di energia per farne aumentare la T di un grado K. Se la velocità alla quale è fornita energia alla coil (la potenza) è la medesima allora è ridotto il tempo necessario affinché la coil in T veda aumentare la sua T di un grado K.
È, cioè, più reattiva.
Ponendo di trovarci a 20°C e di voler determinare quanto tempo è necessario per portare le due coil di esempio a 240 °C, usando l’equazione di cui sopra otteniamo che la coil in Ti raggiunge i 240 °C in 0.236 e rotti secondi, mentre per la coil in SS sono necessari 0.409 secondi e rotti.
Il tutto tenendo presente che la coil trasferisce energia sotto forma di calore al liquido e che è raffreddata dal flusso di aria prodotto dl tiro, per cui i tempi saranno sicuramente più lunghi e anzi la temperatura target potrebbe non essere raggiunta nemmeno, il che non è di per sé grave.
Ai volenterosi l’onere di sperimentare con steam engine e con i propri polmoni la validità del ragionamento.
Bottom line(s):
- Avevamo ragione noialtri.
- Steam engine è bellissimo & utilissimo, ma va preso con le pinze. Si può certamente progettare una coil sulla carta tenendo conto dei fattori usati finora e da oggi pure della capacità termica (YEAAAAHHHH!!!!), ma va sempre tenuto presente che steam engine fa dei conti ma non conosce il vostro atomizzatore, che non accetta qualunque coil. Penso a quando la gente aveva la malaugurata idea di usare il Ni agli inizi del TC e si vedevano queste orrende coil da nmila spire, di cui almeno metà non ben investita dal flusso di aria. Nella sezione coil wrapping (label advanced) steam engine calcola svariati parametri geometrici della coil, fra cui pure la sua larghezza – buttateci un occhio.
Ora torno a girare la mia coil sempre uguale, sempre dello stesso materiale, sempre sullo stesso atom. E no, non ne conosco il valore di capacità termica e di heat flux ma la faccio andare bene uguale. Che volete, son rimasto indietro.
Rispondi Quotando
c.... una volta si era meno teorici e più pratici, allora mi riallaccio a una vecchia risposta di [MENTION=12329]Zio[/MENTION], veramente si sta più su Escribe/SE che su YouPorn. 
quanto sopra riguarda lo svapo in generale, l'unica applicazione di tutto ciò ad Escribe riguarda solo la determinazione dei watt di erogazione e l'eventuale preheat
comunque sono io il 2, tu sei 1
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