Każdy narciarz wie jak wygląda armatka śnieżna. Szusując na nartach, mijamy je dziesiątki czy setki razy i nie zwracamy na nie uwagi.
Wydaje nam się również, że wiemy jak działają.
Mnie też się tylko wydawało.

Ubiegły tydzień spędziłem na nartach.
Ze względu na oczywiste skrzywienie zawodowe, moją uwagę zwróciło urządzenie zlokalizowane na stoku, kilkanaście metrów za armatką śnieżną, podobne do dużego agregatu klimatyzacyjnego wody lodowej.
No coś tu nie gra – zima, mróz, szeroki ośnieżony stok, za nim las,  a tutaj ktoś, coś chłodzi?
Ale co tu chłodzić i po co chłodzić, jak jest -6 stopni?
Pstryknąłem więc poniższe zdjęcie, z zamiarem późniejszego rozgryzienia tematu.

 

I tak trafiłem na stronę firmy TechnoAlpin.
Okazuje się, że na powyższym zdjęciu jest wieża chłodnicza do schładzania wody.
A woda ta, jest podawana do takiej oto armatki śnieżnej.

 

Pytanie po co ją trzeba chłodzić. Nie jest zimą dość zimna?
I tak zacząłem szukać informacji jak powstaje śnieg i działa armatka śnieżna.

Z pozoru sprawa wydaje się prosta.
Woda pod ciśnieniem podawana jest do armatki, ta z kolei ją rozpyla, a rozpylona woda w powietrzu zamarza i….. mamy śnieg.
O ile zamarza – bo tu jest właśnie haczyk.

Ściągam więc sobie ulotkę armatki śnieżnej by zgłębić trochę temat, a tam znajduję informacje o dyszach nukleacyjnych. (Co za słowo).
Szukam więc dalej…

Wydaje nam się, że woda zamarza w temperaturze 0 stopni i tym warunkiem jest tylko i wyłącznie temperatura.
Otóż nie zupełnie.
Proces zamarzania zapoczątkowany jest zjawiskiem nukleacji czyli tworzenia się zarodka, kryształu lodu.
W „normalnej”, nie destylowanej wodzie, mamy szereg innych związków czy zanieczyszczeń w postaci ciał stałych.
Jeśli mamy temperaturę ujemną, to cząsteczki wody gromadzą się na powierzchni takich zanieczyszczeń, kondensują i przechodzą w lód. Tworzy się zarodek kryształu lodu i zapoczątkowanie tego procesu może zaczynać się już w temperaturze 0 stopni, ale i w niższej.
Np. w destylowanej wodzie, gdzie jej cząsteczki nie mają na czym krystalizować w lód, zjawisko nukleacji czyli w uproszczeniu zamarzania, zachodzi przy -40 stopniach. Tak. W tej temperaturze destylowana woda może jeszcze być w stanie ciekłym

Wróćmy do armatki.
Drobinka wody z niej wystrzelona ma temperaturę od jednego do kilku stopni.
Taka kropelka zaczyna w powietrzu ochładzać się i parować, a na skutek tego jej temperatura spada i zamarza.
Ale nie w 0 stopni. Temperatura tej kropelki, zanim zamarznie, spadnie do tzw. temperatury termometru mokrego. (WT od słów wet bulb czyli mokra bańka)

Cóż to takiego?

To co wisi nam za oknem, to termometr tzw. suchy.
Jak rurkę termometru owiniemy mokrą gazą czy szmatką, to termometr będzie pokazywał nieco niższą temperaturę, bo woda parując z gazy dodatkowo odbiera ciepło.
Im bardziej suche powietrze, tym intensywniej woda paruje z mokrej gazy i tym niższą temperaturę pokazuje termometr.

Różnica termometru suchego i mokrego sięga kilku stopni w zależności od wilgotności powietrza.
Tutaj link do takiego interaktywnego termometru mokrego.
Jest nawet aplikacja na smartfony 🙂

Naszej kropelki nie trzeba oczywiście owijać mokrą gazą bo sama w sobie jest wodą.
W realnych warunkach, dla przeciętnej wody z sieci wodociągowej czy górskiego potoku, woda zamarznie w powietrzu przy temperaturach znacznie poniżej 0 tj. -5 do -10 stopni. (granicą jest temperatura mokra ok. -2 stopnie)
Cała zabawa polega na tym by nie produkować deszczu tylko śnieg i tą temperaturę podnieść.

 

Co ma na to wpływ?
Temperatury zewnętrznej nie zmienimy. Wilgotności również.
Ale zamiast wystrzelić z armatki wodę o temperaturze 4-6 stopni (a taką mamy z potoku czy sieci), możemy wystrzelić ją o temperaturze 0,5 – 1 stopnia.
Kropelka wtedy szybciej zamarznie i nie odparuje z niej aż tyle wody. A więc i śniegu będzie więcej.

I po to właśnie była ta wieża chłodnicza –  typowe urządzenie z branży HVAC.
Takie obniżenie temperatury wody do 0,5 stopnia zwiększa wydajność armatek do 40%.

Ponadto taki śnieg jest bardziej suchy, a tym samym bardziej trwały.
Producenci armatek twierdzą, że śnieg z armatki jest 4x bardziej trwały niż naturalny. A więc tyle dłużej leży na stoku.
I stąd możemy jeździć na nartach do kwietnia 🙂

Jest jeszcze jeden element, na który mamy wpływ.
Do wody dozowane są również dodatki nukleacyjne (czyli takie specjalne zanieczyszczenia).
Chodzi o to, by wodę rozpylić do jak najdrobniejszych kropelek, ale by w każdej takiej kropelce znalazło się jakieś zanieczyszczenie, na którym szybciej powstanie kryształek lodu.

Taka kropelka szybciej zamieni sie w śnieg, stanie się to w wyższej temperaturze i straci ona przy tym mniej wody na skutek parowania.

Kilka słów o parametrach technicznych.
Na 1 m3 śniegu potrzeba ok. 400-500 l wody.
Ilości więc są ogromne. Armatka potrafi połknąć kilkaset litrów wody na minutę.
Do tego dodajmy czasem kilkanaście kW mocy elektrycznej i całą infrastrukturę w postaci sieci rurociągów, zbiorników, stacji uzdatniania itd.
Armatki łączone są w systemy inteligentnie sterowane w oparciu o wbudowane stacje pogodowe mierzą temperaturę, wilgotność i kierunek wiatru.

 

Czyżbym zaczynał rozumieć cenę karnetów???