Scambi termici

Conduzione

La conduzione è un processo mediante il quale il calore fluisce da una regione a più alta temperatura a un'altra a più bassa temperatura, attraverso un solo mezzo (solido, liquido o gassoso) o attraverso più mezzi a stretto contatto tra loro e non dà luogo a spostamento macroscopico di materia.

Il flusso di calore

Il flusso (Φ) è la quantità di calore che fluisce nell'unità di tempo (potenza).

K è la conducibilità termica ed è costante ed è influenzata da:

• Essenzialmente dalla temperatura
• Dal grado di purezza del materiale; ad esempio, la conducibilità di una lega può essere sensibilmente inferiore a quella dei componenti.
• A seconda che sia considerato un flusso parallelo o perpendicolare; ad esempio, nel caso di materiali cellulari o porosi, in cui la conducibilità diminuisce a causa del potere isolante dell’aria (la presenza di celle contenenti aria o gas può far sì che il calore non venga trasmesso solo per conduzione ma anche per convezione).

Formule

R = L \ k A → (in una parete piana)

R = [ln (r_esterno / r_interno)] \ (2π L k) → (in una parete cilindrica)

Φ = ΔT \ R

Calcolo del flusso di calore

Nel caso in cui le pareti siano composte da più materiali diversi a stretto contatto tra loro è possibile calcolare il flusso di calore che attraversa la struttura, determinando il valore della resistenza totale offerta dalla parete.

Φ = ΔT \ R_tot

La resistenza totale si calcola in modo diverso:

• Resistenze in serie → R_tot = R_cemento + R_str.isolante + R_mattoni. N.B. Nel caso di una parete cilindrica le resistenze sono sempre considerate in serie.
• Resistenze in parallelo → R_tot = (R_B1 * R_B2) \ (R_B1 + R_B2).
• Mista: R_tot = R_A + R_totB1.

W/mK = 0,860 kcal/mh°C

1 kcal/mh°C = 1,16 W/mK

Convezione

La convezione è un tipo di trasporto (di materia ed energia), assente nei solidi e trascurabile per i fluidi molto viscosi, che si verifica quando un fluido entra in contatto con un corpo la cui temperatura è maggiore di quella del fluido stesso.

In queste condizioni si determina l’effetto combinato di trasporto di calore per conduzione e di movimento del fluido. Maggiore è la velocità del fluido e maggiore è l’efficienza del trasporto di calore dalla superficie al fluido o viceversa.

Possiamo dire quindi che il movimento del fluido determina un aumento dell’efficienza del trasporto di calore rispetto al caso di pura conduzione.

Il coefficiente di proporzionalità che prende il nome di conduttanza convettiva (h) non rappresenta una proprietà del fluido. Essa è determinata sperimentalmente e dipende da tutte le variabili che influenzano la conv...