Trasmissione del calore
Si parla di trasmissione del calore quando dell'energia termica transita per effetto di un gradiente di temperatura.
Il gradiente di temperatura costituisce la "forza spingente" affinché ci sia passaggio o trasferimento di calore nella direzione dal corpo a temperatura maggiore, verso un altro che si trovi a una temperatura minore.
Generalità sulla trasmissione del calore
La fisica sotto la branca della termodinamica studia tutti i modi conosciuti fino ad oggi della trasmissione del calore che sono:
Per essere precisi l'unico modo di trasmissione è l'irraggiamento ma per facilità di calcolo e di comprensione (soprattutto in ambito impiantistico) si tende a studiare le sotto componenti convezione e conduzione per poi sovrapporne l'effetto finale.[senza fonte]
La trasmissione del calore può avvenire sia naturalmente (senza spendere energia) che forzatamente (spendendo energia), nel primo caso avviene un trasferimento da un ambiente a temperatura maggiore ad uno a temperatura minore.
Nel secondo caso quando si trasferisce calore da un ambiente a temperatura minore ad un ambiente a temperatura maggiore è necessario effettuare un lavoro con impegno di energia.
Il calore si trasmette anche nel vuoto attraverso le radiazioni solari. Il sole è la sorgente di calore più grande e conosciuta nel sistema solare.
Proprio per la legge della entropia universale e del terzo principio della termodinamica, tutte le energie tendono a degradarsi e tutto va verso un disordine generalizzato, ed il calore trasmettendosi da quelli più caldi a quelli più freddi tende a livellarsi naturalmente ad un'unica temperatura, e si ricorda che il calore è la forma più degradata di energia.
Concetti tecnologici sulla trasmissione
In tecnologia la trasmissione del calore è studiata per tre attività fondamentali che sono di uso comune quasi in tutti gli impianti:
- la conservazione
- la dissipazione
- il freecooling
La conservazione
Il calore prodotto per scaldare una casa o per generare vapore o per fondere due materiali è un calore che ha necessità di essere conservato che quindi non deve essere disperso e lo studio delle coibentazioni è proprio quello di riuscire a trovare materiali con un coefficiente di inerzia termica adeguata al fine di contenere il calore senza disperderlo.
La dissipazione
Spesso si genera del calore in alcuni sistemi che rappresenta un danno ed un problema. Questo calore infatti deve essere dissipato (smaltito) perché manda in temperatura eccessiva il sistema. Questo è il caso dei motori endotermici che si riscaldano e devono essere raffreddati, pena la fusione dei cilindri.
Il freecooling
Il principio del freecooling è quello del libero raffreddamento (dalla parola stessa), un esempio è l'immisione di aria esterna (non trattata ma opportunamente filtrata) che ha come compito di raffrescare degli ambienti; un secondo esempio può essere quello di portare un fluido che viene generalmente raffreddato con gruppo frigo o radcooling in batterie esterne non ventilate che sfruttino la sola convezione naturale. Questo tipo di applicazione è l'alternativa di solo raffreddamento di fluidi o ambienti che diversamente (causa le condizioni esterne che non permettono, temperatura elevata) richiedono l'utilizzo di gruppi frigo.
La trasmissione del calore negli impianti tecnologici
La trasmissione del calore negli impianti tecnologici ha una importanza rilevante perché spesso dove si produce il calore non è il posto dove realmente serve. Nel passato, (ed in parte anche oggi) c'era il camino nelle stanze ed il problema del trasferimento del calore non esisteva in quanto il posto in cui si bruciava la legna (sorgente di calore) coincideva anche con il posto in cui vi era necessità di calore. Oggi il calore si produce con fonti di energia diverse come il carbone, l'energia elettrica, il gas, il gasolio, eccetera ed il luogo dove si produce il calore è spesso lontano per motivi di sicurezza, da dove si ha necessità. Per questo motivo la tecnologia negli anni ha studiato varie forme di vettore per trasferire il calore da una parte all'altra.
I termovettori più utilizzati nell'impiantistica per la trasmissione del calore sono:
Il calore viene ceduto attraverso delle batterie di scambio (scambiatori) al termovettore che viene spostato dalla sorgente di calore fino al posto dove questo calore serve e qui il termovettore lo cede all'ambiente attraverso un nuovo scambiatore.
Esempio di trasmissione forzata del calore
Una caldaia a gas produce del calore attraverso la combustione di un gas (ad esempio metano). Il calore prodotto all'interno della caldaia viene ceduto attraverso una serpentina all'acqua (termovettore), che viene spinta da una pompa (circolatore) attraverso le tubazioni, fino al termosifone, in corrispondenza del quale il calore viene ceduto.
Esempio di trasmissione naturale del calore
Una tazza di latte caldo lasciata riposare sul tavolo (in una stanza le cui finestre siano chiuse, in modo da diminuire gli effetti della convezione forzata) cede nel tempo il suo calore all'ambiente circostante, fino a raggiungere la stessa temperatura dell'ambiente.
Bibliografia
- (EN) R. Byron Bird, Warren E. Stewart; Edwin N. Lightfoot, Transport Phenomena, 2ª ed., New York, Wiley, 2005. ISBN 0-470-11539-4
- (EN) Frank P. Incropera, David P. DeWitt; Theodore L. Bergman; Adrienne S. Lavine, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6ª ed., Wiley, 2006. ISBN 0-471-45728-0
Voci correlate
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