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Come viene trasferito il calore?

Compressed Air Wiki Thermodynamics Basic Theory Physics of Air Compressors

La termodinamica è un campo molto interessante della fisica, specialmente per approfondire la conoscenza dei compressori dell'aria. Facendo seguito alla precedente introduzione alla termodinamica, questo articolo descrive il trasferimento del calore.

Come viene trasferito il calore?

modalità di trasferimento del calore

Qualunque differenza di temperatura all'interno di un corpo oppure fra sistemi o corpi diversi dà origine a un trasferimento di calore, fino al raggiungimento di un equilibrio termico. I trasferimenti di calore possono avvenire in tre modi diversi:

  • per conduzione
  • per convezione
  • per irraggiamento

Nelle situazioni reali, i trasferimenti di calore avvengono simultaneamente in tutti e tre i modi, ma non in ugual misura.

Formula del trasferimento di calore per conduzione

La conduzione è il trasferimento di calore mediante contatto diretto fra le particelle. Essa si verifica fra corpi solidi o strati sottili di un liquido o di un gas. Gli atomi che vibrano cedono parte della loro energia cinetica agli atomi adiacenti che vibrano in misura minore.

Formula del trasferimento di calore per convezione

La convezione è il trasferimento di calore fra una superficie solida calda e il fluido adiacente (gas o liquido) fermo o in movimento, rafforzato dal rimescolamento fra le varie parti del fluido in questione. Essa può presentarsi sotto forma di convezione libera, a seguito del movimento naturale che si produce all'interno di un mezzo a causa delle variazioni della densità dovute alle differenze di temperatura, ma anche sotto forma di convezione forzata, nei casi in cui il movimento del fluido è causato da agenti meccanici come ventole o pompe. A causa delle velocità di miscelazione più elevate, la convezione forzata dà luogo a trasferimenti di calore nettamente maggiori.

Trasferimento di calore per irraggiamento

L'irraggiamento è il trasferimento di calore attraverso lo spazio vuoto. Tutti i corpi con una temperatura superiore a 0 °K emettono calore in tutte le direzioni tramite la radiazione elettromagnetica. Quando i raggi di calore incontrano un corpo, parte della loro energia viene assorbita e trasformata in calore che riscalda il corpo in questione. I raggi che non vengono assorbiti attraversano il corpo stesso o vengono riflessi da esso. Nelle situazioni reali, la trasmissione del calore è data dalla somma del trasferimento simultaneo per conduzione, convezione e irraggiamento.

La trasmissione di calore in uno scambiatore di calore dipende in ciascun punto dalla differenza di temperatura prevalente e dal coefficiente di trasferimento termico complessivo. Per descriverla occorre utilizzare una differenza logaritmica media di temperatura invece della differenza aritmetica lineare di temperatura ΔT.

 formula della differenza logaritmica media di temperatura

La differenza logaritmica media di temperatura è definita come la relazione fra le differenze di temperatura in corrispondenza dei due lati di collegamento dello scambiatore di calore secondo l'espressione:

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