In breve: Il calore si sposta in tre modi diversi. Le macchine termiche usano questi scambi per trattare acqua, rifiuti e aria.
Introduzione semplice
Nelle biotecnologie ambientali usiamo macchine che scaldano o raffreddano. Pensa a un bioreattore che tratta acque di scarico. Dentro vivono batteri utili. Questi microrganismi lavorano bene solo a temperature precise.
Per mantenere la temperatura giusta serve controllare il calore. Il calore si muove sempre da un corpo caldo a uno freddo. Questo passaggio si chiama trasmissione del calore.
Spiegazione principale
Il calore si trasmette in tre modi diversi. Il primo modo è la conduzione. Avviene nei solidi, come una sbarra di metallo scaldata a un estremo. Le pareti di un fermentatore conducono calore tra interno ed esterno.
Il secondo modo è la convezione. Riguarda liquidi e gas in movimento. L'acqua calda sale, quella fredda scende. Nei digestori anaerobici la convezione mescola il fluido in modo naturale.
Il terzo modo è l'irraggiamento. Il calore viaggia come onde, senza bisogno di materia. Il sole scalda così le vasche di fitodepurazione esposte all'aperto.
Le macchine termiche sfruttano questi tre meccanismi insieme. Uno scambiatore di calore trasferisce energia da un fluido caldo a uno freddo. Serve per recuperare calore dai fanghi di depurazione.
Esempi / come si fa
Esempio 1 — Digestore anaerobico. Produce biogas dai rifiuti organici. Una camicia esterna con acqua calda mantiene 35-37 °C circa. Qui agisce la conduzione attraverso la parete metallica.
Esempio 2 — Compostaggio aerato. I microrganismi liberano calore durante la decomposizione. L'aria insufflata muove il calore per convezione forzata. Così la massa non si surriscalda.
Esempio 3 — Pastorizzatore per fanghi. Igienizza i fanghi prima del riuso agricolo. Usa uno scambiatore a piastre per scaldare e poi raffreddare. Il calore in uscita preriscalda il fango in entrata, risparmiando energia.
Per progettare queste macchine si misura la quantità di calore scambiato. Si tiene conto della superficie di scambio e della differenza di temperatura.
Parole difficili
- Trasmissione del calore: passaggio di energia termica da un corpo caldo a uno freddo.
- Conduzione: trasferimento di calore dentro un solido, senza spostamento di materia.
- Convezione: trasferimento di calore tramite movimento di un fluido caldo.
- Irraggiamento: trasferimento di calore tramite onde elettromagnetiche, anche nel vuoto.
- Bioreattore: contenitore dove microrganismi trasformano sostanze in condizioni controllate.
- Scambiatore di calore: dispositivo che trasferisce calore tra due fluidi separati.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-chimica-materiali-biotecnologie.fisica-ambientale.cl3.trasmissione-calore.01