In breve: Il calore si sposta in tre modi: conduzione, convezione e irraggiamento. Saperlo misurare aiuta a progettare impianti efficienti.
Cos'è la trasmissione del calore
Il calore passa sempre da un corpo caldo a uno più freddo. Questo accade spontaneamente, finché non si raggiunge la stessa temperatura.
Negli impianti termici questo scambio è continuo. Una caldaia riscalda l'acqua, l'acqua scalda i termosifoni, i termosifoni scaldano l'aria.
Quantificare significa calcolare quanto calore passa in ogni fase. Serve per scegliere bene tubi, scambiatori e isolanti.
I tre modi di trasmettere il calore
La conduzione avviene nei solidi. Le particelle vibrano e passano energia a quelle vicine. Esempio: il manico di un cucchiaio in una pentola calda.
La quantità di calore dipende dalla legge di Fourier. Conta lo spessore del materiale, la sua conducibilità e la differenza di temperatura.
La convezione avviene nei fluidi, come aria e acqua. Il fluido caldo sale, quello freddo scende, creando un moto. Esempio: l'acqua che bolle in pentola.
Qui si usa la legge di Newton. Il calore scambiato dipende dalla superficie, dal coefficiente convettivo e dal salto di temperatura.
L'irraggiamento avviene tramite onde elettromagnetiche. Non serve un mezzo: passa anche nel vuoto. Esempio: il calore del Sole che arriva sulla pelle.
Esempi e calcoli pratici
Un muro di una caldaia perde calore per conduzione. Si misurano lo spessore, l'area e la conducibilità del mattone. Si applica la formula di Fourier per ottenere i watt dispersi.
Uno scambiatore di calore lavora per convezione. Acqua calda cede energia ad acqua fredda attraverso un tubo. Si calcola la potenza scambiata con la portata e il salto termico.
Una stufa a legna scalda anche per irraggiamento. Si sente il calore stando davanti, anche senza toccarla. La legge di Stefan-Boltzmann lega l'energia emessa alla temperatura assoluta.
Nella pratica i tre modi agiscono insieme. Un radiatore scalda l'aria per convezione e gli oggetti per irraggiamento.
Parole difficili
- Conduzione: passaggio di calore tra particelle vicine di un solido.
- Convezione: trasporto di calore tramite il movimento di un fluido.
- Irraggiamento: trasmissione di calore tramite onde elettromagnetiche.
- Conducibilità termica: proprietà di un materiale di lasciar passare calore.
- Scambiatore: dispositivo che trasferisce calore tra due fluidi separati.
- Salto termico: differenza di temperatura tra due punti o due fluidi.
Riferimenti
- Norma: Riordino degli istituti tecnici
- Obiettivo formativo coperto: ob.tecnico-meccanica-meccatronica-energia.meccanica-macchine-ed-energia.cl3.termodinamica.04