CORSO DI IMPIANTI CHIMICI: MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DEL CALORE
TRASFERIMENTO DEL CALORE:
Flusso di energia tra una sorgente e un sistema ricevente
può avvenire tra liquidi, solidi, vapori o sistemi multifase
secondo tre diversi meccanismi:
Conduzione
Convezione
Irraggiamento
EQUAZIONE GENERALE:
Q = K A FM
Q = Calore trasferito nell’unità di tempo
K = Coefficiente di trasferimento
A = Superficie
FM = Forza motrice
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CONDUZIONE
Trasferimento di energia a livello microscopico
Caso semplice di conduzione unidimensionale in stato
stazionario => Legge di Fourier:
Q
k
s
A T
A causa del differente meccanismo di conduzione del calore da
parte di solidi, liquidi o gas ci sono significative differenze nei valori
della loro conduttività termica k.
Variazioni con la temperatura:
Solidi
=> Trascurabili
Vapori / Gas => Crescenti
Liquidi
=> Dipendenti dal liquido
Variazioni con la pressione:
generalmente trascurabili
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CONVEZIONE
Trasferimento simultaneo di materia, a livello macroscopico,
e di energia.
Equazione del trasferimento di calore:
Q hA T
Coefficiente h = f (T, P, fluidodinamica)
Convezione forzata
=> flusso del fluido imposto
dall’esterno
Convezione naturale => flusso imposto dal processo stesso
generalmente a causa di variazioni di densità
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CORSO DI IMPIANTI CHIMICI: MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DEL CALORE
CALCOLO DEL COEFFICIENTE h PER CONVEZIONE FORZATA
=> relazioni adimensionali
Nu = Pr Re
Nu = numero di Nusselt
Pr = numero di Prandtl
Re = numero di Reynolds
h
Nu
kL
Pr
c p
k
Re
vL
Convezione forzata => h funzione crescente di Re
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IRRAGGIAMENTO
Trasferimento di energia attraverso lo spazio, per mezzo di
onde elettromagnetiche.
Tutti i corpi emettono onde elettromagnetiche, quando
queste incontrano una superficie possono essere:
Riflesse
Trasmesse
Assorbite
Le onde elettromagnetiche assorbite vengono generalmente
trasformate in calore.
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CORSO DI IMPIANTI CHIMICI: MECCANISMI DI TRASFERIMENTO DEL CALORE
Corpo nero:
- Assorbe tutta la radiazione incidente ed emette in funzione
della sua temperatura superficiale.
- La radiazione e’ indipendente dalla direzione di emissione
(emittente diffusa).
- Ad una certa temperatura nessun corpo e’ in grado di
emettere, globalmente e ad ogni singola lunghezza d’onda,
una maggior quantita’ di energia.
Energia emessa (Legge di Stefan-Boltzmann):
Q AT
4
Corpo reale:
Emissività’, dipendente da temperatura e lunghezza d’onda,
inferiore a quella del corpo nero ed espressa come frazione di essa.
Energia emessa:
Q AT
4
Calore scambiato tra due corpi reali (a temperatura T1 e T2):
4
4
Q F12 A T1 T2
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