Scambio termico contenitore cilindrico
Buongiorno,
Devo calcolare lo spessore di isolante da applicare ad un serbatoio cilindrico di in determinato volume contenete acqua a 12 gradi. Il serbatoio è posizionato in un luogo dove la temperatura minima è -5 gradi. Come posso fare da un punto di vista analitico?
Devo calcolare lo spessore di isolante da applicare ad un serbatoio cilindrico di in determinato volume contenete acqua a 12 gradi. Il serbatoio è posizionato in un luogo dove la temperatura minima è -5 gradi. Come posso fare da un punto di vista analitico?
Risposte
Bisogna innanzitutto valutare la resistenza termica complessiva R (convezione acqua-metallo serbatoio + conduzione metallo serbatoio + conduzione nel tratto di isolante + convezione isolante-aria ambiente esterno).
Allo scopo servono correlazioni di scambio adeguate (da manuali, libri, Internet), dati geometrici (diametri, altezza), dati relativi ai materiali utilizzati.
Tramite la resistenza termica si può valutare il flusso termico verso l'ambiente esterno e quindi con un bilancio di energia si può definire l'evoluzione del sistema in modo analitico.
Per un sistema chiuso la temperatura dentro il serbatoio non potrà fare altro che diminuire e se il serbatoio è a 1 bar, l'acqua comincerà a ghiacciare a zero gradi nelle pareti più esterne (per cui bisognerà rivedere i coefficienti di scambio e tener conto di uno strato di ghiaccio interno). Il risultato finale è che, dopo un certo tempo, più o meno lungo in base alla coibentazione, l'acqua sarà ghiaccio a -5 gradi. In questo caso il problema richiede di definire un tempo assegnato in cui la temperatura sia oltre una certa soglia e da questa condizione ricavare il valore di R e quindi dimensionare l'isolante.
Per un sistema aperto il bilancio entalpico fornisce un'equazione che invece ha una temperatura di regime diversa da -5 gradi e che dipende da R, dalla portata di acqua in ingresso (ipotizzata uguale a quella di uscita per mantenere il livello) e dalla temperatura dell'acqua in ingresso.
Quindi assegnata una temperatura di regime desiderata si potrà calcolare R e quindi l'isolante.
Allo scopo servono correlazioni di scambio adeguate (da manuali, libri, Internet), dati geometrici (diametri, altezza), dati relativi ai materiali utilizzati.
Tramite la resistenza termica si può valutare il flusso termico verso l'ambiente esterno e quindi con un bilancio di energia si può definire l'evoluzione del sistema in modo analitico.
Per un sistema chiuso la temperatura dentro il serbatoio non potrà fare altro che diminuire e se il serbatoio è a 1 bar, l'acqua comincerà a ghiacciare a zero gradi nelle pareti più esterne (per cui bisognerà rivedere i coefficienti di scambio e tener conto di uno strato di ghiaccio interno). Il risultato finale è che, dopo un certo tempo, più o meno lungo in base alla coibentazione, l'acqua sarà ghiaccio a -5 gradi. In questo caso il problema richiede di definire un tempo assegnato in cui la temperatura sia oltre una certa soglia e da questa condizione ricavare il valore di R e quindi dimensionare l'isolante.
Per un sistema aperto il bilancio entalpico fornisce un'equazione che invece ha una temperatura di regime diversa da -5 gradi e che dipende da R, dalla portata di acqua in ingresso (ipotizzata uguale a quella di uscita per mantenere il livello) e dalla temperatura dell'acqua in ingresso.
Quindi assegnata una temperatura di regime desiderata si potrà calcolare R e quindi l'isolante.
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