108 3 Il trasferimento di calore Ricordiamo che ln rappresenta il logaritmo naturale in base e, da non confondere con il logaritmo decimale in base 10 indicato con il simbolo log. esempio 3.7 Un tubo di acciaio del diametro interno di = 25,4 mm e spessore s = 4,191 mm è utilizzato in uno scambiatore di calore. La temperatura della parete interna è Ti = 240°C e quella della parete esterna è Te = 80°C. Se la conducibilità è K = 380 W/(m °C) determinare il calore trasferito attraverso una lunghezza di 5 m di tubo. sufficiente riportare correttamente i dati nell espressione (3.15). Inoltre, il rapporto tra i raggi è identico al rapporto tra i diametri e non è necessario convertire le unità di misura in quanto il rapporto è comunque adimensionale. de = di + 2s = 25,4 mm + 2 4,191 mm = 33,782 mm 120 °C 80 °C T = 2 380 W/(m °C) 5m = 1676kW Q = 2 K l de 33,782mm ln ln di 25,4mm 3.3 LA CONVEZIONE La convezione è un meccanismo di trasferimento del calore che si verifica solo se associato ad un trasferimento di massa. Di conseguenza la convezione è il meccanismo di trasferimento caratteristico di fluidi, liquidi e gas, in movimento su una parete solida che si trova ad una diversa temperatura rispetto al fluido. importante precisare che mentre per i solidi è impossibile trasferire calore per convezione, i fluidi possono trasferire calore per conduzione quando la geometria del sistema impedisce i movimenti di massa del fluido. In base alla causa che determina il trasferimento di massa, si possono distinguere due diverse modalità di trasferimento per convezione: n la convezione naturale; n la convezione forzata. Convezione naturale Si parla di convezione naturale quando il trasferimento di massa è causato da una differenza di densità nel fluido, a sua volta determinata da una differenza di temperatura. Un esempio familiare di convezione naturale è costituito dalla piastra di un termosifone (Fig. 3.11b). In questo caso, l aria fredda, a contatto con la piastra calda, comincia a riscaldarsi, la sua densità inizia a diminuire e la spinta di Archimede trascinerà l aria verso l alto. L aria così riscaldata trasferirà il calore lontano dal termosifone. Al contrario, l aria a contatto con una finestra relativamente fredda tenderà ad aumentare di densità rispetto all aria circostante muovendosi verso il basso.