FIRA S.p.A. di Dosso di S'Agostino (Fe) è un'azienda leader nella produzione di scambiatori di calore per applicazioni mobili in macchine heavy-duty (macchine agricole e movimento terra). Il settore dei radiatori ha subito negli ultimi anni l'influsso indiretto delle normative che hanno vincolato le emissioni inquinanti dei motori a combustione interna.
L'esigenza di prevedere sistemi di abbattimento degli inquinanti sempre più complessi ha reso molto affollato il vano motore, imponendo dimensioni via via decrescenti agli scambiatori di calore, pur a parità di potenza termica scambiata. Radiatori più piccoli, ma con le stesse performance di quelli di maggiori dimensioni, ecco la motivazione che ha spinto FIRA a commissionare all'istituto IMAMOTER - C.N.R. la realizzazione di un foglio di calcolo per il dimensionamento dei propri scambiatori di calore.
Ad oggi, FIRA produce diverse tipologie di alettature in grado di interagire con aria, con miscele acqua-glicole e con olio idraulico. Viste le problematiche legate al fatto di lavorare con fluidi diversi (ad esempio la diversa sensibilità della viscosità nei confronti della temperatura) si è reso necessario avere una maggiore chiarezza sulle diverse performance delle alettature nelle diverse condizioni di funzionamento.
Il lavoro ha preso avvio, quindi, da una caratterizzazione termo fluidodinamica delle diverse alettature prodotte da FIRA, sia quelle di recente sviluppo, sia quelle tradizionalmente impiegate nella produzione storica dell'azienda. In questo modo è stato possibile avere una conferma numerica dei miglioramenti ottenuti con le nuove geometrie sviluppate dal reparto tecnico di FIRA.
Il passo successivo è consistito nello sfruttare i risultati ottenuti (in termini di coefficiente di scambio termico e di perdita di pressione) per sviluppare un foglio di calcolo in ambiente Excel che rendesse possibile il dimensionamento delle masse radianti in funzione dell'accoppiamento delle diverse alettature e dei fluidi impiegati nel radiatore.
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Principi Fondamentali della Trasmissione del Calore
Allorché si abbiano due corpi a differenti temperature, la temperatura del corpo più caldo diminuisce, mentre la temperatura di quello più freddo aumenta. La progressiva riduzione della differenza di temperatura deve essere ricondotta a uno scambio di energia, scambio che persiste finché esiste la differenza di temperatura, ovvero quando si raggiunge l’equilibrio termico.
Quando il trasferimento di energia avviene solo a causa di una differenza di temperatura e non viene fatto nessun lavoro dalla oppure sulla sostanza, esso è trattato da una scienza che prende il nome di trasmissione del calore. La trasmissione del calore è in sostanza energia che viene trasmessa in conseguenza di una differenza (gradiente) di temperatura ∆T.
Questo trasferimento di energia viene espresso come quantità di calore q trasmessa nell’unità di tempo t; è un flusso di calore e prende il nome di flusso termico Q = q/t e si misura in W, dal momento che 1 J/s equivale ad 1 W; Q è perciò una potenza termica.
Le modalità principali di trasmissione del calore sono:
- Conduzione
- Convezione
- Irraggiamento: tutte le superfici che si trovano ad una data temperatura emettono energia sotto forma di onde elettromagnetiche.
Fogli di Calcolo Excel per Scambiatori di Calore
I fogli di calcolo Excel possono essere utilizzati per diverse applicazioni nel dimensionamento e nell'analisi degli scambiatori di calore, tra cui:
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- Calcolo dell'efficienza di scambio
- Dimensionamento con il metodo epsilon-NTU
- Gestione dei dati relativi all'area di scambio (Scamb_data_area)
- Gestione dei dati relativi alla potenza (Scamb_data_potenza)
- Calcolo del coefficiente globale di scambio termico (Coef_Glob_U_Trav)
I calcoli delle prestazioni degli scambiatori di calore aria-aria consentono di scegliere il modello che meglio corrisponde alle vostre richieste.
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