Termodinamica Applicata

Aletta di raffreddamento

aletta

L’aletta di raffreddamento è un prolungamento di una superficie utile allo smaltimento di calore. In un motore il calore della combustione in parte viene convertito in lavoro e in parte viene smaltito per evitare surriscaldamenti. Il meccanismo di dispersione del calore di un motore è per convezione ed in parte per irraggiamento.

In prima approssimazione possiamo trascurare il termine di irraggiamento e considerare solo la convezione naturale o forzata con l’aria circostante. Convezione naturale se lasciato raffreddare spontaneamente e forzata se impiega una ventola. Se la superficie di scambio termico aumenta, si avrà un maggior scambio di calore tra fluido e superficie.

Calore scambiato con aletta di raffreddamento

A volte l’uso di un’aletta di raffreddamento può risultare controproducente. In particolare il seguente rapporto deve essere minore di uno:

(1)   \begin{equation*}\frac{hA}{\lambda P}<1\end{equation*}

In tal caso il flusso termico scambiato in presenza di aletta di raffreddamento è maggiore di quello scambiato con la superficie originale. I termini della precedente relazione sono rispettivamente:

  • il coefficiente di scambio termico convettivo h;
  • la sezione dell’aletta A;
  • il coefficiente di conducibilità termica \lambda;
  • il perimetro della sezione dell’aletta P.

radiatoreAttualmente una valutazione ingegneristica su un’alettatura viene eseguita tramite tecniche agli elementi finiti o ai volumi finiti, cioè con l’uso di metodi numerici. In prima approssimazione si può fare una stima anche su una sommaria interpretazione del fenomeno. La trasmissione del calore avviene quindi prima per conduzione dalla base dell’aletta e poi prosegue lungo l’aletta sia per conduzione e sia per convezione tramite la superficie esterna.

Perché non è stato ancora nominato il raffreddamento a liquido? Il motivo è che parliamo di due sistemi differenti sia dal punto di vista ingegneristico sia dal punto di vista fisico. L’utilizzo di un fluido refrigerante allo stato liquido conferisce al sistema una capacità termica di diversi ordini di grandezza maggiore. In realtà anche in questi impianti viene adoperato l’aletta di raffreddamento…ma certo, nel radiatore! Mai visto il radiatore di una macchina da vicino? E’ composto da tantissime alette che hanno lo scopo di migliorare lo scambio termico tra i tubi del liquido refrigerante e l’aria.

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