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Titolo: Lungo : consulenza scambiatore inverso aria-acqua

Consulenza e controllo calcoli.
 
Ho ritrovato una coppia di ventilatori assiali vortice punto 
ghost MG 90/3,5''
 
Alimentazione: 230V - 50 Hz
Potenza assorbita: 18W
T_massima uso continuativo: 40 °C
Corrente assorbita: 0,1A
Temperatura ambiente massima: 40 °C
Giri al minuto: 2450
Portata d'aria: 65 mc/h - 18 L/s
Pressione: 2,1 mm/H2O - 21 Pa (NdR : minchia che poco ... ! ! !)
Diametro: 92,5 mm
Profondità: 92 mm
Peso: 0,45 Kg
 
Bene ora aggiungo una selezione di dati sull'aria secca
 
densità dell'aria :  1,225 kg/m³.
calore specifico aria : 1,005 kJ/(kg·°K)
Cp (0 °C) = 1,0037  kJ/(kg·°K)
Cp (10 °C) = 1,0041  kJ/(kg·°K)
Cp (15 °C) = 1,0043  kJ/(kg·°K)
Cp (20 °C) = 1,0045  kJ/(kg·°K)
Cp (30 °C) = 1,0050  kJ/(kg·°K)
Cp (40 °C) = 1,0055  kJ/(kg·°K)
Cp (60 °C) = 1,0068  kJ/(kg·°K)
Cp (80 °C) = 1,0084  kJ/(kg·°K)
Cp (100 °C) = 1,0104  kJ/(kg·°K)
 
 
modellizzazione flusso termico di uno scambiatore 
"indefinito" aria/acqua.
 
Volume Aria spostato al secondo : 0,018055556 mc/s
 
Qui chiaramente non ho considerato nessuna caduta di pressione,
il ché è molto male a causa della modestissima prevalenza di
questo ventilatore. In un ipotetico circuito reale sicuramente
il flusso sarebbe minore, ma non so calcolare ciò con aria.
 
Massa Aria spostato al secondo : 0,022118056 kg/s
Salto termico assunto 10°C
 
Questo è uno dei "postulati" arbitrari del modello, e non so 
se realistico o meno,
né con quale tipologia e dimensionamento di scambiatore si 
potrebbe ottenere
(o ottenere di meglio).
Boh, mi è sembrato un salto termico abbastanza modesto
(tipo immettere aria a 40° ed "uscirla" a 30°).
Ma bisogna vedere, non ho in nessun modo tentato di 
dimensionare
né superfici totali di contatto, né diametri tubi o alettature.
 
Q (in 1 secondo) = m·Cp·DT ==> 0,022118056 kg · 1,0050 
kJ/(kg·°K) * 10 °K = 0,222286458 kJ
W = Q/Dt = Q / 1 s = 0,022118056 kJ / 1 s = 0,222286458 kW
 
quindi 222 Watt potenza trasferita (consumandone 18 col 
ventilatore).
 
In effetti è una potenza bassa, che si basa su due assunti,
uno ottimistico : usare come flusso il flusso nominale
(che presumo valga a vuoto), l'altro forse un po' pessimistico
(usare come salto termico utile una decina di gradi).
Ma non sarà pessimistico di molto, temo.
 
Allora, se qualcuno trova errori e/o suggerisce ulteriori 
variabili
per i calcoli, è assai gradito.
Consulenza :
Come dimensionare questo scambiatore ?
Sarà di una tipologia infrequente (acqua / aria INVERSO).
Per inverso intendo che l'aria sarà il vettore caldo nel tubo,
e l'acqua sarà contenuta in massa in un serbatoio.
Il moto dell'aria è forzato, come visto, il moto dell'acqua
dovrebbe essere solo passivo (convettivo).
 
Che design adottereste ? Che materiale, trucchi (alette o 
altro),
diametro di tubi (singolo percorso lungo, elevato parallelismo),
e superficie totale usereste per scambiare questi 222 Watt ?
 
Per il momento non considero una scelta pure notevolmente 
efficace :
lo scambio diretto a mescolamento (come con gli aeratori 
negli acquari).
Da un lato perché servirebbe un soffiante con almeno 2500 mm 
d'acqua di prevalenza
(mentre i miei piccoli Vortice ne hanno meno di un millesimo 
!), secondariamente
perché dovrei gestire i problemi di condensa (quindi usare 
soffianti
"eccentriche" o esterne rispetto al circuito aria umida).
Se poi usassi un diffusore poroso, sicuramente la prevalenza 
richiesta
sarebbe ancora maggiore, quasi roba da compressore, ma a 
quel punto
mi potrei scordare sia i flussi elevati (i compressori hanno 
portate piccole)
sia il basso consumo di corrente rispetto alla potenza termica.
 
Sto considerando tubi in PVC da gronda sigillati a silicone 
da 8 cm, oppure
un fascio di tubi di PCV corrugato da canaline, di diametri 
boh e in numero mah,
per arrivare a una superficie totale di contatto = chissàh.
 
Dott.Ing. vari, una mano pls :\
 
P.S. non ho considerato tubi in rame o alluminio, perché ho 
la sensazione
(non so se giusta) che tanto la conduttività interna 
dell'aria calda sarebbe
bassissima rispetto a quella della parete (in particolare 
per tubi che non
fossero dei capillari). Il discorso dell'alto potere 
isolante dell'aria mi
inquieta assai. In particolare perché non avrebbe un flusso 
correttamente
direzionato (ossia CONTRO la parete di scambio), ma un 
flusso parallelo.
In qualche modo servirebbe almeno inserire qualcosa per 
creare turbolenze,
magari anche un percorso tortuoso di suo.
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)
 

 calcolare ciò con aria.
 
 
Dipende anche da
- rugosità del tubo
- curve, strozzature ecc.
 
Ci vogliono tabelle o grafici empirici...
 
Io ho uno:
Fig. 8-8 Coefficiente di attrito in funzione del numero di
Reynolds per moto laminare e turbolento in tubi di diversa
scabrezza
 
(Re:= V * D * ro / mu)
 
Laminare (Re<2000): f= 64 / Re
 
Turbolento: dipende...
- tubi molto ruvidi (scabrezza epsilon/D 0,05) f ~ 0,07
costante con Re
- tubi lisci f scende con Re, da ~ 0,05 per Re ~ 5000 a 0,01
per Re ~ 3E6
 
oppure f ~ 0,184 * Re^-0,2
 
viene fuori un 
h~ 0,023 * V^0,8 * D^-0,2 * k * (mu / ro)^-0,8
 
(h: vedi sotto)
 
semplice eh? :-)
 
perdita di pressione su un tratto lungo L:
Dp= f * L * ro * V^2 / 2D

Bisogna vedere dove il flusso termico incontra maggior
resistenza:
1) convezione forzata aria-tubo: medio-alta R
2) conduzione parete tubo: media o bassa R
3) convezione naturale tubo-acqua: medio-alta R
 
Per 1) bisogna aumentare la turbolenza (+ velocità o diaframmi
o altri ostacoli interni, ma aumenta la perdita di pressione e
cala il flusso di aria) e aumentare la superficie di scambio
(alette, stesso effetto sulla pressione)
Per 2) (meno importante) bisogna usare materiali conduttivi e
spessori minimi
Per 3) come per 1) ma forse meno importante (acqua più
massiva), alette o tubo corrugato meglio del tubo lissio.

Vedi sopra.
 
Ho trovato nel mio libro di Trasmissione del calore la seguente
relazione:
 
Fig. 8-2  Numero di Nusselt in funzione del numero di Reynolds
per aria che fluisce in un tubo
 
Per Re < ~ 2000 -> Nu ~ Re ^ 0,3 con Nu= 5 per Re=2000
Per Re > ~ 5000 -> Nu ~ Re ^ 0,8 con Nu=20 per Re=5000
 
Re:= V * D * ro / mu
Nu:= h * D / k
 
(aria viscosità mu ~ 17E-6 ÷ 22E-6 N s / m²)
 
Dai dati calcoli Re, dalla formula empirica trovi Nu, da Nu
calcoli h, con h calcoli la potenza trasmessa
q= h * A * DT
 
 
Facile, no? :-)
 
 
-- 
E-S °¿°
Ho plonkato tutti quelli che postano da Google Groups!
Qui è Usenet, non è il Web!

 massiva), 
 
esatto anche io avevo considerato la sproporzione di massa 
(e anche la conduttività molto migliore dell'acqua rispetto 
all'aria, pur non essendo granché in assoluto).
 
Ma imho la 1) è un vero dramma.
Ripensavo al caso del teleriscaldamento : in cui un vapore 
secco viene inviato in un tubone (vabbè, coibentato certo) a 
vari km di distanza, con dissipazione tollerabile.
Se il gas scambiasse bene in un flusso tangenziale, il 
vapore condenserebbe dopo un certo tratto e scalderebbe il 
tubo a livelli inaccettabili

:\
rinuncio. Avevo già trovato dispense varie in rete, ma sono 
oltre la mia capacità di orientarmici.
 
Che trucchi penseresti per migliorare il punto 1) agendo 
dentro il tubo ? Tubi alettati internamente non ne ho mai 
visti, tantomeno con raccorderia adatta.


 visti, tantomeno con raccorderia adatta.
 
 
Beh, l'unica alternativa è far girare l'acqua *dentro* al tubo
e l'aria *fuori* , no?
 
÷÷÷÷÷÷÷÷÷÷
Mi è venuta un'altra idea.
 
Se l'umidità dell'aria in uscita *NON* è un problema, si può
fare come nelle torri di raffreddamento delle centrali:
un tubo verticale dove immettere aria calda sotto e far
gocciolare acqua fredda dall'alto.
 
Si potrebbero mettere dei diaframmi sforacchiati per far
gocciolare, una specie di torre di distillazione.
 
Ciò aumenterebbe la superficie di scambio aria-acqua senza
nemmeno un materiale intermedio.
 
Occorre:
- un tubo verticale
- diaframmi a piastra forata o a griglia di fili (materiale non
deperibile e possibilmente idrofilo)
- una o due pompe per far girare l'acqua (una sopra l'altra
sotto)
 
L'aria che esce tende a essere satura di umidità alla
temperatura dell'acqua fredda entrante. 
Potrebbe anche condensare l'umidità che aveva all'ingresso, se
era tanta.
 
Boh?
 
Se si tratta di aria viziata da espellere, si potrebbe provare.
(ariaccia a 20°C, acqua da scaldare a <10°C)
 
Qualcosa si recupera (di più se è una discoteca con gente che
beve e si agita...)
 
Ma solo per divertimento, il costo di materiale e manodopera in
quanto tempo lo ammorti?
 
 
×××××××××
Cazzarola, è venuto un messaggio lunghissimo, mi sa che mi
autoplonko...


 autoplonko...
 
beh era una domanda oggettivamente molto difficile, cercando 
di entrare nel merito come hai fatto (cosa di cui ti sono 
molto grato anche se sto avendo grossi problemi a trovare i 
nessi : imporrei per legge ai Fisici ed agli Ingegneri di 
usare i metodi di denominazione delle variabili in uso tra i 
programmatori !).
 
Approfitterò di nuovo, preparati :)
 
A sproposito.
 
Ero convintissimo che fossi Ing., non so per quale ragione, 
ma hai precisato di no (e anche che sia un collega nel senso 
che insegni pure tu, su questo non so se sono in errore).
Di sicuro perito "e basta" non sei, a meno di non essere uno 
che ama approfondire autodidatticamente la rava e la fava.
Sicché cosa sei, se posso chiedertelo ?
E poi insegni ? Che materie ?
