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Titolo: Fluidodinamica : scambiatore a serpentina avvolta a tronco di cono in serbatoio a stratificazione naturale. A testa in su o a testa in giù ?

Premetto che il quesito è in certa misura più ingegneristico 
che fisico ... ma non chiedo niente di preciso, solo una 
dritta orientativa
 
Dunque, ho un serbatoio termico a stratificazione naturale. 
5000 L, H = 2 m (è un cilindro quasi equilatero).
Che tipo di stratificazione ? Boh : non è mai stato 
collegato e messo "online". Sarà scaldato a serpentine nel 
1° metro in basso, e si stratificherà come vuole lui.
 
Ora sto costruendo lo scambiatore in alto, quello che deve 
attingere calore, in tubo ondulato in acciaio inox DN 20 (20 
- 26 circa i due diametri in mm).
 
La serpentina è di 35 m, spessore boh (0,15 o 0,2 mm).
 
 
La sto costruendo non a cilindro ma attorno ad una 
infrastruttura tronco-conica.
 
Questo tronco di cono è montato sopra un treppiede fatto di 
tre gambe alte 2,5 m e con lato alla base di 1,5 m (quindi è 
più alto che basso, è una piramide più appuntita di un 
tetraedro). Ho avvolto non proprio partendo dalla sommità e 
restando più di un metro da terra. In totale lo scambiatore 
è alto poco meno di 1 m inclusi tutti i giri.
 
Ci ho fatto tipo 10 giri completi (il giro apicale è circa 
1,7 m il più basso mi pare circa 2,2 m, più il ritorno 
all'interno, di qualche metro).
 
Ovviamente (ovviamente una cippa penserete voi !) pensavo di 
metterlo con la base larga in basso.
 
Poi mentre ero sotto la doccia sono stato folgorato da un 
dubbio atroce : in un tronco di cono i giri vicini alla base 
sono più lunghi rispetto a quelli vicini alla superficie 
superiore. E, in un serbatoio a stratificazione (di cui 
ignoro il gradiente termico verticale, che è sicuramente un 
parametro vitale), i giri in alto pescano più calore dei 
giri a metà serbatoio.
 
Il punto è se che i giri più lunghi pescano nell'acqua a T 
maggiore, l'efficienza complessiva dovrebbe essere più alta, 
presumo.
 
Ma di quanto ?
 
Ad es. si potrebbe assumere un gradiente LINEARE di 
temperatura nel serbatoio. 5°C al livello del suolo, 60° C a 
2 m di quota (e in mezzo T intermedie).
 
Ora questa piramide su cui ho costruito i giri del tronco di 
cono ha lato 1,5 m e lato 2,5 m.
 
Le anse sono spaziate tra loro tutte tanto uguale.
 
Quanto mi potrebbe cambiare l'efficienza di scambio passando 
dallo scambiatore a punta in su vs a punta in giù ?
 
Se ho omesso dati salienti, quali sarebbero ?
 
 
 
-- 
1) Resistere, resistere, resistere.
2) Se tutti pagano le tasse, le tasse le pagano tutti
Soviet_Mario - (aka Gatto_Vizzato)

2 m di quota (e in mezzo T intermedie).
 
Potresti realizzare lo scambiatore a mo' di curva di Peano, planare e
da sistemare orizzontalmente a 2 m di quota. Ciao

Soviet_Mario ha scritto:
... 
 
Io direi, molto intuitivamente, che se deve prelevare calore, la massima efficienza deve averla dove la differenza di T è minore, cioè in cima, quindi è li che la serpentina deve essere più lunga. Però dipende dalle differenze di T. 
 
In ogni caso, se tu potessi scegliere (ma mi sa di no :-)) l'inox non è per niente un buon conduttore di calore, meglio Cu o Al (ma lo sai meglio di me). 
 
--
Wakinian Tanka 

 2 m (è un cilindro quasi equilatero).
 
Un altro parametro che devi considerare e` il verso in cui il fluido 
scorre nella serpentina.
 
Il meglio e` avere uno scambiatore in controcorrente, anche se qui non 
ci sono due correnti, quindi il fluido deve uscire dallo scambiatore dal 
lato in cui l'acqua e` piu` calda, e direi che conviene mettere su 
questo lato la base maggiore del tronco di cono.
 
A cosa serve una vasca a stratificazione naturale? Se hai un trasporto 
continuo di energia bisogna anche considerare i moti convettivi che 
spostano il fluido e quindi ottimizzare la geometria.
 
--
 
Wovon...
 
-- 
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 meglio di me).
 
diciamo che inizialmente avevo pensato a due bobine di Polietilene nero 
50 + 50 m, diametro esterno 25 con lambda 0,44 -0,49 e spessore 2,3 mm 
(PN 16)
 
e sono passato a inox DN 20 (3/4 pollice) spessore 0,2 mm e lambda 12,1 a 
20° e 16,3 a 100°  (potrei contare boh, 13 o 14).
 
il "collo di bottiglia" è diventato quasi sicuramente la conduttività 
dell'acqua stessa, anche se in un tubo spiraleggiante sicuramente ci sarà 
della vorticosità interna che migliora un po' le cose. Il tubo è spessotto 
quindi lo scambio interno acqua/acqua sembra sfavorevole.
 
Ma ho visto che anche in puffer "industriali" che dichiarano i mq di 
serpentina e sono a convezione naturale hanno superfici di scambiatore 
non diverse .... sono spirali cilindriche, non coniche, che imho si 
ombreggiano un po' a vicenda in senso convettivo, nel senso che i rami 
bassi vanno a essere investiti dal flusso discendente dei rami bassi.
 
Io avessi potuto avrei fatto una girella piana
 
Se mi prende il ghiribizzo non è detto che non ritenti, ma maneggiare 
quel tubo è un vero casino senza macchine e rocchetti appositi che levino 
le torsioni
 
 
-- 
la firma la setto dopo

 Wovon...



uhm, sulle prime avevo equivocato e pensavo ti riferissi ad una spirale a 
passo costante (che già era difficile non tanto da fare ma da 
spostare) .... ora mi sono fatto scrupolo di controllare e mi accorgo che 
è un frattale spigoloso.
 
Ora a parte i manuali tecnici del tubo (che non ho condiviso e quindi mea 
culpa nel documentare il problema), secondo cui il DN 20 (D_esterno 25-26 
mm) dovrebbe fare curve con un raggio di curvatura minimo di 300 mm (30 
cm), a parte ciò : come si può intuitivamente pensare di poter piegare un 
tubolare ad angoli retti ? E che genere di infrastruttura di supporto 
richiederebbe per reggersi o anche solo venire trasportata ? Sono un po' 
perplesso :)
 
 
P.S. Cmq un qualcosa non dico di simile ma di in certa misura 
equivalente : il riempimento di un quadrato con una striscia di flusso a 
sezione costante l'avevo fatta per lo scambiatore a piastra della 
fornace, saldandoci dei quadrotti in modo che un nastro si snodasse 
coprendo l'intera piastra collegando entrata ed uscita nello stesso 
angolo senza che (si spera) si shortcircuitasse il flusso lungo il 
percorso di minima resistenza.
 
Però lì era una lamiera rigida di fondo di 6 mm, con coperchio da 4 mm 
che l'abbiamo dovuta spostare in 3 per metterla su


è un frattale spigoloso.
 
Infatti quella della curva di Peano e' una bouta[na]de iperteorica,
non sapendo quasi nulla delle specifiche e delle condizioni pratiche
del problema. Ciao

 finire e una fornace "idronica"
 
Stai facendo un sistema decisamente simile a quello che ha messo in piedi mio
padre a casa sua.
 
Posso tentare di fare da intermediario e magari ci si scambia qualche consiglio utile :)
 
Volendo, scrivimi pure via email.
 
Ciao
Konx