Appunti ed Esercizi di Fisica Tecnica e ... - Valentiniweb.com

Cap. 2. Cenni sui meccanismi di trasmissione del calore
⎧W
T
= U ( T1−
T2
)
⎪
⎨
⎪U
=
t1
t 2
⎩
( R + R + R )
−1
t3
⎛ 1
=
⎜ +
⎝ A1
α1
s
A
m
1 ⎞
+
⎟
k A2
α2
⎠
notare che in questo caso, a causa della geometria cilindrica, le aree di scambio che
compaiono nelle tre resistenze termiche sono diverse. In particolare
si ha quindi
⎧
2
⎪A1
= π ( D − 2s)
L=
0.
94 m
⎪
⎪
s
⎨Am
= 2π
L=
1.
09m
⎪ ⎛ D ⎞
ln⎜
⎟
⎪ ⎝ D − 2s
⎠
⎪
⎪
2
⎩A2
= π D L=
1.
26 m
⎛ 1 0.005 1 ⎞
U = = ⎜ + + ⎟
⎝ 0.94⋅5000
1.09⋅16
1.26⋅15
⎠
= 18.72⋅(300−
20) = 5.24 kW
W T
2
−1
−1
= 18.72 W/K
Trasmissione del calore in condizioni non stazionarie.
Fino a questo momento, abbiamo considerato la trasmissione del calore in condizioni
stazionarie. Il concetto di resistenza termica, o del suo reciproco, la conduttanza di parete,
permette di risolvere agevolmente tali problemi. Nell’esempio che segue, affronteremo invece
un semplice caso di transitorio termico.
ESEMPIO 2.9 - Studio semplificato della tempra di un cilindro metallico.
Un cilindro di acciaio al carbonio (c p = 434 J/kg K, ρ = 7830 kg/m 3 ) di diametro D = 10 mm e
lunghezza L = 40 mm, inizialmente alla temperatura uniforme T 0 = 1200 °C, viene gettato in
un bagno di tempra alla temperatura T a = 25 °C. Si può considerare che il bagno si
mantenga a temperatura costante (capacità termica infinita) e che il coefficiente di
convezione, anch'esso costante, valga α = 20 000 W/m 2 K. Determinare dopo quanto tempo
il cilindro raggiunge la temperatura di 300 °C.
La soluzione è riportata nel file C2TEMPRA.XLS
In questo caso dobbiamo trattare un problema di transitorio. Il cilindro può essere considerato
un sistema chiuso, e possiamo adottare le seguenti ipotesi:
• il lavoro scambiato con l'esterno (dovuto unicamente alla variazione di volume del
cilindro) può decisamente essere trascurato (in altri termini, il materiale può essere
considerato indilatabile);
• se il materiale è indilatabile, c p = c v = c;
2-20