Il rendimento complessivo di una caldaia si calcola da un semplice bilancio energetico e di solito concorda bene con la misura. Ciò che fissa la vita della caldaia, però, non è il totale ma il flusso termico locale.
Perché conta la distribuzione locale
- Surriscaldamento. Se la parete di un tubo supera localmente la temperatura di progetto, inizia il danno per scorrimento viscoso; il bilancio complessivo non lo mostra.
- Sporcamento e formazione di scorie. La cenere aderisce alle superfici entro un certo intervallo di temperatura. Dove si accumula lo fissa la distribuzione locale di temperatura.
- Corrosione. Nelle zone riducenti la composizione del gas vicino a parete accelera la corrosione, e anche questo è un fatto locale.
- Tensioni termiche. Le tensioni nascono fra regioni che si dilatano in modo diverso. Vedi la nota sul trasferimento all'analisi strutturale.
L'irraggiamento è il meccanismo dominante
Alle temperature di caldaia la maggior parte del calore che raggiunge la parete è trasportata per irraggiamento, e i prodotti di combustione sono un mezzo partecipante. L'accuratezza della distribuzione del flusso termico alla parete dipende direttamente dall'accuratezza del modello di irraggiamento e delle proprietà del gas [1]. Vedi la nota sull'irraggiamento.
Con i combustibili solidi va incluso anche l'irraggiamento delle particelle; le particelle di fuliggine e di cenere cambiano nettamente il bilancio radiativo.
Una dimensione in più nei reattori
Nei reattori chimici la distribuzione di temperatura non è solo una questione di resistenza ma di selettività: nei punti caldi accelerano le reazioni secondarie indesiderate e la qualità del prodotto cala. Nei sistemi con potenziale di fuga termica la temperatura di picco locale è direttamente un criterio di sicurezza.
Nei letti impaccati la distribuzione del flusso è distorta dall'effetto parete — vicino alla parete la porosità è maggiore e il flusso sfugge lì. Questo incide sia sulla conversione sia sullo scambio termico e va colto nel modello di mezzo poroso.
Riferimenti
- Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.
- Ergun, S. (1952). Fluid flow through packed columns. Chemical Engineering Progress, 48(2), 89–94.