La condensazione avviene in due modi distinti, e la differenza di scambio termico fra essi è questione di fattori:
Condensazione a film. Se la superficie è bagnabile il liquido forma un film continuo. Quel film è uno strato di resistenza termica fra il vapore e la parete, e la resistenza cresce man mano che si ispessisce.
Condensazione a gocce. Se la superficie è idrofobica il liquido si raccoglie in gocce; quando le gocce crescono e scorrono via, la superficie pulita sottostante torna esposta. Il coefficiente di scambio è di un ordine di grandezza sopra quello a film.
Perché i progetti si basano sul film
Il regime a gocce è attraente ma non durevole. I rivestimenti superficiali diventano bagnabili col tempo per sporcamento, ossidazione ed erosione, e il sistema torna al film. Il progetto degli scambiatori si basa quindi sull'ipotesi a film, sicura lungo la vita dell'apparecchio; il comportamento a gocce è trattato come un di più.
Gas incondensabili: frazione piccola, effetto grande
Una piccola quantità di gas incondensabile (aria, azoto) nel vapore riduce lo scambio termico assai più del previsto. Mentre il vapore condensa sulla superficie, il gas vi si accumula; lo strato di gas che si forma all'interfaccia impedisce al vapore di raggiungere la superficie.
Qualche punto percentuale d'aria può degradare nettamente le prestazioni di un condensatore. Nei sistemi che lavorano sotto vuoto, la tenuta è perciò una questione di prestazione e non solo di manutenzione.
Modellazione
Risolvere il film con la griglia è raramente necessario nei problemi industriali; il film si rappresenta come resistenza termica di superficie e pozzo di massa. Se è il film stesso la domanda (gocciolamento, trascinamento, erosione), allora serve un approccio a superficie libera.
Dove c'è gas incondensabile va risolto il trasporto delle specie; altrimenti il modello vede solo vapore e il risultato esce ottimistico.
Riferimenti
- Shah, R. K. & Sekulić, D. P. (2003). Fundamentals of Heat Exchanger Design. John Wiley & Sons. DOI: 10.1002/9780470172605
- Ranz, W. E. & Marshall, W. R. (1952). Evaporation from drops. Chemical Engineering Progress, 48, 141–146 (Part I) and 173–180 (Part II).