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Quando l'irraggiamento non può essere trascurato?

L'irraggiamento cresce con la quarta potenza della temperatura. Decidere di trascurarlo non è questione di intuito ma di un breve confronto.

L'irraggiamento è il meccanismo più spesso trascurato nell'analisi termica, e quello la cui omissione produce l'errore maggiore. La ragione è che, a differenza della convezione, è difficile da immaginare. Eppure la decisione non è questione di intuito; richiede poche righe di calcolo [1].

Una prova semplice

Il flusso termico radiativo cresce con la quarta potenza della temperatura assoluta. In pratica:

  • Sotto i 60 °C con convezione forzata si può di norma trascurare
  • Fra 100 e 200 °C raggiunge lo stesso ordine della convezione naturale; trascurarlo significa un errore del 20–40 %
  • Sopra i 300 °C domina, e trascurarlo invalida l'analisi

Il modo pratico di decidere è calcolare a mano i flussi radiativo e convettivo dalla superficie e farne il rapporto. Sopra 0,1, l'irraggiamento entra nel modello.

La convezione forzata non salva sempre

«C'è un ventilatore, quindi l'irraggiamento non conta» è un'ipotesi diffusa e pericolosa. Nelle zone morte che il ventilatore non raggiunge, il coefficiente di scambio locale cala e lì l'irraggiamento diventa dominante. I punti caldi compaiono di solito proprio in quelle zone.

L'emissività pesa quanto il modello

L'emissività superficiale viene spesso lasciata al valore predefinito, e il risultato scala direttamente con essa.

Superficie Emissività indicativa
Alluminio lucidato 0,05
Alluminio ossidato 0,2 – 0,3
Superficie verniciata (il colore è irrilevante) 0,85 – 0,95
Superficie anodizzata 0,8 – 0,9

Fra metallo lucido e superficie verniciata c'è un fattore quindici. Verniciare un dissipatore può essere più efficace che aggiungere alette.

La scelta del modello

Irraggiamento superficie-superficie (fluido trasparente): gli approcci basati sui fattori di vista sono appropriati e necessari negli ambienti chiusi.

Mezzo partecipante (prodotti di combustione, vapore acqueo, fuliggine): l'irraggiamento del gas va messo in conto, e nelle camere di combustione governa il flusso termico a parete.

Carico solare: per le apparecchiature all'aperto, le componenti diretta e diffusa vanno definite separatamente.

Che cosa va nella relazione

Se l'irraggiamento è stato incluso, la motivazione in caso contrario, e i valori di emissività usati. «L'irraggiamento è stato trascurato» non basta da solo; va dichiarato perché poteva essere trascurato.

Riferimenti

  1. Modest, M. F. & Mazumder, S. (2021). Radiative Heat Transfer, 4th ed. Academic Press. ISBN 978-0-323-98406-5.
  2. ASHRAE Technical Committee 9.9 (2021). Thermal Guidelines for Data Processing Environments, 5th ed. ASHRAE, Atlanta.

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