Un radiatore , chiamato anche bollitore in Canada , è un dispositivo che permette lo scambio di calore tra due ambienti. La sua funzione è quella di rimuovere il calore da un oggetto per evitare che si surriscaldi, oppure di riscaldare uno spazio o un oggetto. Il radiatore funziona generalmente per convezione , ma anche per irraggiamento , è a quest'ultima modalità di trasferimento termico che deve il suo nome.
Gli ambiti di utilizzo dei radiatori sono molto ampi. I radiatori vengono utilizzati ogni volta che c'è la necessità di scambiare una grande quantità di calore in un piccolo spazio.
I radiatori per riscaldamento vengono utilizzati per riscaldare un ambiente al fine di controllarne la temperatura . Sono di diversi tipi.
Per trasferire efficacemente il calore, un radiatore deve essere realizzato con un materiale ad alta conducibilità termica (da cui l'uso comune del metallo) e avere un'ampia superficie di scambio tra i due fluidi, il che spiega le forme spesso complesse impiegate. Talvolta viene utilizzata la convezione forzata (ventilatore) che accelera lo scambio tra il radiatore e il mezzo da riscaldare.
La dissipazione del calore per irraggiamento dipende fortemente dalla temperatura (in T 4 , secondo la legge di Stefan-Boltzmann ).
Altri fattori sono coinvolti nel mantenimento di una temperatura confortevole : l'isolamento dell'edificio e delle stanze, la presenza di una valvola termostatica , ecc.
L' acqua di riscaldamento è la più antica. Un fluido termovettore viene riscaldato in una caldaia e circola in un circuito di elementi che trasferiscono calore da tale fluido al suo ambiente, essenzialmente per cessione radiativa e convettiva . I vincoli tecnici che spiegano la forma e il funzionamento di un radiatore sono:
Tutti i radiatori con propagazione del calore convettivo richiedono una pulizia regolare. Se questa convezione è assistita o forzata, la pulizia deve essere frequente .
termoconvettore Un termoconvettore è una scatola di sezione spesso rettangolare (orizzontale o verticale) e di varie dimensioni a seconda della potenza. Di solito è posizionato a 20 cm da terra. Le parti superiore e inferiore sono aperte (a volte con una griglia); la griglia inferiore è l'ingresso dell'aria fresca e quella superiore l'uscita dell'aria calda. la circolazione dell'aria avviene per convezione naturale. All'interno del radiatore, l'aria viene riscaldata da resistenze munite di alette per aumentare la superficie di diffusione. Riscaldatore a convezione assistita Funzionamento identico al termoconvettore, sopra descritto tranne che per la circolazione dell'aria più o meno aumentata da una piccola turbina. Riscaldatore a convezione forzata Tutta l'aria che passa è forzata in movimento e il flusso è raramente verticale verso l'alto. Molto spesso questo flusso è proiettato o oscillante. A volte è antimetodico verso il basso (ad esempio, le tende d'aria calda all'ingresso dei negozi). La turbina può essere sia assiale che radiale. Altri esempi: aerotermi, termoventilatori, ecc. Radiante o radiatore radiante Un riscaldatore elettrico radiante diffonde il calore sotto forma di radiazione attraverso una piastra metallica riscaldata elettricamente. I riscaldatori radianti producono calore trasmesso dai raggi infrarossi, distribuito uniformemente e rapidamente. Il riscaldamento radiante essendo più efficiente dei normali riscaldatori elettrici, hanno una migliore efficienza di diffusione. Questi dispositivi elettrici sono i più comunemente usati nelle case. Radiatore inerziale I riscaldatori ad inerzia sono radiatori che utilizzano corpi scaldanti solidi (inerzia secca) o liquidi (inerzia con fluido termovettore). Il principio è quello di mantenere il più a lungo possibile il calore prodotto elettricamente nel caso di stufe elettriche per distribuirlo il più a lungo possibile in casa. I radiatori ad inerzia fanno parte dei cosiddetti metodi di riscaldamento a calore dolce. Riscaldatore ad accumulo Un riscaldatore ad accumulo si riscalda quasi continuamente. Per fare ciò, utilizza il calore immagazzinato durante la notte alla tariffa ridotta per ripristinarlo durante il giorno. Solitamente dotato di mattoni refrattari, emette calore durante il giorno senza consumare energia. Riscaldatore a infrarossi Consente il riscaldamento direzionale, ma riscalda solo ciò che è nel suo asse, che evita di disperdere il calore per ambienti con soffitti alti. Sono progettati per ridurre al minimo l'effetto negativo della convezione. Questi riscaldatori possono raggiungere rendimenti dell'80%. Riscaldatore alogeno Occorre fare una distinzione tra "riscaldamento a infrarossi lunghi" e "riscaldatori alogeni", spesso commercializzati con il nome di "riscaldamento a infrarossi". Questi ultimi, chiamati anche semplicemente "alogeni", vengono utilizzati come riscaldamento aggiuntivo per piccole superfici come i bagni. Radiatore ad olio Nei radiatori a bagno d' olio il riscaldamento è assicurato da resistenze elettriche. La capacità termica di olio essendo inferiore a quella dell'acqua, meno energia è necessaria per riscaldarla, che consente un aumento rapido della temperatura; d'altro canto deve essere riscaldato più frequentemente e quindi necessita di una regolazione più fine. Il calore di un radiatore a bagno d'olio viene trasmesso dal liquido all'acciaio e quindi all'aria per convezione e irraggiamento.A causa della loro bassa efficienza , i motori a combustione ea scoppio , montati sulla maggior parte dei veicoli a motore , generano molto calore. Quasi tutti i motori recenti sono dotati di un circuito di raffreddamento che comprende un radiatore ad acqua tubolare inventato nel 1897 da Wilhelm Maybach e migliorato da Samuel Brown .
Liquido di raffreddamento Il liquido di raffreddamento circola sia nel blocco motore che nella testata , passando il più vicino possibile alle zone di produzione di calore. Il suo scopo è quello di mantenere il corpo motore ad una temperatura ottimale (tra 75 e 110 °C ). Il liquido di raffreddamento viene forzato da una pompa centrifuga tramite tubi flessibili ad un radiatore, generalmente montato fronte strada, l'aria esterna al veicolo passa attraverso il radiatore trasferendo energia indesiderata dal motore all'aria ambiente. Questo radiatore può essere in alluminio , oppure in rame , che seppur più pesante dissipa meglio l'energia. È generalmente formato da un fascio di tubi verticali intersecanti, rivestiti da alette in cui circola l'acqua di raffreddamento. In inverno viene utilizzato un liquido antigelo per proteggere l'impianto di raffreddamento e il motore.Diversi dispositivi che consentono di migliorare il funzionamento di un radiatore regolando la temperatura del fluido termovettore :
In altri casi, il fluido termovettore può essere olio, proveniente dal motore, il cambio o l' assale .
Un altro utilizzo del radiatore in automobile è sotto forma di scambiatore aria/aria (spesso accoppiato ad un dispositivo di sovralimentazione ), per ridurre la temperatura dell'aria aspirata in uscita da un compressore d'aria, consentendo di migliorare l'efficienza del suo sistema termodinamico ciclo . In concorrenza, alcuni di questi scambiatori ricevono ugelli che proiettano acqua fredda.
Elettronica e computer producono calore che deve essere dissipato altrimenti le apparecchiature possono essere danneggiate. Queste aree utilizzano piccoli radiatori chiamati dissipatori di calore che possono essere abbinati a ventilatori (vedi foto sotto). In questo campo si parla di aircooling o di aria di raffreddamento .
Esempi di radiatori utilizzati per il raffreddamento in elettronica.
Radiatori accoppiati a ventilatori ( ventilatori ) per microprocessori .