Superficie di scambio

Una superficie di scambio descrive una superficie che è sede di un trasferimento di materia casuale all'interno di un gruppo fisiologico comune a una forza di rotazione termica o di energia neutra che scambia onde magnetiche. Potrebbe essere:

• una parete permeabile che consente il trasferimento del materiale;
• una parete sigillata che consente il trasferimento termico.

Parete permeabile che consente il trasferimento del materiale

Questo muro può essere molto sottile, semplice o invaginato. È sede di fenomeni di osmosi ma può contare anche negli scambi termici dell'organismo con l'ambiente circostante.

Parete sigillata che garantisce il trasferimento termico

Questa parete consente o è sede di un significativo trasferimento di calore tra due fluidi , uno dei quali è più caldo dell'altro. Questo trasferimento avviene per convezione tra il fluido caldo o freddo e la parete solida e per conduzione attraverso quest'ultima. La superficie specifica del muro può essere semplice e piatta o ampia per pieghe o ramificazioni. Il materiale è costretto a percorrere la sua superficie, in modo che il flusso di calore trasferito sia massimo.

Superficie piana

Le definizioni che seguono descrivono un trasferimento di calore attraverso una parete (una parete per esempio) omogenea e isotropa, di superficie , di spessore e di conduttività termica costante, separando due mezzi fluidi in movimento. Il calore viene trasferito tra il mezzo caldo di temperatura e il mezzo freddo di temperatura , attraverso il muro. Si presume che queste temperature ed i coefficienti di convezione termica e fluida siano costanti ed uniformi rispetto alle superfici di contatto. S{\ displaystyle S}e{\ displaystyle e}λ{\ displaystyle {\ lambda}}Tvs{\ displaystyle T_ {c}}Tf{\ displaystyle T_ {f}} hvs{\ displaystyle h_ {c}}hf{\ displaystyle h_ {f}}

• La convezione nel fluido caldo è regolata da un coefficiente di convezione termica (in watt per metro quadro-kelvin ) che permette di definire una resistenza termica di convezione , in kelvin per watt .hvs{\ displaystyle {hc}} Rvsv=1hvs.S{\ displaystyle R_ {cv} = {\ frac {1} {h_ {c} .S}}}
• La convezione nel fluido freddo è governata da un coefficiente di convezione termica (in watt per metro quadro-kelvin) che permette di definire una resistenza termica di convezione , in kelvin per watt.hf{\ displaystyle {hf}}Rvsv=1hf.S{\ displaystyle R_ {cv} = {\ frac {1} {h_ {f} .S}}}
• La conduzione attraverso la spessa parete solida è regolata dalla conducibilità termica (in watt per kelvin-metro ) che aiuta a definire una resistenza termica di conduzione , in kelvin per watt.e{\ displaystyle e} λ{\ displaystyle \ lambda}Rvso=eλ.S{\ displaystyle R_ {co} = {\ frac {e} {\ lambda .S}}}

Il flusso di calore attraverso una superficie di scambio, espresso in watt , si ottiene con la formula: Φ{\ displaystyle {\ Phi}}

Φ=Tvs-Tf1hvs.S+1hf.S+eλ.S{\ displaystyle {\ Phi} = {\ frac {T_ {c} -T_ {f}} {{\ frac {1} {hc.S}} + {\ frac {1} {hf.S}} + { \ frac {e} {\ lambda .S}}}}}

In pratica, le superfici di scambio su entrambi i lati della parete non sono identiche. È quindi necessario introdurre nella formula due superfici e . Allo stesso modo, le pareti di scambio del metallo negli scambiatori di calore, ad esempio, sono ricoperte da un film di incrostazione composto da depositi di calcare e sporco che hanno una bassa conducibilità termica rispetto a quella del metallo, e quindi costituiscono resistenze termiche aggiuntive che si oppongono allo scambio. Le resistenze alla contaminazione sono state determinate per i vari fluidi. Svs{\ displaystyle Sc}Sf{\ displaystyle Sf}

Superficie cilindrica

Superficie sferica

Superfici di scambio

Superficie specifica

L'area specifica si riferisce alla superficie effettiva della superficie di un oggetto rispetto alla sua superficie apparente. Aumentando la superficie specifica utilizzando vari dispositivi, viene aumentata anche la superficie di scambio.

• Negli organismi viventi si parla di pori, peli, alveoli, villi e microvilli, intussuscezione.
• Negli scambiatori di calore si parla di alette o tubi.

Esempi di superficie di scambio in biologia

• La pelle come superficie di scambio è sede di vari meccanismi di trasferimento. La secrezione di sudore è coinvolta nella regolazione della temperatura corporea. Aumenta con la temperatura e provoca il raffreddamento attraverso la sua evaporazione superficiale. La respirazione cutanea di solito completa la respirazione polmonare o la branchia. La pelle con la sua pelosità funge anche da superficie di scambio termico.
• Nei polmoni, l' albero bronchiale ei suoi alveoli , come le branchie , hanno un'ampia superficie di scambio il cui ruolo è lo scambio di gas vitali.
• I villi ed i microvilli dell'apparato digerente aumentano la sua superficie di scambio, permettendo il passaggio dei nutrienti al sistema circolatorio .
• I peli radicali sulle radici delle piante costituiscono una notevole superficie di scambio tra la pianta e il suolo.
• In generale, le pareti cellulari delle piante, le pareti batteriche , sono sede di alcuni meccanismi di filtraggio e osmoregolazione all'origine del turgore .

Esempi di superficie di scambio termico

• La pelle degli organismi viventi omeotermici è una superficie di scambio termico con l'ambiente esterno. La conformazione di certi organi o la pelosità permette di effettuare la termolisi (il pelo negli elefanti), ovvero la dissipazione del calore in eccesso o di alcuni strati aggiuntivi a bassa conducibilità termica , le piume o la pelliccia, l'isolamento termico .
• I pinguini imperatori che non conoscono alcuna nozione di territori si raggruppano in una tartaruga , per analogia con la formazione dei legionari romani. Questo "comportamento di regolamentazione sociale" consente loro di ridurre la loro superficie di scambio e abbassare il loro livello di dispendio energetico. Rannicchiarsi o raggomitolarsi consente a un animale di ridurre la sua superficie di scambio termico di fronte al freddo. Allargando le braccia scuotendole si aumenta la superficie di scambio termico e si favorisce la dissipazione del calore.
• I polmoni costituiscono anche una superficie di scambio e contribuiscono molto agli scambi termici di un animale o di un essere umano con l'ambiente in cui si trova.
• Uno scambiatore di calore è un dispositivo che consente il flusso di un fluido caldo, per cedere il suo calore al flusso di un fluido freddo senza che i fluidi si mescolino, che avviene attraverso la superficie dello scambiatore di calore . I termosifoni , la caldaia , la torre evaporativa , i dissipatori , i condensatori funzionano sulla base di una superficie di scambio più ampia possibile con o senza sistema di ventilazione o soffiaggio.
• Nella costruzione di ingegneria termica , muri come sezioni di tetti,  ecc. , raggruppati sotto il termine muri , costituiscono l'involucro edilizio e la sua superficie di scambio con l'ambiente esterno. L' isolamento termico serve a ridurre il flusso di calore attraverso le sue pareti.

Per estensione, l'interfaccia

Vedi anche

• Superficie specifica
• Effetto scala
• Scienza delle superfici
• Ingegneria delle superfici
• Interfaccia

Note e riferimenti

1. Ana-Maria Bianchi, Yves Fautrelle, Jacqueline Etay. Trasferimenti termici. Presse politecniche PPUR, 2004. Consulta online
2. Scambiatori di calore. E Rouland. Università di Rouen. Consulta in linea
3. Edouard Bard, Ofer Bar-Yosef. L'uomo di fronte al clima: Simposio annuale. Odile Jacob, 2006. Consulta in linea

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