Che cos'è un coefficiente di trasferimento del calore?
Il coefficiente di trasferimento del calore definisce la facilità con cui il calore passa da un materiale a un altro, di solito da un solido a un fluido o gas, o da un fluido o gas a un solido. Il calore può anche passare da un fluido a un gas o viceversa, come nel caso dell'aria fresca sopra un lago caldo. Il calore fluirà sempre da caldo a freddo per materiali a contatto diretto.
I coefficienti di trasferimento del calore sono sempre presi in considerazione quando si progettano apparecchiature che sono specificamente destinate al trasferimento di calore o al non trasferimento di calore. Cucinare pentole, raffreddare le pinne su un motore di una motocicletta, soffiare su un cucchiaio di zuppa troppo calda o una persona che scalda le mani fredde di un'altra è tutto un esempio per migliorare il coefficiente di scambio termico. Il maggiore singolo contribuente a migliori coefficienti di trasferimento del calore, dati i vincoli del materiale, è il rapido movimento della fase fluida dei componenti. L'aria che soffia attraverso un radiatore, inducendo un flusso turbolento in uno scambiatore di calore o l'aria che si muove rapidamente in un forno a convezione produce coefficienti di trasferimento del calore molto più elevati rispetto alle condizioni fisse. Questo perché più molecole per assorbire il calore vengono presentate alla superficie calda in un breve lasso di tempo.
D'altra parte, la ricerca di un isolamento altamente efficace considera anche il coefficiente di trasferimento del calore di ciascuna delle sue interfacce. L'isolamento è importante per frigoriferi e congelatori, dispositivi di raffreddamento per picnic, abbigliamento invernale e case a risparmio energetico. Spazi di aria morta, vuoti di schiuma e materiali con bassa conduttività contribuiscono a garantire l'isolamento.
Quantitativamente, il coefficiente di trasferimento del calore è una funzione dei due materiali a contatto; la temperatura di ciascuno, che determina la forza motrice; e fattori che aumentano o riducono il trasferimento di calore, come ad esempio convezione o incrostazioni superficiali, rispettivamente. Le equazioni determinano la quantità di calore che viene trasferita per unità di area, per gradi di differenza di temperatura tra i due materiali adiacenti e per periodo di tempo. I calcoli per il dimensionamento delle apparecchiature industriali, come riscaldatori e scambiatori di calore, di solito risolvono il calore trasferito all'ora perché la capacità di produzione dell'impianto viene solitamente determinata su base oraria.
Un coefficiente globale di trasferimento del calore, come spesso utilizzato nelle equazioni degli scambiatori di calore, dovrebbe considerare una serie di fattori. In questo esempio, il vapore saturo a una data temperatura, l'interfaccia da vapore a tubo, la conduttività attraverso la parete del tubo, l'interfaccia al liquido all'interno dei tubi come l'olio e la temperatura dell'olio in entrata dovrebbero essere tutti considerati. Le informazioni provenienti da questi fattori potrebbero aiutare a determinare l'ampiezza di uno scambiatore di calore e la strategia di progettazione e materiali che funzionerebbe meglio.