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Un radiatore o dry cooler si vende per la sua potenza di raffreddamento in kilowatt, e quel numero è il dato più frainteso del settore, perché non significa nulla senza le condizioni per cui è stato calcolato. Questa guida spiega l'aritmetica che sta dietro: il bilancio termico lato liquido, lato aria e attraverso la batteria, e le tre o quattro grandezze che devono accompagnare una potenza perché sia confrontabile.
Il lato liquido: portata, calore specifico, differenza di temperatura
Il calore ceduto da un liquido è la sua portata in massa per il suo calore specifico per il calo di temperatura. Per l'acqua sono circa 1,16 kW per ogni metro cubo all'ora raffreddato di un kelvin: una portata di 100 m³/h raffreddata da 90 a 82 °C smaltisce circa 930 kW. Una miscela di glicole ha un calore specifico più basso e una densità più alta; con il 50 % di glicole etilenico il valore è circa 1,0 kW per m³/h e kelvin, quindi la stessa portata e le stesse temperature smaltiscono circa il 15 % di calore in meno, oppure, rovesciando il ragionamento, lo stesso calore richiede un salto di temperatura maggiore o più portata.
La scheda tecnica del motore fissa due delle tre grandezze: la portata e il calore. Il salto di temperatura ne consegue, e il radiatore deve fornirlo alla temperatura di ingresso dichiarata.
Il lato aria: portata in massa e aumento di temperatura
Lo stesso calore arriva nell'aria: portata in massa dell'aria per il suo calore specifico per il suo aumento di temperatura. L'aria trasporta circa 0,34 W per metro cubo all'ora e kelvin al livello del mare e a 20 °C, meno quando è calda o rarefatta; smaltire 930 kW con un aumento di temperatura dell'aria di 15 K richiede circa 180.000 m³/h. Per questo i radiatori sono grandi e per questo l'altitudine (il 10 % di densità in meno ogni 1.000 m) e la temperatura ambiente di progetto cambiano la portata d'aria che i ventilatori devono fornire.
Attraverso la batteria: approach e differenza iniziale di temperatura
La batteria sposta il calore dal liquido all'aria attraverso la sua superficie, spinta dalla differenza di temperatura tra i due. Due grandezze descrivono quanto sia difficile. La differenza iniziale di temperatura (ITD) è l'ingresso del liquido meno l'ingresso dell'aria: refrigerante a 90 °C con ambiente a 40 °C dà 50 K, lo stesso refrigerante con ambiente a 50 °C dà 40 K, un quinto in meno di forza motrice e, grosso modo, un quinto in più di superficie per lo stesso calore. L'approach è l'uscita del liquido meno l'ingresso dell'aria: più è piccolo, più grande è la batteria, e un dry cooler non può portarlo a zero.
Per una data batteria la potenza è quasi proporzionale all'ITD, che è il modo più rapido per vedere che cosa fa una variazione dell'ambiente: un'unità da 500 kW a 40 °C ambiente con refrigerante a 90 °C ne ha circa 400 kW a 50 °C.
Perché una potenza ha bisogno delle sue condizioni
Lo stesso radiatore è un'unità da 500 kW a un insieme di condizioni e un'unità da 400 kW a un altro. Una potenza è quindi completa solo con le temperature di ingresso e di uscita del liquido, la portata, la percentuale di glicole, la temperatura di ingresso dell'aria e l'altitudine, e, per confronti esatti, la base di umidità. Due offerte si confrontano solo dopo averle portate alle stesse condizioni; un'offerta più economica a una temperatura ambiente più bassa è un'offerta per un altro sito. TECS stampa ognuna di queste condizioni sulla scheda tecnica accanto alla potenza richiesta e a quella calcolata, in modo che il numero possa essere verificato da chiunque abbia in mano la scheda tecnica del motore.
In sintesi
- Acqua: circa 1,16 kW per m³/h e kelvin; glicole al 50 % circa 1,0
- Aria: circa 0,34 W per m³/h e kelvin al livello del mare e a 20 °C
- L'ITD guida la batteria; un ambiente più caldo significa meno ITD e più superficie
- L'approach è il limite che un dry cooler non può oltrepassare
- Una potenza è completa solo con le sue temperature, la portata, il glicole, la temperatura ambiente e l'altitudine
- TECS le riporta tutte sulla scheda tecnica accanto alla potenza richiesta e a quella calcolata
Cosa inviare con una richiesta
- Calore da smaltire, oppure la portata e le temperature che lo definiscono
- Liquido: acqua o miscela di glicole e relativa percentuale
- Temperatura di progetto dell'aria in ingresso e altitudine
- Temperatura richiesta del liquido in uscita oppure l'approach ammesso
- Limite di perdita di carico lato liquido
- Sito, limite di rumore e spazio, per il progetto che segue
Domande frequenti
Come converto i kW in kcal/h o BTU/h?
1 kW = 860 kcal/h = 3.412 BTU/h. Le schede tecniche dei motori di costruttori diversi usano tutte e tre le unità; il progetto del radiatore usa i kW.
Perché il mio radiatore da 500 kW smaltisce solo 420 kW?
Controllate le condizioni: una temperatura ambiente più alta di quella di progetto, un ingresso del refrigerante più basso, più glicole, una batteria sporca o un'altitudine che non era nella richiesta pesano ciascuno per una parte. La scheda tecnica dice per che cosa sono stati calcolati i 500 kW.
La potenza si può aumentare con più portata?
Più portata alla stessa temperatura di ingresso aumenta un poco la potenza e molto la perdita di carico; i limiti di portata e di perdita di carico del costruttore del motore la contengono. Più superficie o più aria è la via consueta.
Qual è un buon approach per un dry cooler?
Da cinque a dieci kelvin è l'usuale per i radiatori di motori, dove il refrigerante è caldo; approach più piccoli sono possibili, ma ogni kelvin costa superficie. Sotto circa tre kelvin l'unità diventa molto grande.
L'umidità conta nella potenza?
L'aria umida è leggermente più leggera e trasporta vapore che viene riscaldato anch'esso; gli effetti sono di qualche punto percentuale in un sito caldo e umido. La scheda tecnica dichiara la base, in modo che le cifre possano essere confrontate.
Ci contatti
Ci invii la potenza termica, le temperature e le portate dei fluidi, le condizioni ambientali e i vincoli di installazione. Le risponderemo con una proposta di progetto, oppure ci scriva su WhatsApp.
