Progettazione di un foglio di calcolo per il dimensionamento di scambiatori di calore

FIRA S.p.A. di Dosso di S'Agostino (Fe) è una azienda leader nella produzione di scambiatori di calore per applicazioni mobili in macchine heavy-duty (macchine agricole e movimento terra). Il settore dei radiatori ha subito negli ultimi anni l'influsso indiretto delle normative che hanno vincolato le emissioni inquinanti dei motori a combustione interna. L'esigenza di prevedere sistemi di abbattimento degli inquinanti sempre più complessi ha reso molto affollato il vano motore, imponendo dimensioni via via decrescenti agli scambiatori di calore, pur a parità di potenza termica scambiata. Radiatori più piccoli, ma con le stesse performance di quelli di maggiori dimensioni, ecco la motivazione che ha spinto FIRA a commissionare all'istituto IMAMOTER - C.N.R. la realizzazione di un foglio di calcolo per il dimensionamento dei propri scambiatori di calore. Ad oggi, FIRA produce diverse tipologie di alettature in grado di interagire con aria, con miscele acqua-glicole e con olio idraulico. Viste le problematiche legate al fatto di lavorare con fluidi diversi (ad esempio la diversa sensibilità della viscosità nei confronti della temperatura) si è reso necessario avere una maggiore chiarezza sulle diverse performance delle alettature nelle diverse condizioni di funzionamento. Il lavoro ha preso avvio, quindi, da una caratterizzazione termo fluidodinamica delle diverse alettature prodotte da FIRA, sia quelle di recente sviluppo, sia quelle tradizionalmente impiegate nella produzione storica dell'azienda. In questo modo è stato possibile avere una conferma numerica dei miglioramenti ottenuti con le nuove geometrie sviluppate dal reparto tecnico di FIRA. Il passo successivo è consistito nello sfruttare i risultati ottenuti (in termini di coefficiente di scambio termico e di perdita di pressione) per sviluppare un foglio di calcolo in ambiente Excel che rendesse possibile il dimensionamento delle masse radianti in funzione dell'accoppiamento delle diverse alettature e dei fluidi impiegati nel radiatore. Nelle pagine che seguono, vengono riassunte le diverse fasi del lavoro e viene spiegato il funzionamento del programma di calcolo sviluppato.