{"id":34441,"date":"2026-03-30T14:30:10","date_gmt":"2026-03-30T12:30:10","guid":{"rendered":"https:\/\/www.unilab.eu\/?p=34441"},"modified":"2026-03-30T14:05:45","modified_gmt":"2026-03-30T12:05:45","slug":"beyond-convergence-understanding-critical-thermodynamic-issues-in-propylene-glycol-based-brine-coolers","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/articoli\/beyond-convergence-understanding-critical-thermodynamic-issues-in-propylene-glycol-based-brine-coolers\/","title":{"rendered":"Oltre la Convergenza: Comprendere le Criticit\u00e0 Termodinamiche nei Brine Coolers a Glicole Propilenico"},"content":{"rendered":"<p><strong>Introduzione<\/strong><\/p>\n<p>I brine coolers a pacco alettato che lavorano con soluzioni di glicole propilenico a basse temperature presentano comportamenti termodinamici significativamente diversi rispetto agli stessi scambiatori alimentati con acqua o glicole etilenico. Queste differenze derivano principalmente da viscosit\u00e0 elevata, regimi di moto prevalentemente laminari, rapporti sfavorevoli fra superfici interne ed esterne e dall\u2019utilizzo di correlazioni di calcolo che possono introdurre discontinuit\u00e0 nel passaggio fra regime laminare, transitorio e turbolento.<\/p>\n<p>L\u2019obiettivo di questa dispensa \u00e8 fornire ai tecnici un quadro chiaro delle principali criticit\u00e0 fisiche e di calcolo nei brine coolers a glicole propilenico, per interpretare correttamente i risultati dei software di selezione e adottare soluzioni progettuali consapevoli (scelta tra tubo liscio e tubo rigato, fin pitch, circuitazione, limiti di utilizzo).<\/p>\n<p><strong>Il ruolo della viscosit\u00e0 e del numero di Reynolds<\/strong><\/p>\n<p>Alle basse temperature tipiche dei brine coolers, il glicole propilenico presenta una viscosit\u00e0 dinamica indicativamente da 2 a 3 volte superiore a quella di soluzioni equivalenti di glicole etilenico, a parit\u00e0 di concentrazione (ad esempio \u03bc propilenico dell\u2019ordine di 10\u201330 mPa\u00b7s a circa -10 \u00b0C, contro 5\u201315 mPa\u00b7s per l\u2019etilenico). Questo aumento di viscosit\u00e0 ha un impatto diretto sul numero di Reynolds interno, che diventa il parametro chiave per comprendere il regime di moto e la qualit\u00e0 dello scambio termico.<\/p>\n<p>Il numero di Reynolds per lo scorrimento interno \u00e8 generalmente espresso come:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2026\/03\/artigo-300x200.png\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" class=\"size-medium wp-image-34434 aligncenter\" src=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2026\/03\/artigo-300x200.png\" alt=\"\" width=\"300\" height=\"200\" srcset=\"https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2026\/03\/artigo-300x200.png 300w, https:\/\/www.unilab.eu\/wp-content\/uploads\/2026\/03\/artigo.png 347w\" sizes=\"auto, (max-width: 300px) 100vw, 300px\" \/><\/a><\/p>\n<p>dove \u03c1 \u00e8 la densit\u00e0, v la velocit\u00e0 media, \u00a0il diametro idraulico e \u03bc la viscosit\u00e0 dinamica. A parit\u00e0 di densit\u00e0 e velocit\u00e0, un incremento marcato di \u03bc fa diminuire drasticamente Re, mantenendo il flusso in regime laminare o di bassa transizione anche per velocit\u00e0 che, con acqua o glicole etilenico, sarebbero pienamente turbolente.<\/p>\n<p>In queste condizioni:<\/p>\n<ul>\n<li>le correlazioni turbolente classiche (ad esempio Dittus\u2013Boelter) non sono applicabili senza opportuni adattamenti e il contributo delle correlazioni per i regimi laminare e di transizione diventa dominante nel calcolo;<\/li>\n<li>con salti termici lato fluido molto piccoli e lunghezze di tubo elevate (batterie anche dell\u2019ordine di alcuni metri, con numerosi giri), la prestazione pu\u00f2 degradare verso valori di coefficiente di scambio interno molto bassi, riconducendo il moto a condizioni assimilabili al laminare anche dove ci si attenderebbe una certa turbolenza.<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>Resistenza controllante e rapporto fra superfici<\/strong><\/p>\n<p>Il coefficiente globale di scambio termico U in uno scambiatore a pacco alettato deriva dalla combinazione delle resistenze lato aria, lato fluido e attraverso il materiale delle pareti, tenendo conto dei rapporti fra le superfici interne ed esterne. Dal punto di vista pratico \u00e8 essenziale identificare la resistenza controllante, ovvero la resistenza termica prevalente che limita la prestazione complessiva.<\/p>\n<p>In applicazioni con glicole propilenico viscoso, la combinazione di:<\/p>\n<ul>\n<li>bassi valori di coefficiente interno h lato fluido, dovuti a numeri di Reynolds ridotti;<\/li>\n<li>rapporti di superficie esterna\/interna molto elevati (ad esempio valori dell\u2019ordine di 28\u201330);<\/li>\n<\/ul>\n<p>fa s\u00ec che la resistenza controllante si sposti dal lato aria al lato interno dei tubi. In questi casi, un ulteriore incremento della superficie alettata lato aria non porta a miglioramenti significativi della potenza scambiata, poich\u00e9 il \u201ccollo di bottiglia\u201d risiede nel film interno del fluido.<\/p>\n<p><strong>Correlazioni di calcolo e \u201cgradino\u201d di potenza<\/strong><\/p>\n<p>Le correlazioni di calcolo del coefficiente di scambio interno giocano un ruolo critico nel modellare il passaggio fra regime laminare, transitorio e turbolento. Metodi derivati da correlazioni tipo Gnielinski prevedono usualmente un raccordo continuo tra un valore di riferimento per il flusso laminare e uno per il flusso turbolento, calcolando le due contribuzioni e combinandole tramite opportune medie o pesi nella regione di transizione.<\/p>\n<p>Se la gestione di questa transizione \u00e8 troppo \u201crigida\u201d (ad esempio con soglie nette di Reynolds e cambi improvvisi di formula), il modello pu\u00f2 introdurre una discontinuit\u00e0 artificiale nella resa termica. In pratica, si possono osservare:<\/p>\n<ul>\n<li>variazioni della portata di pochi m\u00b3\/h che determinano crolli di resa dell\u2019ordine del 7\u201310%, pur a condizioni termodinamiche pressoch\u00e9 invariate;<\/li>\n<li>salti non proporzionali tra \u0394T ingresso\u2013uscita fluido e potenza effettiva, imputabili al passaggio brusco da correlazioni laminari a turbolente o viceversa.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Dal punto di vista fisico, in laboratorio il passaggio da laminare a turbolento \u00e8 invece graduale: la struttura del moto evolve e i modelli empirici si sovrappongono, senza veri \u201cstep\u201d. Per rappresentare meglio questo comportamento, risulta efficace introdurre interpolazioni continue fra il valore di h calcolato in laminare e quello calcolato in turbolento all\u2019interno di un intervallo di \u00a0definito, riducendo cos\u00ec i gradini numerici macroscopici.<\/p>\n<p>Nelle applicazioni con glicole propilenico molto viscoso e piccoli \u0394T, il funzionamento dell\u2019apparecchio pu\u00f2 collocarsi proprio nella zona di transizione, rendendo la resa estremamente sensibile a piccole variazioni di portata o condizioni operative.<\/p>\n<p><strong>Soluzioni geometriche: tubo rigato, fin pitch e circuitazione<\/strong><\/p>\n<p><strong>Aumento della superficie interna: tubo rigato<\/strong><\/p>\n<p>Una leva tecnica importante \u00e8 l\u2019impiego di tubi rigati (grooved) lato fluido, in alternativa al tubo liscio. Il beneficio principale, in questo contesto, non \u00e8 solo l\u2019eventuale aumento del coefficiente di scambio interno per effetto di moti secondari o turbolenza indotta, ma soprattutto l\u2019incremento della superficie interna bagnata.<\/p>\n<p>Indicativamente:<\/p>\n<ul>\n<li>un tubo rigato pu\u00f2 portare la superficie interna a valori fino a circa 1,6 volte quelli di un tubo liscio, e in configurazioni particolari anche fino a circa 2\u20132,5 volte, a seconda della geometria delle rigature;<\/li>\n<li>nel modello di calcolo, questo effetto viene introdotto tramite un fattore di superficie che riduce il rapporto fra superficie esterna totale e superficie interna, portando rapporti inizialmente molto sfavorevoli (ad esempio 28\u201330) verso valori pi\u00f9 equilibrati (ad esempio 12\u201315).<\/li>\n<\/ul>\n<p>Riducendo il rapporto di aree:<\/p>\n<ul>\n<li>il contributo del coefficiente interno, riportato alla superficie lato aria, aumenta perch\u00e9 \u00e8 diviso per un denominatore pi\u00f9 contenuto;<\/li>\n<li>la resistenza controllante si riequilibra e il sistema tende a valori del coefficiente globale pi\u00f9 coerenti con le aspettative progettuali.<\/li>\n<\/ul>\n<p>L\u2019adozione del tubo rigato comporta per\u00f2 alcune conseguenze progettuali:<\/p>\n<ul>\n<li>incremento delle perdite di carico, a causa della maggiore rugosit\u00e0 interna;<\/li>\n<li>necessit\u00e0 di rivedere la circuitazione (ad esempio aumentando i circuiti in parallelo) per contenere la perdita di carico entro valori accettabili, con effetti su costi, ingombri e complessit\u00e0 idraulica dell\u2019impianto.<\/li>\n<\/ul>\n<p><strong>Gestione del rapporto di aree: fin pitch e densit\u00e0 del pacco<\/strong><\/p>\n<p>Un\u2019altra leva geometrica \u00e8 la variazione del fin pitch (passo aletta). Aumentando la distanza fra le alette:<\/p>\n<ul>\n<li>si riduce la superficie alettata per metro di tubo e quindi la crescita della superficie lato aria \u00e8 pi\u00f9 contenuta;<\/li>\n<li>il rapporto superficie esterna\/superficie interna diminuisce, riducendo il fattore penalizzante con cui il coefficiente interno viene riportato alla superficie esterna.<\/li>\n<\/ul>\n<p>In condizioni caratterizzate da salti termici ridotti e fluidi molto viscosi, pu\u00f2 risultare pi\u00f9 efficace lavorare con un pacco alettato meno denso ma meglio bilanciato lato fluido, piuttosto che spingere sistematicamente sulla massima superficie alettata.<\/p>\n<p><strong>Circuitazione e perdite di carico<\/strong><\/p>\n<p>La circuitazione interna deve tenere insieme due esigenze opposte: garantire numeri di Reynolds sufficienti per evitare regimi eccessivamente laminari, e contenere la perdita di carico complessiva entro limiti accettabili per l\u2019impianto. L\u2019utilizzo di tubi rigati, l\u2019aumento del numero di circuiti in parallelo e la gestione delle lunghezze di percorso nei tubi sono strumenti che devono essere coordinati per ottimizzare contemporaneamente scambio termico e idraulica.<\/p>\n<p><strong>Implicazioni progettuali e commerciali<\/strong><\/p>\n<p>Nei brine coolers a glicole propilenico, piccole variazioni di portata possono tradursi in variazioni significative di resa, soprattutto quando il funzionamento cade nella zona di transizione fra laminare e turbolento. Riduzioni anche modeste di portata, dovute ad esempio a tarature delle pompe, tolleranze delle valvole o fenomeni di sporcamento, possono spostare il calcolo verso regimi pi\u00f9 laminari, con coefficienti di scambio interno sensibilmente pi\u00f9 bassi.<\/p>\n<p>Questo comportamento si riflette anche sulla definizione di gamma e sulle offerte commerciali:<\/p>\n<ul>\n<li>due configurazioni con portate nominali molto vicine possono risultare associate a rese e taglie significativamente diverse, proprio a causa dei gradini numerici legati alle correlazioni;<\/li>\n<li>l\u2019adozione di modelli con raccordi continui riduce il rischio di \u201cgradini di resa\u201d che si traducono in \u201cgradini di listino\u201d difficilmente giustificabili verso il cliente.<\/li>\n<\/ul>\n<p>Il semplice sovradimensionamento della superficie alettata non \u00e8 una soluzione universale: se il rapporto di aree resta squilibrato e il lato fluido mantiene numeri di Reynolds molto bassi, la resistenza controllante rimane interna e l\u2019aumento di superficie lato aria pu\u00f2 risultare inefficace o addirittura controproducente.<\/p>\n<p><strong>Linee guida per la progettazione di brine coolers a glicole propilenico<\/strong><\/p>\n<p>Dalle considerazioni fisiche e dalle esperienze di calcolo emergono alcune linee guida generali:<\/p>\n<ol>\n<li><strong>Riconoscere il ruolo della viscosit\u00e0 e del regime di moto<\/strong><br \/>\nAlle basse temperature il glicole propilenico porta, quasi per definizione, i Reynolds interni in zona laminare; il dimensionamento deve quindi basarsi su correlazioni adeguate a questi regimi, evitando di trasferire direttamente approcci sviluppati per acqua o glicole etilenico.<\/li>\n<li><strong>Progettare consapevolmente il rapporto di aree<\/strong><br \/>\n\u00c8 opportuno evitare rapporti superficie aria\/superficie tubo eccessivamente elevati che spostano la resistenza controllante sul lato fluido e riducono drasticamente il beneficio della superficie alettata. L\u2019uso di tubi rigati e l\u2019aumento del fin pitch sono strumenti efficaci per riportare il sistema in equilibrio.<\/li>\n<li><strong>Gestire la transizione di regime in modo continuo<\/strong><br \/>\n\u00c8 preferibile utilizzare motori di calcolo che trattino il passaggio laminare\u2013transizione\u2013turbolento con raccordi continui (medie pesate, interpolazioni su Re) e non con soglie rigide, per limitare gradini di resa imputabili esclusivamente a scelte numeriche.<\/li>\n<li><strong>Distinguere gamme standard e gamme dedicate a brine viscose<\/strong><br \/>\nNon \u00e8 realistico attendersi che una gamma standard di scambiatori con tubo liscio copra tutte le condizioni operative, incluse quelle pi\u00f9 gravose con glicole propilenico. \u00c8 tecnicamente opportuno prevedere famiglie dedicate, con geometrie, circuitazioni, tipologia di tubo e correlazioni calibrate per questo tipo di fluido e di temperatura.<\/li>\n<li><strong>Calibrare i modelli sui dati sperimentali<\/strong><br \/>\nPer ridurre il divario fra calcolo e realt\u00e0, \u00e8 fondamentale disporre di campagne di prova specifiche su batterie alimentate con propilenico (a diverse concentrazioni, temperature e portate) e tarare le correlazioni in funzione di questi dati, accettando come obiettivo errori contenuti su resa e perdite di carico.<\/li>\n<\/ol>\n<p>La comprensione di questi aspetti consente agli uffici tecnici di interpretare con maggiore consapevolezza i risultati dei software di selezione e di dialogare in modo pi\u00f9 efficace con i costruttori su geometria, rapporto di aree, scelta del tubo e impostazione della gamma, evitando di affidarsi esclusivamente al sovradimensionamento.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Introduzione I brine coolers a pacco alettato che lavorano con soluzioni di glicole propilenico a basse temperature presentano comportamenti termodinamici [&hellip;]<\/p>\n","protected":false},"author":1,"featured_media":34445,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_seopress_robots_primary_cat":"none","_seopress_titles_title":"Oltre la Convergenza: Comprendere le Criticit\u00e0 Termodinamiche nei Brine Coolers a Glicole Propilenico","_seopress_titles_desc":"I brine coolers a pacco alettato che lavorano con soluzioni di glicole propilenico a basse temperature presentano comportamenti termodinamici diversi.","_seopress_robots_index":"","_seopress_analysis_target_kw":"tthermodynamic,propylene,glycol,brine coolers","footnotes":""},"categories":[36,47,54,45],"tags":[],"class_list":["post-34441","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-articoli","category-news-it","category-technical-articles-it","category-termodinamica-ingegneria-it","has-post-title","has-post-date","has-post-category","has-post-tag","has-post-comment","has-post-author",""],"builder_content":"","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34441","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/users\/1"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=34441"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34441\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":34483,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/34441\/revisions\/34483"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media\/34445"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=34441"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=34441"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.unilab.eu\/it\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=34441"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}