il principio di funzionamento di un camino

L'effetto camino, prende origine dal fenomeno fisico generale dalla dilatazione dei gas in funzione del riscaldamento della loro temperatura assoluta. Se consideriamo due colonne, (figura 1) di altezza H sottoposte all'azione della gravità espressa dall'accelerazione (g) e queste due colonne contengano due fluidi di cui uno con densità maggiore (r_a) e uno di densità minore (r_f), se sono separate tra loro a causa di un setto di separazione che impedisce ai due fluidi di muoversi, si attua una condizione statica.
 

(figura 1)

La condizione statica non è realistica per il funzionamento di un camino ma ne costituisce il presupposto. La colonna fredda (illustrata nella figura 1 con il colore blu) è più pesante della colonna calda (colore giallo) e quindi esercita a sinistra del setto una pressione maggiore che si vede testimoniata dallo spostamento del fluido manometrico: risulta una differenza di pressione statica (dp_st) pari all'accelerazione di gravità (g) per l'altezza delle colonne (H) per la loro differenza di densità (r_a - r_f ). La distribuzione delle due pressioni in verticale è diversa nelle due colonne fluide, perché naturalmente la variazione di pressione è più forte dove c'è il fluido più freddo e più denso (linea a). Nel linguaggio dei camini, questa differenza di pressione viene chiamata tiraggio statico: è il riferimento più utile per capire il funzionamento dei camini, perlomeno nelle sue caratteristiche essenziali.

Se si toglie il setto (figura 2) la colonna pesante prevale su quella leggera, il fluido freddo di colore blu scende ed il fluido caldo di colore giallo sale. Il fluido si mette in movimento e la circolazione continua se permane la causa che rende il fluido più caldo (giallo) come un generatore di calore. Se nella zona superiore permane la causa che permette di passare da fluido caldo a fluido freddo, cioè se siamo nell'atmosfera che ha una capacità termica sufficiente per far sì che pur scaricando il fumo caldo in un punto, in un altro non troppo lontano ci sia aria fresca. Se sono realizzate queste due condizioni, si può raggiungere una condizione di moto in regime permanente, cioè questo moto va avanti indefinitamente e si constata che alla base della colonna calda c'è una depressione indicata in (figura 2) dalla colonna monometrica.
 

Questa depressione (dp) è più piccola del tiraggio statico e costituisce il cosiddetto tiraggio del camino, quello di cui si ha la prova più evidente quando alla base del camino si accosta un fiammifero e si vede che il camino "tira" al suo interno la fiammella. Il tiraggio statico (dp_st)  non si tramuta tutto in tiraggio del camino, ma in parte serve a vincere le resistenze al moto (p_rc) proprie del camino. Si capisce quindi che per avere da un dato camino il miglior tiraggio possibile quando ne sia fissata l'altezza, bisogna per esempio che questo camino sia pulito, perché se è sporco e la sua sezione è ostruita la resistenza al moto sale. Bisogna che sia ben isolato perché se disperde calore la sua temperatura media scende e quindi l'azione motrice statica scende. Riconducendosi all'interpretazione generale si vede una puntuale verifica di tutti i provvedimenti tecnici che vengono comunemente suggeriti agli operatori del campo. Tutto è deducibile in base alla trattazione generale e al comune buon senso: bisogna però rendersi conto di questo funzionamento tipico per differenza di densità. Visto che il tiraggio (dp) è la differenza tra l'azione statica (dp_st) e l'azione alla resistenza (p_rc) ed essendo facilmente comprensibile che l'azione delle resistenza proprie del camino è proporzionale al quadrato della portata (m) che passa nel camino in quanto è proporzionale al quadrato della velocità, si capisce che la resistenza che il camino offre al moto possa essere espressa mediante il coefficiente di resistenza concentrata (bc) cioè il coefficiente di resistenza proprio del camino

Riportando su un diagramma (figura 3) la pressione in ordinata e la portata di massa in ascisse si vede subito che la differenza di pressione statica è indipendente dalla portata mentre il contributo delle resistenze per attrito del camino (curva illustrata di colore rosso) è tipicamente una funzione quadratica della portata (prc). Se dalla prima si sottrae la seconda si ha il tiraggio del camino e la curva di colore azzurro che lo rappresenta assomiglia moltissimo alla curva caratteristica di un ventilatore. Quindi in camino assicura senza organi in movimento l'azione aspirante che è anche ottenibile mediante un ventilatore con apporto di energia meccanica dall'esterno. Ecco perché una volta quando non esistevano macchine operatrici o soprattutto non era disponibile l'energia elettrica per azionarle ci si affidava prevalentemente a questa azione aspirante statica e quindi si facevano camini molto alti. La necessità di questa azione aspirante

è sempre meno sentita è il ruolo dei camini è soprattutto quello di portare i prodotti della combustione ad una quota tale dal suolo od altri ostacoli affinché si disperdano nell'atmosfera. Rimane tuttavia l'azione aspirante dei camini che a volte è imprevista ed eccessiva ed obbliga a ridurre il tiraggio.

(fonte: Prof. Paolo Anglesio - Ordinario di fisica tecnica - Politecnico di Torino)

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