Negli scambiatori di calore lo scambio avviene per contatto indiretto fra due fluidi a differenti temperature, separati da una parete solida, di solito metallica. Lo scambio ha un limite: il tubo ricevente il calore non avrà mai una temperatura uguale, ma inferiore a quella del tubo donante. Negli scambiatori il flusso dei 2 fluidi può procedere in 2 modi diversi: lungo lo stesso verso (equicorrente) o su versi opposti (controcorrente).
Scambio equicorrente
Se i due liquidi si muovono nella stessa direzione e stesso verso si dice a flusso equicorrente.
Il flusso equi corrente permette di spostare parte del calore dal liquido di un tubo al liquido di un tubo vicino, perciò è necessario che tra i due tubi ci sia una membrana termo conduttiva. Il risultato è l’equilibrio termico tra i liquidi dei due tubi. Se la temperatura in entrata di un tubo è 20°C e nel vicino è 60°C, la temperatura finale di uscita di entrambi i tubi è 40°C.
Similmente è lo scambio equicorrente di concentrazione: sempre 2 tubi con liquidi contenenti differenti concentrazioni saline, se i tubi sono separati da una membrana semipermeabile che lascia passare solo l’acqua, secondo un processo osmotico alla fine in uscita avremo due liquidi con la stessa concentrazione salina.
Scambio controcorrente
Se i due fluidi si muovono nella stessa direzione ma con verso opposto abbiamo lo scambio controcorrente.
Lo scambiatore controcorrente è più efficiente dello scambiatore equicorrente, perché la differenza di temperatura è maggiore specie nella parte finale del ritorno controcorrente.
Lo scambio controcorrente in biologia
Un airone che sta con le zampe nell’acqua fredda dello stagno, come fa a non raffreddarsi ? Con la rete mirabile arteriosa.
L’arteria scende portando il sangue caldo verso le zampe, la vena sale portando il sangue freddo verso il corpo.
Ma l’airone non si raffredda grazie allo scambio controcorrente:
dove le zampe escono dal corpo dell’airone, la calda arteria forma una rete mirabile che avvolge strettamente la fredda vena, e il calore passa dall’arteria alla vena. Similmente accade quando sentiamo mani e piedi freddi.