Scambio termico da una pipeline interrata in presenza di effetti stagionali di congelamento nel terreno

Nel presente lavoro viene studiato lo scambio termico tra una pipeline ed il terreno circostante. Vengono considerate pipelines interrate in regioni subartiche, ovvero regioni nelle quali la temperatura superficiale del terreno è, per molti mesi l’anno, inferiore alla temperatura di congelamento dell’acqua. Si hanno pertanto fenomeni periodici di congelamento/fusione dell’acqua contenuta nel terreno, e tali fenomeni influiscono sullo scambio termico della condotta, la cui temperatura di parete si assume nota e costante. L’equazione non stazionaria di bilancio locale dell’energia nel suolo viene scritta in forma adimensionale e risolta tramite Comsol Multiphysics (© Comsol, Inc.), un solutore di equazioni differenziali alle derivate parziali basato su un metodo agli elementi finiti. Come condizione al contorno termica sulla superficie del terreno si assume una distribuzione di temperatura che varia nel tempo con legge sinusoidale, avente periodo pari ad un anno. Per fare riferimento al regime periodico stabilizzato a cui tende asintoticamente il fenomeno di scambio termico, lo studio del transitorio viene esteso ad un intervallo di tempo di 10 anni. Viene fornita infine una metodologia operativa per il calcolo della potenza termica scambiata dalla condotta.