Cos'è lo scambio di controcorrente?

Lo scambio controcorrente è un fenomeno altamente efficiente e naturale di trasferimento termico o chimico tra corpi fluidi.Questo processo avviene attraverso una superficie conduttiva in caso di calore o una membrana parzialmente permeabile in caso di scambio chimico.Negli scambi controcorrenti, il fluido donatore e destinatario scorre sempre in direzioni opposte, una caratteristica che presta il processo sia alla sua efficienza che al suo nome.Lo scambio di controcorrente si trova in molti sistemi biologici come reni di mammiferi, polmoni di uccelli e branchie di pesce ed è un sistema di trasferimento chimico e termico industriale comunemente usato.Un sistema simile è il processo di scambio simultaneo che è meno efficace e presenta trasferimenti tra fluidi che fluiscono nella stessa direzione.

Lo scambio di energia termica o sostanze sospese tra fluidi a flusso è un fenomeno comune sia in natura che in quella industriale.Questi scambi di flusso di corrente possono essere divisi in due gruppi: concorrente e controcorrente.Entrambi comportano lo scambio di calore o sostanze chimiche sospese tra fluidi che fluiscono in vasi adiacenti tramite superfici conduttive o membrane semipermeabili.Man mano che i fluidi scorrono attraverso le loro aree condivise, il calore e le sostanze chimiche scorre naturalmente dalle aree ad alte a basse concentrazioni fino al raggiungimento dell'equilibrio.È questa caratteristica del trasferimento elementare che rende il metodo di scambio controcorrente il più efficace dei due.

Il processo di trasferimento di ossigeno nelle branchie di un pesce è un buon esempio dei benefici dello scambio controcorrente.Mentre l'ossigeno il cattivo sangue incontra un flusso opposto di acqua ricca di ossigeno, l'ossigeno inizia a diffondersi dall'acqua e nel flusso sanguigno.Ciò provoca la caduta della concentrazione di ossigeno nell'acqua e quella nel sangue.A causa del fatto che le direzioni del flusso si oppongono, il sangue scorre sempre sull'acqua con una maggiore concentrazione di ossigeno e lo scambio continuerà fino a quando i flussi divergono.Nei flussi concomitanti, tuttavia, i due fluidi fluiscono nella stessa direzione e la relazione tra le concentrazioni raggiunge rapidamente l'equilibrio, fermando così efficacemente lo scambio.

Ciò significaarea di scambio completo per una maggiore efficienza.Questa efficienza di solito consente valori di trasferimento del 100% con il flusso del destinatario che esce dal sistema con la stessa concentrazione di calore o sostanze chimiche di quella del flusso del donatore.Lo stesso non si può dire degli scambi simultanei, tuttavia, con valori di trasferimento medi in corso nella regione del 50%.Ciò rende il metodo di scambio controcorrente appropriato per i processi industriali come lo scambio di calore rigenerativo e i metodi di trasferimento biologico tra cui le funzioni renali e polmonari.