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INVESTIGAZIONE SPERIMENTALE DI UN DISPOSITIVO DI RAFFRESCAMENTO PASSIVO = EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF A PASSIVE COOLING DEVICE

Antonio Fieno

INVESTIGAZIONE SPERIMENTALE DI UN DISPOSITIVO DI RAFFRESCAMENTO PASSIVO = EXPERIMENTAL INVESTIGATION OF A PASSIVE COOLING DEVICE.

Rel. Eliodoro Chiavazzo. Politecnico di Torino, Corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare, 2018

Abstract:

Le proiezioni di crescita della domanda di energia globale per la refrigerazione di edifici evidenziano la necessità di ricercare sistemi di raffrescamento innovativi che siano quanto più efficienti e non dannosi per l’ambiente. La maggior parte dei sistemi di condizionamento attualmente in operazione utilizza fluidi refrigeranti contribuenti alla riduzione dello strato di ozono e/o aventi alto GWP (potenziale di riscaldamento globale). Negli ultimi anni, queste problematiche stanno assumendo sempre più importanza. In quest’ottica, i sistemi di raffrescamento passivi possono offrire soluzioni altamente efficienti e di semplice realizzabilità, e di conseguenza ridurre l’impatto ambientale che hanno i classici sistemi di condizionamento. Il dispositivo analizzato in questo lavoro è una pompa di calore passiva, ovvero senza parti meccaniche in movimento, in grado di generare un flusso di calore sfruttando una differenza di potenziale chimico tra due soluzioni a diverso indice di salinità. Il dispositivo di raffrescamento è modulare, ovvero è composto da diversi stadi identici, e sfrutta il processo di distillazione a membrana per creare processi di condensazione ed evaporazione in cascata. Nella prima parte di questo lavoro vengono introdotti i concetti teorici coinvolti nella distillazione a membrana ed i principali metodi utilizzati per stimare il flusso di massa e di calore attraverso ogni stadio del prototipo. Successivamente viene descritta la procedura e la strumentazione utilizzata per effettuare le prove sperimentali nelle due condizioni estreme di funzionamento: massima estrazione di potenza e gradiente termico nullo a cavallo del dispositivo; massimo salto termico raggiungibile dal prototipo nella condizione di potenza nulla. Data l’impossibilità di provvedere un isolamento ideale all’ambiente di estrazione, il software COMSOL è stato utilizzato per stimare, in condizioni stazionarie, il flusso termico assorbito dal dispositivo nei test a potenza minima. Infine, viene descritto un modello monodimensionale capace di predire la potenza ed il consumo del dispositivo al variare delle sue condizioni di funzionamento: il numero di stadi che lo compongono, la concentrazione delle due soluzioni utilizzate, le condizioni ambientali ed i principali parametri geometrici. L’obiettivo della tesi è identificare una corretta metodologia per determinare sperimentalmente la caratteristica di funzionamento di un prototipo realizzato in scala di laboratorio e validarla osservando il funzionamento del dispositivo accoppiato con un potenziale utilizzatore termico. È stato verificato che i valori predetti dal modello teorico seguono entro i limiti d’errore, quelli sperimentali, quindi è stato possibile utilizzarlo per investigare i parametri di funzionamento più salienti di questa tecnologia e fornire valide indicazioni per il design ottimale di un dispositivo in scala maggiore. Infine, il modello numerico è stato utilizzato per esplorare diverse possibili condizioni operative del dispositivo per identificare una configurazione ottimale che garantisca il giusto compromesso fra consumo e potenza estratta. Tra le caratteristiche più interessanti, è stata investigata la possibilità di modulare la potenza di raffrescamento richiesta dall’utenza ed è stato verificato che una temperatura ambientale maggiore migliori sensibilmente le prestazioni del dispositivo, rendendolo particolarmente adatto all’utilizzo in Paesi caratterizzati da climi particolarmente caldi e scarsità di risorse energetiche.

Relators: Eliodoro Chiavazzo
Academic year: 2017/18
Publication type: Electronic
Number of Pages: 98
Additional Information: Tesi secretata. Full text non presente
Subjects:
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in Ingegneria Energetica E Nucleare
Classe di laurea: New organization > Master science > LM-30 - ENERGY AND NUCLEAR ENGINEERING
Ente in cotutela: Universitat Rovira i Virgili - URV (SPAGNA)
Aziende collaboratrici: UNSPECIFIED
URI: http://webthesis.biblio.polito.it/id/eprint/7821
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