Rilievi Sperimentali sui Termosifoni Bifase in Contro Gravità

I circuiti chiusi a circolazione naturale del fluido vettore, noti con il generico nome di termosifoni, sono sempre più utilizzati in numerosi settori, quali le applicazioni industriali di processo, il riscaldamento di tipo solare, il condizionamento dell’aria o i sistemi di raffreddamento in generale, soprattutto per i vantaggi che essi offrono rispetto ai sistemi a circolazione forzata. Tali vantaggi si concretizzano in una maggiore affidabilità, legata all’assenza di parti meccaniche in movimento, alla facilità di gestione di fluidi vettori tossici o nocivi ed ad un ridotto consumo energetico.
Un loro limite è costituito dal fatto che, pur trasferendo massa e calore in maniera passiva (senza l’introduzione di lavoro dall’esterno), ciò può avvenire esclusivamente in regime permanente e con una rigida disposizione delle sorgenti termiche: sorgente calda posizionata a quota inferiore rispetto alla sorgente fredda. Tale limite può essere vincolante in applicazioni quali solari, geotermiche o spaziali.
In letteratura sono presenti numerosi studi ed applicazioni di dispositivi a circolazione naturale in grado di operare con qualsiaisi disposizione delle sorgenti (anche in assenza di gravità) sfruttanti principi diversi.
Una delle tipologie più note è quella dei tubi di calore con matrici porose, che sfruttano forze capillari per vincere la pressione idrostatica e le perdite di carico fornendo la prevalenza necessaria alla circolazione del fluido vettore. Dai classici tubi di calore si sono sviluppati tubi con condotti separati per il trasporto della fase liquida e della fase di vapore (Loop Heat Pipes, Capillary Pumped Loops). Alcune altre varianti sono rappresentate dai tubi di calore sfruttanti forze osmotiche o elettroosmotiche ed i tubi di calore ad iniezione di bolle (bubble pumps).
La tipologia di dispositivi a circolazione naturale in controgravità, meno nota, invece sfrutta esclusivamente gli scambi termici, esercitati in punti differenti del circuito, per ottenere oscillazioni di pressione all’interno dei propri componenti. Tali oscillazioni sono in grado di garantire una circolazione pulsata del fluido vettore. Per aumentare la forza fluidomotrice in questi dispositivi si utilizzano fluidi in cambiamento di fase. Le macchine così operanti prendono il nome di termosifoni bifase in controgravità e sono state studiate principalmente per il settore del riscaldamento solare di abitazioni o locali in zone non elettrificate e per il raffreddamento della componentistica elettronica.
In questo lavoro viene eseguita una descrizione dei principali dispositivi per il trasporto di massa e calore in controgravità e viene condotta un’analisi sperimentale delle prestazioni di un termosifone bifase in contrgravità al variare delle condizioni operative. Particolare attenzione è posta sull'influenza della potenza termica, trasferita fra le sorgenti, nei confronti dei principali parametri di esercizio. Il lavoro intende dare una caratterizzazione del funzionamento di questo tipo di apparati, evidenziando anche l'eventuale presenza di limiti operativi legati al trasporto di massa.