Progetto e realizzazione di un apparato sperimentale per il confronto delle prestazioni di scambio termico di tubi corrugati

Heat transfer enhancement has significant meanings for energy conservation and environmental problems. In recent years, due to the increasing demand by industries for heat exchanger that are more efficient, compact and less expensive, heat transfer enhancement has gained great importance. The production of corrugated tubes is one of the most used technique to achieve this goal. This thesis work, based on my personal internship experience, describes the design, the realization and the subsequent testing phase of an experimental apparatus for the comparison of heat transfer performance of the corrugated pipes. The experimental apparatus is designed for a comparison for purely industrial purpose, in order to decide which type of pipe provides the best heat exchange performance, in terms of overall heat exchange coefficient. During the testing phase two types of corrugated tubes with different geometric characteristics are compared. Hot water (30°C, 40°C, 50°C) flows inside the corrugated tube and presents turbulent flow (Re>10000); cold water flows in the annulus and it is provided directly from the city. It is found that the tubes with lower corrugation pitch and higher corrugation heigth have the lower overall heat exchange coefficient, and that the higher heat transfer of this type of tubes is due only to the higher exchange surface.

Il miglioramento dello scambio termico riveste un importante ruolo nel risparmio energetico e per quanto riguarda i problemi ambientali. Negli ultimi anni, a causa della crescente domanda da parte delle industrie di scambiatori di calore più efficienti, compatti ed economici, il miglioramento dello scambio termico ha assunto una grande importanza. La produzione di tubi corrugati è una delle tecniche più utilizzate per raggiungere questi obiettivi. Il presente lavoro di tesi, basato sulla personale esperienza di tirocinio aziendale, descrive il progetto, la realizzazione e il successivo collaudo di un impianto sperimentale per il confronto delle prestazioni di scambio termico di tubi corrugati. L’apparato sperimentale è pensato per un confronto a scopo puramente industriale, al fine di decidere quale tipo di tubo fornisce le migliori prestazioni di scambio termico in termini di coefficiente globale di scambio termico. Durante la fase di collaudo sono confrontati tra loro due tipi di tubi corrugati aventi differenti caratteristiche geometriche. All’interno del tubo corrugato scorre acqua calda (30°C, 40°C, 50°C) in condizioni di moto turbolento (Re>10000), mentre nella regione anulare scorre acqua fredda prelevata dalla rete. Si nota come i tubi caratterizzati da un passo della corrugazione minore e da un’altezza della corrugazione maggiore hanno un coefficiente globale di scambio termico minore e che la maggior potenza termica scambiata da questi tubi è dovuta alla maggior superficie di scambio.