Ottimizzazione termofluidodinamica di uno scambiatore di calore impaccato con materiale adsorbente : definizione di un approccio sperimentale

Adsorption refrigeration is considered a promising way to make good use of waste heat and solar energy. Higher efficiencies can be obtained by reaching low regeneration temperatures. In the field of silica-gel dessicant systems, performing an isothermal -instead of adiabatic- de-sorption process of water vapour can lead to significant improvements by lowering the temperature of the exploitable heat sources. This work is a preliminary study for a project which aim is the construction of a prototype dessicant cooling system where heat exchange is carried out with this logic. It is essential to enquire about pressure drops, heat and mass transfer coefficients in the channels of a water/air heat exchanger where the space between the fins is filled by silica gel grains to carry out water vapour sorption from the air flux. The study is therefore concerned about the fluid-dynamics of the component, to pick out from literature the best equations to calculate those coefficients in various conditions. A benchmark with experimental data turns out to be necessary for the reliability of the results. These can be obtained from a dedicated set-up, designed specifically to provide small air flows in an assigned set of condition (velocity, temperature, humidity). A system for measuring and acquiring the necessary data has is designed, as well as an automatic control. The final target is represented by the project and realization and of the experimental set up, enabling it to provide reliable data.

La tecnologia della refrigerazione per adsorbimento può consentire, nel campo del condizionamento ambientale, buone prestazioni di efficienza energetica grazie alla sua capacità di sfruttare energia termica di scarto. Il vantaggio è tanto maggiore quanto più si riescono a spostare verso il basso le temperature di rigenerazione. Effettuare il processo con una trasformazione isoterma può apportare in questo senso notevoli benefici rispetto alla tradizionale via adiabatica. Nel contesto di un progetto mirato a costruire un prototipo di condizionatore ad adsorbimento in cui lo scambio termico aria/silica avvenga secondo questa filosofia, si vuole per prima cosa indagare sulle prestazioni di uno scambiatore di calore aria/acqua nei cui canali l’aria fluente sia contemporaneamente deumidificata da grani di silica gel. Il lavoro esamina quindi le caratteristiche della termofluidodinamica nel componente, in modo da individuare nella letteratura le correlazioni più adatte per calcolare perdite di carico e coefficienti di scambio termico e di massa in varie condizioni. Emerge però la necessità di un confronto con dati sperimentali, ottenibili da un impianto opportunamente progettato. Questo si configura come una piccola unità di trattamento aria in grado di fornire portate ridotte nelle condizioni di umidità relativa e temperature desiderate. Va inoltre equipaggiato con i sensori più opportuni per le rilevazioni richieste e con un sistema di controllo automatico. Obiettivo finale è la realizzazione e set up dell’impianto, fino alla sua messa in opera in grado di fornire dati attendibili.