GEOHEX: Il banco prova per lo scambio termico in condensazione
Nel progetto GEOHEX uno degli obiettivi principali è stato comprendere come i nuovi materiali e rivestimenti sviluppati dal consorzio potessero migliorare le prestazioni degli scambiatori di calore geotermici. Per ottenere questo risultato è stato necessario riprodurre in laboratorio condizioni controllate di condensazione, osservando in dettaglio il comportamento delle superfici durante il passaggio da condensazione a goccia a condensazione a film. Spike ha quindi progettato e costruito un banco prova specifico per analizzare il meccanismo di condensazione su piastre trattate, con un approccio sperimentale che ha combinato rigore ingegneristico e osservazione diretta del fenomeno.
Il ruolo di Spike nella progettazione del banco prova
Spike ha curato l’intero sviluppo dell’impianto, dalla progettazione meccanica alla definizione del circuito termofluidodinamico, fino all’integrazione della strumentazione e del sistema di controllo. Il banco prova è stato concepito per permettere lo studio della condensazione di R134a su superfici opportunamente preparate, con la possibilità di variare la geometria della piastra e il tipo di trattamento superficiale. L’impianto ha rappresentato uno strumento fondamentale per valutare l’effetto delle nano–micro strutture sulla formazione delle gocce, sulla dinamica del film liquido e sull’efficienza termica complessiva.
Un condensatore dotato di finestra ottica per l’osservazione del fenomeno
Una delle caratteristiche distintive dell’impianto è stata la presenza di una doppia finestra ottica retroilluminata che ha consentito di registrare video ad alta qualità del processo di condensazione. Questo accorgimento ha permesso di analizzare la transizione tra condensazione a goccia e condensazione a film, di studiare la dinamica delle gocce e di correlare la morfologia superficiale al comportamento termico. Il condensatore è stato testato sia in posizione orizzontale sia in posizione verticale, con la possibilità di inclinarlo leggermente per valutare come piccoli cambiamenti dell’orientamento influenzassero la distribuzione del condensato.
La configurazione dell’impianto e la strumentazione tecnica
Il banco prova è stato equipaggiato con un circuito di acqua a 7°C per il raffreddamento della piastra e un circuito di R134a condensante a 35°C. Il sistema è stato progettato per lavorare fino a 9 bar di pressione operativa, 14,5 bar di pressione massima e 16 bar di pressione di progetto. Tutta la strumentazione necessaria — sensori di temperatura, pressione e portata — è stata integrata nel circuito e collegata a un PLC che ha gestito avviamento, monitoraggio e acquisizione dei dati.
Simulazioni FEM e validazione strutturale
Durante la fase di progettazione Spike ha impiegato Comsol Multiphysics per valutare il comportamento meccanico del condensatore sotto condizioni di pressione elevate. Le analisi FEM hanno mostrato la distribuzione delle tensioni nel corpo dello scambiatore e hanno confermato la robustezza della geometria scelta nelle condizioni operative previste. Questo lavoro numerico si è combinato con i test reali, garantendo sicurezza e stabilità nelle sperimentazioni.
Un impianto essenziale per la validazione dei materiali GEOHEX
Il banco prova in condensazione realizzato da Spike ha avuto un ruolo determinante nell’attività sperimentale del progetto GEOHEX. Grazie a questa infrastruttura è stato possibile osservare direttamente come i rivestimenti avanzati influenzassero la nucleazione delle gocce, la loro coalescenza e lo scorrimento del film liquido. I dati raccolti hanno contribuito alla valutazione comparata delle superfici, permettendo di identificare configurazioni in grado di migliorare le prestazioni termiche degli scambiatori geotermici e di ridurre il rischio di fouling. L’impianto ha rappresentato un passo fondamentale per trasferire i risultati dei materiali avanzati dalle prove di laboratorio alle applicazioni reali.