Analisi sperimentale della condensazione di vapore in aria in moto

La condensazione è un processo di cambiamento di fase che gioca un ruolo fondamentale sia in natura, con la formazione di nuvole e precipitazioni, sia in diverse applicazioni industriali, quali ad esempio i condensatori delle centrali elettriche, la distillazione dell'acqua, il condizionamento dell'aria, la cattura dell'acqua dall’umidità atmosferica, la gestione dell'acqua nelle celle a combustibile... In molte di queste applicazioni, si desidera realizzare elevati coefficienti di trasferimento del calore e di trasporto di massa per poter migliorare l'efficienza energetica dell’intero sistema. Si è osservato che la condensazione è fortemente legata alla bagnabilità della superficie sulla quale ha luogo il processo di condensazione. La condensazione su una superficie può avvenire in due modalità distinte: condensazione a film (dove il liquido forma un sottile film continuo sulla superficie) e condensazione a gocce (dove il condensato forma una moltitudine di goccioline). Con la rimozione del film di liquido, la condensazione a gocce migliora notevolmente il coefficiente di scambio termico che, in presenza di vapore saturo, può essere 5-8 volte più elevato rispetto alla classica condensazione a film. L’obbiettivo di questa tesi è di investigare sperimentalmente la condensazione del vapor d’acqua presente nell’aria umida considerando superfici con diversa bagnabilità (idrofiliche, idrofobiche e super-idrofobiche). Per conseguire questo obiettivo sono state valutate, attraverso simulazioni numeriche, delle possibili modifiche da apportare ad una sezione sperimentale progettata per lo studio della condensazione da aria umida e disponile presso il Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università degli Studi di Padova. Questo lavoro è suddiviso in cinque capitoli. Nel primo capitolo vengono introdotte le caratteristiche principali della condensazione a gocce, esponendo i fattori che influenzano il processo ed il concetto di bagnabilità superficiale. Inoltre, verrà presentata una panoramica sulle applicazioni e sui rivestimenti utilizzati fino ad oggi per modificare la bagnabilità delle superfici, focalizzando l’attenzione sulle superfici superidrofobiche. Il secondo capitolo presenta i modelli teorici che descrivono la condensazione a gocce. Dopo una parte iniziale in cui sono presentati i modelli più recenti per la descrizione del processo di condensazione in vapore saturo, viene presentato il modello di Baghel et al. (2020), che descrive il processo di condensazione a gocce in presenza aria umida. Nel terzo capitolo è descritto l’apparato sperimentale costruito per indagare la condensazione in presenza di aria umida su superfici aventi bagnabilità modificata. Verranno poi presentati i diversi componenti utilizzati per il controllo del processo e la strumentazione di misura con la relativa analisi di incertezza.