Experimental investigation of condensation of propylene inside a horizontal enhanced tube

La crescente preoccupazione per le manifestazioni su scala globale del cambiamento climatico ha indotto una volontà internazionale di tutela del pianeta. La consapevolezza che ogni azione antropica richiede il consumo di energia sprona l’intera comunità scientifica verso una transizione all’uso di risorse rinnovabili e all’aumento dell’efficienza di tutti i processi. Il presente lavoro si pone l’obiettivo di massimizzare l’efficacia di scambio termico tra un idrocarburo allo stato gassoso e un fluido secondario di raffreddamento durante il processo di condensazione. Per perseguire questo scopo, è stata costruita una struttura sperimentale dove svolgere i test, per determinare le condizioni operative che garantiscano il miglior compromesso tra l’aumento del coefficiente di scambio termico e l’aumento delle perdite di pressione. La costituzione dell’impianto è tale da permettere non solo test con fluido bifase, ma anche con fluidi monofase per il de-surriscaldamento di un gas e il sotto-raffreddamento di un liquido. L’intera struttura è costituita da un circuito primario e da quattro circuiti secondari. All’interno del circuito primario è locata la sezione di test, costituita da uno scambiatore di calore tubo-in-tubo. Il tubo più interno è un canale micro-alettato in cui fluisce il fluido di lavoro, mentre nella sezione anulare più esterna scorre, in controcorrente, il fluido secondario di raffreddamento. Ogni test viene condotto sotto determinate e costanti condizioni operative relative a temperatura, pressione e titolo di vapore. Queste variabili possono essere modificate al fine di ottenere una vasta panoramica che mostri l’efficacia del processo di scambio termico in diverse situazioni. Il presente lavoro è strutturato in diversi capitoli; dopo un’iniziale revisione dei documenti presenti in letteratura in cui vengono presentate le principali nozioni teoriche di interesse, viene descritta in dettaglio la struttura sperimentale. Successivamente, segue un’analisi del processo di calcolo delle variabili ottenute indirettamente e, per concludere, i risultati raggiunti sono descritti e commentati. I risultati derivanti dai test sperimentali sono confrontati con quelli ottenuti attraverso l’implementazione di correlazioni teoriche presenti in letteratura. Dall’analisi dei dati risulta lampante il vantaggio derivante dall’utilizzo di una struttura micro-alettata. Essa, a parità di condizioni operative, permette di raggiungere valori maggiori del coefficiente di scambio termico a fronte di un ridotto aumento delle perdite di pressione rispetto al caso in cui si adoperi una struttura liscia.