Discussione: Prototipo concentratore solare a tubi sottovuoto

Prima di tentare la realizzazione volevo sottoporre all'esame delle menti esperte del forum un possibile prototipo di concentratore solare ad asse verticale da circa 1 mq di superficie, costituito da 2 paraboloidi "cilindrici" offset di circa 25x200 cm e due tubi solari sottovuoto da 58x1800 mm. I 2 riflettori sarebbero in realtà 4, essendo ciascuno diviso in 2 metà per lasciare un po' di spazio e offrire meno resistenza al vento. Le strutture di irrigidimento e supporto principali, che manterrebbero anche la forma dei riflettori (di plexiglass o policarbonato specchiato), e la posizione dei tubi sottovuoto, sarebbero 2, una lastra trasparente in alto e una lastra riflettente in basso, anch'esse di plexiglass, magari più spesso (3-5 mm) rispetto a quello dei riflettori (1,5 mm).

Il trasporto del calore sarebbe tramite sistema heat pipe, o con degli heat-pipe in rame inseriti nei tubi, o per evaporazione diretta di acqua nei tubi e condensazione in uno scambiatore dentro casa.

Una prima considerazione tecnica.
Un sistema del genere normalmente viene installato con i tubi assorbitori orizzontali ed inseguimento su un solo asse, con rotazione intorno alla direttrice est-ovest o nord-sud, secondo la collocazione. In questo caso gli heat pipe non potrebbero lavorare.

Ma il progetto e' soprattutto di studio, cioe' non si cerca la soluzione piu' economica ? E' indirizzato solo alla produzione di calore a bassa temperatura ?

ciao

L'installazione in verticale è dovuta alla necessità di utilizzare una facciata esposta a sud, capisci bene che con uno sviluppo orizzontale il riflettore puntato verso est o ovest avrebbe dovuto sporgere di 2 metri dalla facciata, con ovvi problemi di installazione e di estetica. Facendo qualche calcolo con simulatore per impianti fotovoltaici, inoltre, ho scartato l'idea di inseguire il sole su asse orizzontale, in quanto meno conveniente. Ad esempio, in questi giorni qui in Sicilia il sole varia la sua inclinazione rispetto all'orizzonte tra 0 e 30°, mentre descrive un arco di oltre 120° da est-sud-est a ovest-sud-ovest, quindi conviene comunque usare un asse verticale, a parità di superficie del riflettore.

La disposizione verticale è, inoltre, più semplice meccanicamente, in quanto basta "appendere" il sistema a un rotore, per il suo centro di massa, mentre con l'asse orizzontale occorrono comunque due appoggi. Inoltre le tubazioni uscenti dai tubi solari, essendo l'asse di rotazione parallelo ai tubi e vicinissimo ad essi, avrebbero escursioni minime di posizione, mentre con i tubi e i riflettori disposti in orizzontale l'escursione sarebbe enorme.

Per quanto riguarda il sistema heat-pipe, non sarebbe necessaria la disposizione verticale, se non per far tornare indietro il liquido per caduta, nel caso di tubi sottovuoto usati come heat-pipe in ogni caso prevedo di usare una piccola pompa per il reintegro dell'acqua evaporata.

Il sistema sarebbe usato per produrre acqua calda. Durante le assenze da casa si svuoterebbe automaticamente dato che funziona per evaporazione.

Qualcuno saprebbe suggerirmi un sistema per aumentare la superficie di evaporazione dell'acqua e alleggerire i tubi solari riducendo la quantità d'acqua ? Esiste qualche membrana ( lo so, state pensando al Goretex ) che resista ad alta temperatura e permetta il passaggio di vapore trattenendo però l'acqua in fase liquida ? Intendo "partizionare" l'interno dei tubi sottovuoto in questo modo:

misà che dell'HP ci hai capito poco!!!
Un tubo HP non ha una anima così grande, ma il cilindro(tubo in rame) che contiene acqua è di pochi mmm mentre il tubo esterno te lo ritrovi a 58mm.

Quindi il peso del tutto è dato dal 70% dal vetro ed il restante dall'assorbitore + HP.

Ritornando alla tua membrana io direi che prioritario è capire se nel tuo caso è adatto un HP in quanto raggiungendo ipoteticamente una irradiazione superiore (quindi una T superiore)il sistema HP che è del tutto autonomo e non modificabile riesce a funzionare, meglio forse un sistema DF dove sei tu che decidi quanta acqua far passare e quanto sarà il salto termico all'interndo del tubo.

Inparole povere se un classico HP da 58mm è stato studiato per farlo lavorare a T max di 200° cosa accade al liquido all'interno del HP se raggiunge i 400°? Riesce a realizzare tutto il ciclo(condensazione ebollizione ed evaporazione)?

Prima cosa una valutazione di base, che si riallaccia alla mia domanda sul "progetto di studio".
Insomma per 1 mq di collettore, sia pure ad inseguimento, e' ovvio che 10 tubi sottovuoto darebbero 2 mq ad "inseguimento passivo", per la sola ACS come semplicita' economia, robustezza mi sa che non c'e' storia, idem per i piani. A meno che non si vogliano alte temperature naturalmente.
Pero' il progetto e' comunque interessante.

Il fatto di appendere il collettore per un solo punto di attacco capisci da te che non sta in piedi, che fai lo lasci sventolare ? Un minimo di robustezza ci vuole.

Anche essendo in facciata potrebbe essere collocato orizzontalmente, pero' credo anch'io che se si bada soprattutto alla produzione invernale la collocazione verticale e' piu' produttiva. attenzione che gli HP hanno problemi anche in verticale.

Sono d'accordo con omaccio, l'utilizzo dei tubi standard, magari con HP standard deve essere verificato con attenzione. Cosa succede al rivestimento selettivo sul tubo quando viene colpito ad un fattore di concentrazione n (che dipende dal rapporto tra raggio del riflettore e del tubo interno dove e' lo strato selettivo che credo sia sui 47 mm) ? Idem per le alette in alluminio che trasportano il calore all'HP ed all'HP stesso.

Giuste anche le considerazioni sul ciclo dell'HP. Forse la soluzione ideale sarebbe fare un HP ad hoc, magari semplicemente sostituendo il fluido all'interno di un HP standard.
Se si arrivasse ad utilizzare un HP si avrebbero temperature estremamente alte nel suo condensatore, l'energia di tutta la superficie del collettore sarebbe concentrata li'.

ciao

Mi scuso se sono stato troppo vago sul "sistema heat pipe", e ciò ha dato luogo a fraintendimenti. Nemmeno io mi fiderei molto di un sistema con tubi heat-pipe classici di rame da 8 mm connessi termicamente al vetro interno (di 47 mm) tramite alette di alluminio, perché in un sistema a concentrazione il flusso termico è, ovviamente molto maggiore, per questo avevo pensato di usare l'acqua direttamente a contatto col vetro e il tubo sottovuoto stesso, più le tubazioni per il vapore che entrano dentro casa e un boiler di accumulo stagno a bassa pressione come "sistema heat pipe".
tonino, per "appendere" non intendevo far penzolare il tutto appeso a un filo, intendevo semplicemente che il vincolo sarebbe soltanto in alto, ovviamente l'asse di rotazione dovrà essere abbastanza rigido da non far oscillare troppo i riflettori esposti al vento.
Nulla vieta di "incernierare" l'asse anche in basso, se dovessero insorgere problemi di oscillazioni eccessive, ma le flessioni dovute al peso della struttura, per lo meno, sarebbero nulle, essendo il vettore forza peso parallelo all'asse, mentre nel caso di asse orizzontale il peso graverebbe a 90° rispetto all'asse, causando flessioni.

Originariamente inviata da omaccio

Inparole povere se un classico HP da 58mm è stato studiato per farlo lavorare a T max di 200° cosa accade al liquido all'interno del HP se raggiunge i 400°? Riesce a realizzare tutto il ciclo(condensazione ebollizione ed evaporazione)?

Spiego meglio la mia idea. L'evaporazione avverrebbe nel tubo solare, la condensazione dentro un boiler di accumulo, che deve essere stagno, ad esempio si potrebbe utilizzare uno scaldabagno di recupero. La differenza di pressione che muove il vapore sarebbe quindi dipendente dalla differenza di temperatura tra l'acqua del boiler e l'acqua contenuta nei tubi solari.
Il sistema funzionerebbe quindi a pressione inferiore a quella atmosferica, questo anche per evitare che i tubi di vetro esplodano.

Originariamente inviata da eribird

non intendevo far penzolare il tutto appeso a un filo, intendevo semplicemente che il vincolo sarebbe soltanto in alto, ovviamente l'asse di rotazione dovrà essere abbastanza rigido da non far oscillare troppo i riflettori esposti al vento.

Si era chiaro ma sempre appeso e'. Un affare lungo 2 metri con la forma di una pala di Savonius sarebbero piu' le complicazioni che i vantaggi a montarlo a sbalzo, comunque non insisto.

Originariamente inviata da eribird

Spiego meglio la mia idea. L'evaporazione avverrebbe nel tubo solare, la condensazione dentro un boiler di accumulo, che deve essere stagno, ad esempio si potrebbe utilizzare uno scaldabagno di recupero. La differenza di pressione che muove il vapore sarebbe quindi dipendente dalla differenza di temperatura tra l'acqua del boiler e l'acqua contenuta nei tubi solari.

E come conti di mantenere la depressione nel circuito ?
In un HP la depressione c'e' solo a freddo, quando lavora ci sara' una pressione piu' alta.
La pressione di lavoro in sostanza dipendera' dalla temperatura di lavoro per cui e' costruito, se contiene acqua e lo si fa' lavorare a 300 gradi la pressione sara corrispondente, a meno che non vada in evaporazione completa, cioe' tutto il liquido evapori, a quel punto smette di lavorare come HP.

Inoltre una tubatura di vapore ti causera delle condensazioni lungo i tubi.

In un HP il tubo in rame credo serva anche ad uniformare la distribuzione del calore.
Se vuoi ridurre il contenuto d'acqua del tubo sottovuoto potresti pensare di inserire un tubo, magari in rame.

L'idea dell'HP e' interessante ma va' chiarita bene. In alternativa c'e' sempre la possibilita' del flusso a circolazione forzata.

ciao

Originariamente inviata da toninon

come conti di mantenere la depressione nel circuito ?
In un HP la depressione c'e' solo a freddo, quando lavora ci sara' una pressione piu' alta....

Inoltre una tubatura di vapore ti causera delle condensazioni lungo i tubi.

In un HP il tubo in rame credo serva anche ad uniformare la distribuzione del calore.
Se vuoi ridurre il contenuto d'acqua del tubo sottovuoto potresti pensare di inserire un tubo, magari in rame.

L'idea dell'HP e' interessante ma va' chiarita bene. In alternativa c'e' sempre la possibilita' del flusso a circolazione forzata.

ciao

Hai posto interessanti questioni, e ti ringrazio, vediamo di chiarirci le idee insieme, d'altronde è questo il motivo per cui ho aperto la discussione, visto che non ho le idee del tutto chiare.
La depressione nel circuito, una volta tolta l'aria, si dovrebbe mantenere automaticamente se il circuito è a tenuta stagna, e se la temperatura dell'acqua non supera i 90-100°, il problema è simile a quello dell'installazione di un impianto a PDC, occorre togliere inizialmente l'aria dai tubi con una pompa a vuoto finché non si raggiunge la pressione di vapore saturo dell'acqua alla temperatura dell'acqua liquida che c'è nell'impianto in quel momento, e curare attentamente la tenuta delle tubazioni.
Per quanto riguarda le tubazioni, ovviamente dovranno essere coibentate molto bene. Una piccola quantità di condensa può essere tollerabile, in ogni caso se c'è flusso di vapore non potrà matematicamente ristagnare troppa acqua, perché sarà spinta in avanti dal vapore.

Riguardo all'alleggerimento dei tubi, ho pensato che non è importante, più che altro mi serviva aumentare la superficie del "pelo libero", ma ripensandoci non è neppure necessario, l'acqua può evaporare (e sicuramente lo farà) dall'interno e sulla superficie calda del vetro, le bolle poi tenderanno a salire crescendo in volume perché faranno da "nuclei di evaporazione" per altro vapore e perché diminuisce la pressione idrostatica.

Più complesso credo sia invece il discorso "lato condensazione".
La prima cosa che mi è venuta in mente è far gorgogliare il vapore nell'acqua del boiler dal basso, possibilmente attraverso un tubo forellato per aumentare la superficie equivalente della "bocca di uscita" e per creare bolle più piccole e velocizzare lo scambio termico con l'acqua. La domanda da porsi è quale sia la pressione nel boiler se c'è stratificazione. La risposta che mi sono dato è che dipende dalla temperatura del pelo libero, cioè della cima del boiler, dove sarà presente del vapore. Più in basso la pressione sarà più alta, perché alla pressione del vapore si somma quella della colonna d'acqua. Siccome la pressione di vapore saturo dove l'acqua è più fredda sarà inferiore, quello che immagino è che le bolle di vapore tenderanno a "collassare" per "autocondensazione", cioè la loro superficie esterna farà da superficie di condensazione a contatto con l'acqua più fredda.
Abbiamo così realizzato uno "scambiatore a bolle".
Tempo fa mi sono imbattuto in uno studio scientifico sulla "pentola che bolle", quello che ricordo è che le bolle di vapore trasportano una quantità di calore, molto maggiore di quanto sarebbe possibile per semplice convezione.
Quello che è cruciale, ovviamente, è il cambiamento di fase da vapore a liquido e viceversa.
A questo punto i problemi da risolvere non sono finiti...
Se va via il sole e i tubi sottovuoto si raffreddano e il boiler è caldo il sistema si potrebbe invertire, quindi va messa una valvola che impedisca il reflusso dell'acqua dal boiler ai tubi solari.
Altro problema, se la "cima" del boiler si scalda troppo, perché possa mantenersi il flusso di vapore, l'acqua nei tubi solari si dovrà scaldare maggiormente. Non che sia un problema per un sistema a concentrazione, però aumenteranno le dispersioni termiche delle tubazioni. Potrebbe quindi essere opportuno, in fase di accumulo di calore nel boiler, rinunciare per quanto possibile alla stratificazione ed avere una temperatura più uniforme, ad esempio allargando il "fronte" delle bolle e mettendo il boiler in orizzontale.
Per queste ragioni la soluzione dello "scambiatore a bolle", per quanto semplice, potrebbe non essere ideale. Forse conviene un bell'accumulo a vaso aperto con immerso dentro un "radiatore" a serpentina e pacco alettato recuperato da qualche unità esterna di pompa di calore da rottamare, in cui far circolare il vapore, raccogliendo la condensa in un piccolo vaso ermetico a valle del quale mettere la pompa per riportare periodicamente indietro ai tubi solari l'acqua condensata.

Originariamente inviata da toninon

In alternativa c'e' sempre la possibilita' del flusso a circolazione forzata.

ciao

Certamente, ma vuoi mettere l'economia di un sistema dove il "tubo grosso" è uno solo e la pompa di circolazione consuma un decimo se non meno ?

Mah, a parte tutta descrittiva del tuo congegno del tutto oscura (ma è un mio limite) mi rimane un dubbio atroce tutto sto congengno per fare cosa?
Risparmiare un circolatore che comunque forse servirà?


Che si utilizzi solo un tubo, su quello niente di nuovo, su internet vendono tubi da 200 mm di vetro lunghi anche 3 mt dove mettere al loro interno ciò che si vuole da un semplice tubo ad una serpentina ad una lamina captante ecc, il verticale può essere la novità a patto che ti costruisca un HP che funzioni a T elevate; se poi si deve mettere sto circolatore..bè, penso possa bastarne uno da 10 watt e anche meno visto che ad oggi per pannelli solari si cominciano ad utilizzare circolatori da soli 20 watt!

Forse il circolatore non servirà proprio. Nel mio progetto folle ho pensato anche a una pompa totalmente statica per riportare, a fine giornata, l'acqua condensata al punto di partenza. Siccome in linea di massima il volume d'acqua contenuto in un tubo solare basta, evaporando, ad assorbire il calore di una giornata di sole, la periodicità del "ricircolo" può essere anche di una volta sola al giorno. In pratica andrebbe messo in ( o meglio, al centro di) ciascun tubo solare sottovuoto un contenitore stagno tubolare da pressurizzare a qualche bar di pressione, contenendo anche aria o meglio un altro gas poco solubile in acqua, oltre che acqua, come se fosse la "palla" di un'autoclave. Questo serbatoio "temporaneo" andrebbe poi a ricaricare continuamente, comandato da un galleggiante, il restante volume del tubo solare, le cui pareti interne sarebbero quindi sempre bagnate. Alla fine di una "dura giornata di lavoro", il serbatoio sarà quasi vuoto mentre il vaso di raccolta dell'acqua condensata nello scambiatore del boiler sarà quasi pieno. Per riportare indietro e ripressurizzare quest'acqua si potrebbe usare una... resistenza.
Non mi sparate subito addosso, ammetto che l'idea è folle, ma la espongo lo stesso, almeno per sapere se qualcuno conosce questo tipo di pompa, ammesso che funzioni e che abbia qualche applicazione già nota.

Se è vero che in un recipiente stagno contenente solo acqua in forma liquida e vapore (e non anche aria) la pressione interna è pari alla pressione di vapore saturo dell'acqua alla temperatura del pelo libero superiore, cioè dell'interfaccia tra acqua e vapore, perché non sfruttare:
a) la scarsa conducibilità termica dell'acqua.
b) una forma a tubo verticale del recipiente
c) la pressione del vapore
d) UN ELEMENTO RISCALDANTE di piccola dimensione (leggi RESISTENZA).
per pompare l'acqua fuori del recipiente e pressurizzarla in un altro recipiente ?

In pratica (allego figura) andrebbe riscaldato rapidamente il pelo libero con la resistenza elettrica appesa a un galleggiante in modo tale che "segua" il pelo dell'acqua quando questa viene premuta fuori dalla pressione del vapore.

In linea di principio dovrebbe funzionare, e ora finalmente mi riesco a spiegare perché quando l'idraulico ebbe la "felice idea" di montarmi lo scaldabagno a testa in giù, essendo la resistenza disposta in alto invece che in basso, avevo anche i tubi dell'acqua fredda caldi e da un raccordo dell'acqua calda usciva tanto vapore da trasformare il bagno in una sauna.

Originariamente inviata da eribird

Per riportare indietro e ripressurizzare quest'acqua si potrebbe usare una... resistenza.

Si in teoria dovrebbe funzionare. Pero' una resistenza esposta al solo vapore si surriscalderebbe se non fatta apposta.

Riguardo la circolazione a vapore, il tubo sarebbe sostanzialmente pieno d'acqua ? Ripeto che secondo me c'e' bisogno di un sistema di omogeneizzazione della temperatura, perche' altrimenti rischi qualche squilibrio.
A che pressione pensi si possa mandare il tubo sottovuoto ? Va' ancora chiarito il ripristino del liquido di condensa.
Un tubo pieno d'acqua avrebbe una notevole inerzia termica, cio' si tradurrebbe in una certa lentezza nell'arrivare alla temperatura di scambio e poi ad uscirne, con conseguenti perdite di energia, soprattutto in giornate variabili. Da questo punto di vista l'HP e' superiore.
Io ti consiglio di verificare meglio proprio una soluzione con HP, magari fatto su misura.

Per il riempimento ed il caricamento in depressione, sia del sistema a vapore che HP credo sia possibile farlo riempiendo l'HP della quantita' opportuna di liquido con una valvola di pressione massima opportunamente tarata.
Poi si chiude tutto e si porta alla temperatura opportuna, la pressione salira ma verra' smaltita dalla valvola di p.max. Si smette di scaldare e si fa' raffreddare. Il sistema dovrebbe stabilizzarsi in depressione rispetto alla valvola di p.max, a quel punto si puo' sigillare, escludendo anche la valvola di p.max

ciao

Originariamente inviata da toninon

Si in teoria dovrebbe funzionare. Pero' una resistenza esposta al solo vapore si surriscalderebbe se non fatta apposta.

Non è esposta al solo vapore, è "a bagno" in quanto pende sotto un galleggiante. Per rendere ancora più statico il sistema si potrebbe eliminare il galleggiante e fissare la resistenza in alto inserita in un tubo di rame o di alluminio posto in verticale nel recipiente e che trasmetterebbe il calore fino al pelo dell'acqua. Una alternativa "elegante", sarebbe riscaldare il pelo dell'acqua dall'alto con una superficie radiante a media temperatura (300-500°), visto che l'acqua assorbe efficacemente gli infrarossi dai 2 micron in su.

Originariamente inviata da toninon

Riguardo la circolazione a vapore, il tubo sarebbe sostanzialmente pieno d'acqua ? Ripeto che secondo me c'e' bisogno di un sistema di omogeneizzazione della temperatura, perche' altrimenti rischi qualche squilibrio.

Che cosa potrebbe succedere di più pericoloso dell'ebollizione dell'acqua, che tuttavia è una cosa voluta ? Il vapore va in alto, l'acqua liquida più fredda va in basso, la circolazione del calore è garantita dall'ebollizione stessa.
In un solare a concentrazione a circolazione forzata di liquido ci potrebbe essere la preoccupazione che ci sia ebollizione, invece in questo sistema l'ebollizione è addirittura una cosa desiderabile. Quello che avviene tutti i giorni quando ci cuciniamo un piatto di pasta non credo che possa creare grosse sorprese.

Originariamente inviata da toninon

A che pressione pensi si possa mandare il tubo sottovuoto ?

Se la memoria non mi fa difetto su qualche foglio tecnico credo di aver letto 8 bar, ma in ogni caso tra 1 bar di DEpressione e la pressione atmosferica il tubo regge di sicuro, quindi tra 0 e 100 gradi nessun problema. Con la depressurizzazione, tra l'altro, si elimina la tensione esercitata dalla pressione atmosferica sul tubo interno, visto che nell'intercapedine tra i due tubi c'è il vuoto.
Non è comunque raccomandabile far funzionare il tubo ad alta temperatura/pressione, non perché non la regga, ma perché l'alta temperatura per ACS non serve, e si traduce in dispersioni di calore nei tubi che portano dentro casa il vapore.

Originariamente inviata da toninon

Va' ancora chiarito il ripristino del liquido di condensa.

Credevo fosse già chiaro, ma repetita iuvant. Durante l'evaporazione il liquido nei tubi solari tenderà a scendere di livello, ma sarà ripristinato costantemente da un piccolo serbatoio pressurizzato che potrebbe essere esterno, ma anche interno al tubo solare, automatizzando il "rabbocco" tramite un galleggiante (stile cassetta della sciacquone, per intenderci) che apre una valvola a spillo da cui trafila l'acqua del serbatoio pressurizzato.
A fine giornata la pompa a "vapore" o a resistenza elettrica che dir si voglia, o una più comune pompa per autoclave capace di qualche bar di pressione, ricaricano il piccolo serbatoio "giornaliero"

Originariamente inviata da toninon

Un tubo pieno d'acqua avrebbe una notevole inerzia termica, cio' si tradurrebbe in una certa lentezza nell'arrivare alla temperatura di scambio e poi ad uscirne, con conseguenti perdite di energia, soprattutto in giornate variabili.

stiamo parlando di 2 litri e mezzo d'acqua per tubo, ma volendo si può ridurre la quantità d'acqua mettendo un cilindro pieno d'aria dentro i tubi solari, invece dei serbatoi pressurizzati, che andrebbero all'esterno. In ogni caso la dispersione di un tubo sottovuoto è bassa, anche con sole variable credo vada tranquillamente "in temperatura"

Originariamente inviata da toninon

Da questo punto di vista l'HP e' superiore.
Io ti consiglio di verificare meglio proprio una soluzione con HP, magari fatto su misura.

L'HP "su misura" è il tubo solare stesso ! Ho scartato l'idea dello HP in rame perché viene meno l'idea "minimalista" del progetto iniziale, e anche perché avrei dovuto cercare una soluzione per accoppiarlo termicamente al vetro e con flussi di calore in gioco che possono anche superare i 400 W per tubo la soluzione con le alette sottili di alluminio non mi è sembrata molto affidabile per la salute del vetro.

Originariamente inviata da toninon

Per il riempimento ed il caricamento in depressione, sia del sistema a vapore che HP credo sia possibile farlo riempiendo l'HP della quantita' opportuna di liquido con una valvola di pressione massima opportunamente tarata.
ciao

Certamente, per fare uscire l'aria o si riempie tutto di vapore o si tira fuori l'aria con una pompa a vuoto. Dato che qualsiasi installatore di PdC ha l'attrezzatura necessaria, mi era sembrata più comoda la seconda soluzione.

Originariamente inviata da eribird

Credevo fosse già chiaro, ma repetita iuvant. Durante l'evaporazione il liquido nei tubi solari tenderà a scendere di livello, ma sarà ripristinato costantemente da un piccolo serbatoio pressurizzato che potrebbe essere esterno, ma anche interno al tubo solare, automatizzando il "rabbocco" tramite un galleggiante (stile cassetta della sciacquone, per intenderci) che apre una valvola a spillo da cui trafila l'acqua del serbatoio pressurizzato.
A fine giornata la pompa a "vapore" o a resistenza elettrica che dir si voglia, o una più comune pompa per autoclave capace di qualche bar di pressione, ricaricano il piccolo serbatoio "giornaliero"

Francamente mi sembra un accrocchio ancora da chiarire, non lo prendevo per fatto

Originariamente inviata da eribird

stiamo parlando di 2 litri e mezzo d'acqua per tubo, ma volendo si può ridurre la quantità d'acqua mettendo un cilindro pieno d'aria dentro i tubi solari, invece dei serbatoi pressurizzati, che andrebbero all'esterno. In ogni caso la dispersione di un tubo sottovuoto è bassa, anche con sole variable credo vada tranquillamente "in temperatura"

3 litri da 20 a 100 gradi sono circa 280 W necessari per iniziare lo scambio e naturalmente persi ogni sera, poi le dispersioni per irradiazione non sono certo nulle, oltre a quelle del circuito di prelievo calore. Probabilmente lasciare i tubi caldi diciamo a 80 gradi per diversi minuti provocherebbe della dispersione di calore.

Un HP ha il vantaggio del prelievo quasi istantaneo del calore. Non e' detto che le alette di alluminio vadano in crisi, poi nulla vieta di trovare soluzioni ad hoc.
A proposito, l'assorbitore luminoso sarebbe sempre quello del tubo sottovuoto, cioe' lo strato ricettivo sulla faccia esterna del tubo interno di vetro, anche qui andrebbe valutata la possibilita' di temperature eccessive, anche per la difficolta' di smaltire il calore attraverso la parete in vetro.

ciao

Originariamente inviata da toninon

3 litri da 20 a 100 gradi sono circa 280 W necessari per iniziare lo scambio....

Cosa ti fa pensare che debba arrivare a 100 gradi ? Basta che la temperatura sia superiore a quella della parte dove avviene la condensazione e il tubo andrà "in pressione" (l'ebollizione non avviene a pressione atmosferica, quindi devi considerare le differenze di pressione di vapore saturo tra i due estremi, non la pressione assoluta del vapore). Forse la temperatura ideale sarebbe intorno ai 60°, anche perché se il vapore è più freddo è anche più rarefatto, e quindi considerando le perdite di carico nella condotta del vapore, la portata potrebbe essere insufficiente a smaltire il calore. Esagerare col diametro delle tubazioni si pagherebbe invece in termini di dispersione termica, a parte il costo dei tubi, ovviamente.
Inoltre, non dimenticare che a fine giornata i tubi solari saranno vuoti, e l'acqua condensata si può mantenere calda nel recipiente di raccolta se questo si mette dentro l'accumulo, in modo da minimizzare le perdite globali per "isteresi".

Originariamente inviata da toninon

A proposito, l'assorbitore luminoso sarebbe sempre quello del tubo sottovuoto, cioe' lo strato ricettivo sulla faccia esterna del tubo interno di vetro, anche qui andrebbe valutata la possibilita' di temperature eccessive, anche per la difficolta' di smaltire il calore attraverso la parete in vetro.

Sì, ma la parete in vetro è spessa forse meno di 2 mm, mentre la superficie di assorbimento attiva è di parecchi decimetri quadri, e dall'altra parte c'è un "contatto" intimo e abbastanza esteso del vetro con l'acqua, le alette di alluminio, invece, per quanto ci si sforzi a dargli la stessa curvatura del vetro, "toccheranno e non toccheranno", e la stessa cosa vale per l'interfaccia rame-alluminio di un HP in rame. Che fai, riempi tutti i vuoti con pasta termica e poi alla prima dilatazione il contatto se ne va a farsi benedire ?
Se in un sistema a tubi sottovuoto e HP in rame senza concentrazione della luce solare le alette possono anche bastare, in un sistema a concentrazione ti posso assicurare da calcoli eseguiti, che il vetro rischia davvero di "fondere"

Originariamente inviata da eribird

Che cosa potrebbe succedere di più pericoloso dell'ebollizione dell'acqua, che tuttavia è una cosa voluta ? Il vapore va in alto, l'acqua liquida più fredda va in basso, la circolazione del calore è garantita dall'ebollizione stessa.

Ripensandoci bene, e facendo qualche calcolo, devo purtroppo smentire questa affermazione. Il problema dell'ebollizione nel tubo solare non è tanto nel fenomeno, quanto nei "numeri". In poche parole, se l'ebollizione avviene a bassa pressione e bassa temperatura, il vapore che si genera avrà bassa pressione/bassa densità. Le bolle di vapore non schizzano come saette verso la cima del tubo, su un sito di "bollologia" ho letto che la velocità di risalita delle bolle dipende da molti fattori, ma tende comunque a rimanere entro 20-30 cm al secondo, quindi per smaltire 400 W con vapore a bassa pressione è facile che il tubo solare si "ingolfi" di bolle, un po' quello che avviene se tappiamo una pentola con l'acqua che bolle e quando togliamo il coperchio si vedono bolle di acqua/vapore che riempiono tutto lo spazio disponibile. Questa cosa è assolutamente da evitare, perché l'acqua potrebbe essere espulsa dal tubo, e anche se ciò non fosse, lo scambio termico acqua/vetro potrebbe ridursi enormemente per la riduzione della superficie di contatto dovuta alle troppe bolle.
Inoltre sul vetro liscio c'è il rischio di avere pochi punti di nucleazione per le bolle e l'acqua può quindi superare il punto di ebollizione senza sviluppo di bolle, per poi bollire all'improvviso in modo praticamente esplosivo (povero tubo solare...).
Vedrò di riconsiderare la possibilità di un heat pipe in rame di dimensioni maggiorate, magari accoppiandolo al vetro tramite sottile strato di olio.

Originariamente inviata da toninon

Francamente mi sembra un accrocchio ancora da chiarire, non lo prendevo per fatto


3 litri da 20 a 100 gradi sono circa 280 W necessari per iniziare lo scambio

3 Kg * 80 K * 4180 J/kgK / 3600 s = 278,666... Wh

Tanto per puntualizzare .

Siccome non vorrei accantonare l'idea del trasferimento di calore per evaporazione/condensazione, ora dovrò studiare un evaporatore/bollitore "orizzontale" da accoppiare agli heat pipe di rame.

Pensate che vadano bene dei tubi multistrato in PEX / Al / PEX per il trasporto del vapore ?

Il sistema heat-pipe / evaporatore / regolatore di flusso sarebbe così:

Originariamente inviata da eribird

3 Kg * 80 K * 4180 J/kgK / 3600 s = 278,666... Wh

Tanto per puntualizzare .

Eh si avevo sbagliato l'unita' di misura, meno male che si capiva dal contesto che era un'energia.

Riguardo i tubi bollenti mi viene anche da pensare che ci possano essere un po' di vibrazioni.

Pero' vediamo meglio le quantita' in gioco.
Tu prevedi 1 mq di paraboloide, per cui come base conservativa della potenza da smaltire prendiamo 1000 W.

Il calore latente di vaporizzazione dell'acqua e' di 2272 kJ/kg. Dunque per smaltire 1000 W, cioe' 1000 J/s (come m'insegni ) occorrera' come minimo (l'acqua in ingresso non sara' a 100 gradi ma un po' meno, pero' lasciamo perdere per ora) far evaporare 0.44 g/s d'acqua.
Adesso sarebbe da valutare la densita' del vapore alla temperatura e pressione operative per sapere quanto volume di vapore mi trovero' mediamente in viaggio nei tubi, o meglio alla loro bocca d'uscita.
Forse hai gia' fatto questo calcolo ?

ciao

Originariamente inviata da toninon

... per smaltire 1000 W, cioe' 1000 J/s (come m'insegni ) occorrera' come minimo (l'acqua in ingresso non sara' a 100 gradi ma un po' meno, pero' lasciamo perdere per ora) far evaporare 0.44 g/s d'acqua.
Adesso sarebbe da valutare la densita' del vapore alla temperatura e pressione operative per sapere quanto volume di vapore mi trovero' mediamente in viaggio nei tubi, o meglio alla loro bocca d'uscita.
Forse hai gia' fatto questo calcolo ?

ciao

Certo che l'ho fatto...
Il vapore a 100° e pressione atmosferica ha densità di circa 0,6 g/litro, quindi il flusso massimo per smaltire 1 KW sarebbe di meno di 1 litro/secondo, ovvero meno di 3,6 mc/h.
Con questi valori e considerando la viscosità del vapore aqueo a pressione atmosferica e 100° di temperatura, la perdita di carico in un tubo da 14 mm di sezione interna per 20 metri di lunghezza è meno dell' 1 % (7 millibar).
Per minimizzare le dispersioni termiche nel tubo di trasporto del vapore si dovrebbe cercare di far funzionare il sistema a temperatura più bassa, ma se si abbassa la temperatura si abbassa anche la pressione, e la densità del vapore.
Di conseguenza per mantenere il flusso termico richiesto, che come giustamente fai notare sarà al massimo di circa 1 KW, sarà necessaria una maggiore portata volumica e questo comporterebbe, a parità di sezione utilizzata, problemi di caduta di pressione nei, per esempio, 20 metri di tubo necessari per arrivare fino all'unità di condensazione.
Andrebbe stimato il punto ottimale di funzionamento, ma a calcolo spannometrico, credo che convenga lavorare a pressione e temperatura più alta possibile, eventualmente ad intermittenza, piuttosto che a flusso continuo.
Questo perché le dispersioni termiche attraverso la condotta del vapore e relativo isolante aumentano linearmente con la differenza tra temperatura ambiente e temperatura del vapore, mentre il flusso termico potenzialmente trasferibile col vapore cresce molto di più che linearmente con la differenza di temperatura, perché aumentano sia la densità, sia la temperatura, sia la pressione del vapore, e tutti e tre questi fattori aumentano il flusso di calore potenzialmente trasferibile attraverso la condotta. Dico potenzialmente, perché bisogna anche valutare se il condensatore è in grado di condensare il vapore abbastanza velocemente. Se però consideriamo che in un heat-pipe in rame per uso solare la superficie dello heat-pipe dove avviene la condensazione è davvero piccola, e le pressioni di lavoro massime non dovrebbero essere molto più alte di 1 atmosfera (almeno in condizioni normali), evidentemente la condensazione è un fenomeno molto veloce, e non prevedo problemi particolari a smaltire 0,5 o più grammi al secondo.

Io non mi preoccuperei troppo della condotta del vapore, una temperatura di 100 gradi si isola senza problemi.

In realta' stavo ancora pensando al tubo bollente. Quindi il tubo dovrebbe emettere mediamente 0.73 l/s di vapore (sempre nelle condizioni peggiorative).
Pero' la concentrazione del vapore sara' in alto, questo potrebbe creare un certo aumento della temperatura delle pareti del tubo in alto e quindi un surriscaldamento del vapore in uscita.
I problemi effettivi credo siano quelli meccanici, soprattutto vibrazioni dovute all'ebollizione. Hai considerato un aumento di pressione, per limitare il volume di vapore ?
Probabilmente a questo punto l'unica sarebbe la sperimentazione.

Sarebbe probabilmente semplicissimo aumentare la rugosita' del vetro, per diminuire la dimensione media delle bolle, basterebbe un po' di polvere abrasiva per vetro a grana grossa e farla andare per un po' su e giu' nel tubo.

La soluzione del HP e' attraente in generale, perche' permette di avere una concentrazione di calore nel condensatore veramente elevata, ma questo e' probabilmente fonte di parecchie difficolta'. Se si trattasse di alimentare un motore Stirling non sarebbe male, ma per calore a bassa temperatura i vantaggi non ci sarebbero.

Piuttosto, 0.44 g/s sono 1.5 l/h (salvo correggere per la temperatura), quindi il problema dell'alimentazione del tubo 'generatore di vapore' diventa immediato.

ciao

Originariamente inviata da toninon

In realta' stavo ancora pensando al tubo bollente. Quindi il tubo dovrebbe emettere mediamente 0.73 l/s di vapore (sempre nelle condizioni peggiorative).
Pero' la concentrazione del vapore sara' in alto, questo potrebbe creare un certo aumento della temperatura delle pareti del tubo in alto e quindi un surriscaldamento del vapore in uscita.

Sto decisamente scartando l'idea iniziale del tubo solare di vetro usato come heat pipe, c'è troppo poco spazio per l'evaporazione, temo che l'idea minimalista lo fosse un po' troppo, nella migliore delle ipotesi il tubo si ingolfa di bolle di vapore, col rischio di espellere l'acqua (mi è successo durante un esperimento con un HP in rame artigianale da 6 mm aperto da un lato, l'acqua schizzava via tipo proiettile), mentre nella peggiore delle ipotesi il tubo di vetro fa BAM ! oppure salta via il tappo di silicone che più di tanta pressione non può comunque reggere, dovendo affidarsi solo sull'attrito contro il vetro. D'altro canto far funzionare il sistema a pressione bassa, ovvero meno di quella ambiente, richiederebbe tubi di diametro maggiore per il vapore, e questo si traduce in maggior diametro anche della coibentazione, che deve crescere proporzionalmente al tubo da coibentare.

Realizzando invece un heat-pipe con tubo di rame crudo da 35x1,2 mm, posso anche utilizzare un solo tubo sottovuoto da 47x1500 (diametro interno 37) e due paraboloidi "spezzati" per illuminare uniformemente il tubo su tutta la circonferenza.

Originariamente inviata da eribird

Realizzando invece un heat-pipe con tubo di rame crudo da 35x1,2 mm, posso anche utilizzare un solo tubo sottovuoto da 47x1500 (diametro interno 37) e due paraboloidi "spezzati" per illuminare uniformemente il tubo su tutta la circonferenza.

E io che pensavo di essere uno che si complica la vita .
Che cos'e' il disegno di una farfalla mutante ? Quando si dice voler spaccare il paraboloide in 4 !

A parte gli scherzi, l'illuminazione anche con il tuo schema credo non sia comunque uniforme, secondo me meglio semplificare, il tubo nella parte anteriore sara' comunque illuminato direttamente.

Pensi che lo HP ad alta potenza sia possibile ? Magari converra' sovradimensionare la dimensione del condensatore.

ciao

Ho letto in rete di uno che si era autocostruito un heat pipe di rame artigianale, credo fosse con tubo da 1", per raffreddare una CPU di computer in overclock.
Nel frattempo mi è venuta una pensata su come si potrebbe far lavorare il tubo solare di vetro come heat-pipe senza ingolfarlo di bolle. In pratica basta togliere l'acqua ! Il rifornimento d'acqua liquida necessario per compensare l'evaporazione si potrebbe fare attraverso degli ugelli o degli aghi ipodermici disposti a raggiera in modo da schizzare acqua su tutto il perimetro interno del tubo solare, ottimizzando la distribuzione dell'acqua in previsione dell'eventuale irraggiamento solare non uniforme da parte del riflettore.
In questo caso l'acqua scenderebbe in rigagnoli lungo il tubo raffreddandolo mentre evapora, e il vapore avrebbe spazio sufficiente per attraversare velocemente il tubo.
C'è da mettere a punto il sistema di alimentazione, si potrebbe mettere una valvola che si apre e fa il "rifornimento" dei rigagnoli quando la pressione scende sotto un certo valore e che si richiude quando la pressione sale oltre un certo valore. Spruzzare acqua in continuo potrebbe anche essere possibile, ma credo ci vogliano ugelli troppo microscopici, difficili da realizzare
Sarebbe forse il primo caso nel mondo di heat-pipe "water-jet".

Il disegno è il tubo solare visto in sezione con il tubo di reintegro dell'acqua e gli spruzzatori (probabilmente ne andrebbero messi in numero maggiore, ma è giusto per dare un'idea).