Discussione: Costruire la serpentina in rame per boiler ex elettrico

Salve ragazzi scrivo qui perchè ho trovato tantissime persone che dotate di grande ingegno sono riusciti a realizzare questa serpentina per scaldare l'acqua di un boiler elettrico con il fluido termovettore proveniente da collettori solari.



Però non sono ancora riuscito a fare chiarezza e districarmi tra i vari prototipi realizzati. Quindi volevo trovare un modo comune per dimensionare la serpentina utile anche ad altri!

Il diametro della stessa è condizionato prevalentemente da fattori tecnici, quindi alla possibilità di piegare il tubo senza "laccarlo" e al diametro che foro nel boiler. Quest'ultimo si può ovviare facendo in modo che la serpentina vada avvitata a spire larghe all'interno perchè la maggior parte dei boiler ha un foro troppo piccolo.

Quindi il dato di maggior interesse e che quindi dipende dall'impianto è il diametro del tubo ed ovviamente la sua lunghezza. Dalla teoria ho capito che la superficie di scambio termico (diametro e lunghezza appunto) dipende dalla quantità di calore che vogliamo trasferire

A=Q/(u*deltaT)

A Area di scambio
Q=Calore trasmesso nell'unità di tempo
u=coefficiente globale scambio termico 850-1700 [W/(mq*K)] per acqua/acqua
deltaT=Differenza di temperatura fra i due fluidi

...ma molto praticamente come faccio a dimensionare? Voglio dire se ho un boiler da 100 litri quali altri parametri mi determinano la superficie di scambio? Come faccio a sapere in anticipo il delta temperatura tra i due fluidi? (in ingresso saranno anche 15 gradi ma dal pannello a quanti gradi mi arriverà?) Il calore scambiato dall'unità di tempo? Io sinceramente non saprei quanto tempo bisogna fissare per scaldare il boiler...quando è caldo va bene, anche se ci mette un ora!

Ragazzi potete aiutarmi?

P.S. Ecco una foto del mio boiler recuperato dalla discarica :-)

Originariamente inviata da Lork

Dalla teoria ho capito che la superficie di scambio termico (diametro e lunghezza appunto) dipende dalla quantità di calore che vogliamo trasferire

A=Q/(u*deltaT)

A Area di scambio
Q=Calore trasmesso nell'unità di tempo
u=coefficiente globale scambio termico 850-1700 [W/(mq*K)] per acqua/acqua
deltaT=Differenza di temperatura fra i due fluidi

Intanto ti segnalo questa discussione sul dimensionamento degli scambiatori:Scambiatore ACS in polietilene

La caratteristica fondamentale nella progettazione di uno scambiatore e' la potenza specifica, cioe' potenza per unita' di differenza di temperatura, misurata in kW/K°.
Per uno scambiatore primario, che trasferisce il calore dal pannello al serbatoio di accumulo e' importante che lo scambiatore riesca a smaltire il calore prodotto dal pannello, nella condizione di massima potenza, senza raggiungere un delta T troppo elevato, che darebbe problemi di dispersione e tenuta.

In generale lo scambiatore ha un'intrinseca capacita' di adattamento alle condizioni di temperatura del sistema. Cioe' se la potenza da trasferire aumenta la differenza di temperatura tra pannello e serbatoio (nella zona dove e' collocato lo scambiatore) aumenta facendo aumentare la potenza di scambio, finche' si crea un equilibrio.

Nella discussione citata trovi un foglio Excel di calcolo fatto da Wilmorel. Se ricordo bene funziona tutto, rimaneva solo qualche dubbio sul coefficiente di scambio da utilizzare per i vari materiali.
Il coefficiente di scambio in oggetto non e' affatto banale perche' dipende da tre elementi:
1) Convezione esterna alla serpentina
2) Conduttivita' termica del tubo
3) Convezione interna alla serpentina.

Naturalmente rimangono esterni al coefficiente superficie e lunghezza del tubo.

PS
Se non sbaglio a terra nella foto si vede una serpentina di raffreddamento da frigorifero, che suppongo vuoi utilizzare per costruire il collettore solare. Occhio al diametro, che sembra ridottissimo.

ciao

Grazie della risposta Toninon!

Però io volevo fare lo scambiatore in rame non con il tubo di polietilene!
In questo caso come devo fare visto che non so a priori la teperatura massima in uscita dal pannello? Quali solo le veriabili che devo fissare da progetto o altrimenti in genere quanti metri di tubo servono per 100 litri di boiler?

Grazie!

La serpentina non c'entra è li per far figura ;-)

Il file Excel nella discussione si adatta a qualunque materiale, cambiano solo il coefficiente termico e gli spessori del tubo.

Come detto la caratteristica fondamentale di uno scambiatore e' la potenza specifica, intesa come potenza/delta T, espressa in kW/K°.
Quindi l'informazione base e' la potenza del pannello ed il delta T massimo. Prova a scaricarti il file Excel ed a fare qualche prova. Ipotizza un tubo di rame standard e vediamo cosa esce.

La potenza massima di un pannello dipende dalla sua superficie captante e dal suo rendimento (che pero' dipende dalla temperatura media del fluido che circola nel pannello).

La potenza massima specifica della radiazione solare e' approssimata a 1000 W/mq, se moltiplichi per la superficie captante ottieni la potenza massima teorica. Poi di solito il rendimento di un buon pannello e' tra 0.5 e 0.8, per un pannello autocostruito non selettivo puoi considerare massimo 0.6.
Come delta T ragionevole di solito si considera 10°.

ciao

Salve, ero interessato al progetto, a che punto siete?
Qualcuno ha realizzato la serpentina?
Qualche foto e qualche info non dispiacerebbe..
Grazie, Paolo

Ciao Paolo, io alla fine visti i costi del rame e la mia inesperienza nel maneggiarlo, ho chiesto ad un amico se me la può trovare usata del tipo di quelle che ci sono all'interno delle termocucine! Non so ancora nulla che sto aspettando, intanto aspetto anche il foglio di compensato da 1,25x3m per fare il collettore solare a concentrazione! :-)