vaporizzazioe e condensazione

[davidzahar]

Buon giorno,
per una produzione di energia elettrica in
un deserto ai tropici desidero qualche aprofondimento
sulla problematica della condensazione di
notevoli quantita' di vapore acqueo.
C'e qualche consiglio dove approfondire sia teoria che pratica?
Intendo condensare in quota e di notte con aria fredda del vapore
con un sistema aria-vapore.
Prevedo difficolta' e grandi spazzi.
Esistono magari gia' condensatori per simile scopo?
Grazie per eventuale consiglio.
David Zahar
***

[toninon]

E' meglio se apri la discussione nella sezione termodinamica.

ciao

[stefanoPc]

Mi sembrava di aver letto qualcosa di simile per un progetto indiano di un generatore di "cicloni artificiali".

Il sistema è una specie di ciminiera piazzata in mezzo al deserto è alimantata con acqua anche salata.

Sfruttando il calore della pianura circostante per evaporare l'aqua crea una grossa corrente d'aria usata per azionare il generatore. Come sottoprodotto si ottiene acqua distillata.

Esattamente come le centrali che costruiremo in Italia...

[davidzahar]

grazie per l'attenzione,

passo alla sezione termodinamica allora.
Intendo far andare in quota il vapore o aria umida.
Almeno 500m poi condensarla e utilizzarla per la caduta.
Quindi devo condesare. Tutto in cirquito chiuso.
Riformulero' meglio la questione.

[eribird]

Credo il problema sia riconducibile fondamentalmente a una buona coibentazione della "canna fumaria" e alla disponibilità di una collina su cui appoggiare le tubazioni di salita del vapore e di discesa dell'acqua. A "occhio" il rendimento credo sia molto basso, perché far evaporare un litro/chilo d'acqua richiede circa 650 Wh, mentre l'energia potenziale di un chilo d'acqua a 500 metri è di appena 5000 J = 1,4 Wh. Anche recuperando buona parte del calore nella condensazione, le dispersioni termiche non sono da sottovalutare.
Si potrebbe migliorare il sistema facendolo funzionare a bassa pressione/bassa temperatura, come un heat-pipe.
Ma tutto 'sto casino, a che pro ? Non sarebbe meglio una bella turbina a vapore ?

[davidzahar]

energia solare del ampo deserto

Si, nel deserto di Atacama hanno fermato l'anno scorso le perforazioni accanto a dei geyser per ricavare vapore geotermico. La protesta della popolazione che vive di turismo soltanto chiama al dano ecologico e turistico, visto che stavano spegnendo i geyser. Allora avevo pensato di fornire loro una idea che avevo pensato come studente per deserti come Sahara dove ci sono kilometri quadri di superfice che non interessa a nessuno e sole a picco costante quanto si vuole per ottenere vapore. Nel Atacama c'e' una escursione termica notevole tra giorno e notte, ma anche dislivelli orografici di oltre mille metri sembra. Un progetto di massima che non sfrutti il suolo puo' fornire alla popolazione un' alternativa ad una centrale elettrica geotermica per perorare la loro causa. Oltretutto se convincente potrebbe invogliare ad inpugnare il progetto per la realizzazione. l'energia deriverebbe interamente da sole, disponibile 24ore su 24ore con possibilita' di temporanei picchi di 2,3 o 4 volte la potenza nominale e a parte la turbina idraulica e qualche ventilatore non ci sarebero parti in movimento, ma solo opera edile fissa quindi con poca manutenzione.
Due motivi per usare carta e matita e fornire almeno un fascicolo di disegni per una proposta che mi pare interessante. Penso di riuscire a evaporare almeno 40-50 litri/s su due ettari esposti al sole. Dati da confermare. Se posso contare su 20 litri/s in caduta potrei arrivare a 80kw continui con una pelton da 30 cm di diametro. Vediamo, 5000j/s per 20litri sono 100kw raportati con rendimento della caduta-turbina-generatore arrivo a 80kw? Bene ora dovremmo vedere i costi di costruzione edile di pannelli di evaporazione a valle di due ettari, due kilometri di tubature in vetroresina per vapore e per caduta ad alta pressione e una camera ancora dal volume che devo determinare ed e' tutt'ora la mia grande incognita, per la condesazione in ambiente che arriva anche a -10 gradi C costruita anche sui due ettari e la turbina propria e impianto elettrico. Per una ventina d'anni senza ulteriore spesa oltre alla spicciola manuterzione e personale. Vale la pena di un sfruttamento interamente rinnovabile a sole? Con acqua di riciclo? Piu' e basso il rendimento, piu' estesa dovra' essere la costruzione.
Per ora ho sentito che Cile sta preparandosi una centrale nucleare per tutto quanto il paese. Cosi faranno passare una gran quantita' di conduttori per tutto il paese. Forse merita il fascicolo del progetto un'attenzione.
Grazie per preziosi dati.
Pero' come posso arrivare alla velocita' di condensazione vapore-aria? Penso ad una camera stagna satura di vapore. Essa prevedo sia attraversata da condutture da parte a parte a sezione piccola ma di ampia superficie ruvida dove andra' il vapore a condensarsi ed entro le quali dei ventilatori farnno passare l'aria esterna fredda dalla quota e dalla notte.
Ancora grato per l'attenzione, David Zahar.

[eribird]

Ci sono stato nel 2005 a visitare il complesso di geyser e sorgenti calde dell'Atacama. In effetti il turismo in quella zona offre molto lavoro, e i prezzi sono abbastanza elevati, diciamo che in un certo senso è il fiore all'occhiello del turismo cileno.
I dislivelli nell'Atacama ci sono, ma un qualsiasi progetto che preveda la posa di tubazioni e di collettori di raccolta del vapore sono quasi sicuro che verrà bocciato, ripeto, quella zona per il Cile è come Taormina per i siciliani.

[eribird]

Penso di riuscire a evaporare almeno 40-50 litri/s su due ettari esposti al sole.

Il conto non mi torna. Per evaporare 1 litro d'acqua a 30° ci vogliono quasi 2,5 MJ, per 40 litri/s sarebbero 100 MW, con due ettari e il sole allo zenit puoi raccogliere teoricamente al massimo 20 MW. Onestamente con due ettari in media sarebbero 5 litri/s circa, non 40-50.
Credo sia molto più comoda ed efficiente una "solar trough" collegata con una turbina a vapore o un bel parabolone con un motore Stirling al fuoco, realizzazioni compatte che non disturbano più di tanto il paesaggio.

[davidzahar]

Giusta osservazione.
Dunque, a 45 gradi di latidudine nord di questo luglio ho evaporato su una superficie nero sbiadita di un pannello solare senza vetro in 12 minuti mezzo litro di acqua, su quasi due metri quadri di questa superficie a 50 gradi centigradi iniziali rafreddandola a 42 gradi centigradi lasciandola asciutta. Fino a complessivi 30 minuti la superficie ha ragiunto al sole 48 gradi centigradi. Quindi ottengo per questa latitudine e un sereno luglio: mezzo litro su due metri per mezza ora. Quindi 0,25L/((30x60s)mxm) sono 1,4L/sHa (3.8Mw/Ha). Conto su una temperatura ben piu' elevata a 23 gradi di latitudine geografica a quota di 2500mslm in ambiente chiuso e probablmente sotto vetro o materiale composito traslucido. Dati che mi mancano del tutto da misurarsi in loco. Due ettari sono un desiderio ingenuo, lo ammetto, e contando su 2kw/mxm infatti noti da pannelli solari per acqua sanitaria per esempio per tropici e anche piu', devo coreggere la superfice totale. Per 50l/s servono 120Mw diviso 20Mw sono 6Ha di superficie teorica esposta necessaria. Giusto.
Forse posiamo contare di 10 ore medie di insolazione su 24 ore per evaporare 50l/s di cui si potra' contare su 21l/s di acqua in caduta nominale continua per 24 ore su 24 ore, che a 500m danno 80kw da tebelle.
Rimane ancora la velocita' di condensazione. Come si affronta questa velocita'?

Al motore stirling, un motore appassionante, ci ho pensato gia', ma le differenze di temparatura sono piutosto piccole allora lo stirling dovrebbe avere notevole cilindrata allora ho rimandato questo studio. La parabola e' necessaria, non ci ho pensato, ci sono sempre quei esigui 2kw/mxm che fanno crescere la parabola.
La turbina neanche a parlare, il "generatore di vapore" e' debole, ci vogliono notevoli metri cubici di vapore in poco tempo per avere pressione e velocita' e non segue bene la variabilita' di richiesta di corrente.
Pero' cosa e' "solar trough"?
Inoltre siamo sempre li', quando il sole non c'e' tutto si ferma. Acqua in quota scorre sempre, basta averla. La pelton puo' poi erogare temporaneamente anche multipli di potenza nominale.
Ancora a riguardo del impatto visivo. E' verissimo, tubi e collettori deturpano il paesaggio, ma si possono coprire con pietrame, che anche trattiene il calore mantenendo lo stato di vapore, ma le costruzioni di evaporazione e condensazione sono anche ben vistose, come pure le strade e altre costruzioni civili. Fatto loro questo. Questo progetto puo' essere previsto anche per altri luoghi tropicali o simili.
a presto, David

[eribird]

Caro David, il tuo progetto è senz'altro interessante, ma i dettagli tecnici da mettere a punto per poter ottenere una efficienza accettabile sono tanti.
Per esempio la coibentazione delle condotte del vapore è un elemento cruciale, altrimenti il vapore andrà condensando sulle pareti delle stesse prima di arrivare in quota.
La coibentazione della chiusura trasparente è un altro punto critico, anche su questa superficie, che è molto grande, avrai condensazione, e inoltre la formazione di gocce d'acqua sulla superficie trasparente avrà un ulteriore impatto sul rendimento perché provocherà dispersione della luce solare in direzioni non utili, quindi la superficie captante dovrà essere la stessa superficie che contiene l'acqua.
L'ideale sarebbe forse comprare uno stock di tubi sottovuoto a pochi Euro l'uno da qualche produttore cinese, usandoli o così come sono, o accoppiati a dei riflettori in alluminio, se la cosa dovesse risultasse conveniente economicamente.
A questo punto dovresti depressurizzare il sistema in modo da avere ebollizione a temperatura di poco superiore a quella ambiente, e poter ridurre al minimo possibile le dispersioni di calore (e la condensa) nella condotta di salita del vapore.

[eribird]

[QUOTE=davidzahar;119140328] quegli esigui 2kw/mxm.....

A parte il fatto che tanto esigui non sono, ma devo correggerti, al massimo su tutto lo spettro solare che arriva a terra puoi avere 1 KW/mq

.
Ancora a riguardo del impatto visivo. E' verissimo, tubi e collettori deturpano il paesaggio, ma si possono coprire con pietrame, che anche trattiene il calore mantenendo lo stato di vapore

Questa è una buona idea.

Proviamo a dimensionare la condotta di salita del vapore.
Se per ipotesi condensiamo il vapore a 10° avremo una pressione di vapore saturo di circa 12 mbar. Se in basso l'evaporazione avviene a 40°, la pressione del vapore saturo sarà 75 mbar.
Trascurando la variazione di pressione dovuta al dislivello di 500 metri (che comunque sarà di circa 3 mbar), avremo da calcolare la caduta di pressione per un flusso di circa 1000 metri cubi al secondo di vapore a 75 mbar la cui densità è circa 50 g al metro cubo.

Tirando due conti viene fuori una caduta di pressione di 27 mbar per una condotta di due metri di diametro, 7 mbar con 3 metri di diametro.

Considerando che deve tenere la pressione atmosferica esterna, un tubo di 3 metri di diametro e 500 di lunghezza diventa una cosa piuttosto costosa, allora proviamo a variare i dati di progetto e immaginiamo di far avvenire l'evaporazione a pressione atmosferica ( a circa 90° considerando l'altitudine dell'Atacama).

La densità del vapore sarà circa 430 g / mc, la pressione 700 mbar.

Per un flusso di 120 metri cubi / secondo se ci possiamo accontentare di una caduta di pressione di 250 mbar, ci vuole un tubo di un metro di diametro.

Torno dell'idea che date le geometrie poco favorevoli, sia meno impegnativo realizzare sistemi più compatti ed efficienti.

[Stregatto]

Personalmente credo che la forma più economica e sicura di sfruttamento dell'energia solare in una zona desertica sia quella della Solar Tower: un'area coperta da una copertura trasparente, sotto cui il sole che riscalda il terreno crea uno strato di aria calda, che viene convogliata in una torre abbastanza alta da sfruttare il tiraggio creato dalla colonna di aria calda. Nella torre sta una turbina che viene fatta girare dall'aria in movimento.

I progetti ci sono già ( EnviroMission Solar Tower - Wikipedia ). Ho fatto un po' di conti e il rendimento sembra piuttosto basso, ma anche il costo del sistema sarebbe minore di uno basato su specchi.

[davidzahar]

Buone feste e buon anno nuovo,
sto organizzando un po' i calcoli e l'andamento della pressione nel cirquito chiuso. L'evaporazione e condensazione avvengono sfasati. Una piu' di giorno l'altra piu' dopo. Il Solar Tower e' in questo caso troppo visibile ed ingombrante. E poi e' gia' studiato. Potro' fare un confronto tra i due sistemi. Immagino che la caduta di pressione citata sia per velocita' del flusso del vapore, trascurando il peso della colonna di vapore, no?