Analisi sperimentale e modellazione di uno scambiatore di calore evaporativo a ciclo Maisotsenko

Il crescente interesse verso tecnologie sostenibili ed energeticamente efficienti ha spinto la ricerca ingegneristica a esplorare soluzioni alternative ai tradizionali sistemi di condizionamento estivo, spesso basati su cicli a compressione di vapore e sull'impiego di fluidi refrigeranti con elevato potenziale di impatto ambientale. Tra le tecnologie emergenti, i sistemi di raffrescamento evaporativo indiretto stanno ricevendo particolare attenzione per la loro capacità di ridurre i consumi energetici, soprattutto in contesti caratterizzati da climi caldi e secchi. In questo ambito si colloca il ciclo Maisotsenko (M-cycle), una configurazione avanzata del raffrescamento evaporativo che consente di abbattere la temperatura dell'aria trattata fino a valori prossimi alla temperatura di rugiada, senza aumentare l'umidità specifica dell’aria di mandata. Tale ciclo sfrutta un particolare schema rigenerativo che migliora le prestazioni dello scambiatore, rendendolo potenzialmente adatto a molteplici applicazioni fino ad ora confinate agli ambiti civile e industriale. Con la presente tesi si è effettuata una analisi teorica e sperimentale di un sistema di raffrescamento evaporativo indiretto basato sul ciclo Maisotsenko. In particolare, si è realizzato un modello MATLAB basato sullo studio condotto da Liu et al. (2013). Questo modello è stato validato attraverso i dati sperimentali disponibili in letteratura e ottenuti sullo scambiatore a piastre lab-scale realizzato da Riangvilaikul et al. (2010). Si è verificato che il modello segue fedelmente i risultati sperimentali con scarti non superiori al 3% sul delta T. Successivamente, è stato costruito un banco prova presso il Tecnopolo di Carpi (Dipartimento di Ingegneria Enzo Ferrari) utilizzato per valutare l’affidabilità del modello nel predire le performance di scambiatori evaporativi commerciali. Si sono quindi confrontati i risultati ottenuti dal modello con i dati sperimentali raccolti su uno scambiatore Seeley mod. CW-3. Il confronto ha dimostrato come il modello riesca correttamente a predire le performance reali per ricircoli compresi tra 0,4 e 0,9 con scarti tra l’1 e il 3%, mentre fallisca per ricircoli più bassi con scarti anche del 70-90%. Infine, si è inserito uno studio preliminare sulle possibili applicazioni veicolistiche del ciclo Maisotsenko, con particolare riferimento al raffrescamento di ambienti ad elevato volume interno, come ad esempio l’abitacolo di un autobus. L'analisi effettuata in questo ambito ha avuto l’obiettivo di esplorare la scalabilità e adattabilità del sistema a condizioni dinamiche e ambienti mobili, valutandone i relativi punti di forza e le criticità. L’analisi si è concentrata su un autobus a trazione 1005 elettrica e si è osservato che in determinate condizioni ambientali, il risparmio energetico che si otterrebbe utilizzando un sistema ibrido rispetto a un sistema VCR può raggiungere anche valori compresi tra il 40 e il 50% nelle ore più calde, che si traduce in un aumento dell’autonomia del bus tra i 75 e i 90 km.