Il progetto e l’impianto sperimentale Microbo

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Enea è partner del progetto Esa denominato Manbo (Multiscale ANalysis of BOiling), la cui finalità è quella di comprendere i fenomeni di ebollizione in pool boiling (senza movimento del fluido imposto dall’esterno) ed in convezione forzata (con movimento del fluido imposta da una pompa). Enea interviene nella sperimentazione in assenza di gravità relativa a questo secondo aspetto, sia per quanto riguarda la definizione della dinamica delle bolle e della distribuzione della fase liquido e vapore, sia per la definizione quantitativa del calore scambiato nelle diverse condizioni di prova. Il confronto dei risultati sperimentali viene effettuata mediante prove sperimentali condotte a gravità terrestre in laboratorio e prove ottenute in assenza di gravità. Sono previste almeno due campagne di volo parabolico per raccogliere i dati in assenza di gravità necessari a definire, insieme ad altri dati raccolti nelle campagne di volo parabolico dal 2004 al 2008, i criteri di progetto di circuiti di raffreddamento con fluido in ebollizione in convezione forzata per applicazioni spaziali.

L’impianto, denominato Microbo (MICROgravity BOiling), è stato progettato per essere installato a bordo dell’Airbus A300 della Novespace e rappresenta uno dei pochi impianti disponibili oggi in Europa e nel mondo per esperimenti di questo tipo. La fig. 4 mostra una foto dell’impianto già montato a bordo dell’Airbus A-300 durante la campagna sperimentale di novembre 2013.

 

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Fig. 4 – Foto dell’impianto sperimentale Microbo a bordo dell’Airbus A-300

 

L’impianto consiste fondamentalmente di una pompa (portata massima 500 ml/min), un filtro, due misuratori di portata, un preriscaldatore elettrico, la sezione di prova (dove avviene l’ebollizione del fluido), il condensatore. La pressurizzazione dell’impianto è ottenuta con azoto.
Le sezione di prova sono in pyrex, ed hanno diametri interni variabili da 2 a 6 mm, hanno una lunghezza di circa 165 mm, e sono ricoperte di uno speciale strato metallico di ossido di Stagno e di Indio (ITO, Indium-Tin Oxide) dello spessore di meno di 100 nanometri (depositato con una tecnologia di sputtering). Il rivestimento metallico in ITO consente sia il riscaldamento del fluido di prova (FC-72), grazie alla circolazione di corrente nel suo spessore (effetto Joule), sia la visualizzazione del processo di ebollizione al suo interno (che viene effettuata con l’ausilio di una telecamera digitale ad alta velocità di ripresa, fino circa 10.000 immagini al secondo), grazie alla trasparenza del nanometrico spessore. Numerose termocoppie sviluppate presso Enea sono fissate sulla superficie esterna del tubo mediante speciali resine epossidiche per la misurazione della temperatura esterna della parete, ai fini della valutazione quantitativa dei coefficienti di scambio termico. La fig. 5 mostra una foto di una tipica sezione di prova utilizzata. La fig. 6 mostra invece alcune tipiche foto estratte dal processo di visualizzazione dell’ebollizione in condizione di assenza di gravità.

 

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Fig. 5 – Foto di una delle sezioni di prova di pyrex, ricoperte di ITO (Indium-Tin Oxide, ossido di Stagno e Indio) per il riscaldamento del fluido e la visualizzazione della fenomenologia dell’ebollizione

 

 

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Fig. 6 – Tipiche foto di visualizzazione del processo di ebollizione in condizioni di assenza di gravità (sinistra microgravità, destra gravità terrestre)