Introduzione
Nella precedente pubblicazione,
abbiamo usato gli strumenti necessari per scomporre tre diversi progetti e
studiare il loro comportamento teorico in determinate situazioni. Siamo quindi
arrivati alla conclusione che il progetto a quattro canaline, è nettamente
superiore rispetto i progetti delle cinque e delle sei canaline. Dopo
aver elaborato il suddetto progetto, e dopo aver sperimentato ogni suo minimo
particolare, per poterlo rendere il più potente possibile, è stato d'obbligo
ideare un progetto superiore.
Dunque all'epoca, basandomi sulle numerose esperienze accumulate e su di una
serie di processi logici, ho ideato il progetto "Cpower", progetto che non era altro
che un classico waterblock costituito da una base ed un coperchio saldati fra di
loro. La particolarità di questo progetto però, era costituita sia nella disposizione
della canalizzazione che lo rendeva tanto "sorridente", sia nelle prestazioni
superiori rispetto agli oramai classici block a quattro canaline progettati da
me, sia per l'indiscutibile novità introdotta: l'enorme passaggio di
calore dalla base al coperchio!
Si sottolinea che: in determinati casi, è di fondamentale
importanza, un tale passaggio di calore, in quanto c'è un significativo aumento di
dissipazione termica reale. Questo fenomeno è direttamente collegato con la geometria
del waterblock stesso.
I vantaggi del nuovo progetto
I vantaggi di questo nuovo progetto, denominato come "Cpower",
rispetto il progetto a quattro canaline,
sono numerosi. Qui sotto riportiamo i più significativi.
- Maggior passaggio di calore dalla base al coperchio
- Maggior
superficie di scambio attiva
- Maggior massa dissipante (effetto buffer)
-
Geometria superiore (distribuzione delle masse)
- Sdoppiamento del flusso
all'interno del block
- Perdite di carico minori
- Maggior portata
-
Maggior velocità dello scorrimento del liquido all'interno del block
- Costruzione meccanica ancora
più solida
Confronto waterblock: 4 canaline Vs
Cpower
La prima situazione che esamineremo, sarà quella di
confrontare i progetti in sezione trasversale ed in pianta. Le canalizzazioni
dei due block del nostro confronto hanno sezioni pari a 8 x 4mm e 6 x 4mm, questo
implica che l'algoritmo matematico di riferimento sarà pari rispettivamente a 32 e 24 unità.
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Cliccando sulla seguente immagine, oltre confronto dei due
progetti, potrete leggere le spiegazioni necessarie ed i calcoli più
significativi.
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Le considerazioni da questo primo confronto che analizza
semplicemente le superfici di contatto sono le seguenti:
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Per quanto riguarda la sezione trasversale: la superficie
bagnata del block a quattro canaline risulta maggiore del 33.33% rispetto il block
Cpower, mentre la superficie della massa dissipante
solida, risulta rispettivamente minore del 8.6%.
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Per quanto riguarda la pianta: la superficie bagnata del
block a quattro canaline risulta maggiore del 23.68% rispetto il block Cpower,
mentre la superficie della massa dissipante
solida, risulta rispettivamente minore del 22.1%.
Riteniamo opportuno riportare la testuale precisazione
che avevamo scritto nell'articolo precedente:
Una delle cose più importanti nell'ambito
degli scambiatori di calore è il perimetro bagnato o la superficie bagnata,
ovvero la superficie totale dove avverrà lo scambio termico tra il materiale
solido (metallo) ed il liquido circolante (l'acqua). In parole povere: maggiore
sarà il perimetro bagnato, più scambio termico ci sarà, e di onseguenza
maggiori saranno le performance finali ottenute.
Purtroppo signori questa è solo una semplice illusione!
Infatti c'è qualcosa che non è stato considerato, è sarà proprio questo
particolare che si comporterà da collo di bottiglia e di conseguenza a sua volta
regolerà le performance degli scambiatori in esame.
e concludiamo con la seguente spiegazione:
La differenza si trova fra la superficie di scambio totale e la superficie di scambio attiva.
Se il calore non si espanderà in modo tale da poter raggiungere al massimo
possibile la superficie totale bagnata, è praticamente impossibile arrivare al
100% delle potenzialità di scambio termico e quindi è al quanto impossibile
pretendere di avere un scambiatore che funzioni relativamente e ragionevolmente
in condizioni ottimali dandoci il massimo delle sue performance.
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Cliccando sulla seguente immagine, oltre il confronto dei due
progetti riguardo la propagazione del calore, potrete leggere le spiegazioni necessarie ed i calcoli più
significativi.
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Le considerazioni da questo confronto che analizza
le distanze medie dei condotti e la velocità dello scorrimento del liquido
circolante all'interno della canalizzazione di ogni singolo scambiatore sono le
seguenti:
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Per quanto riguarda la sezione trasversale: si nota
chiaramente che il progetto Cpower è nettamente superiore rispetto il progetto
quattro canaline.
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Per quanto riguarda la pianta:
il tempo di rimanenza del liquido nel block a quattro canaline è superiore del
295.94% rispetto il block Cpower e quindi sotto questo punto di vista il block
Cpower risulta quasi tre volte più veloce! Per poter arrivare a questa
conclusione abbiamo fissato la portata volumetrica reale a 150lt/h e ci siamo
basati sulla distanza media che deve percorrere il liquido circolante
all'interno del corpo di ogni singolo scambiatore. Infatti a calcoli fatti si
avrà che il tempo medio di percorrenza totale sarà pari rispettivamente a 0.1385 e 0.0468.
Si sottolinea che la determinazione di questi dati, ci
potrebbe fornire alcune informazioni utili riguardo la turbolenza e l'eventuale
saturazione delle molecole del liquido circolante.
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Infine la seguente immagine
mostra il nostro studio riguardo le varie fasi della diffusione del
calore in determinati intervalli di tempo che sono direttamente dipendenti
dalla geometria bidimensionale di ogni singolo progetto. Lo scopo
della seguente immagine quindi, è quello di farvi capire quanto sia
importante lo studio e la scomposizione della sezione trasversale di
ogni singolo scambiatore durante la fase della sua progettazione.
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Le considerazioni da questo confronto sintetico che analizza
le diverse espansioni del calore sono le
seguenti:
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Entrambi i block favoriscono il passaggio del calore dalla
base al coperchio.
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La geometria del progetto Cpower favorisce molto di più la
diffusione del calore e permette addirittura un maggior passaggio di calore dalla base
al coperchio rispetto il block a quattro canaline.
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Il progetto Cpower si trova in netto vantaggio per
quanto riguarda la diffusione del calore rispetto il block a quattro canaline, infatti
riesce ad avere risultati migliori su tutte le curve dell'espansione del calore.
Più precisamente del 108.64% sulla prima curva e 26.9% sulla seconda curva.
Considerazioni e verdetto
Allora
dato che siamo arrivati alla conclusione dell'articolo, siamo sicuri che per voi
sarà tutto OK, per noi invece non lo è ancora. Infatti manca un minimo
particolare che non è ancora stato considerato e che potrebbe rilevarsi molto
significativo in determinate situazioni.
Si tratta della
semplice valutazione dell'algoritmo matematico nel progetto Cpower che non è di
6 x 4mm, ovvero 26 unità, ma bensì è il doppio, ovvero 2 x 26 = 52 unità. Questo
appunto va fatto, dato che la geometria, permette lo sdoppiamento dei flussi
all'interno dello scambiatore stesso, e di conseguenza in block funziona "in parallelo".
Per quanto ci riguarda,
il vincitore assoluto è il block basato sul progetto Cpower, altrimenti non
avrebbe nessun senso progettarlo. Infatti Cpower risulta superiore rispetto il block a quattro canaline, sia per quanto riguarda la
sezione trasversale, che per quanto riguarda la pianta. La risposta è molto
semplice ed è la seguente: il Cpower favorisce il passaggio del calore dalla base al coperchio e di conseguenza ci
garantisce un effetto buffer attivo molto maggiore.
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