Phase Change o Scambiatori di Fase

[NickOne]

E' da qualche mesetto che mi sollazza l' idea di costruirmi da me (non capiti mai di comperarlo già pronto!), un sistema di raffreddamento più efficiente di quelli a liquido.
Detto fatto ho interpellato le mie conoscenze in materia, le quali non sono state assolutamente all' altezza dell' argomento.
Impiegati in ditte di condizionamento industriale, il mio idraulico di fiducia, qualche commesso in negozi specializzati e neppure un amico neolaureato in ingenieria hanno dissipato mei dubbi.
In breve, vorrei capire di più sulla fase detta di "laminazione" e perche mai poi il tubo capillare deve essere di così ridotte dimensioni e di lunghezza stabilita?
Inoltre mi interessa capire in funzionamento dei filtri disidratarori o deidratatori.
Il tutto finalizzato ad un unica semplice idea:
Perche non usare la semplice aria al posto dei costosi gas per firgoriferi?

Anche considerando il minor potere di scambio termico dell' aria, potrebbero essere risolti tanti altri problemi legati alla realizzazione di un impianto "fai da te", potendo piazzare il compressore all' esterno dell' abitazione per esempio, o risolvendo il fastidioso problema della formazione di condensa all' interno del case.

Ci sono molte persone competenti in questo forum, ma ovviamente a questo punto del "progetto" accetto i pareri più disparati, Yep!

[IcEMaN666]

forse non hai ben chiaro il funzionamento di un phase change.
il compressore spinge gas ad alta pressione e ad alta temperatura.
ora, un gas ha una temperatura di liquefazione (passaggio dallo stato aeriforme a quello liquido) che è caratteristica per ogni gas e dipende dalla temperatura applicata.
per esempio, potrebbero servire 10 atmosfere per liquefarlo a 40°c..potrebbero invece bastare 5 atmosfere per liquefarlo a 20°c...valori puramente indicativi.
ora cosa succede: il gas esce dal compressore aeriforme, ad alta pressione e ad alta temperatura. passa nel radiatore, si raffredda e raggiunge la sua temperatura di liquefazione, ossia diventa liquido.
passa nel filtro, dove si libera di impurità quali l'umidità dell'aria presente nel momento dell'assemblaggio, e va nel capillare, dove scorre liquido e non ha spazio per espandersi.
arriva nell'evaporatore, qui si espande velocemente, è un espansione praticamente adiabatica, il gas utilizza tutta la sua energia cinetica per il passaggio da liquido ad aeriforme e per questo si raffredda (saprai che la temperatura dipende dall'energia cinetica delle molecole)...torna eriforme nel compressore e rinizia il ciclo.
ora, qual'è il problema.
ogni gas ha una sua temperatura caratteristica di passaggio di stato: l'aria è una miscela di gas, è composta per quasi l'80% di azoto e il 20% circa di ossigeno. questi due gas, a temperature ordinarie, non diventeranno MAI liquidi in quanto esiste una temperatura, detta temperatura critica, oltre la quale un gas, sottoposto ad una qualsiasi pressione, non diventrà mai liquido. in effetti, materia al di sotto di questa soglia viene chiamata eriforme, sopra questa soglia gas.
altro problema: la condensa.
la condensa NON viene dal compressore, ma si manifestasulle parti che sono a temperature più basse di quella ambiente. in un sistema phase change, le parti a bassa temperatura sono l'evaporatore e la suction line, ossia il ritorno al compressore. e queste due parti devono per forza essere nel pc come capirai.

poi una cosa: solo alcuni gas costano tanto, e poi non costano così tanto.
r290(propano), r22, r134 sono i gas più comuni e sono economicissimi.
e cmq una bottiglia di 404 o 507 costano 20/30€, non una cifra esorbitante.

[NickOne]

D' accodo Ice ma il punto stà proprio sui perche di tutto ciò.
Sono convito che le mie ipotesi siano opinabili.
Visto l' evoluzione degli impianti frigoriferi con tipi specifici di gas, l' utilizzo della semplice aria porta sicuramente a degli svantaggi, vorrei solo capire quali.
Forse ho più bisogno di un po' di fisica dei gas condita con qualche tabella.
Se hai letture da consigliarmi?

Abbi pazienza se insisto con le domande ma il post è per tutti quelli che vogliono dare una mano, quanto meno a capirne di più.

Perche il condotto dopo la condensazione e il raffresddamento deve essere capillare? Se si mantiene la pressione costante, non vedo perche non usare un condotto di diametro più grande, a prima vista il liquido scorrerà semplicemente più lentamente?

I filtri deidratanti che princio usano? O meglio possono essere utilizzati per disidratare in continuo aria umida (Tipo i deumidificatori per ambienti),
visto il non grande volume, dell' interno del case.
Un po' d' aria compressa e raffreddata rilasciata dopo/durante l' espansione potrebbe saturare il case con aria fresca e asciutta, che impedirebbe o ridurrebbe drasticamente la frormazione di condensa sulle zone più fredde.
Il punto qui e che questa fuoriuscita d' aria dovrà essere ripristinata con della nuova e umida aria d' ambiente, con un bel lavoro per il filtro.

Poi perche mai bisogna arrivare alla fase liquida dell' aria?
Diciamo che a noi basti una pressione di tot. atmosfere per tot. volumi/h, per generare così una depressione sufficente a mantenere una temp di -20/30°sulla cpu.
Anche se l' aria è una miscela, come hai precisato tu, si comporta come un gas, e cioè si scalda in compressione e si raffredda in depressione.

E qui che ho più bisogno di approfondire l' argomento dato che mi mancano le basi per fare predizioni su quali siano questi "tot." di pressione e quantità per raggiungere temperature richieste.

Sto selplicemente aspettando qualcuno che mi faccia sapere quanto il tutto sia difficilmente realizzabile, per questo o quache altro motivo.

Grazie ancora Ice

[IcEMaN666]

un sistema di questo tipo si chiama PHASE-CHANGE..ossia passaggio di stato. un gas raffredda quando da liquido diventa eriforme sacrificando la sua energia interna.
ora, con un singolo compressore, NON puoi riuscire a liquefare aria, quindi non fredderesti mai niente. capit?
per il capillare, credo sia strutturato in modo da ottenere la giusta quantità di refrigerante da mandare nell'unità di tempo nella camera di espansione, la sua lunghezza determina il carico che il compressore deve tenere.

[zerotre]

Forse sarebbe piu' corretto parlare di vapore acqueo o acqua, visto che la sostanza che si usa in questi casi e' un liquido, piuttosto che di aria, il punto sta' nel fatto che i gas che si usano di solito sono elementi "bassobollenti", cioe' hanno una temperatura di ebollizione molto bassa, per esempio sui 40 gradi se non ricordo male, quindi passano dallo stato liquido a quello gassoso "solo" a 40 gradi, in questo senso e' piu' vantaggioso costruire compressori che non debbano portare il liquido a pressioni assurde per il cambiamento di stato, dove appunto avviene il cedimento/assorbimento di calore.
Ciao.
Zerotre.

[NickOne]

Ok vedo che la conversazione si animata.
Quello che mi stai dicendo IceMan, è che appunto il capillare può essere comodo ma non indispensabile.
Se per esempio io uso un serbatoio che stocca il gas liquido e freddo annullo il vantaggio di avere un capillare che porta nella zona di espansione!
Qualcuno puo confermare che non esistono compressori per refrigerazione concepiti così?
Ancora per quanto riguarda l' utilizzo di aria al posto del refrigerante,
posso assicurare che in qualche modo funziona.
Nel mio laboratorio usiamo aria compressa a 12 atmosfere nell' impianto che poi si abbassa a 6atm nellutilizzo normale.
Ho provato io stesso a sparare a 12atm con la pistola in un tondo di rame del diametro di 3cm lungo 30cm con for da 1 circa, il risultato è che si raffredda e come se si raffredda.
Viste le dimensioni ci saranno voluti un paio di min, ma la temp si è abbassata intorno ai 10°.
La temperatura ambiente di 30° e quella dell' aria compressa non meno di 25°.
Insomma cera condensa dappertutto!!
Da qui l' idea per l' utilizzo dell' aria per il raffreddamento del pc.
Ora l' energia da utilizzare per quesi risultati a casa è inaccettabile, ma come si dice; la speranza è l' ultima a morire.
Se sapete dove si puo leggere qualcosa sui compressori a due stadi e sulle proprietà dell' aria fatevi sotto.
Sono un tipo determinato, yep!

[zerotre]

Si si, hai ragione, l'aria compressa si usa per raffreddare in certe particolari situazioni, se ne era parlato anche qualche anno fa' su questo o un'altro forum, ovviamente non e' certo una soluzione ottimale da mettere vicino al case, o dentro il case come i case vapochill per intenderci, insomma le solite cose riguardo costi/prestazioni.
Per l'uso all'interno dei cicli frigoriferi dell'acqua, non e' una cosa efficiente, perche' devo usare un liquido che arriva a 100 gradi invece di uno che evapora a 35, il rendimento e' nettamente migliore solo considerando questo.
Per l'evaporatore e il capillare, come piu' che giustamente ha detto Ice, l'uso del capillare costringe il gas liquido a non evaporare prima di arrivare nell'evaporatore, dove trovando "spazio", (appunto evapora assorbendo calore, quindi il gas sara' ovviamente piu' caldo del liquido), inoltre mantiene alta la pressione del liquido che si espande piu' violentemente.
Ciao.
Zerotre.

[IcEMaN666]

Originariamente inviato da NickOne

Ok vedo che la conversazione si animata.
Quello che mi stai dicendo IceMan, è che appunto il capillare può essere comodo ma non indispensabile.
Se per esempio io uso un serbatoio che stocca il gas liquido e freddo annullo il vantaggio di avere un capillare che porta nella zona di espansione!
Qualcuno puo confermare che non esistono compressori per refrigerazione concepiti così?
Ancora per quanto riguarda l' utilizzo di aria al posto del refrigerante,
posso assicurare che in qualche modo funziona.
Nel mio laboratorio usiamo aria compressa a 12 atmosfere nell' impianto che poi si abbassa a 6atm nellutilizzo normale.
Ho provato io stesso a sparare a 12atm con la pistola in un tondo di rame del diametro di 3cm lungo 30cm con for da 1 circa, il risultato è che si raffredda e come se si raffredda.
Viste le dimensioni ci saranno voluti un paio di min, ma la temp si è abbassata intorno ai 10°.
La temperatura ambiente di 30° e quella dell' aria compressa non meno di 25°.
Insomma cera condensa dappertutto!!
Da qui l' idea per l' utilizzo dell' aria per il raffreddamento del pc.
Ora l' energia da utilizzare per quesi risultati a casa è inaccettabile, ma come si dice; la speranza è l' ultima a morire.
Se sapete dove si puo leggere qualcosa sui compressori a due stadi e sulle proprietà dell' aria fatevi sotto.
Sono un tipo determinato, yep!

allora...il vero potenziale di assorbimento di calore ce l'hai nel momento in cui si effettua il passaggio di stato perchè la rottura dei legami intermolecolari implica grosse necessità di energia che viene sottratta al gas stesso e di conseguenza diminuisce di molto la sua temperatura.
nel momento in cui tu fai passare l'aria da 6 atmosfere a 1 atmosfera (sempre contando che riesci a far espandere in questo modo la tua aria in un evaporatore grosso come una tazzina di caffè, alquanto improbabile) la temperatura si abbassa di pochissimo, le energie in gioco sono irrisorie e cmq dovresti freddarla prima usando uno scambiatore di calore.
dovresti usare un compressore di quelli per pneumatici, regolare il flusso non si sa in che modo per ottenere 10°c in meno della temperatura ambiente che non serviranno assolutamente a niente in quanto con il carico praticamente sarebbe come un normale raffreddamento ad aria.

ora non capisco perchè vuoi per forza usare l'aria. con i compressori per frigoriferi o a/c in generale, NON si può osare l'aria. è inutile che tenti di fare cose che nessuno ha mai fatto, perchè il rendimento non c'è. non dirmi che la speranza è l'ultima a morire o che vuoi sperimentare cose nuove, la fisica e la chimica sono contro di te.
ti ci vuole un gas che, compresso a pressioni accettabili (200psig) diventi liquido a 30/40°c per poi espandersi con buona approssimazione in maniera adiabatica in un evaporatore. ti ripeto e continuo a ripetere, l'r22, che a 1atm evapora a -40.2°c, costa una sciocchezza, 20€ una bombola da 600grammi e calcola che ci vanno circa 70grammi in un prometeia.

per quanto riguarda il capillare, è necessario. impedisce l'evaporazione prematura del gas, regola il carico, NON E' ELIMINABILE.
al massimo puoi usare valvole che regolano automaticamente in base alla temperatura della suction line (tev) o che puoi manovrare tu in base al carico (cpev).
non puoi non usare nulla.

in definitiva, se vuoi realizzare qualcosa realizzalo come fanno tutti. ammiro e apprezzo il tuo tentativo di stravoltere tutta la termodinamica e le teorie sulla refrigerazione, ma la via che hai preso non porterà risultati.
compressore, condensatore, filtro, capillare, evaporatore.
pochi pezzi da montare, una carica e hai i tuoi -40/-50 senza impelagarti nell'impossibile.

[zerotre]

una domanda,
ma il consumo?
Cioe' volendo si puo' usare per tutti i giorni?
Per avere una temperatura regolabile?
Grazie.
Ciao.
Zerotre.

[NickOne]

Ecco bravo Ice, vedi che c' era qualcosa per darmi una calmata.
Mi basta sapere che la fase liquida è necessaria per farmi ragionevolmente cambiare idea.
Comprimere aria fino al liquido è molto dura, questo lo sapevo.
Ora i vantaggi che doveva portare la mia idea erano di poter saturare il case con aria "asciutta" estratta dal ciclo, che non creasse condensa.
Secondo, il fatto che vorrei piazzare il compressore fuori casa,
con l' allungamento dell' impianto sarebbe necessaria una notevole quantità di gas, senza contare il capillare che deve avere dimensioni stabilite.
... dovrò cercare altre soluzioni ...

x 03, il consumo alla luce dei fatti è il vero problema.
Sarebbe molto elevato, anche usando un tubo vortex.
sono una bella invenzione dagli un occhio:
http://www.vortec.com/vortex_tubes.php

[IcEMaN666]

Originariamente inviato da NickOne

Ecco bravo Ice, vedi che c' era qualcosa per darmi una calmata.
Mi basta sapere che la fase liquida è necessaria per farmi ragionevolmente cambiare idea.
Comprimere aria fino al liquido è molto dura, questo lo sapevo.
Ora i vantaggi che doveva portare la mia idea erano di poter saturare il case con aria "asciutta" estratta dal ciclo, che non creasse condensa.
Secondo, il fatto che vorrei piazzare il compressore fuori casa,
con l' allungamento dell' impianto sarebbe necessaria una notevole quantità di gas, senza contare il capillare che deve avere dimensioni stabilite.
... dovrò cercare altre soluzioni ...

x 03, il consumo alla luce dei fatti è il vero problema.
Sarebbe molto elevato, anche usando un tubo vortex.
sono una bella invenzione dagli un occhio:
http://www.vortec.com/vortex_tubes.php

puoi costruire, come fanno quasi tutti, un parallelepipedo che si mette sotto il case e li mettere condensatore, compressore ventole e far uscire il flessibile con l'evaporatore verso l'alto. cmq, non consuma moltissimo 1/3 hp, potenza + che sufficiente per un normale direct die a singolo stadio e singolo evaporatore.

[IcEMaN666]

Originariamente inviato da zerotre

una domanda,
ma il consumo?
Cioe' volendo si puo' usare per tutti i giorni?
Per avere una temperatura regolabile?
Grazie.
Ciao.
Zerotre.

il consumo non è moltissimo. se non usi un compressore gigante siamo sui 300watt credo...conta che un ferro da stiro son 1800watt...una lavastoviglie, un phon, una lavatrice oltre il kw...
si può usare tutti i giorni...magari non tenendolo acceso la notte ecco
per la temp regolabile, è + complesso.
dovresti poter usare una cpev e manovrarla in modo da avere la temp che vuoi tu, ma non è il massimo dell'efficienza.

[Necromachine]

Originariamente inviato da IcEMaN666

il consumo non è moltissimo. se non usi un compressore gigante siamo sui 300watt credo...conta che un ferro da stiro son 1800watt...una lavastoviglie, un phon, una lavatrice oltre il kw...
si può usare tutti i giorni...magari non tenendolo acceso la notte ecco
per la temp regolabile, è + complesso.
dovresti poter usare una cpev e manovrarla in modo da avere la temp che vuoi tu, ma non è il massimo dell'efficienza.

300W sono già più dell'intero PC ... si possono usare anche compressori meno potenti, da 1/4, 1/5, 1/6 di Hp o meno (Horsepower, 1Hp=~760W), magari potranno sostenere un carico minore o avere temperature un pò più alte, ma funzionerebbero comunque, con un consumo minore ...

Un sistema Phase Change, se ben costruito e progettato, può lavorare tranquilamente anche 24h/24h .

[zerotre]

Grazie ad entrambi per la spiegazione, in effetti -30 o -40 sono temperature che non necessariamente devono esserci 24h/24h, mi accontenterei anche di -10 ridimensionando l'impianto.
Ciao.
Zerotre.