GRUPPO G : TRASMISSIONE DEL CALORE IN VUOTO E AD ALTE TEMPERATURE
Francesco Zamprogno
Riccardo Frezza
Lucia Montanari
02/07/2013
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
IL PROGETTO SPES
Exp. Hall 3
Cyclotron
ALPI building
RIB target stations
02/07/2013
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
FRONT END
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
Il progetto SPES
SPES (Selective Production of Exotic Species)
FASCIO
DI PROTONI
Target
Elettrodo estrattore
IONE +
Sorgente di
Ionizzazione
Sorgente di Ionizzazione
FASCIO
RADIOATTIVO
riscaldatore
linea di trasferimento
FASCIO
RADIOATTIVO
Corrente di linea (I Line)
Elettrodo
estrattore
FASCIO DI
PROTONI
target
Camera di contenimento (p = 10‐6 mbar)
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
CALORE E TEMPERATURA
TEMPERATURA
CALORE
Indice dell’ energia cinetica
media delle molecole del corpo
il calore è il trasferimento di
energia termica tra un sistema e
un altro dovuto a una differenza
di temperatura
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
COME SI TRASMETTE IL
CALORE?
CONDUZIONE
CONVEZIONE
è
la cessione di energia
cinetica da parte di molecole
da zone ad alta a zone di
bassa temperatura. Avviene
per contatto.
è il trasporto del calore che
avviene
in
presenza
di
movimento relativo di particelle
del fluido.
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
COME SI TRASMETTE IL
CALORE?
È il trasferimento di energia tra due corpi
IRRAGGIAMENTO a mezzo di onde elettromagnetiche.
Legenda:
q = potenza irradiata
σ = costante di Stefan-Boltzman
S = Area
T = temperatura
ε = emissività [compresa tra 0 e 1]
DESCRITTA DALLA RELAZIONE
INDIVIDUATA DA STEFANBOLTZMAN
Per un corpo nero
q = σ • S • T4
Per un corpo qualsiasi
q = σ • S • ε • T4
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
COS’È UN CORPO NERO?
Un corpo nero è un oggetto che assorbe tutta la
radiazione elettromagnetica incidente.
Non riflette né trasmette alcuna energia.
02/07/2013
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
STRUMENTI UTILIZZATI
Pirometro a due colori
strumento
adeguato
alla
misurazione di alte temperature.
Ottiene la misura dalle onde
elettromagnetiche emanate dal
corpo radiante in due lunghezze
d’onda.
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
FEM: Finite Element Method
Il metodo degli elementi finiti
è un metodo numerico che ci
permette di simulare il
comportamento
fisico
dell’oggetto di studio. Il
volume di tale oggetto viene
suddiviso in tanti piccoli
volumi chiamati elementi
(mesh). Ai nodi della mesh
vengono risolte le equazioni
associate alla trasmissione
del calore.
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
RISCALDATORE
TEMPERATURE SPERIMENTALI DEL RISCALDATORE
1800
1700
TEMPERATURA [°C]
1600
1500
1400
1300
PUNTO 1
1200
PUNTO 2
1100
PUNTO 3
1000
900
800
650
700
750
800
850
900
950
1000
CORRENTE [A]
<data/ora>
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
RISCALDATORE
TEMPERATURA [°C]
CONFRONTO DATI TEMPERATURA DEL RISCALDATORE
1700
DATI SPERIMENTALI
1500
DATI ANALITICI
DATI FEM
1300
1100
900
700
500
650
700
750
800
850
900
950
1000
CORRENTE [A]
CONFRONTO TEMPERATURE NEL PUNTO PIÙ CALDO
1800
TEMPERATURA [°C]
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
1000
650
700
750
800
850
900
950
1000
CORRENTE [A]
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
SORGENTE
PUNTI DI MISURA
1
2
3
4
5
6
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
SORGENTE
TEMPERATURA DELLA SORGENTE
TEMPERATURA DELLA SORGENTE
Temperatura (°C)
2100
150 A
1900
1700
200 A
1500
250 A
1300
1100
300 A
900
350 A
1
2
3
4
5
Punti misurati
6
Temperatura (°C)
2100
150 A
1900
200 A
1700
1500
250 A
1300
300 A
1100
350 A
900
1
2
3
4
5
Punti misurati
6
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
SPERIMENTALE E FEM A CONFRONTO
1900
300 A FEM
1800
300 A sperimentali
TEMPERATURA [°C]
1700
1600
1500
1400
1300
1200
1100
0
1
2
3
4
5
6
7
PUNTI MISURATI
2100
2000
TEMPERATURA [°C]
1900
1800
1700
1600
1500
1400
1300
1200
0
1
2
3
4
5
6
7
PUNTI MISURATI
<data/ora>
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
SORGENTE
Potenziale [v]
TENSIONE DISSIPATA NEI CAVI
4
3,5
3
2,5
2
1,5
1
0,5
0
∆Vmisurato
∆Valimentatore
∆vfem
150
200
250
300
Corrente [A]
350
CONFRONTO DATI ANALITICI E SPERIMENTALI NEL
PUNTO PIU' CALDO
Temperatura (°C)
2500,00
2000,00
1500,00
dati sperimentali punto 3
1000,00
dati analitici punto 3
500,00
0,00
150 A
200 A
250 A
300 A
350 A
Corrente [A]
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
OVEN
CONFRONTO TEMP. SPERIMENTALI E FEM
2000
1900
1800
Temperatura [°C]
1700
1600
1500
Temperature sperimentali
1400
Temperature FEM
1300
1200
1100
1000
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Distanza [cm]
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TERMOCAMERA
Particolare telecamera sensibile
alle radiazioni infrarosse, capace
ottenere immagini termografiche.
Marcatore di emissività nota (0,93)
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MARCATORI
Ogni oggetto è caratterizzato dalla capacità
di emettere e riflettere energia termica in
relazione alla propria temperatura.
emissività + riflessione = 1
I marcatori ad emissività nota sono la
soluzione al problema della eccessiva
riflessione. Al momento della ripresa
tramite la termocamera, solamente il
colore
assunto
dal
marcatore
indicherà
la
reale
temperatura
dell’oggetto.
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
TERMOCAMERA
I = 200 A
I = 250 A
Y
I = 300 A
X
Sistema di riferimento
centrato nel centro
della camera
I = 350 A
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TEMPERATURE RILEVATE
DALLA TERMOCAMERA
I = 350 A
I = 300 A
I = 250 A
I = 200 A
I = 150 A
Gruppo G:Trasmissione del calore nel vuoto ad alte temperature
I = 300 A
TEMPERATURA[°C]
I = 250 A
70
65
60
55
50
45
40
35
30
25
20
Corrente
[A]
150
200
250
300
350
9,5
I = 350 A
10
10,5
11
11,5
12
12,5
PUNTI MISURATI
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GRAZIE PER L’ATTENZIONE
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