Cos'è un Heat Pipes?

Un Heat Pipes è un dispositivo che trasferisce rapidamente calore da un punto ad un altro. Spesso viene denominato "superconduttore" di calore, in quanto è capace di trasferire calore senza alcuna dispersione. Un heat pipe tipico si presenta come un tubo (cilindro cavo) costituito da metallo termoconduttore, ad esempio rame o alluminio chiuso, contenente una piccola quantità di fluido refrigerante quali acqua, etanolo o mercurio e vapori del liquido stesso. In fine è presente una struttura porosa che ha il compito di pompare il liquido contenuto all’interno.

Come funziona un Heat Pipe?

Un Heat Pipes posto ad un’estremità vicino ad una fonte di calore assorbe parte del calore stesso e facendo evaporare il liquido contenuto nella struttura porosa. Il vapore così formatosi emigra nei punti più freddi della struttura stessa dove qui cede il calore e si trasforma da vapore a liquido, liquefazione. Le gocce di liquido vengono catturate dalla struttura porosa che li trasporta per capillarità al punto di partenza dove si ripete il ciclo. Si conclude dicendo che per funzionare l’heat pipe ha bisogno di una differenza di temperatura fra i due punti, evaporatore o punto caldo e condensatore o punto freddo.

Componenti di un Heat Pipe

Tale componente è costituito principalmente da 2 o 3 componenti e che sono Pareti o Contenitore, Liquido o Fluido Termovettore e Struttura Capillare o Porosa. Le Pareti hanno il compito di trasmette il calore e contenere il liquido interno e sono generalmente costituite in Rame, Alluminio, Acciaio Inox o leghe di questi ultimi. Il Fluido Termovettore di solito è scelto a priore, conoscendo le quantità di calore da trasportare di solito vanno dall’Etanolo, Metanolo, Acqua fino ad arrivare al Mercurio. La struttura porosa si presenta in diverse geometrie ed essa dipende anche dal tipo di heat pipe, dalle temperature di esercizio e dal liquido contenuto in esso. Per esempio nel caso di Thermosifon la struttura porosa non è presente, nel cas di heat pipe tubolare essa è sistemata sulle pareti dell’heat pipe stesso e nel caso di loop heat pipe è presente un corpo di struttura molto complesso. Inoltre il liquido che ci scorre né caratteristica i materiali che la costituiscono e possono essere Acciaio, Carbonio, Rame o leghe.

Limiti di funzionamento di un Heat Pipe

L’heat pipe Sfruttando il calore latente di evaporazione del liquido contenuto in esso riesce a trasportare il calore e anche da esso provengono alcuni limiti di funzionamento come quantità di calore dipendente dal tipo di liquido e dalla quantità del liquido stesso, la pressione che esercita la struttura porosa nel processo di pompaggio del liquido stesso, limiti fluidodinamici che interessano il vapore a contatto con il liquido, limiti sonori che interessano la velocità del vapore stesso e limiti di differenza di temperatura fra l’evaporatore ed il condensatore.

Tipi di Heat Pipes più Diffusi

I tipi di heat pipes più diffusi sono il Thermosipon che è il sistema più semplice perché non possiede struttura porosa in quando la forza di gravità pompa il liquido verso l’evaporatore, le sue posizioni sono verticale o inclinata. Il Normal Heat Pipe, prodotto molto versatile per la sua struttura capillare, sono alcuni prodotti di costruzione particolare, sono molto durevoli. il Loop Heat Pipe che è il prodotto più costoso e difficile da produrre in quando possiede capacità di trasportare calore con linee di liquido e vapore di diversa lunghezza.

La famiglia degli heat pipes è molto diffusa ed essendo oggetto di studio e di approfondimento ogni giorno si scoprono diversi capi di applicazione ed inoltre si disegnano differenti heat pipes con differenti funzionalità.

Campi di Applicazioni Heat Pipes

Gli Heat Pipes tipo Termosifone trovano applicazione nel campo dei Pannelli Solari Termici o altri campi in cui la gravità funge da struttura porosa per il pompaggio del liquido. Il campo in cui trovano svariate applicazioni Normal Heat Pipes sono Elettronica di Potenza, Microprocessori, Schede Elettroniche mentre i Loop Heat Pipes trovano applicazioni di tipo aeronautico e/o aerospaziale, tipo su satelliti, missili ed altre applicazioni similari.