Theoretical and experimental analysis of the performances of a heat sink with vertical orientation in natural convection

In the various areas in which electrical components are used, the problem of heat dissipation generated due to the absorption of electrical energy assumes great interest and is worthy of an in-depth study. In steady state conditions, the thermal power generated can equal the electrical power absorbed and leads to an alteration in the physical properties of electrical components compromising their performance and correct functioning. One of the most frequently adopted solutions consists in the application of a heat sink on the surface to be cooled. Experimental tests were conducted using an infrared thermal camera, an internal climate control unit for the recording of the thermo hygrometric conditions of the environment and a finite element software (ProENGINEER) to simulate the thermal behaviour of the heat sink in order to analyse the modalities of thermal exchange of the heat sink. The results obtained were subsequently compared with the heat sink properties provided by the manufacturer. The main objective of the work is that of providing a methodology that blends the use of thermographic and simulation techniques with finite elements, in order to render the development of a theoretical–experimental correlation possible for any physical condition and geometrical configuration taken into consideration. This methodology is confirmed in the field of technological development of electrical components, where at each stage of the planning process exists a marked intertwining of computing, electronics, mechanics and heat transmission

Evaluation of the electricity savings resulting from a control system for artificial lights based on the available daylight

Natural lighting in building environments is an important aspect for the occupants' mental and physical health. Furthermore, the proper exploitation of this resource can bring energy benefits related to the reduced use of artificial lighting. This work provides some estimates of the energy that can be saved by using a lighting system that recognises indoor illuminance. In particular, it is able to manage the switching on of lights according to the daylight detected in the room. The savings from this solution depend on the size and orientation of the window. The analysis is conducted on an office by means of simulations using the INLUX-DBR code. The locations have an influence on the luminance characteristics of the sky. The analysis is conducted with reference to one city in the south and one in the north of Italy (Cosenza and Milan). The energy saving is almost independent of latitude and therefore representative of the Italian territory. it is highly variable according to exposure, being the highest for southern exposure (97% with the window size equal to 36% of the floor area) and between 26% and 48% (as a function of window size) for northern exposure

Evaluation of Crude Oil Fouling Formation in a Heat Exchanger with Twisted Tape Inserts

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Studio di un impianto a concentrazione solare con riflettori di Fresnel a movimentazione biassiale

Dottorato di Ricerca in Ingegneria Civile e Industriale. Ciclo XXXII processi di produzione dell’energia elettrica e lo sfruttamento indiscriminato delle fonti energetiche tradizionali rischiano di arrecare gravi danni non solo nei confronti dell’ambiente (surriscaldamento globale e drastica riduzione delle risorse naturali primarie) ma anche nei confronti della salute (in termini di inquinamento atmosferico). I cambiamenti climatici rappresentano un importante problema da affrontare nel prossimo futuro, anche se tuttavia la domanda di prodotti energetici è sempre maggiore. Al fine di conciliare lo sviluppo energetico per il continuo progresso della società con la tutela dell’ambiente, è necessario valorizzare i sistemi di conversione energetica alternativi a quelli basati sullo sfruttamento delle fonti primarie convenzionali. Gli impianti a concentrazione solare sono dei sistemi che convertono la radiazione solare in energia termica, utilizzando superfici riflettenti. In particolare, l’impianto lineare con riflettore di Fresnel LFR è costituito da un elevato numero di moduli posti sul terreno che riflettono e concentrano i raggi solari su un tubo ricevitore posto ad alcuni metri di altezza da terra. Questo tipo di impianto presenta dei vantaggi in termini di costi iniziali rispetto agli altri impianti a concentrazione solare: gli specchi piani sono più economici e sono meno esposti alla forza del vento rispetto ai grandi paraboloidi curvi; il tubo ricevitore è sempre fisso e ciò evita complicazioni di carattere costruttivo sullo stesso. Tuttavia, il rendimento complessivo di conversione dell’energia risulta inferiore rispetto altre tecnologie a concentrazione. Infatti, le varie perdite ottiche e geometriche, rendono l’impianto meno performante rispetto agli altri: il motivo principale è costituito dalle perdite per estremità. A causa della movimentazione monoassiale dei riflettori e della distanza elevata rispetto al tubo assorbitore in alcuni momenti della giornata i raggi riflessi non illuminano completamente il tubo ricevitore. Nella tesi è stato affrontato il suddetto problema dal punto di vista matematico per valutare innanzitutto la legge del moto di ciascun riflettore primario e, quindi, risalire alla lunghezza di tubo che non risulta irradiata al variare del tempo. Per indirizzare sempre i raggi sul tubo, ovviando ai problemi sopra esposti, sarebbe opportuno creare un sistema di inseguimento a due gradi libertà. La ricerca seguita ha come obiettivo principale lo studio di un impianto lineare di tipo Fresnel in cui i riflettori del campo di specchi posti alle estremità longitudinali dell’impianto sono fatti ruotare attorno a due assi. Un sistema di inseguimento innovativo di questo tipo permette, quindi, di aumentare l’efficienza dell’impianto La tesi prevede l’individuazione matematica delle inclinazioni che devono assumere i riflettori primari per implementare nei servomotori la legge del moto che deve essere seguita. Lo studio riguarda, quindi, il dimensionamento e l’individuazione del tipo di motori elettrici da utilizzare, i quali devono fornire velocità di rotazione bassissime e devono erogare coppie abbastanza elevate. Nella tesi viene presentato il meccanismo in grado di trasferire il moto dai motori agli specchi in maniera tale da permettere a questi ultimi la rotazione attorno a due assi. Le prestazioni energetiche dell’impianto e l’effettivo incremento nel rendimento sono analizzate attraverso un metodo di calcolo numerico alle differenze finite con il quale viene modellato il sistema di assorbimento. Ciò consente di individuare le temperature raggiunte dai diversi componenti dell’impianto e di stimare a cosa siano dovute le varie perdite termiche e ottiche. I risultati mostrano come si possano ottenere migliori vantaggi, utilizzando sistemi di inseguimento di questo tipo, per gli impianti di minore estensione siccome il tubo non illuminato rappresenta una parte percentualmente importante (ad esempio, su un impianto lungo 10 metri, se non viene illuminato 1 metro di tubo allora le prestazioni potrebbero aumentare del 10%).Università della Calabri

Nuovi modelli matematici per il dimensionamento degli scambiatori di calore terreno-aria

Dottorato di Ricerca in Fisica Tecnica Ambientale, XIX Ciclo,a.a. 2006-2007Università della Calabri

A Thermal Model to Estimate PV Electrical Power and Temperature Profile along Panel Thickness

The production of electricity from photovoltaic panels has experienced significant developments. To manage the energy flows introduced into the electricity grid, it is necessary to estimate the productivity of PV panels under the climatic conditions. In this study, a photovoltaic panel is modelled from thermal and electrical points of view to evaluate electrical performance and identify the temperature distribution in the layers. The analysis performed is time dependent and the problem is solved using the finite difference technique. A methodology is introduced to estimate the cloudiness of the sky, which affects radiative heat exchange. The calculation method is validated using experimental data recorded in a laboratory of the University of Calabria. Temperature and electrical power are predicted with RMSE of 1.5–2.0 °C and NRMSE of 1.2–2.1%, respectively. The evaluation of the temperature profile inside the panel is essential to understand how heat is dissipated. The results show that the top surface (glass) is almost always colder than the back of the panel, despite being exposed to radiation. In addition, the upper surface dissipates more heat power than the lower one. Cooling systems, such as spray cooling, work better if they are installed on the back of the panel