Dissipazione calore di "cavo elettrico" in soluzione a 55°C

[LuigiC]

Buongiorno a tutti,
Per uno studio personale sto ricercando il prima approssimazione di risolvere il seguente caso:

Ho un grosso "cavo elettrico" percorso da una elevatissima corrente (2000A) di sezione nota, lunghezza L nota in ottone. il cavo è isolato da una copertura di PVC anch'essa di spessore noto.

Il caso è questo: Il mio grosso cavo è immerso in una soluzione acquosa, in prima approssimazione acqua a 55°C.
Ipotizzando inizialmente una situazione stazionaria ed ipotizzando solamente il calore uscente generato per effetto Joule non riesco ad identificare la temperatura che raggiunge la guaina esterna.

Si consideri poi successivamente una situazione transitoria di t=5min con Tiniziale della guaina esterna Ti=55°C come la T della soluzione.

Purtroppo non avendo fatto un corso di fisica tecnica sono abbastanza inesperto e i calcoli che ho fatto mi portano a valori strani o a vicoli ciechi.

Spero che qualcuno possa darmi una mano o uno spunto sul quale ragionare.

Grazie a chiunque mi legga

Luigi

[blueice80]

E' un esercizio teorico o un caso reale?

[IsidoroKZ]

Ti serve il coefficiente di scambio convettivo per l'acqua e il cilindro (tubo+isolante). Se poi la soluzione ha una viscosita` molto diversa dall'acqua, bisogna vedere se si riesce a ricavare il coefficiente di convezione della soluzione a partire da quello dell'acqua.

[NSE]

Proveniendo dal mondo elettrico ed avendo provato a capirci qualcosa in termotecnica ti anticipo che è molto più complesso della legge di Ohm.
Questo è un esercizio di trasferimento di calore, e devi avere tutti i coefficienti di trasferimento da un materiale ad un altro (per conduzione).
Poi dovrai valutare se l'acqua è ferma o in movimento.

[LuigiC]

Ciao ragazzi,
Grazie per avermi risposto
è un 'approssimazione di un caso reale, in quanto il "cavo" in essere sarebbe una struttura usata per le celle elettrochimiche di elettrodeposizione.
Sostanzialmente una corrente catodica scorre nella barra di ottone che è isolata nella soluzione per evitare la deposizione su di essa di materiale dalla soluzione.

Ho intuito che la situazione a livello termotecnico non sia banale. Ho tentato di affrontare il caso come due resistenze in serie. Una a natura conduttiva e una a natura convettiva.

Come risultato finale arrivo a decretare che, usando h=500 W/m2K, la Temperatura all' interfaccia ottone-pvc è di 342°C. Non so se ho correttamente interpretato la situazione o se ho omesso qualcosa.

Problemi riscontrati: Il coefficiente convettivo h della soluzione acquosa è molto complicato da calcolare e dovrei paasare per il Numero di Nusselt, ma esula dal mio scopo. Perciò mi sono affidato a delle tabelle, ma sinceramente non ho dimestichezza con questi tipi di dati e quindi il valore selezionato non so proprio dire se è corretto.

Considerate che per avvicinarci alla situazione reale dovremmo considerare un tempo t= 5min di applicazione della corrente.

Grazie a tutti

Luigi

Link di un file Word con foto del caso in questione: https://we.tl/t-cMEZcwQuwe

[NSE]

Se il caso è reale, tieni presente che esistano (esistevano) produttori di cavo raffreddato ad acqua.

[LuigiC]

Se il caso è reale, tieni presente che esistano (esistevano) produttori di cavo raffreddato ad acqua.

Ciao, la struttura è un tondo pieno di ottone ricoperto da un rivestimento in pvc. L'esemplificazione del cavo era per dare un'idea vaga di che cosa si trattasse.

Ciao

Luigi

[fpalone]

La metodologia della brochure CIGRE 601 potrebbe essere applicata, concettualmente, anche ad un caso in cui il cavo sia immerso in un liquido invece che in aria atmosferica.

https://www.e-cigre.org/publications/de ... lines.html

[LuigiC]

La metodologia della brochure CIGRE 601 potrebbe essere applicata, concettualmente, anche ad un caso in cui il cavo sia immerso in un liquido invece che in aria atmosferica.

https://www.e-cigre.org/publications/de ... lines.html

Grazie!

Do una lettura e vi aggiorno sul topic.

Grazie a tutti

Luigi

[IsidoroKZ]

342 °C per il PVC e` decisamente troppo .

Mi sa che devi aumentare il diametro del conduttore: diminuisci la potenza dissipata ed aumenti la superficie di scambio. Se sei proprio disperato, considera anche lo spessore critico dell'isolamento, che e` lo spessore che minimizza la resistenza termica.

Infine 500W/(m^2 K) di coefficiente di convezione e` un po' bassino, probabilmente il coefficiente effettivo puo` essere significativamente piu` grande.