Condotto termico

Heat pipe è un oggetto che contiene e trasferisce energia termica lungo segmenti collegati e impone un limite alla quantità di energia che può passare attraverso ciascun segmento nel tempo. Ogni segmento di Condotto termico riduce la temperatura del calore che lo attraversa di una quantità che dipende dalla potenza trasmessa; questo crea una lunghezza massima utile effettiva per una tratta rettilinea di Condotto termico tra una fonte di calore e un consumatore di calore.

Per un’entità Condotto termico con una connessione di ingresso su un lato e una connessione di uscita sul lato opposto, il calo di temperatura per segmento è di 1 + (P / 15) °C, dove P è la potenza trasmessa in megawatt (MW). Poiché gli Scambiatore di calore devono raggiungere 500°C per generare vapore e i generatori di calore (per esempio i Reattore nucleare) hanno un massimo di 1000°C, la massima differenza di temperatura possibile tra una fonte di calore e un Scambiatore di calore è di 500°C. La lunghezza massima in linea retta L di segmenti di Condotto termico che possono trasportare potenza P e consentire comunque a un Scambiatore di calore di raggiungere 500°C è quindi L = 500 / (1 + P/15). Per esempio, un singolo Reattore nucleare che produce 40 MW di potenza termica verso una singola linea retta di Condotto termico può arrivare a circa 500 / (1 + 40/15) ≈ 136 segmenti di Condotto termico prima che la temperatura sia scesa troppo per raggiungere 500°C.

Un reattore nucleare può esso stesso agire da conduttore termico in modo simile a un Condotto termico, che sia alimentato o meno. In questo ruolo il reattore riduce la temperatura di 1 + (P / 387) °C per entità reattore, con P in MW; i valori misurati indicano che il denominatore è circa 386.847. Poiché un reattore occupa più caselle di un singolo segmento di Condotto termico, bisogna confrontarlo con più segmenti di Condotto termico nel complesso (per l’ingombro tipico di un reattore, il confronto è con circa cinque linee da cinque Condotto termico). Rispetto a una lunghezza equivalente di Condotto termico, un reattore riduce meno la temperatura per casella: con una potenza trasmessa quasi nulla riduce la temperatura circa cinque volte meno delle caselle di Condotto termico equivalenti, e con una potenza trasmessa molto alta riduce la temperatura quasi ventisei volte meno. Come esempio illustrativo, una linea retta di 100 reattori (equivalente a 500 caselle) che trasporta 1 GW di potenza termica abbasserà la temperatura di circa 360°C.

Nello scenario Space Age su Aquilo, gli Condotto termico vengono usati anche per impedire alle entità di congelarsi. Lì gli Condotto termico trasferiscono automaticamente calore alle entità adiacenti; entità diverse consumano quantità diverse di calore per evitare il congelamento, e non richiedono la soglia di 500°C di uno scambiatore di calore. Gli heat Tubo usati a scopo antigelo devono solo essere ad almeno 30°C per mantenere calda un’entità. In questa modalità gli Condotto termico non perdono calore nell’ambiente; lo perdono solo verso le entità che stanno riscaldando.

• Note pratiche:
  • Il calo di temperatura per Condotto termico aumenta con la potenza trasmessa; mantenere i tratti brevi o ridurre la potenza per linea per preservare la temperatura.
  • Usare la formula L = 500 / (1 + P/15) per stimare la lunghezza massima di un tratto rettilineo da una fonte di calore a uno scambiatore di calore per una data potenza.
  • Considerare l’uso di più tratti paralleli per suddividere la potenza e ridurre la perdita di temperatura per segmento.
  • Quando si usano i reattori come conduttori, tenere conto del loro ingombro maggiore e della perdita di temperatura per casella più favorevole a bassa potenza, ma del comportamento peggiore a potenze estremamente elevate.