Le furbizie degli «heat pipes»

La natura possiede alcune furbizie che, una volta conosciute, possono dar vita ad utili applicazioni tecniche; una di queste è costituita dalla proprietà dei fluidi di spostare calore quando evaporano e condensano. L’esempio più vistoso è offerto dall’acqua e non a caso chi ha fabbricato il nostro pianeta l’ha riempito proprio di acqua, in quantità molte volte superiore a quella delle terre emerse, per realizzare il suo grande progetto di tenere le terre emerse ad una temperatura adatta alla vita.

Con un grande gioco di evaporazione e condensazione, si può spostare il calore da una zona all’altra. Una applicazione si ha nei frigoriferi, in cui una pompa comprime un gas e lo fa condensare; il liquido evapora poi nel comparto del cibo raffreddandolo.

C’è un’altra furbizia con cui si possono scaldare o raffreddare dei corpi sfruttando le proprietà dei fluidi. Immaginiamo di avere un tubo chiuso alle due estremità, contenente una piccola quantità di un fluido allo stato liquido e immaginiamo di immergere in uno spazio caldo l’estremità contenente il liquido; il liquido evapora e sale nello spazio vuoto sovrastante; quando incontra una zona fredda si condensa, cedendo il calore assorbito nell’evaporazione e ridiscende nella estremità calda. I tubi devono essere di rame o alluminio e devono avere la superficie interna trattata in modo da agevolare la discesa del fluido condensato verso la parte inferiore. I condotti termici, in inglese heat pipes, sono stati inventati almeno tre volte; da un ingegnere inglese, Perkins, nei primi anni dell’Ottocento, da Richard S. Gaugler che li ha brevettati nel 1942 per l’applicazione ai frigoriferi, e da George Grover che ha riscoperto il principio nel 1963.
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L’invenzione ebbe un successo straordinario perché, senza motori o parti in movimento, è possibile spostare grandi quantità di calore anche quando le differenze di temperatura sono piccole. Le prime applicazioni sono state a bordo dei satelliti artificiali i quali hanno una parte esposta al calore solare; per evitare l’eccessivo riscaldamento del satellite, sulla sua superficie sono posti degli heat pipes; il liquido scaldato dalla parte esposta al Sole evapora e, condensando nello spazio esterno freddissimo, raffredda il satellite. I condotti termici funzionano anche in assenza di gravità, appunto nello spazio.
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Gli heat pipes possono essere anche molto piccoli, adatti per esempio a raffreddare i computers o altre apparecchiature elettriche ed elettroniche, perché sono adatti a trasferire il calore da un corpo all’altro per un gran numero di intervalli di temperatura.