Ben Krasnow stampa in 3D un frigorifero Einstein-Szilard trasparente alimentato a fiamma
Un prototipo in resina trasparente riporta in vita il ciclo termodinamico senza parti mobili per abbassare le temperature senza elettricità
Di Giovanni Sapere
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Il maker Ben Krasnow ha costruito un frigorifero ad assorbimento trasparente, stampato in 3D, basato sul celebre progetto Einstein-Szilard, dimostrando che una fiamma libera può alimentare un ciclo di raffreddamento senza compressori meccanici. Il progetto dà vita a una classica invenzione termodinamica, permettendo di osservare i cambiamenti di fase all'interno del circuito del fluido in pressione.
Termodinamica visibile attraverso la resina trasparente
I frigoriferi ad assorbimento hanno da tempo un ruolo pratico negli impianti industriali e nei camper perché funzionano interamente a calore e non contengono parti mobili. I modelli tradizionali si basano su miscele di ammoniaca e acqua che richiedono pressioni di esercizio superiori a quelle che le tipiche camere in plastica o vetro possono sopportare, come riportato da Hackaday. Per rivelare il movimento interno del fluido, Krasnow si è rivolto al progetto brevettuale alternativo formulato da Albert Einstein e dall'inventore Leó Szilárd.
Il sistema è stato realizzato con la stampa 3D in resina trasparente, consentendo l'osservazione diretta delle fasi di ebollizione, evaporazione e condensazione. Un blocco di rame massiccio trasferisce il calore di una fiamma libera direttamente nella camera di ebollizione. Sebbene le soluzioni di ammoniaca dissolvano gradualmente il rame nel tempo, Krasnow ha trovato l'apparecchio pienamente funzionante per la dimostrazione sperimentale.
Dal butano al più sicuro perfluoropentano
Il ciclo Einstein-Szilard introduce un terzo fluido nel processo per evitare soglie di pressione estreme. In questa configurazione, il calore separa una soluzione concentrata di ammoniaca e acqua facendo evaporare l'ammoniaca gassosa, che poi riduce la pressione parziale su un refrigerante liquido e lo costringe a evaporare. Entrambi i vapori entrano in una camera dove l'acqua dissolve l'ammoniaca, lasciando il vapore refrigerante condensare e ripetere il ciclo chiuso mentre la soluzione liquida ritorna alla caldaia.
Mentre il progetto originale utilizza tipicamente il butano come refrigerante volatile, Krasnow ha sostituito con il perfluoropentano per eliminare i rischi di esplosione in presenza di una fiamma libera. La sostanza chimica non infiammabile ha permesso all'apparecchio in resina in pressione di funzionare in sicurezza sotto riscaldamento termico diretto.
Sifoni e veri cali di temperatura
L'utilizzo del prototipo trasparente ha rivelato specifici ostacoli fluidodinamici. Poiché il sistema chiuso mantiene una pressione quasi uniforme lungo tutto il circuito, anche una minuscola bolla di vapore intrappolata nel canale sbagliato può creare un sifone e bloccare la circolazione del fluido.
Nonostante i margini ristretti, Krasnow ha regolato il flusso e ottenuto un calo di 5 gradi Celsius sotto la temperatura ambiente, dimostrando un'innovazione termica singolare. Krasnow ha anche indicato un'insolita applicazione termodinamica: con alcol ad alta gradazione, bruciare una frazione del liquido genera abbastanza calore da raffreddare il resto della bevanda.
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