9. CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

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CAPITOLO 9 – CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI PISA 169

9. CONCLUSIONI E SVILUPPI FUTURI

9.1 CONCLUSIONI

Le analisi condotte sul riscaldamento alternativo alla classica resistenza ohmica, come il riscaldamento per conduzione diretta di corrente continua e per induzione (tipicamente utilizzate nell’industria metallurgica o per il riscaldamento di camere da vuoto), hanno mostrato l’impossibilità di utilizzo di queste due modalità nel riscaldamento per catodi. In particolare nel riscaldamento mediante conduzione diretta di corrente continua nel tubo del catodo, a causa della lunghezza ridotta dell’emettitore, si ottengono valori di corrente estremamente superiori ai 10A disponibili, con relative tensioni ai morsetti comparabili con le cadute di tensione del circuito esterno ai contatti. Infatti, nonostante la buona resistività del tantalio, il percorso effettuato dalla corrente per passare da un contatto all’altro è breve, 6mm, e condiziona fortemente la resistenza totale del circuito elettrico. Per quanto riguarda il riscaldamento per induzione elettromagnetica, dall’analisi condotta si mostra come per diminuire le potenze assorbite e le corrente imposte al primario, siano necessarie frequenze elevate, dell’ordine di MHz, che, in un sistema propulsivo, comporterebbero un aumento di peso rilevante e l’aggiunta di un elemento tipicamente poco affidabile come l’inverter, atto alla trasformazione della corrente continua disponibile in corrente alternata. Inoltre si evidenziano problematiche relative alla forte temperatura a cui sarebbero sottoposti gli avvolgimenti del primario, facendo ricadere la scelta costruttiva su materiali aventi alto punto di fusioni e quindi caratterizzati da alta resistività, andando a diminuire ulteriormente i rendimenti dell’avvolgimento.

Nell’analisi del riscaldamento mediante resistenza a filamento, si è ricavata la dipendenza delle grandezze caratteristiche di un avvolgimento rispetto a potenza

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assorbita, corrente imposta e temperatura massima raggiungibile. Si è potuto osservare come il diametro del filamento sia il parametro geometrico che influisce quasi esclusivamente sulla temperatura massima raggiungibile, mentre la lunghezza del filamento e quindi il passo di avvolgimento, condizioni la potenza assorbita e quindi il flusso di calore trasferibile al catodo. Si è potuto constatare come l’utilizzo di diametri estremamente ridotti (dell’ordine di 0.1mm) comportino problematiche relative alla fragilità del filamento stesso, sia alla necessità di diminuzione del passo, al fine di creare una distribuzione di temperatura quanto più uniforme per tutta la lunghezza del catodo. La diminuzione del passo comporta l’infragilimento dell’isolante elettrico interposto tra gli avvolgimenti al fine di evitare cortocircuito tra spira e spira durante la normale dilatazione termica del materiale. Nell’analisi del riscaldamento per irraggiamento si è chiaramente messa in evidenza l’importanza dell’isolamento elettrotermico, peraltro già intuita nell’analisi precedente. In particolare si è potuto constatare come sia il principale fattore che influenza non solo la modalità di riscaldamento per irraggiamento, ma anche per tradizionale contatto indiretto. Si è inoltre potuto verificare, mediante simulazione numerica, la validità del modello 0-D realizzato.

Nel capitolo relativo alla scelta del materiale isolante sono stati individuati come possibili candidati atti all’ isolamento elettrico e termico del riscaldatore, i ceramici avanzati nitruro di boro e nitruro di alluminio.

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9.2 SVILUPPI FUTURI

Di primaria importanza risulta essere la ricerca di isolanti elettrici caratterizzati da resistenza meccanica superiore rispetto a quella di BN e AlN e da coefficienti di dilatazione termica quanto più simili al catodo. Inoltre sarebbe opportuno effettuare un’ analisi sull’utilizzo di un sistema di scudi termici a diversa lunghezza, in modo da distribuire le temperature su tutto il tubo, diminuendo quindi le perdite per conduzioni e favorendo lo scambio termico tra riscaldatore e catodo. In tal senso potrebbe essere presa in considerazione la possibilità di riscaldamento per irraggiamento che, offre dei notevoli vantaggi dal punto di vista delle dispersioni a riscaldatore spento e catodo auto-riscaldato. Dal punto di vista analitico, l’implementazione del modello termico del riscaldamento per irraggiamento con caratteristiche del materiale variabili.