O tubo de Ranque-Hilsch é um dispositivo termodinâmico sem partes móveis que permite a produção de ar frio, imaginado pelo francês Georges Joseph Ranque em 1931 e aprimorado pelo alemão Rudolph Hilsch . Este dispositivo é conhecido no mundo industrial com o nome de tubo de vórtice.
A teoria mais comum seria que o ar injetado tangencialmente cria por vórtice um fluxo de vórtice extremamente rápido (um milhão de rotações por minuto) e é freado por uma válvula cônica. A troca de calor com a onda de retorno resfria o ar refletido.
Deve ser fornecido com ar comprimido muito seco e limpo (5 a 10 bar) (filtração 5 µm). A manipulação da válvula de saída permite ajustar o par fluxo / resfriamento da saída fria: quanto maior o volume de saída, menor é a queda de temperatura. Fabricado nos tamanhos de 10 a 40 cm de comprimento e 1 a 5 cm de diâmetro, pode atingir uma diferença de temperatura de 70 ° C entre o ar que entra e o lado frio. Sob essas premissas, a capacidade de resfriamento é da ordem de 3 kW (potência que depende do volume de ar tratado pelo tubo Vortex).
Pode funcionar com qualquer gás que não condense nas temperaturas produzidas. No entanto, o tubo de vórtice não pode fornecer gás pressurizado e a contrapressão admissível na saída fria é bastante baixa (0,2 bar no máximo)
Pode ser usado sempre que o resfriamento sem contato for necessário (usinagem, teste de componentes eletrônicos, fabricação de chocolate). Por outro lado, o sistema (compressor + tubo) é muito menos eficiente em termos energéticos do que as unidades de refrigeração convencionais, mas seu baixo custo e rapidez de instalação o tornam muito competitivo.
O uso de tubos de vórtice está de volta à moda na Europa, ainda é fabricado na França por uma empresa especialista em vácuo e pega industrial, na forma de KitClim para ser instalado em quadros elétricos. (Norte).
O da conservação de energia. A equação termodinâmica:
Seja p a fração (em massa) do gás que sai do lado frio, ec o calor específico do gás, com os índices a (oferta), f (lado frio) e c (lado quente):
Presumindo um gás ideal , podemos simplificar:
Quanto mais tentamos aumentar o desempenho, mais nos afastamos do gás perfeito.
De acordo com o segundo princípio da termodinâmica , é impossível resfriar um corpo frio com um mais quente sem gastar energia. No entanto, é isso que esse dispositivo parece fazer. Considerando todo o sistema, compressor e tubo de Ranque-Hilsch, fica claro que é o compressor que fornece esse trabalho.
Em 2010, os princípios de operação do tubo não foram totalmente compreendidos. Sua ação está ligada à compressibilidade do fluido, pois é totalmente inoperante com o líquido. Somente em 2012 uma publicação que trata do assunto esclareceu seu funcionamento.
Vários usos do tratamento de gás foram ou ainda estão sendo estudados. Todos esbarram na baixa eficiência do conjunto compressor e tubo, da ordem de 0,10, enquanto a de um refrigerador ( COP ) chega a 10.
Apesar dessa baixa eficiência, muitas aplicações têm sido desenvolvidas no mundo industrial, pois o ar comprimido é uma fonte comum de energia por lá, facilmente disponível e porque o tubo de vórtice não possui parte móvel, o que minimiza quebras e custo de manutenção. Como a temperatura do ar frio produzido pode cair para aproximadamente -45 °, com saída de calor de até 2.500 k cal / h , o tubo de Ranque é utilizado para resfriar ferramentas de corte em uma máquina-ferramenta, moldes de objetos poliméricos, dispositivos eletrônicos ; combinado com uma camisa de circulação de ar, o tubo de vórtice melhora as condições de trabalho em ambientes confinados ou aquecidos.
Outras: