Moltissime sono le potenziali applicazioni dei nanofluidi, nel settore HVAC e nei chiller, per aumentare l’efficienza degli scambiatori di calore, fuel cell, sistemi ad assorbimento e impianti solari a concentrazione. Questi fluidi possono quindi essere impiegati come nanolubrificanti, in quanto l’aggiunta di nanoparticelle e nanotubi alla base di oli minerali tradizionali aumenta la dissipazione del calore e le proprietà tribologiche dei normali lubrificanti, con superiori proprietà anti-usura aumentando il ciclo di vita delle parti in movimento nei motori e nei compressori impiegati nei sistemi frigoriferi.

L’idea di miscelare particelle metalliche ai liquidi per creare delle sospensioni solido-liquido come termovettori potenziati risale agli studi Maxwell, che nel 1873 osservò che i solidi presentano una conducibilità termica molto superiore ai liquidi. Particelle micrometriche o millimetriche avevano però la forte tendenza a depositarsi creando ostruzioni e usura. E’ con la nascita della nanotecnologia e delle nanoparticelle che l’originale idea ha ripreso vigore, rilanciata da Choi che nel 1995 diede a questi innovativi termovettori il nome di nanofluidi.

Ambito di studi promettente, la ricerca sui nanofluidi è ancora nella sua fase sperimentale, con risultati spesso discordanti tra i diversi laboratori. Ciò è dovuto a una serie di fattori, a partire dalla capacità di creare nanofluidi stabili, evitando effetti di deposito e aggregazione delle nanoparticelle all’interno della sospensione, ad esempio con l’impiego di surfattanti. Va inoltre valutato il fatto che l’aggiunta di nanoparticelle a un fluido termovettore di base ne incrementa la viscosità, e quindi le possibili perdite di carico, oltre a richiedere maggiore forza per pompare il fluido attraverso i circuiti idraulici delle apparecchiature. Le proprietà dei nanofluidi dipendono quindi fortemente dal tipo di nanomateriale impiegato, dalla forma e dalla grandezza delle particelle, dalla concentrazione della sospensione, oltre che da fattori quali temperatura, pressione e campi magnetici applicati. A ciò si aggiunga che sono ancora poco noti a livello teorico i meccanismi che determinano i cambiamenti di proprietà termo-fisiche e di comportamento termo-fluido-dinamico delle nanoparticelle.

Cercando un poco sul web si trovano ad ogni modo moltissimi studi in una varietà di campi di applicazione dei nanofluidi, a partire ad esempio dall’impiego di nanorefrigeranti in impianti di refrigerazione. L’aggiunta di nanoparticelle di TiO2, ossido di Titanio, ha per esempio dimostrato in alcuni test di poter aumentare la solubilità di R134a in olio minerale, migliorando le prestazioni delle macchine frigorifere e restituendo al contempo più olio lubrificante al compressore.

Prodotti a base di nanofluidi si trovano anche già in commercio, come questo fluido nanorefrigerante CF Cooling Fluid a base vegetale per sistemi chiusi di raffreddamento all’interno dei motori. Altre interessanti ricerche riguardano quindi l’uso di termovettori nanotech come fluido di lavoro per migliorare il rendimento di unità ORC, o l’impiego di nanofluidi come fluido organico per l’accumulo e il trasporto di calore agli scambiatori in impianti solari a concentrazione. Per le applicazioni negli impianti nucleari, infine, il MIT (Massachussetts Institute of Technology) ha istituito un centro interdisciplinare di ricerca apposito, dove si stima che l’uso di nanofluidi potrebbe aumentare di circa il 20% la capacità degli impianti a parità di caratteristiche tecniche dei reattori.

In Italia è infine attivo il NHT, Nano Heat Transfer lab di Padova, impegnato nella ricerca di soluzioni innovative nel campo dei nanofluidi e del trasferimento termico nanotech.

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Il potenziale per le soluzioni di cogenerazione in Italia è ancora molto grande e da sfruttare, e fa pertanto piacere vedere che la ricerca avanza anche in quest’ambito, che offre davvero grandi opportunità in termini di efficienza energetica sia per applicazioni industriali che su utenze medio-piccole, pmi o utenze domestiche grazie alla micro-cogenerazione e reti di teleriscaldamento.

La cogenerazione, o CHP, consiste nella generazione combinata di elettricità e di calore, tramite recupero di calore da acqua di raffreddamento nelle camicie del motore e da fumi esausti ad alta temperatura provenienti dalla combustione di una fonte primaria, mediante scambiatori di calore. I motori primari possono essere di vario tipo, motori a combustione interna, turbine a gas o a vapore, e nelle soluzioni più avanzate turbogeneratori ORC, microturbine, impianti con celle a combustibile o motori Stirling. Accanto ai combustibili di origine fossile, la cogenerazione sfrutta quindi biogas e biomasse, come anche l’idrogeno nelle tecnologie a celle a combustibile.

Tempco ha all’attivo numerose applicazioni e installazioni nel settore CHP, fornendo scambiatori/condensatori in materiali resistenti alla corrosione, tipicamente acciaio inox, radiatori di dissipazione ad alta efficienza e torri evaporative per il raffreddamento dei condensatori ad acqua. Le soluzioni Tempco trovano impiego in diverse fasi del ciclo di cogenerazione:

– Moduli di recupero termico (T RECOGEN)
– Sistemi di dissipazione (T FIN ENGINE)
– Trattamento del biogas (T RECOGEN BIO)
– Preriscaldamento biodiesel (T START ENGINE)

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Pare infatti che nel 2014 la nostra industria abbia assorbito circa il 41% degli oltre 680 TWh di energia termica consumati nel nostro Paese. Ciò equivale a una media nel consumo annuo di 700 MWh per ciascun utente industriale, che corrisponde a una bolletta termica di circa 50.000 euro per singolo utente.

Non poco, soprattutto se si pensa che gran parte di questi soldi potrebbero essere recuperati con soluzioni quali cicli ORC, cogenerazione e scambiatori di calore, per un mercato dell’efficienza energetica nei consumi termici industriali che in Italia potrebbe valere un miliardo di euro l’anno.

Tra queste soluzioni, le torri evaporative trovano interessanti impieghi negli impianti di cogenerazione, che tra le tecnologie disponibili consentono un ritorno dell’investimento più breve grazie agli incentivi e al sistema dei certificati bianchi, previsti per settori di punta come la meccanica e il settore della carta.

Le torri evaporative in particolare trovano applicazione negli impianti di cogenerazione per il raffreddamento dei condensatori ad acqua, e rispetto a soluzioni di raffreddamento con condensatori ad aria richiedono spazi di installazione più limitati, oltre a offrire superiore efficienza termica e consumi energetici più contenuti per il funzionamento della parte di ventilazione.

Sotto il prospetto del consumo energetico, una torre evaporativa offre infatti ottimi rapporti fra energia elettrica installata ed energia termica che è possibile smaltire, configurandosi come soluzione ottimale per smaltire ingenti quantità di calore in applicazioni dove i processi non richiedono raffreddamenti spinti in termini di temperatura, ma di contro presentano quantità di calore notevoli da dissipare.

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Scambiatori di calore a piastre come evaporatori di fluido organico nei cicli di cogenerazione Rankine.

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