Schiuma metallica, nanofluidi, solar cooling. Ecco il futuro dell’efficienza energetica e uno spazio per conoscere e discutere le tecniche più all’avanguardia nel campo, presentate dall’Università Vanvitelli con diverse dimostrazioni.
A cura di Sergio Nardini, docente di Fisica Tecnica Industriale presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Università Vanvitelli
Con l’accordo di Parigi COP 21, infatti, le Nazioni di tutto il mondo hanno accettato di accelerare le loro riduzioni delle emissioni di carbonio. Quindi, vi è la necessità di ricerche su una maggiore efficienza, costi inferiori e nuova funzionalità dei componenti e sistemi termici di energia. Oggi gli obiettivi principali delle ricerche in tale ambito sono sia la scoperta di nuove configurazioni sia l'uso di micro e nanotecnologie nei componenti e nei sistemi di energia termica per l’incremento dello scambio termico e l’utilizzo di energia da fonti rinnovabili.
Per migliorare lo scambio di energia tra due corpi ci sono tantissime tecniche che possono essere adoperate, alcune tradizionali ed altre innovative. Una tecnica, molto innovativa e ancora oggi in fase sperimentale, è la cosiddetta schiuma metallica. Una schiuma metallica è come una spugna che si usa in cucina, dove ci sono tantissimi pori, ma è fatta di metallo. Nel gergo tecnico essa è definita come un reticolo metallico con molti pori, infatti è molto leggera perché ha tanti vuoti all’interno. Per capire quanti vuoti ci sono all’interno, si definisce la porosità della schiuma come il rapporto tra il volume totale dei pori presenti all’interno e l’intero volume della schiuma presa come un unico blocco. Queste schiume metalliche hanno porosità molto alte, intorno al 80-90%, cioè ogni 10 parti di schiuma, 9 sono solo pori. Dato che queste schiume sono molto leggere e sono di metallo, esse si possono applicare in tantissimi campi, come in applicazioni aeronautiche, nell’elettronica per dissipare il calore e negli scambiatori di calore.
Un’altra tecnica molto recente è quella di utilizzare alcuni speciali materiali che, nel momento in cui ricevono energia sotto forma di calore, cambiano il proprio stato fisico da solido a liquido, come il ghiaccio che diventa acqua quando viene riscaldato. Questi materiali si chiamano “materiali a cambiamento di fase” (PCM) e sono molto utili quando è necessario mantenere la temperatura costante nel momento in cui vengono riscaldati. Sono molto utili, quindi, per mantenere le temperature al di sotto di un valore critico, come ad esempio nel raffreddamento di circuiti elettronici, oppure possono essere impiegati nell’edilizia per mantenere le abitazioni con un buon confort termico. I PCM sono abbastanza recenti ed è stata la NASA ad utilizzarli per un primo impiego agli inizi degli anni ’70.
Un materiale ancora più innovativo dei materiali a cambiamento di fase sono i cosiddetti nanofluidi. Essi sono nati a metà degli anni ’90 e solo oggi si vedono alcune applicazioni preliminari. I nanofluidi sono dei particolari fluidi in cui sono state inserite delle particelle di dimensioni nanometriche (nanoparticelle). Quando in un fluido si inseriscono le nanoparticelle di materiale ad alta conducibilità termica, le prestazioni termiche aumentano di molto e quindi si ha un maggiore scambio di calore. Come esempio di applicazione, si possono usare nei radiatori delle auto invece di usare acqua o un fluido refrigerante semplice.
Un’ultima tecnica, molto utile per utilizzare l’energia solare, è il cosiddetto raffrescamento solare, in inglese Solar Cooling. Sembrerebbe un controsenso ma l’energia solare in queste applicazioni è utilizzata per far funzionare una particolare macchina frigorifera che può essere impiegata, per esempio, per raffrescare un ambiente proprio nel periodo di maggiore necessità come di giorno nel periodo estivo.