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LOW-TEMPERATURE HEAT EXCHANGERS BASED ON THERMALLY-CONDUCTING POLYMER NANOCOMPOSITES

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Nuovi materiali per processi industriali critici

Lo scambiatore di calore è fondamentale per una produzione efficiente nella maggior parte dei processi industriali. Alcuni scienziati stanno sviluppando nuovi materiali redditizi e ad alte prestazioni per gli scambiatori di calore adatti alle basse differenze di temperatura.

Tecnologie industriali

Gli scambiatori di calore spostano letteralmente il calore da una sostanza all'altra. Vengono usati per aggiungere o rimuovere calore dai processi. Gli scambiatori di calore hanno diverse forme, ma la maggior parte è composta da un solido che separa due mezzi fluidi. Quando la differenza di temperatura tra i due mezzi è bassa, sono necessarie delle aree superficiali di scambio ancora più grandi per uno scambio efficiente di calore. Ma spesso non è possibile avere grandi superfici, sia per motivi economici che tecnici o per entrambi i motivi. Usando nuovi nanomateriali, gli scienziati del progetto Thermonano ("Low-temperature heat exchangers based on thermally-conducting polymer nanocomposites"), finanziato dall'UE, stanno risolvendo questo problema, che limita l'efficienza del processo. I materiali di scambio prodotti con polimeri riempiti con nanomateriali vengono progettati per una conduttività efficiente di calore (più conduttività per unità di superficie comporta un'area ridotta per la stessa conduzione) e per una riduzione dei costi rispetto ai metalli convenzionali. Altri vantaggi previsti includono una flessibilità di progettazione per lo sfruttamento del volume, una resistenza alla corrosione eccellente e una condensazione in gocce altamente efficace. Durante il primo anno gli scienziati hanno sviluppato e selezionato diversi materiali polimerici e nanofiller, inclusi nanotubi di carbonio (CNT) e nanoparticelle (NP) a rivestimento metallico. Gli scienziati hanno condotto esperimenti con CNT modificati per determinare gli effetti di certi parametri. La metallizzazione dell'argento (preparazione di uno strato di rivestimento metallico) di substrati, inclusi vetro in scaglie, nanofibre (wollastonite), poliammide in scaglie e fibre di cellulosa, è stata condotta per produrre NP a rivestimento metallico per i filler. Particelle conduttive selezionate, inclusi CNT e NP a rivestimento metallico, sono state incorporate nei polimeri termoplastici (che si possono rifondere e rilavorare in continuazione). Studi di caratterizzazione dettagliati hanno consentito di comprendere meglio gli effetti delle NP metalliche e della loro concentrazione nei polimeri. La resistenza di contatto tra NP vicine, che ha ridotto la temperatura a ogni punto di contatto, è risultata il principale fattore che impedisce uno scambio termico efficiente. Thermonano ha sviluppato nuovi progetti per gli scambiatori di calore a base di nanocompositi polimerici adatti allo scambio a bassa differenza di temperatura. Lo sfruttamento commerciale dei concetti di Thermonano consentirà di aumentare l'efficienza di processo di diverse applicazioni industriali rilevanti. Tra queste vi sono refrigeratori intermedi per grandi motori diesel, recupero di calore per gas di scarico di combustione e processi chimici con sostanze chimiche aggressive o ambienti corrosivi.

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