Il progetto ha condotto alla realizzazione di una nuova tipologia di scambiatori per ventilconvettori e oleodinamica mediante l'uso di schiume metalliche a celle aperte in Nichel ed Alluminio. L’output principale generato è stato iI prototipo di un ventilconvettore ottenuto assemblando la batteria a schiuma metallica all’interno dello chassis di un ventilconvettore commerciale.
In parallelo, il progetto ha condotto alla realizzazione di un impianto pilota per prove sulle prestazioni di recuperatori di calore aria-aria. La particolarità che rende unico l’impianto pilota è quella di riuscire a riprodurre in laboratorio quelle condizioni operative critiche per il corretto funzionamento dei recuperatori aria-aria che possono verificarsi in inverno in presenza di condizioni esterne particolarmente rigide (basse temperature abbinate ad elevate umidità) che portano alla formazione di brina sulla batteria.
Schiume metalliche per batterie di scambio termico e impianto pilota per test su recuperatori di calore aria-aria
Il progetto ha permesso di testare l'applicazione delle schiume metalliche (Alluminio e Nichel) per la realizzazione di scambiatori ad aria ultra-compatti caratterizzati da rapporti superficie/volume maggiori di 700 m2/m3. E' stato studiata la possibilità di sostituire la classica superficie alettata utilizzata nelle batterie di scambio termico dei ventilconvettori con schiume metalliche di alluminio avente una porosità superiore al 92%. E' stato dimostrato come le perdite di carico e quindi le portate d'aria che attraversano la batteria di scambio realizzata con la schiuma metallica sono molto simili a quelle elaborate dei ventilconvettori tradizionali a parità di ventilatore.
La schiuma metallica è stata utilizzata come superficie di scambio lato aria anche in dissipatori compatti in alluminio per oleodinamica basati su minicanali rettangolari. In questo caso la schiuma saldata sui minicanali ha permesso di ottenere potenze termiche scambiate maggiori rispetto alla classica alettatura.
Si è quindi realizzato un impianto pilota per prove sperimentali su recuperatori di calore aria-aria a flussi incrociati o in controcorrente. L'impianto è stato pensato per sottoporre i recuperatori a test sotto condizioni invernali critiche (bassa temperatura ed elevata umidità esterna) al fine di verificare innovative strategie per la rimozione della brina che si forma all'interno del recuperatore.
L'utilizzo di schiume metalliche come superficie di scambio in scambiatori compatti ad aria permette di lavorare con rapporti superficie/volume superiori a 700 m2/m3 anche con porosità elevate (>90%) al fine di ridurre le perdite di carico lato aria.
La natura casuale dei pori permette di incrementare il livello di turbolenza dell'aria aumentando significativamente il coefficiente di scambio termico convettivo. Il collo di bottiglia dell'applicazione delle schiume metalliche in sostituzione delle classiche superfici alettate risiede nell'accoppiamento con i tubi.
Ventilconvettori per impianti di condizionamento
Scambiatori di calore ad aria compatti
Dissipatori per circuiti oleodinamici
Recuperatori di calore aria-aria
a) Recuperatore aria-aria b) dissipatore per oleodinamica c) batteria per ventilconvettore HVAC
Scambiatori di calore aria-acqua per ventilconvettori in cui la superficie alettata è sostituita da una schiuma metallica di alluminio
L’attività di ricerca industriale si è focalizzata sull’analisi delle prestazioni di schiume metalliche a celle aperte in Nichel ed Alluminio da utilizzare in sostituzione della alettatura presente lato aria nelle batterie di scambio termico dei ventilconvettori. Sono stati realizzati 4 modelli diversi di batteria a schiuma metallica:
1) Batteria a kebab (BT#1kebab): strisce di schiuma forate per alloggiare i tubi che le attraversano.
2) Batteria a sandwich (BT#2sandwich): i tubi vengono schiacciati tra due lastre di schiuma in presenza di pasta termoconduttiva e/o alluminio liquido
3) Batteria “ibrida” schiuma-aletta (BT#5hy): la schiuma viene introdotta tra alette piane mandrinate sui tubi: la superficie di contatto tra tubi e superficie solida a contatto con l’aria viene aumentata
4) Batteria con schiuma saldobrasata su microcanali rettangolari (BT#6sv): la schiuma di alluminio è saldata su microcanali rettangolari in alluminio.
E' stato testato in laboratorio il prototipo di ventilconvettore innovativo ottenuto assemblando la batteria a schiuma metallica all’interno dello chassis di un ventilconvettore commerciale (mod. ESTRO, GALLETTI) contenente un ventilatore a giri variabile. Il prototipo è inoltre stato dotato di un sistema per lo scambio di dati a distanza con l’utente tramite Tablet o Smartphone.
Hanno collaborato:
1) GALLETTI (Bentivoglio, BO)
2) FIRA - BONDIOLI & PAVESI (S. Agostino, FE)
3) CIDEA (Parma)
4) CETRA (Altedo, BO)
I risultati dei test sperimentali hanno dimostrato come occorra ottimizzare l'accoppiamento termico tra schiuma e tubi. Sono necessari ulteriori mesi di test per applicazioni diverse dall'ambito HVAC. I risultati acquisiti sono disponibili per ulteriori partner industriali interessati a sviluppare nuovi prodotti basati sulle schiume metalliche.
Ventilconvettore per HVAC con batteria a schiuma metallica