SCAMBIATORI DI CALORE

Oltre alla sua eccezionale conducibilità termica, il rame è idoneo per come materiale per scambiare calore anche grazie ad altre sue caratteristiche: la resistenza meccanica, alla corrosione, alla temperatura ed alla pressione. Per questo il rame viene impiegato sia in ambito domestico (per la produzione dell'acqua calda, nelle caldaie, nelle serpentine contenute nelle pompe di calore o nei pannelli radianti) che in quello industriale (per esempio nei dissalatori di acqua marina, nei grandi scambiatori di calore industriali). In ambito marino la scelta del rame e delle sue leghe (come i cupronickel 90-10 e 70-30) è determinata da una ulteriore proprietà: la resistenza al biofouling, cioè la capacità di limitare o addirittura impedire la crescita di alghe e molluschi che diminuiscono notevolmente la capacità di scambio termico, quando non provocano addirittura ostruzioni totali.

Il rame viene usato anche all’interno dei collettori solari termici, sotto forma di piastre captanti e serpentine in cui scorre il fluido termovettore, senza che le alte temperature o gli sbalzi termici ne diminuiscano la vita utile o ne danneggino in qualche modo le proprietà meccaniche.

Il rame “funziona” anche alle basse temperature dal momento che - come altri materiali con struttura cristallina cubica a facce centrate – non infragilisce: questa duttilità fa sì che sia idoneo per scambiatori di calore e per altri componenti negli impianti di liquefazione e stoccaggio dei fluidi criogenici; anzi, il rame e le sue leghe sono stati i primi materiali usati per questo scopo.

Per dare l’idea di quanto sia efficiente lo scambio di calore nel rame, si può fare l’esempio di una moderna pista di pattinaggio costruita a Katrineholm (Svezia), progettata per ridurre al minimo i costi di gestione. Sono stati impiegati come scambiatori tubi di rame 12,7x0,85mm, rivestiti da una sottile pellicola di polietilene, e CO₂ come fluido refrigerante. I progettisti hanno calcolato la resistenza termica dei materiali: per un assorbimento di calore di 100 W/m2 e una temperatura del ghiaccio di –4°C, la caduta di temperatura nel rame (spessore di 0,85 mm) è stata 0,001°C, mentre nel polietilene (spessore 0,45 mm, quasi la metà del rame) è stata ben 0,31°C. Il sistema “rame+CO₂“ si è dimostrato più economico del “classico” tubo di plastica in cui scorre una soluzione di acqua e cloruro di calcio: i risparmi complessivi nella gestione sono di circa 150.000 kWh/anno e il maggiore investimento iniziale è stato valutato essere recuperabile in soli 5 anni. Il progetto di questo impianto, inaugurato nel 2006, è stato meritatamente premiato dalla Agenzia della protezione Ambientale della Svezia per il suo contributo al taglio delle emissioni dei gas responsabili dell’effetto serra.

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