Gli ingegneri della UW-Madison ottengono 2.1 Milioni di dollari per sviluppare scambiatori di calore stampati in 3D per i frigoriferi.
Gli ingegneri dell’Università di Wisconsin-Madison hanno ricevuto finanziamenti per 2,1 milioni di dollari per continuare lo sviluppo degli scambiatori di calore stampati in 3d. Il progetto è sostenuto dal Dipartimento per l’Energia dell’Agenzia per i Progetti di Ricerca avanzata ed Energia (ARPA-e).
Il progetto, iniziato nel 2015, ha lo scopo di creare degli scambiatori di calore stampati in 3d per le centrali elettriche. Ora, dopo il successo iniziale del progetto, il team dell’Università del Wisconsin sarà in grado di continuare a lavorare per altre applicazioni, come lo sviluppo di scambiatori di calore stampati 3D per i frigoriferi.
Gli scambiatori di calore sono dispositivi utilizzati per eliminare il calore , spesso lo si trasferendo il calore ad un fluido. Sono componenti fondamentali nei sistemi di riscaldamento, nella refrigerazione e nella climatizzazione, nonché nelle centrali elettriche, negli impianti di depurazione, negli impianti di trattamento del gas naturale e altro ancora.
Utilizzando la stampa 3D per la produzione degli scambiatori di calore, gli ingegneri hanno trovato che sono stati in grado di creare forme più efficaci di quanto era possibile in precedenza con la possibilità di utilizzare materiali diversi. Per lo scambiatore di calore dei frigoriferi, ad esempio, la squadra ha creato uno scambiatore con una superficie di un metro quadrato più grande rispetto agli scambiatori di calore esistenti. ( Lo scambio di calore è direttamente proporzionale alla superficie di scambio urilizzata ).
La squadra, ha lavorato con le tecnologie di stampa 3D FDM / FFF per creare scambiatori di calore da filamenti di polimeri incorporati con particelle di rame. Questi polimeri “altamente riempiti” consentono alla parte stampata di assumere le proprietà di conduzione del calore del rame.
Di solito, il metallo viene utilizzato per produrre scambiatori di calore in quanto conduce bene il calore. Una delle più grandi sfide nella lavorazione del metallo, tuttavia, è che può essere difficile e costoso trasformarlo in forme complesse usando i metodi tradizionali di produzione. La forma di uno scambiatore di calore è molto importante, dicono i ricercatori, in quanto contribuisce a “facilitare il trasferimento di calore”.
Grazie alla stampa 3D di forme specifiche e complesse per le strutture interne degli scambiatori di calore, gli ingegneri hanno scoperto che potrebbero effettivamente produrre componenti più efficaci e convenienti. Le geometrie stampate in 3D e le proiezioni interne riportano che contribuiscono ad “aumentare la turbolenza” e a migliorare il trasferimento di calore dello scambiatore. Il miglioramento del design potrebbe contribuire ad aumentare l’efficienza energetica dei frigoriferi.
Con i fondi di 2,1 milioni di dollari, il team UW-Madison sarà in grado di portare avanti molti progetti con un numero diverso di partner industriali per promuovere il suo progetto di stampa 3D, tra cui Teel Plastics, un produttore di plastica a base del Wisconsin; Cosine Additive, un produttore di stampanti 3D di Houston; E la Greenheck Corporation, produttore di sistemi di condizionamento d’aria di Wasau in Wisconsin.
Questi partner parteciperanno al progetto di ricerca implementando gli scambiatori di calore stampati in 3d nei loro impianti industriali. Inoltre contribuiranno a “fissare obiettivi di prestazioni e obiettivi di costo competitivi per il progetto e fornire informazioni su come bilanciare in modo efficace la produzione dei scambiatori di calore stampati in 3d”.
Più che offrendo un metodo alternativo di produzione per la creazione di scambiatori di calore, la ricerca UW-Madison sta anche aiutando a spingere avanti le tecnologie di produzione di additivi in generale attraverso lo sviluppo di polimeri ad alto riempimento.
Come spiegano i ricercatori, i polimeri altamente riempiti potrebbero essere utilizzati per varie applicazioni, tra cui stampare schede di circuiti complesse in una sola sessione o stampare parti che potrebbero poi essere fuse in metallo solido bruciando le particelle polimeriche.
La squadra di scambiatori di calore UW-Madison è guidata dall’assistente alla cattedra di ingegneria meccanica Natalie Rudolph .
