Solare termico a concentrazione per processi industriali
Responsabile della ricerca: Prof. Giovanni Latini
Collaboratori: Ing. Marco Sotte
La tecnologia del solare termico a concentrazione nasce dalla domanda di energia termica ad impatto zero per i processi industriali; si inserisce nel contesto delle energie rinnovabili finalizzate alla produzione di calore. Le tecnologie del solare termico tradizionale, che generalmente impiega collettori piani, o, più di recente, collettori a tubi evacuati, consentono un riscaldamento dell’acqua fino a 70-80°C , e sono quindi esclusivamente applicabili in ambiti domestici (produzione di acqua calda sanitaria o riscaldamento di ambienti). L’utilizzo di sistemi a concentrazione solare consente di superare questo limite, proponendosi come tecnologia rinnovabile in grado di fornire calore a quei processi industriali che necessitano di temperature superiori agli 80°C, processi ancora dipendenti da combustibili fossili.
Il principio fisico è la concentrazione solare: si utilizzano degli specchi parabolici per concentrare la radiazione solare nell’asse focale, in cui è fatto scorrere il fluido termovettore, che raggiunge temperature estremamente elevate. Il fluido riscaldato può essere utilizzato per la produzione di energia elettrica, se si introduce una macchina termica (turbina a vapore) adatta a questo scopo.
Nel nostro caso questo secondo passaggio non è realizzato, e il calore viene prodotto allo scopo di un utilizzo diretto. Fra tutti i possibili usi, in particolare, vengono studiate le applicazioni nell’ambito dell’industria di processo.
Si ritiene infatti che le potenzialità di questa tecnologia siano grandissime nei prossimi anni:
· è una risposta rinnovabile alla domanda di calore dei processi industriali,intervenendo su un consumo energetico che è circa 1/4 del totale;
· è innovativa ed economica, in quanto se si mantiene modesta la temperatura massima raggiunta, consente soluzioni progettuali semplici e affidabili, e quindi applicazione industriale a breve termine.
L’attività svolta
Tale filone di ricerca è nato da circa 6 mesi; le attività realizzate sono sul piano teorico e sul piano sperimentale.
Sul piano teorico:
· si studia il modello fisico del concentratore allo scopo di riuscire a determinarne le performances in ogni situazione ambientale;
· viene analizzata l’interazione fra la produzione dell’energia termica e la richiesta tipica di alcune utenze industriali;
· vengono definiti i possibili scenari di impiego cercando di simulare il funzionamento e i conseguenti benefici economici per le aziende.
Sul piano sperimentale:
· si realizzano e testano prototipi di concentratori solari
· vengono misurate le performance ottiche e termiche degli stessi:
o dal punto di vista ottico, sono state realizzati test per verificare lo scostamento del prototipo realizzato dalla forma di progetto, e quantificare, quindi, la caduta di efficienza prodotta da queste imprecisioni;
o dal punto di vista termio, si lavora alla realizzazione di un impianto di test per concentratori e collettori che sia conforme allo standard ASHRAE 93/2009, ovvero il più rigido protocollo esistente per il test di questi apparati.
Seguono alcuni dettagli sull’attività sperimentale svolta.
Il prototipo UNIVPM_01
Fra le recenti attività vi è la realizzazione del prototipo di concentratore; sono stati realizzati internamente, presso l’officina del Dipartimento di Energetica:
· la forma parabolica del pannello su cui è incollato lo specchio;
· la struttura di sostegno.
· il sistema di movimentazione che permette al concentratore di ruotare inseguendo il movimento solare (rotazione e/o rivoluzione).
In particolare, una novità è stata introdotta riguardo la struttura di sostegno della parabola: la sua rigidezza e leggerezza sono essenziali e vanno coniugate con materiali poco costosi e un processo produttivo semplice: per cercare di risolvere tutte queste richieste, è stato testato l’utilizzo di materiali doppiamente compositi: un guscio costituito da resine epossidiche e una matrice di lana vetro tessuta contenente al suo interno un materiale di riempimento; tutta le realizzazione è stata operata presso l’officina del Dipartimento di Energetica.
La vetroresina è un materiale con elevata resistenza specifica (resistenza-peso), elevata rigidezza specifica (rigidità-peso), non teme gli ambienti umidi, offre elevata resistenza alla corrosione acida e all’azione degli agenti atmosferici esterni se opportunamente rivestita.
I primi riscontri sembrano suggerire prospettive molto interessanti per questo tipo di materiali in questa tecnologia.
Ringraziamenti
Particolari ringraziamenti per il contributo prestato vanno a:
Dott. Tommaso Cieri (tesista nel periodo set 2010-gen 2011)
Dott. Alessandro Galassi (tesista nel periodo set 2010-gen 2011)
Dott. Vitale Melchiorre (tesista nel periodo set 2010-gen 2011)
Inoltre particolari ringraziamenti all’Ing. Giuliani Giuliani e ai Sigg.ri Gaetano Borrelli e Gabriele Gabrielli, tecnici del Dipartimento di Energetica, che hanno contribuito a tutte le lavorazioni in officina e non solo.