PROGETTO

Heat mira a sviluppare materiali, ricoprimenti e trattamenti superficiali ad elevate prestazioni superidrofobiche e oleofobiche (elevata repellenza nei confronti di acqua/oli e lubrificanti), con vastissime potenziali applicazioni in ambito industriale.
Nel progetto viene sviluppato lo use case applicativo dell’impiego di questi rivestimenti per incrementare l’efficienza degli scambiatori di calore nei motori di macchine industriali.
L’obiettivo è la riduzione dello strato in moto laminare, limitare le perdite di carico di attraversamento e incrementare il coefficiente di scambio termico.
Il progetto si propone la verifica delle prestazioni dei rivestimenti in ambiente strutturato con specifici test di durabilità, incrementando l’efficienza con una consistente riduzione delle dimensioni, per fornire soluzioni evolute anche in chiave ecologica.

OBIETTIVI

Scambiatori compatti sono ampiamente utilizzati nelle applicazioni heavy-duty e giocano un ruolo fondamentale nel controllo delle temperature dei motori a ridotte emissioni inquinanti. Un incremento, anche marginale, dell’efficienza degli scambiatori impatterebbe significativamente sull’efficienza globale del veicolo.
Il progetto mira ad incrementare l’efficienza degli scambiatori di calore sia mediante l’impiego di rivestimenti superidrofobici/oleofobici - in grado di ridurre lo strato in moto laminare e, quindi, limitare le perdite di carico di attraversamento e incrementare il coefficiente di scambio termico - sia mediante un’accurata ottimizzazione fluidodinamica dei componenti accessori (ventole e convogliatori) con miglioramento dello scambio termico globale. Ad oggi, l’ottimizzazione degli scambiatori viene perseguita solo mediante ottimizzazione geometrica delle alettature. Il progetto, dunque, si propone di scardinare questo principio con un drastico salto tecnologico nella produzione industriale di questi componenti.
Gli obiettivi chiave del progetto possono essere così schematizzati:
1. Dimostrazione della applicabilità della tecnologia di deposizione di rivestimenti uperidrofobici/oleofobici sulle superfici delle alettature di scambiatori di calore: Target di progetto: angolo di contatto >150° nei confronti dell’acqua e >120° nei confronti dell’olio; energia superficiale < 5mN/m in entrambi i casi.
2. Fattibilità del processo industriale: valutazione dei parametri produttivi al fine di poter sviluppare una linea pilota.
3. Valutazione delle performance: misura, mediante prove a banco su scambiatori completi, della riduzione di perdita di carico riconducibile alla presenza del rivestimento e dell’incremento di efficienza di scambio termico (grazie all’ottimizzazione fluidodinamica). Target di progetto: 10-15% di riduzione di perdita di carico, 5-10% incremento dell’efficienza termica.
4. Valutazione delle proprietà meccaniche e di durata dei rivestimenti: esecuzione di prove meccaniche su campioni piani con rivestimento selezionati come riferimento (prove di adesione, fragilità del rivestimento, durata nel tempo) e prove di endurance su scambiatori di calore rivestiti. Target di progetto: almeno 5000 ore senza decadimento delle prestazioni.

OUTPUT DEL PROGETTO

Il principale output del progetto sarà la realizzazione di scambiatori di calore con parti interne funzionalizzate con rivestimenti superidrofobici/oleofobici in grado di ridurre la perdita di carico di attraversamento, con accoppiata ottimizzazione fluidodinamica della ventola e del convogliatore in modo da massimizzarne l’efficienza.
I prototipi saranno realizzati tenendo conto delle dimensioni tipiche degli scambiatori di calore impiegati nelle macchine agricole e movimento terra, il cui comportamento – anche in termini di tenuta (durabilità) delle prestazioni - verrà studiato nelle normali condizioni di utilizzo simulando temperature e portate differenti.

Le soluzioni tecnico-scientifiche, derivanti dal progetto e saranno oggetto di trasferimento alle imprese, sono diverse e riguardano sia i prodotti che i processi. Nello specifico, sono riconducibili a:
• Utilizzo di materiali e tecnologie innovative su scala nanometrica per incrementare le prestazioni (aumento del coefficiente di scambio termico e dell’efficienza) degli scambiatori di calore rispetto a quelle possedute dagli scambiatori attualmente in uso. Principali vantaggi connessi per le imprese compartecipanti: le imprese acquisiranno conoscenze specifiche sull’impiego e sulle ricadute innovative di materiali di dimensioni nanometriche, con sviluppo di competenze sullo scale up delle tecnologie a essi connesse in modo che possano essere integrate nei layout industriali. Questo consentirà alle imprese compartecipanti di sviluppare know-how e detenere tecnologie all’avanguardia rispetto all’attuale stato dell’arte scientifico e tecnologico. Durante lo svolgimento del progetto le imprese saranno chiamate a partecipare attivamente ai meeting di aggiornamento, in modo da essere sempre al corrente sui risultati ottenuti e sulle criticità che emergeranno. Esse saranno anche sede di visite con frequenza costante da parte del personale scientifico coinvolto nel progetto. In tal modo, saranno create le sinergie giuste per valutare nei tempi e con le soluzioni più opportune le problematiche industriali legate al trasferimento tecnologico, in modo che siano sempre centrali rispetto all’evoluzione del progetto.
• Messa a punto dei processi di rivestimento per immersione o per spruzzatura automatizzata, non tralasciando il processo di svuotamento su cui il gruppo di ricerca sta attualmente lavorando e che porterebbe alla possibilità di eseguire deposizioni sullo scambiatore già assemblato, qualunque siano le sue dimensioni e la geometria delle parti interne. Il processo di svuotamento si configura come un processo estremamente semplice e di elevata trasferibilità industriale, che necessità comunque della messa a punta delle condizioni operative.
• Impiego di sistemi di modellazione fluidodinamica computazionale. Principali vantaggi connessi per le imprese compartecipanti: le imprese acquisiranno competenze sull’impiego della fluidodinamica computazionale come strumento fondamentale per il miglioramento dell’efficienza delle ventole e dei convogliatori impiegati negli scambiatori di calore, a rafforzamento degli effetti promossi dalla presenza dei rivestimenti con proprietà superidrofobiche/oleofobiche. Anche in questo caso si organizzeranno dei meeting dedicati, coinvolgendo il personale tecnico, in modo che acquisisca dimestichezza con l’uso di software di fluidodinamica computazionale, valutando le ricadute - potenzialmente enormi - che tali strumenti offrono. Ciò sarà reso possibile dai contatti tra l’impresa ed esperti di fluidodinamica computazionale in grado di trasferire competenze, conoscenze e strumenti di lavoro avanzati.

Per giungere alla definitiva industrializzazione degli scambiatori di calore funzionalizzati e con fluidodinamica ottimizzata è necessario, da parte delle aziende, valutare la ri-conversione di parte della produzione attuale verso la nuova produzione che prevede l’utilizzo di rivestimenti superidrofobici/oleofobici per le parti interne degli scambiatori e delle tecnologie per la loro applicazione. L’organizzazione del sito produttivo e l’eventuale acquisizione di nuovi macchinari e/o di spazi da dedicare alla produzione, nonché la formazione di personale tecnico dedicato, dovrà essere attentamente valutato dal partner aziendale. L’impiego di modellazione fluidodinamica computazionale, al contrario, non richiede step addizionali di industrializzazione, se non una valutazione dei costi legati alla produzione, presumibilmente mediante iniezione e stampaggio, delle nuove ventole e dei nuovi convogliatori ottimizzati.

SOGGETTI PROMOTORI

IMPRESE COINVOLTE

Progetto POR-FESR 2014-2020, ASSE 1 Ricerca e Innovazione. Azione 1.2.2