Trasferimento di calore tramite sali fusi

Il trasferimento di calore tramite sali fusi è un metodo efficiente per applicazioni ad alta temperatura, come impianti solari termodinamici e stoccaggio energetico.

Trasferimento di Calore Tramite Sali Fusi

Nell’ambito dell’ingegneria termica, il trasferimento di calore tramite sali fusi sta guadagnando sempre più attenzione grazie alla sua efficienza e versatilità. Questo metodo è particolarmente rilevante nelle applicazioni ad alta temperatura, come negli impianti solari termodinamici e nei sistemi di stoccaggio dell’energia termica.

Cos’è un Sale Fuso?

I sali fusi sono composti chimici che, quando riscaldati, passano dallo stato solido a quello liquido. Alcuni dei sali fusi più comuni includono il nitrato di sodio (NaNO₃), il nitrato di potassio (KNO₃) e una miscela eutettica di nitrato di sodio e nitrato di potassio. Questi sali possono raggiungere temperature operative molto elevate, spesso superiori a 500°C.

Principali Tipi di Sali Fusi

Nitrato di sodio (NaNO₃)

Nitrato di potassio (KNO₃)

Miscele eutettiche (es.: NaNO₃/KNO₃)

Cloruri fusi (es.: NaCl, KCl)

Sali fluoruri (es.: KF, LiF)

Meccanismi di Trasferimento di Calore

Il trasferimento di calore tramite sali fusi avviene principalmente attraverso due meccanismi:

Conduzione

Convezione

Conduzione

La conduzione è il trasferimento di calore attraverso un materiale senza un movimento macroscopico del materiale stesso. In un sistema di sali fusi, la conduzione avviene quando il calore si trasferisce dal serbatoio delle alte temperature a quello delle basse temperature, attraverso il sale fuso.

Convezione

La convezione coinvolge il movimento del fluido (in questo caso, il sale fuso) che trasporta il calore. Nei sistemi di sali fusi, si impiegano spesso pompe per far circolare il sale tra i vari componenti del sistema, migliorando così l’efficienza del trasferimento di calore.

Vantaggi dell’Uso di Sali Fusi

Ci sono vari vantaggi nell’uso dei sali fusi per il trasferimento di calore:

Range di Temperatura Elevato: I sali fusi possono operare a temperature molto alte, superiori ai 500°C.

Stabilità Chimica: Questi sali sono generalmente stabili chimicamente e non reagiscono violentemente con l’aria o l’acqua.

Efficienza di Stoccaggio: L’alta temperatura operativa consente una densità di energia più elevata, migliorando l’efficienza dello stoccaggio termico.

Bassa Viscosità: A temperature elevate, i sali fusi hanno una bassa viscosità, facilitando la circolazione nei sistemi di trasferimento di calore.

Sistemi e Applicazioni

L’uso dei sali fusi è particolarmente prominente nei seguenti settori:

Energia Solare Termodinamica: Nei concentratori solari, i sali fusi vengono utilizzati come fluido termovettore per trasportare e immagazzinare l’energia solare catturata.

Stoccaggio dell’Energia Termica: Sistemi di stoccaggio con sali fusi permettono di conservare l’energia sotto forma di calore durante periodi di bassa domanda per rilasciarla quando necessaria.

Processi Industriali: Molti processi industriali richiedono il trasferimento di calore ad alta temperatura, e i sali fusi offrono un mezzo efficiente per raggiungere questo scopo.

Formule Importanti

L’analisi termodinamica dei sistemi con sali fusi spesso comporta l’utilizzo delle seguenti equazioni:

Conduzione del calore: \(Q = \frac{kA(T_h – T_c)t}{d}\), dove \(Q\) è la quantità di calore trasferito, \(k\) è la conducibilità termica, \(A\) è l’area, \(T_h\) e \(T_c\) sono le temperature del lato caldo e freddo, \(t\) è il tempo, e \(d\) è lo spessore della barriera.

Convezione del calore: \(Q = hA(T_s – T_\infty)t\), dove \(h\) è il coefficiente di convezione, \(T_s\) è la temperatura della superficie e \(T_\infty\) è la temperatura del fluido lontano dalla superficie.

Conclusione

Il trasferimento di calore tramite sali fusi rappresenta una tecnologia avanzata ed efficiente nel campo dell’ingegneria termica. Grazie alle loro proprietà termiche superiori e alla capacità di operare a temperature elevate, i sali fusi trovano applicazioni critiche nei settori energetici e industriali, contribuendo significativamente all’efficienza e alla sostenibilità di numerosi processi.