LA CALDAIA IDROSONICA: LIMITI SOLO TECNICI?

BLG20 Idrosonica

Continua la mia serie di approfondimenti tecnici su quelli che attualmente risultano essere le soluzioni più innovative del momento, nell’ambito del risparmio e dell’efficientamento energetico.

Questo prodotto risulta essere già ben noto all'estero ma poco conosciuto in Italia, si tratta della "Caldaia Idrosonica", un particolare sistema di riscaldamento che presenta sicuramente risvolti molto interessanti.

La "Caldaia Idrosonica", concepita nel 1987 dal suo inventore James Griggs, è stata brevettata nel 1993 dalla Hydro Dynamics Inc. (brevetto US 5,188,090 del 23/2/1993 e altri 3 successivi).

Ma come funziona questo sistema?

BLG20 pompa idrosonica


Come potete vedere nel disegno, la "Caldaia Idrosonica" consiste in un rotore metallico traforato solidale con un asse, che può ruotare all’interno di un cilindro (statore) che presenta una superficie interna corrugata. Le due estremità del sistema sono chiuse da dischi metallici.
I due elementi (rotore e statore) sono molto vicini fra loro, e l'asse viene fatto ruotare molto velocemente da un motore elettrico. Nelle piastre terminali dello statore sono presenti due tubi con la funzione di immettere acqua fredda e captare vapore in uscita. In pratica viene immessa acqua a temperatura ambiente per poi produrre acqua calda e/o vapore, secondo l'uso richiesto, per l'azione della energia meccanica del motore elettrico.

Si tratta di un dispositivo capace di produrre, in uscita, una quantità di energia superiore a quella fornita in entrata. In particolare, l'energia del vapore prodotto è maggiore del 30% rispetto alla potenza fornita al motore.
Sappiamo benissimo che non è possibile creare energia dal nulla, pertanto, a breve, vedremo come questo può accadere.

In un paio di anni questo prodotto è stato installato in molti impianti industriali e civili (non in Italia), perché offre un interessante vantaggio rispetto alle altre soluzioni standard di riscaldamento fluidi che noi conosciamo. Quali?
Si tratta di un dispositivo riscaldante totalmente immune da possibili depositi di calcare e non necessità di canna fumaria (a dirla tutta anche la pompa di calore tradizionale).

Il problema del calcare affligge tutti i sistemi a scambiatore di calore, in quanto una superficie più calda al contatto con il liquido più freddo provoca inevitabilmente la precipitazione dei carbonati o di altre sostanze che sono in soluzione o in sospensione.
Siccome in questa caldaia innovativa, invece, il calore si produce “entro” il liquido stesso, il dispositivo risulta essere sempre più freddo del liquido, in ogni suo punto. L'assenza di calcare, dunque, può abbattere in misura notevolissima i costi di manutenzione, e questa caratteristica in un impianto industriale, specialmente se a ciclo continuo, può assumere una importanza anche determinante.

Ed eccoci giunti alla fatidica domanda: come è possibile che l’energia generata da questa caldaia sia superiore di quella spesa?

Nella Caldaia Idrosonica il calore viene generato grazie a due contributi :

La quota maggiore di calore è naturalmente ottenuta in modo convenzionale, per agitazione meccanica molecolare (per le frizioni derivanti dallo scorrimento forzato di un fluido viscoso, e dall'impatto diretto delle onde d'urto che si producono nel cilindro);

La quota di calore in eccesso deriva dalla sonoluminescenza. Di cosa si tratta?

La sonoluminescenza è un fenomeno, di recente scoperta ma ormai accertato, per cui, investendo l’acqua con ultrasuoni, in essa si formano microbolle che collassano a circa 20.000 gradi Kelvin, emettendo un flash chiaramente visibile. Per quanto possa sembrare incredibile, persino una specie di gamberetto riesce a produrre in natura lo stesso fenomeno: schioccando le sue chele genera bolle luminose a 20,000° (se non ci credete approfondite su internet, troverete svariati articoli che parlano di questa particolare caratteristica dei crostacei).

Nella Caldaia Idrosonica l’altissima turbolenza indotta dalla particolare agitazione meccanica produce allo stesso tempo cavitazione e microbolle di gas. Le bolle sono investite delle potenti onde d'urto che si generano quando le cavità del rotore scorrono rasente le rigature dello statore, e quindi collassano liberando moltissima energia. E' ragionevolmente ipotizzabile che una piccolissima percentuale di atomi finisca così per implodere liberando calore.

I "Los Alamos National Laboratory" negli USA hanno ampiamente testato la Caldaia Idrosonica, verificando l'eccesso di calore prodotto nell'acqua rispetto alla potenza meccanica immessa. Tale eccesso, che è apparso variabile in funzione della velocità del rotore, è stato stimato essere fra il 20 e il 30 % in più per i regimi normalmente raggiungibili, e fino al 60% alle alte velocità.

La produzione di calore, tuttavia, non è semplicemente una funzione diretta dell'energia meccanica immessa. La pompa viene avviata, e dopo qualche minuto raggiunge il suo regime nel quale l'acqua a temperatura ambiente inizia ad essere convertita in vapore. Una volta che questo stadio è raggiunto, la macchina entra in regime e la temperatura dell'acqua si mantiene costante, mentre cala del 30% l'energia meccanica richiesta.

Il Prof. Keizios, decano presso il "Department of Mechanical Engineering at Georgia Institute of Technology", e ex presidente della "American Society of Mechanical Engineers" approfondendo il lavoro svolto da Griggs, ha certificato che la macchina è in grado di raggiungere addirittura efficienze del 168% e del 157%, equivalente ad un COP di oltre 2,50).

Concludendo, sicuramente si tratta di una soluzione molto interessante, un’alternativa alla pompa di calore che permette di risparmiare sulla manutenzione dell’impianto ma che al momento, vista la bassa diffusione del prodotto, è caratterizzata da un costo significativamente elevato (una caldaia da 24 kW può costare dai 7.000 ai 10.000 euro) e da un’efficienza che comunque non risulta paragonabile a quella della pompa di calore. La caldaia idrosonica non necessitando dell’unità esterna, potrebbe rivelarsi molto interessante per risolvere situazioni dove le criticità sono gli spazi ristretti e l’impossibilità di istallazione della canna fumaria.

Sarebbe molto interessante poter smentire ciò che ho appena scritto. Attendo un confronto da chi ha già avuto esperienze concrete con questa curiosa e interessante soluzione innovativa. Al momento purtroppo, dalle mie ricerche, sembra che questo progetto sia stato accantonato a causa di deversi problemi tecnici, come la connessione ad un serbatoio di tipo stratificato e la gestione del raffreddamento del motore della turbina. Da altre fonti mi è giunta voce che questi generatori non garantivano i rendimenti proposti a targhetta.


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Ing. Marcenaro Luca

 

“…L'innovazione è lo strumento specifico dell'imprenditoria. L'atto che favorisce il successo con una nuova capacità di creare benessere. …” (Peter Ferdinand Drucker, economista, 1909-2005)

 

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