Energia e Rinnovabili

Energia e Rinnovabili

Il rame è il migliore conduttore di elettricità e calore: ecco perchè il 60% dei suoi impieghi confluisce in queste applicazioni.

Elettricità ed energia

Il rame è il migliore conduttore di elettricità e calore tra i metalli secondo solo all’argento : quindi non deve stupire che circa il 60% del rame venga utilizzato per queste applicazioni. Il rame è usato per reti ad alto, medio e basso voltaggio e la conducibilità del rame è considerata lo standard a cui gli altri conduttori devono confrontarsi.

Il rame blister è puro al 96-99%, ma c’è una maniera per purificarlo ulteriormente, attraverso una tecnica chiamata elettrolisi. La combinazione unica di forza, duttilità, resistenza al creep e alla corrosione pone questo metallo come conduttore preferito e più sicuro per i cavi in edilizia. Come parte essenziale dei componenti dei motori e trasformatori ad alta efficienza, viene usato in una gran numero di applicazioni per le industrie manifatturiere, tutte le forme di trasporto e per l’ambiente domestico.

Fili e cavi

La conducibilità del rame è quasi doppia di quella dell’alluminio, il che fa del rame il materiale di preferenza per le applicazioni energetiche ad alta efficienza.
I fili di rame sono da tempo i materiali di scelta per il trasporto di energia e le telecomunicazioni. Avendo un alta conducibilità combinata ad una elevata duttilità – che rende facile avere tolleranze più severe sui diametri – può essere brasato per fare connessioni economiche e durature. E’ compatibile con tutti i materiali isolanti moderni ma la sua resistenza all’ossidazione ne permette l’uso anche senza protezione superficiale. L’isolamento può esser fatto con lacche o smalti per gli avvolgimenti, o con polimeri per i cavi di potenza. Le lacche permettono un impacchettamento più ridotto, per dare la migliore efficienza negli avvolgimenti dei motori, trasformatori e bobine.

Busbar

Le busbar (barre) sono robusti conduttori che fungono da collettori elettrici: distribuiscono l’energia proveniente da una singola fonte verso numerose utenze. Per la sua conducibilità, duttilità e resistenza all’ossidazione, il rame è il materiale più indicato per la produzione delle barre.
Billette di rame ad altamente conducibile vengono estruse a caldo in sezioni regolari, per poi essere trafilate fino alle ricercate dimensioni finali.

Trasformatori e avvolgimenti dei motori

Nella produzione degli avvolgimenti dei motori il rame è in forma di filo nei piccoli prodotti e di nastri negli apparecchi più grandi. Nei prodotti piccoli, come nei magneti, il filo deve essere abbastanza forte da essere avvolto senza rompersi e flessibile a sufficienza per dare avvolgimenti molto stretti.
I prodotti in nastri devono avere una superficie di alta qualità così che gli smalti isolanti non si rompano sotto il voltaggio. È essenziale una buona duttilità per dare forma e impaccamento al nastro, così come la resistenza per sopportare i notevoli stress elettro-meccanici che avvengono in condizioni di corto circuito. Le proprietà richieste agli avvolgimenti dei motori sono simili a quelli dei trasformatori, ma con il requisito aggiuntivo di sopportare le vibrazioni e le forze centrifughe alle temperature di lavoro.

Apparecchiature elettroniche

Sebbene sia un settore relativamente piccolo in termini di tonnellate, il rame gioca un ruolo vitale in molte piccole applicazioni hi-tech. Il rame o materiali a base di leghe rame vengono usati nei circuiti stampati e nelle connessioni elettriche . In più, il rame è usato da molto tempo nell’area delle telecomunicazioni e ha un impiego crescente nella IT, particolarmente nella fabbricazione di microchip e nelle applicazioni di semiconduttori. I dissipatori di calore in rame permettono la cessione di calore nei microprocessori ad alta frequenza e nei circuiti logici.

Altri usi ingegneristici

Il rame viene impiegato anche nella produzione di commutatori, elettrodi per saldatura, contatti, molle di contatto, dispositivi elettronici e per il vuoto spinto.

Scambiatori di calore

Grazie alla sua conduttività termica, il rame è il materiale ideale per la produzione di tutti i tipi di scambiatori di calore. Può essere prodotto e assemblato facilmente; presenta una eccellente resistenza alla corrosione: ci sono molte applicazioni in cui il rame viene usato per riscaldare e raffrescare. Il rame può essere usato per irradiare calore, come tubo per trasferire liquidi refrigeranti, come superficie per ricevere l’energia solare. Può essere usato come tubo di calore (“heat pipe”) o parte di pompe di calore, come parte di componenti alettati per trasferire energia da o verso l’aria o come conduttore di calore da un materiale ad un altro. Geometrie semplici o complesse possono essere fatte per massimizzare l’efficienza del trasferimento di energia.

Applicazioni tipiche comprendono radiatori, raffreddatori ad olio, condizionatori, dispersori di calore per componenti elettronici, caloriferi, pompe di calore per uso domestico e industriale in unità di condizionamento e refrigerazione. Con una progettazione intelligente, il rame rende le unità di scambio ecocompatibili, economiche e adatte anche in futuro per i refrigeranti naturali.

Riscaldamento e raffrescamento contano per il 48% della richiesta di energia in Europa. Il rame viene usato nel solare termico, nel geotermico e nelle biomasse.

Energie rinnovabili

Solare termico

Un collettore, come è noto, deve convertire l’energia della radiazione solare in energia termica e per farlo ha bisogno di tubi e piastre che ottimizzino lo scambio termico. Il rame, con la sua altissima conduttività, è il materiale ideale per questi elementi.

All’interno del collettore ci sono una serie di tubazioni a geometria variabile (serpentina o griglia) nelle quali scorre il fluido termovettore; esse possono essere unite per brasatura ad una piastra captante, anch’essa di rame. Esistono altre tipologie di collettore, come quelli sottovuoto a flusso diretto e sottovuoto a “heat-pipe”, che prevedono entrambe l’uso del tubo in rame.
Oltre alla conduttività, il rame ha altre caratteristiche di fondamentale importanza per la fabbricazione del collettore:

  • disponibilità di laminati sottili, che riducono la massa da posizionare sul tetto;
    la possibilità di trattamenti chimici superficiali di annerimento (non verniciature) perfettamente aderenti, duraturi e molto selettivi;
  • l’elevata resistenza meccanica e alle alte temperature dei tubi di rame, facilmente conformabili e giuntabili;
  • la possibilità di accoppiamento tra piastra e tubazione per mezzo di una semplice brasatura che rende possibile il contatto praticamente perfetto.

Il tubo di rame viene impiegato anche per trasferire il fluido termovettore verso serpentine del serbatoio di accumulo e viceversa; anche in questo caso il tubo di rame è particolarmente indicato, viste le sue basse perdite di carico e la resistenza alle alte temperature.

Energia eolica

Nelle tecnologie legate all’energia eolica l’uso primario del rame risiede negli avvolgimenti dello statore e del rotore all’interno del generatore, nei conduttori ad alto voltaggio, negli avvolgimenti dei trasformatori e nelle messe a terra.

Fotovoltaico

Il rame fa parte dei materiali attualmente usati nelle celle fotovoltaiche, nella tecnologia dei cablaggi, degli inverter dei trasformatori e delle connessioni.

Geotermia

Il rame è impiegato come materiale delle serpentine orizzontali degli impianti geotermici, che vengono posate a bassa profondità e servono a prelevare il calore dal terreno.

Il tubo impiegato per queste applicazioni viene rivestito con una sottile guaina di polietilene che protegge dalla possibile aggressività del terreno, ma resta sufficientemente sottile da non compromettere lo scambio termico.
Una volta prelevata l’energia termica dal terreno, questa viene elevata ad una temperatura più alta attraverso una pompa di calore, e utilizzata per produrre acqua calda per il riscaldamento degli edifici o, semplicemente, come acqua calda.

Anche all’interno della pompa di calore c’è il rame: questo tipo d’impianto può funzionare con rese altrimenti irraggiungibili solo grazie all’elevatissima conduttività delle serpentine in rame presenti nel condensatore e nell’evaporatore.

10 buone ragioni: perchè il rame contribuisce ad un’energia più sostenibile

Il rame ha una conducibilità superiore di elettricità e calore, è molto duraturo, riciclabile al 100% senza perdere le sue caratteristiche originali. Ecco 10 buone ragioni per considerare il rame come materiale da scegliere per un sistema energetico più sostenibile per gli edifici. Nella pagina Applicazioni puoi scoprire e approfondire come queste ragioni si realizzano nelle diversi settori.

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