Applicazioni funzionali

Filtraggio e separazione

Esistono due tipi di filtri: i filtri che trattengono e separano le particelle solide o le fibre disperse in sospensione, e i filtri che trattengono e separano particelle liquide o solide da un gas. Del primo tipo fanno parte i filtri per pulire i fusi polimerici da riciclo, per la rimozione dei residui della fermentazione dalla birra o per gli oli contaminati, del secondo tipo fanno parte i filtri dei fumi di scarico del diesel e quelli per rimuovere l’acqua dal’aria negli aerei. Le proprietà che i filtri devono avere sono: la fine capacità filtrante, buona ritenzione di particelle, facile pulizia, buone proprietà meccaniche, resistenza alla corrosione e costo basso ovviamente.

Fig. 57 Filtro centrifugo per la separazione dell’olio dall’aria nello scarico delle turbine aeronautiche. La dunlop casa produttrice ha sostituito il vecchio modello con questo a stadi multipli in schiuma metallica per la sua maggiore

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Fig. 58 Filtro depuratore d’aria dalla CO2 negli space shuttle. La schiuma è usata come mezzo di scambio e matrice di supporto poiché l’assorbimento del CO2 avviene a temperature controllate e la sua alta conducibilità termica aumenta

l’efficienza del sistema.

Fig. 59 Filtri per gas di scarico dei missili, attraverso cui passano per essere depurati del particolato e raffreddati.

Scambiatori di calore macchine refrigeranti

Le schiume altamente conduttive di rame o alluminio possono essere usati come scambiatori di calore, in questo caso la struttura deve essere a celle aperte per permettere di essere attraversata dal fluido di cui si vuole controllare la temperatura. Il calore può essere rimosso o aggiunto a gas o liquidi semplicemente lasciando che il fluido passi attraverso la schiuma e contemporaneamente scaldando o raffreddando la schiuma stessa. Usando delle schiume con celle aperte tutte interconnesse tra loro si minimizzano le perdite di carico.

Un esempio sono i dissipatori di calore ad alto rendimento per componenti elettronici spesso utilizzati nei computers.

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Le schiume metalliche possono dare migliori prestazioni nell’utilizzo in questo campo se sono progettate in maniera tale da mantenere la maggiore conduttività termica abbinata alla minore resistenza al flusso possibile. Queste due esigenze sono contrastanti, si deve ricorrere quindi al miglior compromesso.

Fig. 60 Uno scambiatore di calore che utilizza schiuma metallica per aumentare la superficie di scambio.

Supporti per la catalizzazione

La bontà di una catalizzazione dipende dalla dimensione dell’area di interfaccia tra il catalizzatore e il gas o il liquido che deve subire la reazione. Per questo il catalizzatore o è processato in una struttura altamente porosa o è applicato su un altro sistema poroso, per esempio ceramico. I metalli cellulari possono sostituire quelli ceramici poiché, pur non avendo la stessa porosità di quelli ceramici, abbinano alla porosità utili proprietà come alta duttilità e conduttività termica.

Una delle applicazioni per i catalizzatori in schiuma metallica è rimuovere gli ossidi di azoto (NOx) dai fumi di scarico delle centrali elettriche.

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Una delle più datate applicazioni della metallurgia delle polveri sono i contenitori autolubrificanti in cui è stoccato l’olio che occupa gli interstizi tra le particelle e lentamente scorre via rimpiazzato dall’olio pulito. L’utilizzo delle schiume metalliche coprirebbe le stesse funzioni avendo però una capacità di stoccaggio maggiore dei tradizionali metodi.

L’utilizzo non è limitato all’olio, l’acqua può essere trattenuta e lentamente rilasciata. Le schiume possono essere usate per stoccare fluidi a temperatura costante in condizioni di criogenesi e ultima delle applicazioni possono essere usate per ridurre i movimenti indesiderati nei contenitori di liquidi semipieni.

Fig. 61 Serbatoio criogenico del liquido di raffreddamento di un meccanismo spaziale ad infrarossi.

Fig. 62 Serbatoio per azoto liquido

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Le schiume metalliche possono essere utilizzate per controllare il flusso di liquidi e gas. I calibratori di flusso sono già conosciuti come più attendibili e accurati delle valvole micrometriche.

Fig. 63 Dischi per dispositivi di controllo del flusso.

Silenziatori

Componenti per attutire i suoni, le pulsazioni di pressione e le vibrazioni meccaniche possono essere costituiti da schiume metalliche in molti usi comuni industriali. Schiume con una determinata porosità possono essere in grado di filtrare determinate frequenze e lasciarne passare altre. Anche i cambiamenti di pressione nei compressori o nei meccanismi pneumatici possono essere attutiti con le schiume. Le schiume possono sostituire per queste applicazioni i tradizionali sistemi.

Spruzzatori

Alcune applicazioni richiedono che il gas sia introdotto in un liquido omogeneamente e in percentuale costante. Un esempio è l’inserimento del gas nelle bevande gassate. Quest’applicazione richiede una parte porosa che crei bolle di gas sufficientemente piccole e soddisfi criteri di resistenza alla corrosione al calore e agli urti. Per le caratteristiche necessarie le schiume metalliche risultano essere migliori di quelle ceramiche.

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Elettrodi per batterie

Schiume di piombo servono come supporto per il materiale attivo nelle batterie al piombo con acidi al posto delle normali grate di piombo così da avere elettrodi molto più leggeri. La massa elettrochimica attiva andrà a riempire la schiuma di piombo dove entrerà a contatto con l’elettrolita (acido solforico). La schiuma di piombo agisce come una grata altamente conduttiva in connubio con una bassa resistenza interna della batteria. Anche le schiume di nickel sono usate come elettrodi.

Isolatori di fiamma

I metalli cellulari con alta conducibilità termica, possono essere usati per fermare la propagazione delle fiamme nei gas combustibili. Le schiume a celle aperte si sono dimostrate capaci di arrestare le fiamme anche quando viaggiano a velocità maggiori di 550 m/s.

Purificazione dell’acqua

I materiali cellulari metallici possono essere usati per ridurre la concentrazione di ioni indesiderati dissolti nell’acqua. L’acqua contaminata scorre attraverso la schiuma a celle aperte, gli ioni reagiscono con la matrice metallica della schiuma attuando una reazione riducente.