Migliorare il rendimento termico

Per migliorare il rendimento termico del caminetto chiuso ad aria ho pensato di aumentare la superficie di contatto dell'aria con il caminetto in ghisa. Per farlo ho cercato di costruire un rudimentale dissipatore termico in alluminio e fare alcune prove.

Inizialmente, avendo uno spezzone di cordina di filo di rame da 6 mm lungo tre metri, ho pensato di utilizzare quello. Gli ho tolto la guaina di gomma e ho avvolto l'anima intrecciata di rame intorno ad un tubo da un pollice in modo da formare una spirale. Il filo spiralato così formato l'ho sistemato all'interno delle feritoie dell'aria calda del caminetto sulla parte più alta a contatto con il tubo di fuoriuscita dei fumi.

L'alluminio è anche un buon conduttore termico, migliore della ghisa.

In rete ci sono diversi negozi online che vendono validi dissipatori termici in alluminio di diverse misure e forme. Io ho preferito costruirne uno sulla base delle esigenze del caminetto. Ho visto che nelle feritoie di uscita dell'aria calda si poteva inserire un dissipatore passivo alettato da mettere in contatto con la superficie orizzontale superiore in ghisa del caminetto. Così mi sono recato al negozio "Fai da te" tipo Brico Center della mia zona a cercare qualcosa di idoneo.

Ho trovato in un Brico center dei profilati in alluminio larghi due centimetri, alti 1,7 cm in barrette da un metro dal costo ci circa 3 - 3,5 euro l'una che potevano fare al mio caso e ne ho prese due, insieme a della pasta sigillante idonea per caminetti.

Campioni di profili alluminio
pezzi di profili campione di alluminio


Super sigillante per stufe e caminetti
Pasta sigillante refrattaria per stufe e caminetti

Siccome la superficie orizzontale superiore del mio caminetto idonea a ricevere un dissipatore termico è larga circa sei cm e profonda circa 30 cm sia a sinistra che a destra, ho tagliato le due barrette di alluminio da un metro in sei pezzi da 30 cm con un flessibile, per sistemarle tre a sinistra e tre a destra.

Il problema è poi stato quello di pensare a come fare l'accoppiamento termico tra dissipatore e ghisa. Ho pensato inizialmente alla pasta termo-conduttiva che si usa in elettronica per accoppiare i transistor o le cpu ai loro dissipatori. Queste paste hanno una conducibilità termica che oscilla intorno ai 2 - 10 W/mK, ma ho visto che la maggioranza di quelle paste ha una temperatura di lavoro che va da - 40 a + 150 °C, in pochi casi arrivano a 200 °C, secondo me insufficiente per le temperature che raggiunge la ghisa.

Ma ho voluto provare ad accoppiarla lo stesso per vedere cosa succedeva. Succede che dopo alcune accensioni, il forte calore del caminetto fa seccare la pasta che non svolge più il suo lavoro di accoppiamento termico.

Per cui ho pensato alla pasta refrattaria sigillante per caminetti che può resistere a temperature fino a 1000 °C. Mi sono chiesto: sarà un buon termo-conduttore tale pasta?

Sono andato a vedere le caratteristiche tecniche e ho visto che tale pasta sigillante per caminetti e stufe, secondo la scheda tecnica, ha come materiale di base il vetro solubile o water-glass, una sorta di silicato di sodio. Mi sono chiesto allora quale poteva essere la conducibilità termica del vetro solubile. Ho cercato su Internet e ho trovato poco sulla conducibilità termica del vetro solubile in italiano. Comunque il vetro solubile una volta indurito e polimerizzato, penso si comporti come il vetro normale che è risaputo non essere un buon conduttore termico. Il vetro ha una conducibilità termica di circa 1 W/mK che è poco, comunque migliore dell'aria secca.

Per cui ho pensato di migliorare la conducibilità termica della pasta sigillante refrattaria mescolandogli insieme un po' di limatura di rame. Il rame è un ottimo conduttore termico oltre che elettrico. Ho quindi preso un pezzo di filo di rame e l'ho "grattugiato" con una lima per ottenere un po' di limatura di rame che ho mescolato alla pasta refrattaria.


Limatura di rame
Limatura di rame

L'impasto ottenuto l'ho spalmato con una spatola alla base dei dissipatori di alluminio che poi ho collocato sul piano orizzontale in ghisa del caminetto all'interno delle feritoie di uscita dell'aria calda in modo da farli aderire bene al piano di ghisa per creare un buon accoppiamento termico, il tutto a caminetto freddo.


La pasta spalmata sul profilo di alluminio
Esempio di pasta spalmata su un pezzo di profilo di alluminio come campione di prova

Ho lasciato indurire il tutto per circa 24 ore. Così il giorno successivo ho acceso il caminetto per valutare il miglioramento termico. Anche in questo caso la pasta, una volta indurita, non aderisce bene alla superficie liscia del profilato di alluminio il quale tende a staccarsi, vuoi anche per via delle dilatazioni termiche, e quindi tanto vale farne a meno.

Se qualcuno dei lettori ha qualche idea di cosa mettere come interfaccia termica che sappia resistere alle alte temperature e abbia una buona conducibilità termica, lo può suggerire nello spazio dei commenti.

Io ho voluto ancora provare a usare un foglio di alluminio tipo domopack come interfaccia termica. Ho quindi tagliato un pezzo di foglio di alluminio abbastanza largo e lungo e l'ho ripiegato in due su se stesso posizionandolo sul piano orizzontale in alto della camera di combustione all'interno delle feritoie dell'aria calda del caminetto e sopra ci ho appoggiato i profilati di alluminio senza alcuna pasta termica.

Feritoia uscita aria calda con dissipatore
Feritoia uscita aria calda con profilato di alluminio come dissipatore termico

Non sembra vero, ma il semplice sottile foglio di alluminio tipo domopack mi pare una valida soluzione come interfaccia termica. Accendendo il caminetto ho notato che il flusso d'aria ora è più diretto e caldo e che devo tenere la mano ad una distanza maggiore dalle feritoie di uscita dell'aria calda, rispetto a prima se non voglio scottarmela. Ho notato che la temperatura ambiente interna della stanza riscaldata dal caminetto, in media, ora si mantiene più alta di circa 0,5 - 1 °C rispetto a prima, ma questo può essere anche dovuto ad una temperatura esterna meno rigida rispetto a prima. Bisognerebbe provare i due casi alle stesse condizioni ambientali. Così a pelle non so valutare e quantificare quanto può essere migliorato il rendimento termico del caminetto perché non ho gli strumenti e la pazienza per farlo.


Feritoia uscita aria calda con dissipatore
Feritoia uscita aria calda con profilato di alluminio come dissipatore termico

Una valutazione empirica mi porta a dire che un miglioramento termico c'è senz'altro.

Ci sono comunque dei margini per migliorare l'esperimento. Ad esempio sarebbe interessante provare ad usare dei dissipatori di calore in alluminio più efficienti di quelli che ho utilizzato io. Ci sono sul mercato dissipatori in alluminio in blocco unico larghi 5-6 cm in barre da un metro da tagliare, con alettature alte anche 4 cm e con pettine più fitto, spaziate di 0,5 cm. I dissipatori che ho usato io hanno le alettature spaziate di 1 cm e sono alte appena 1,7 cm. Si può quindi fare meglio, basta aprire il portafogli per acquistare una di quelle barre da un metro in profilato di alluminio più massiccio che può arrivare a costare anche 100 - 150 euro.