Riassunto analitico
A causa dell’aumento dell’inquinamento atmosferico e dei danni ambientali, negli ultimi decenni in diversi ambiti quotidiani e in tutti i settori, da quello agricolo o di allevamento a quello industriale, si è posto un occhio di riguardo non soltanto alla produttività e all’efficienza, ma anche alla sostenibilità e all’impatto ambientale. Complice un crescente numero di norme regolamentari, si è sempre più indirizzati verso l’utilizzo di energie rinnovabili, verso una maggiore efficienza con minor spreco di energia e verso una riduzione degli scarti con un aumento del riciclo. È in questo contesto che diventano particolarmente interessanti i TEGs (generatori termoelettrici), ovvero dispositivi in grado di recuperare il calore perso e riutilizzarlo, convertendolo direttamente in energia elettrica. Oggigiorno l’utilizzo di TEGs performanti è limitato soltanto ad alcune applicazioni di nicchia, a causa della rarità o tossicità dei materiali utilizzati e agli elevati costi di esplorazione e di processo. Gli elementi costituenti i TEGs vengono prodotti con differenti tecniche e poi assemblati. È da qui che nasce l’idea di costruire un TEG interamente tramite il processo di “thermal spray” in quanto consentirebbe una serie di vantaggi, quali minor tempo di processo oppure maggiore flessibilità nella forma e nella geometria. Il presente lavoro di ricerca costituisce soltanto uno dei primi passi nella realizzazione futura di ciò e consiste nella termospruzzatura di polveri di ossido di zinco, materiale non tossico e a basso impatto ambientale, su un substrato di acciaio. Lo scopo è quello di ottenere un rivestimento denso e compatto quindi con una maggiore conducibilità elettrica e consono alle applicazioni termoelettriche. A tal proposito non si sono utilizzate polveri di ossido di zinco pure, ma dopate con allumina. Per la ricerca e il raggiungimento di tale scopo, si è utilizzato APS (atmospheric plasma spraying), una particolare tecnica della famiglia del “thermal spray”, e si sono cambiate molte variabili di processo, come, ad esempio, le polveri, la corrente elettrica, la distanza di spruzzatura o il flusso di gas. Una volta ottenuti risultati soddisfacenti, il passo successivo alla presente tesi non sarà più termospruzzare l’ossido di zinco su un substrato in acciaio, ma costruire un intero pilastro di tipo n del TEG tramite “thermal spray”.
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Abstract
Due to the increase of atmospheric pollution and environmental damage, in recent decades in various daily areas and in all sectors, from agriculture or farming to industry, there have been put a special focus to not only productivity and efficiency, but also sustainability and environmental impact. Accomplice to a growing number of regulatory standards, it is increasingly directed towards the use of renewable energies, towards greater efficiency with less waste of energy and towards a reduction of scraps with an increase in recycling. It is in this context that the TEGs (thermoelectric generators), devices capable of recovering lost heat and reusing it, converting it directly into electricity, become particularly interesting. Nowadays the use of performing TEGs is limited only to some niche applications, due to the rarity or toxicity of the used materials and to the high exploration and process costs. The elements constituting the TEGs are produced with different techniques and then assembled. It is from here that the idea of constructing a TEG entirely through the thermal spray process is born, as it would lead to a series of advantages, such as shorter process time or greater flexibility in form and geometry. The present research work constitutes only one of the first steps in the future realization of this and consists in the thermal spray of zinc oxide powders, a non-toxic and low environmental impact material, onto a steel substrate. The purpose is to obtain a dense and compact coating, therefore with a greater electrical conductivity and suitable for thermoelectric applications. In this regard, there were not used pure zinc oxide powders, but doped with alumina. There was used APS (atmospheric plasma spraying), a particular technique of the thermal spray family, to search for and achieve this goal, and there have changed many process variables, such as, for example, powder, electric current or gas flow. Once satisfactory results have been obtained, the next step to the present thesis will no longer be to thermally spray zinc oxide on a steel substrate, but to build an entire n-type pillar of TEG via thermal spray.
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