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Assistenza, efficenza, scambiatori e… Buon Agosto!

Agosto alle porte, tempo di vacanze e quest’anno più che mai l’estate è stata a livelli di temperatura eccezionali. Un pensiero va quindi agli effetti delle variazioni nelle condizioni ambientali sul funzionamento e sulla resa termica delle apparecchiature industriali per controllo e regolazione della temperatura. E all’importanza di programmare ed effettuare gli opportuni controlli di manutenzione per garantire che tutto funzioni alla massima efficienza di progetto.

Gli scambiatori di calore a piastre sono in particolare tra le macchine termiche più semplici ed efficienti, a patto di mantenerli nelle ottimali condizioni di servizio. Recente è l’intervento che abbiamo fatto sull’impianto di un cliente, dove lo scambiatore mostrava una perdita di resa, proprio non riusciva a scaldare.

Chiamati dal cliente, abbiamo proceduto ad aprire lo scambiatore, e cosa abbiamo trovato? Praticamente uno ‘waffle’ di calcare e carbonati, che naturalmente isolava le piastre e impediva lo scambio termico. Notevole anche lo stress subito dalle guarnizioni. Si è quindi proceduto al lavaggio e alla riguarnitura dello scambiatore, e in futuro meriterà sicuramente una maggior attenzione anche il trattamento dell’acqua presente nell’impianto.

Tempco manutenzioe scambiatori vacanze estate 2022

Tempco estate 2022 manutenzione scamnbiatori di calore a piastre

 

Fondamentale pertanto assicurarsi che i propri impianti di controllo della temperatura, scambiatori di calore ma non solo, siano sempre pienamente funzionali e operativi. Per essere pronti a ripartire e tornare produttivi a settembre, dopo la meritata pausa estiva, a pieno regime e alla massima efficienza.

E con questo, Tempco augura quindi una Buona Estate e Buone Vacanze a tutti!

 

 

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Regolazione della temperatura nel concaggio del cioccolato

Nelle referenze di Tempco sono moltissime le applicazioni per l’industria alimentare, e oggi ci concentriamo in particolare sulla fase di concaggio nella produzione del cioccolato. Il concaggio del cioccolato è un passaggio fondamentale nella sua produzione, e qui fondamentale per la buona riuscita del prodotto è anche l’estrema precisione nella regolazione della temperatura.

Il concaggio del cioccolato serve infatti a un trattamento preliminare del prodotto che deve rendere i cristalli e le particelle di cioccolato il più fini possibile, per ottenere quella sensazione di piacere che ci appaga alla degustazione di una tavoletta, di un cioccolatino o di una pralina. L’operazione comporta fasi distinte, con una prima fase in cui si porta la macchina di concaggio alla temperatura richiesta per la lavorazione. Inizia quindi l’effettivo concaggio del cioccolato, un’operazione che genera un attrito nel prodotto, generando pertanto calore.

A questo punto ha avvio la seconda fase, in cui una centralina di termoregolazione inizia il raffreddamento del cioccolato, per mantenere costante la temperatura necessaria alla corretta lavorazione. Se infatti la temperatura del cioccolato sale troppo, vengono alterate le caratteristiche organolettiche del prodotto, mentre al contrario se la temperatura scende troppo, il burro di cacao tende a solidificarsi e la lavorazione non avviene più nella maniera corretta.

 

La regolazione della temperatura nel concaggio del cioccolato è quindi solitamente demandata a centraline che sono equipaggiate con due scambiatori di calore, uno alimentato a vapore o acqua calda per la fase di riscaldamento e uno alimentato ad acqua fredda o refrigerata per il raffreddamento. Valvole di regolazione provvedono a far intervenire l’uno o l’altro a seconda della richiesta da parte del ciclo di lavorazione. Il tutto viene comandato dal PLC della conca, che in funzione della fase corrente di lavorazione determina se occorre acqua fredda o calda all’interno della camicia della conca.

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Energy saving, pompe di calore e scambiatori a immersione sul Lago di Como

Il contesto è meraviglioso e suggestivo, e parliamo di una Villa d’epoca affacciata sulla riva del Lago di Como, ma anche l’applicazione degli scambiatori a immersione TCOIL non è di minore interesse. Parliamo infatti di un’applicazione che riguarda le energie rinnovabili, efficienza e sostenibilità nel condizionamento.

Per il raffreddamento dell’acqua a servizio delle pompe di calore, impiegate per la regolazione climatica di Villa Savoja, splendida dimora d’epoca sul Lago di Como progettata nel 1857 dall’ingegnere Giovanni Savoja, abbiamo infatti fornito degli scambiatori TCOIL elettrolucidati, che sono stati installati in immersione diretta nelle acque del Lago in ambito del più ampio progetto di ristrutturazione della villa, che ha mantenuto intatta l’architettura originale ponendo però una grande attenzione al rispetto dell’ambiente e alla sostenibilità. L’applicazione sfrutta l’energia termica delle acque del lago, e quindi la potenza idrica naturale dell’ambiente, per implementare il risparmio energetico nel raffreddamento dell’acqua a servizio delle pompe di calore. Rispettando il contesto e armonizzandosi alla perfezione con la cornice naturale in cui si trova incastonata la Villa.

Tempco scambiatori immersione TCOIL pompe di calore villa Lago di Como

In Tempco sono già diverse le referenze sviluppate in questo interessante tipo di applicazione, che unisce l’estrema versatilità e la flessibilità degli scambiatori di calore a immersione dimple jacket con le esigenze di sostenibilità e energy saving. Un tipo di applicazione che è stata ad esempio adattata anche in ambiente di mare, sempre in combinazione con pompe di calore e con opportuni accorgimenti nella scelta dei materiali costruttivi per resistere alla presenza di cloruri nell’acqua del Porto di Loano.

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Termoregolazione in raffreddamento monofluido, modello 3D interattivo

Le centraline di termoregolazione TREG HCST di Tempco permettono applicazioni di termoregolazione monofluido con elevati livelli di precisione e il vantaggio e la flessibilità offerte dall’impiego di un unico fluido di termoregolazione.

Vi invitiamo a scoprire il modello 3D interattivo disponibile alla pagina dedicata alle centraline di termoregolazione (nelle immagini sotto un paio di screenshot), che consente di esplorare la costruzione della centralina, eseguendo zoom in dettaglio sui componenti e potendo ruotare a piacimento l’impianto per una visione interattiva a 360° della soluzione, nelle modalità ciclo di raffreddamento e ciclo di riscaldamento.

Nel video con animazione della centralina che vedete qui sotto, il fluido impiegato è acqua che viene portata alla temperatura richiesta dall’applicazione, spesso reattori per la lavorazione di prodotti farmaceutici o chimici, nelle diverse fasi di produzione.

 

Impiegando sempre il medesimo fluido di raffreddamento, che nel circuito di termoregolazione viene portato di volta in volta alla temperatura richiesta, vengono eliminati i passaggi per lo svuotamento e il lavaggio del circuito necessari qualora vengano impiegati diversi fluidi termoregolatori per i vari range di temperatura richiesti.

La concezione SCF – standard custom flexibility delle centraline Tempco consente infine la totale personalizzazione della soluzione di termoregolazione sulle specifiche esigenze del cliente, incrementando al massimo l’efficienza termica, la disponibilità dell’impianto e il consumo intelligente dell’energia.

Tempco modello 3D interattivo TREG raffreddamento

Tempco modello 3D interattivo TREG raffreddamento termoregolazione

 

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Raffreddamento a liquido in data center e high performance computing

Supermicro, produttore di server per high performance computing per applicazioni in data center, cloud computing, AI, 5G e edge computing, ha dimostrato in concreto i vantaggi che è possibile ottenere con il raffreddamento a liquido per immersione in fluidi dielettrici dei dispositivi elettronici. L’azienda ha infatti condotto dei test sul raffreddamento per immersione in collaborazione con 3M, Intel, Kaori e Samsung misurando non solo la superiore efficienza di raffreddamento ottenibile, con riduzione del consumo energetico, ma anche i risparmi nei costi relativi alle licenze d’uso dei software EDA (electronic design automation) impiegati nell’industria dei semiconduttori.

Il raffreddamento a liquido per immersione, di cui abbiamo già parlato in passato mediante utilizzo di scambiatori TCOIL, aumenta in prima istanza la sostenibilità dei data center, migliorando l’efficienza energetica del sistema di raffreddamento. Infatti, utilizzare un liquido come fluido di raffreddamento invece dell’aria comporta un contatto più stretto delle particelle del liquido con l’oggetto da raffreddare, aumentando il coefficiente di scambio termico. Questo consente inoltre di utilizzare fluidi di raffreddamento a temperature meno spinte, con notevole risparmio energetico grazie anche alla possibilità di impiegare sistemi in free cooling per il raffreddamento dei fluidi dielettrici e tagliando i costi legati al condizionamento dell’aria.

La soluzione con raffreddamento a liquido nel progetto testato ha però altresì portato a una riduzione dei costi di esercizio del calcolo ad alte prestazioni richiesto dai software EDA, dove il costo delle licenze d’uso è legato al numero di core e alla frequenza di Clock richiesta (la frequenza di Clock indica il numero di cicli da acceso-spento, ossia tra 0 e 1, che un transistor è in grado di processare in un secondo, misurata in GHz). Grandezze a cui è legato anche il TDP (thermal design point), ovvero il calore massimo che un processore deve smaltire per funzionare in maniera ottimale.

Tempco raffreddamento a liquido data center HPC

Il costo complessivo delle licenze può quindi essere ridotto diminuendo il numero di core utilizzati e aumentando la frequenza di clock, ottenendo lo stesso livello di prestazioni. Ciò comporta però un incremento nella quantità di calore sviluppato dall’elettronica da dissipare, che mette le soluzioni di raffreddamento ad aria tradizionali di fronte al loro limite, potendo invece essere gestite senza problemi e con maggior efficienza e consumi inferiori dal raffreddamento a liquido per immersione.

Il sistema prototipale messo a punto da Supermicro in collaborazione con 3M, Intel, Kaori e Samsung sfrutta nello specifico il raffreddamento a immersione diretta di due tipologie di dispositivi di Intel e Samsung, in un serbatoio con sistema a scambiatori di calore a piastre riempito con il fluido 3M Fluorinert Electronic Liquid FC-40, che ha mostrato perfetta compatibilità con l’elettronica impiegata.

I test condotti hanno dimostrato una importante riduzione del consumo energetico ottenuta con il raffreddamento a liquido per immersione, anche con CPU ad alte prestazioni e in ambienti a temperatura ambiente, senza impiego di aria condizionata. Consentendo la riduzione del numero di core nei processori e l’incremento della clock speed. Prospettando pertanto il raffreddamento a liquido per immersione come una soluzione green e altamente efficiente in grado di ridurre anche i costi di esercizio, adatta alle crescenti potenze di calcolo richieste ai data center a sostegno dello sviluppo delle nuove tecnologie, dal campo della progettazione elettronica, all’intelligenza artificiale e all’analisi dei dati.

Immersion liquid cooling demo Supermicro Intel Samsung data center

Source: Supermicro

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Scambiatori di calore a piastre nella produzione di birra

La stagione calda, e l’estate appena iniziata, ci invogliano a parlare di birra, e in particolare delle applicazioni degli scambiatori di calore nella produzione della birra. Approfondiamo così un primo caso d’uso degli scambiatori di calore per le applicazioni nel food & beverage, che tanto interesse ha suscitato con l’ultimo video pubblicato.

La produzione di birra comporta infatti una serie di processi termici complessi e molto interessanti. In Tempco abbiamo una certa esperienza sul campo in fatto di birra, con diverse applicazioni fatte anche internamente, e tutt’oggi abbiamo una collaborazione con un birrificio nostro partner che produce della birra speciale che regaliamo ai clienti o utilizziamo per iniziative di marketing. In particolare, gli scambiatori di calore a piastre hanno un ruolo cruciale nel raffreddamento del mosto di birra prima che questo venga immesso nei fermentatori.

A seconda del tipo di lievito usato e del tipo di birra che si vuole produrre, diverso sarà quindi il livello di temperatura a cui il mosto deve essere raffreddato. Esistono infatti birre ad alta fermentazione e birre a bassa fermentazione. Per il raffreddamento del mosto alla corretta temperatura vengono utilizzati raffreddatori a piastre, e il mosto viene quindi mantenuto alla temperatura necessaria e stoccato nei fermentatori.

 

Piccoli birrifici, produzioni di birra artigianale o produzione di birra in casa impiegano anche piccoli scambiatori a piastre saldobrasati in rame. In realtà, non si tratta della soluzione ottimale, soprattutto in termini di sanificazione. I saldobrasati sono infatti scambiatori monoblocco, per cui non possono essere aperti per essere opportunamente puliti. Al termine di ogni ciclo è pertanto necessario procedere a un buon flussaggio dello scambiatore, onde rimuovere ogni possibile residuo e deposito che potrebbe andare a contaminare la cotta successiva.

Nella produzione industriale di birra si ricorre invece a scambiatori di calore a piastre ispezionabili, quindi con guarnizioni, che possono essere aperti, lavati e puliti. A seconda poi del tipo di birra e del livello di temperatura richiesto per la fermentazione, sul circuito secondario della birra potrà lavorare acqua di chiller, molto fredda per processi a bassa fermentazione, oppure acqua di acquedotto o acqua di torre per birre ad alta fermentazione.

 

 

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Saldobrasati ad alta temperatura per l’industria dell’idrogeno e refrigerazione a CO2

Gli scambiatori a piastre saldobrasati (BPHE, brazed plate heat exchangers) per alte temperature sono un elemento chiave per due importanti applicazioni in tema di transizione ecologica, ovvero la refrigerazione con CO2 come refrigerante naturale e le celle a combustibile. Applicazioni che impiegano due fonti rinnovabili in applicazioni di refrigerazione, nella lavorazione alimentare o nella catena del freddo, e come fonte di energia alternativa e green, fondamentali nella lotta al cambiamento climatico.

La CO2 in funzione di refrigerante naturale (R-744) è in particolare un interessante candidato per sostituire i tradizionali refrigeranti sintetici (CFC e HCFC), rispetto ai quali ha un potenziale di riduzione dell’ozono pari a zero e un valore GWP (global warming potential) pari circa a 1, molto inferiore ai prodotti tradizionali. La CO2 ha inoltre elevata efficienza di trasferimento termico, superiore ai refrigeranti sintetici, è stabile e non tossica. Deve però operare a livelli di pressione molto elevata, il che impone una progettazione degli impianti conforme a standard stringenti. Di contro, le ottime prestazioni di flusso consentono di ridurre le dimensioni dei compressori e del sistema nell’insieme, ottenendo sistemi molto più compatti.

La CO2 è inoltre naturalmente presente in natura come refrigerante a basso costo, ed è disponibile anche come prodotto di scarto di diversi processi industriali, offrendo un’ottima soluzione per il suo recupero e riciclaggio.

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell

Una seconda importantissima applicazione degli scambiatori saldobrasati per alta temperatura sono quindi le celle a combustibile che impiegano idrogeno, un ottimo candidato a energia del futuro quale fonte alternativa ai combustibili fossili. Le celle a combustibile sono sistemi a zero emissioni che impiegano un processo elettrochimico per ottenere elettricità e calore dalla reazione di idrogeno e ossigeno, avendo come prodotto di scarto acqua. Un processo di generazione di energia quindi totalmente green e pulito.

Diverse sono le tecnologie di celle a combustibile ad oggi sviluppate, e gli scambiatori di calore hanno qui una varietà di impieghi, dal preriscaldamento dell’aria e del carburante, al raffreddamento della cella, alla gestione di umidità e condense, alla rigenerazione del combustibile e fino al recupero del calore prodotto. Tutte le applicazioni sono accomunate dalla resistenza degli scambiatori a temperature estremamente elevate, con inoltre elevata resistenza alla corrosione.
Negli schemi qui sotto è possibile vedere alcuni esempi applicativi degli scambiatori saldobrasati in diverse tecnologie di celle a combustibile, impiegate nelle micro grid, nella mobilità sostenibile e per la produzione di idrogeno.

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell SOFC

Tra queste figurano le celle a combustibile a ossido solido (SOFC, Solid oxide fuel cells), dove lo scambiatore trova impiego per il preriscaldamento dell’aria e nel recupero del calore generato dalla reazione di ossidazione dell’idrogeno. Nelle celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC, Proton-exchange membrane fuel cell), gli scambiatori trovano impiego per il recupero del calore nel riscaldamento dell’acqua che viene poi immessa nella rete idrica. Scambiatori saldobrasati provvedono anche al preriscaldamento dell’idrogeno e al recupero del calore in uscita dai fumi di scarico nei truck per rendere sostenibile il trasporto pesante. Infine, gli scambiatori saldobrasati vengono impiegati per il preriscaldamento dell’ammoniaca in un sistema cracker elettrico di ammoniaca, impiegato per la produzione di idrogeno da molecole di NH3.

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell PEMFC

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell truck

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell NH3 cracker

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Riscaldamento a vapore in termoregolazione monofluido, video e modelli 3D interattivi

Abbiamo preparato una serie di video che mostrano in maniera sintetica il funzionamento e lo schema di passaggio dei fluidi in alcune tipologie di macchine termiche. In questo specifico primo video, è possibile vedere ‘in azione’ una centralina di termoregolazione monofluido TREG HCST di Tempco con circuito di riscaldamento a vapore.

Le centraline di termoregolazione monofluido TREG di Tempco sono state oggetto di una serie di articoli e video nel nostro blog Tempco. Questa soluzione di termoregolazione, spesso impiegata su reattori per processi di produzione nel settore chimico e farmaceutico, offre il grande vantaggio di operare con un solo tipo di fluido, che viene riscaldato e raffreddato, ovvero portato alle esatte temperature richieste nei vari punti e fasi del processo produttivo. Tagliando quindi i tempi morti necessari allo svuotamento delle camicie dei reattori nell’impianto e per l’immissione di fluidi di lavoro diversi.

Il video mostra il circuito di immissione dell’acqua da termoregolare, fredda in ingresso, che viene riscaldata tramite scambiatore di calore a piastre mediante vapore. Il circuito di scaricamento della condensa provvede a eliminare l’acqua prodotta dal raffreddamento del vapore nel processo di scambio termico. L’acqua riscaldata alla temperatura richiesta esce quindi dalla centralina per essere impiegata nel processo e servire al riscaldamento dell’utenza. Il controllo elettronico PID consente di regolare la temperatura dei fluidi con precisione pari a ± 0,5° C, permettendo la regolazione estremamente fine dei cicli di temperatura impostati necessari per i processi di produzione di farmaci, principi attivi e sostanze chimiche.

 

Per alcune tipologie di centraline di termoregolazione Tempco sono disponibili anche i modelli 3D interattivi delle macchine, come ad esempio è il caso delle centraline TCPU HC che vedete nelle immagini qui di seguito. L’animazione grafica permette di navigare ed esplorare la macchina, zoomando anche in dettaglio per apprezzare la costruzione e la realizzazione di queste centraline. Buona navigazione e… buon divertimento!

 

Tempco centraline termoregolazione TCPU HC modello 3D

Tempco centraline termoregolazione TCPU HC 3D model

Tempco centraline termoregolazione TCPU HC modello 3D interattivo

 

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Raffreddamento aria compressa nella produzione di microprocessori

Nell’ambito di un progetto di potenziamento di un impianto produttivo di microprocessori, componenti quanto mai essenziali nel momento attuale visto lo shortage che mette in difficoltà moltissimi utilizzatori e aziende costruttrici, Tempco ha fornito uno scambiatore di calore a piastre per il raffreddamento dell’aria compressa fornita da un compressore di processo.

Abbiamo parlato spesso in passato di applicazioni di raffreddamento e recupero di calore nei compressori, specie dall’olio lubrificante che in circolo nei compressori d’aria raggiunge temperature che si prestano molto bene al recupero energetico.

Questo particolare scambiatore di calore a piastre serve invece al raffreddamento dell’aria compressa, un tipo di applicazione di cui in Tempco abbiamo già diverse referenze. Gli scambiatori offrono infatti nel raffreddamento dell’aria compressa l’ottima resa termica delle piastre, consentendo una perfetta efficienza per i raffreddamenti spinti presenti in questo ambito.
Fondamentale in queste applicazioni è che ci si possa permettere un valore di perdita di carico adeguato, altrimenti il dimensionamento risente in maniera inevitabile dei limiti idraulici di passaggio fra le piastre. La resa è però decisamente notevole dal punto di vista termico.

Tempco aria compressa raffreddamento microprocessori

 

Tempco scambiatore raffreddamento aria compressa microprocessori

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Birra, vino e scambiatori, i trattamenti termici nelle produzioni alimentari

Le applicazioni nell’industria alimentare, ossia del food and beverage, si fa davvero un ampio uso di scambiatori di calore, sia scambiatori a piastre che di tipo a fascio tubiero. Questo perché tutti i prodotti alimentari, tutte le bevande come ad esempio il vino e la birra, subiscono dei trattamenti termici per poter essere lavorati, per raggiungere temperature necessarie a far avvenire dei cambiamenti o delle stabilizzazioni, o per garantire la conservazione stessa dei prodotti.

Ad esempio, la birra al termine della fase di luppolatura deve essere raffreddata prima di poter essere introdotta nei fermentatori, portandola appunto alla corretta temperatura di fermentazione. Il vino subisce a sua volta dei processi di stagionatura, o di pastorizzazione, o ad ogni modo di trattamento termico necessari per raggiungere determinare caratteristiche organolettiche che rendono il vino un prodotto di alta qualità.

Altro esempio è il latte, che deve essere pastorizzato, e per questo vengono impiegati dei cicli termici ad alta e poi bassa temperatura, e successivamente una conservazione per un certo tempo a una determinata temperatura.

Questo per far capire che tutti questi prodotti subiscono dei trattamenti termici per poterne esaltare le caratteristiche o per garantirne la corretta conservazione a lungo termine e la sicurezza alimentare del prodotto sullo scaffale di un supermercato.

Tutti i trattamenti termici coinvolti vengono effettuati mediante scambiatori di calore, i quali devono essere realizzati in modo particolare. Dovendo lavorare infatti a contatto con i cibi, devono essere scambiatori certificati, costruiti con materiali certificati, con determinati trattamenti superficiali, con un adeguato design igienico privo di punti in cui potrebbe depositarsi del prodotto, dando quindi origine a proliferazione batterica. Ancora, le guarnizioni di tenuta devono essere approvate dalla FDA, o comunque da altro organo competente, per garantire che siano adatte e compatibili al contatto con i prodotti alimentari lavorati.

Le stesse connessioni devono essere di un certo tipo, per assicurare facilità di smontaggio così come delle operazioni di lavaggio, e tutta la costruzione degli apparecchi è solitamente realizzata in acciaio inossidabile, in quanto sono prodotti che devono essere sanitizzati e lavati con grande frequenza e continuamente per garantirne la massima sicurezza dal punto di vista dei requisiti della produzione alimentare.

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