Allungamento tubazioni nella connessione degli scambiatori

A corollario del post della scorsa settimana sulla funzione e l’importanza dei vasi di espansione negli impianti a olio diatermico, in presenza di temperature elevate dei fluidi di lavoro è opportuno anche parlare dei coefficienti di allungamento delle tubazioni.

allungamento tubazioni espansione termica

Qui di seguito una tabella sull’allungamento delle tubazioni per dilatazione termica, molto utile in fase di progettazione ad esempio nella connessione degli scambiatori di calore.

allungamento tubazioni scambiatori

Il ricorso a giunti di dilatazione consente di compensare le variazioni dimensionali del metallo per effetto dell’espansione termica, con allungamenti che possono essere importanti lavorando con fluidi termovettori ad alte temperature come è il caso dell’olio diatermico.

Funzione e capacità dei serbatoi di espansione

I fluidi impiegati nei macchinari termici aumentano di volume al crescere della loro temperatura. Ciò vale soprattutto per i sistemi a olio diatermico in quanto questi fluidi di trasferimento hanno un alto coefficiente di espansione termica, il che fa sì che l’impianto debba essere dotato di vaso di espansione.

vaso espansione olio diatermicoL’impiego di un serbatoio in funzione di vaso di espansione consente di non mettere in pressione il circuito oltre valori progettuali. E’ un argomento importante che abbiamo già avuto modo di trattare in diversi articoli in passato.
Per mantenere inalterate le caratteristiche del fluido occorre adottare alcune precauzioni per risolvere il problema di ossidazione dell’olio a contatto con l’aria nel vaso di espansione. Ciò è possibile eseguendo un adeguato allacciamento e lasciando una superficie minima a contatto con l’aria, tipicamente impiegando uno sfiato a camino sul vaso. L’aria che resta all’interno crea un cuscino che, dopo aver ceduto una limitata quantità di ossigeno al fluido, diviene inerte.

Si tratta di un accorgimento semplice e con un costo inferiore rispetto al raffreddamento del vaso di espansione, ed è sicuramente meno complicato che ricorrere alla pressurizzazione del vaso con azoto.

 

 

Calcolo della capacità del vaso di espansione
La capacità del vaso di espansione in un impianto deve essere calcolata tenendo conto di due fattori:

  • L’elevato coefficiente di dilatazione del fluido
  • Il volume complessivo dell’impianto

Per una temperatura di 300° C, la capacità del vaso di espansione deve essere pari a circa il 30-50% del volume totale a freddo del fluido che viene riscaldato. Tale valutazione consente di avere un buon margine di sicurezza.

Infine, è importante selezionare opportunamente il diametro della tubazione di sfiato, considerando la potenzialità dell’impianto. Questo è importante per evitare eventuali sovra-pressioni accidentali, che risulterebbero di ostacolo al naturale moto espansivo dell’olio.

Ecco quindi in linea di massima una tabella con alcune raccomandazioni:

tubazioni sfiato olio vaso espansione

Altro fattore importante da non trascurare è quindi il coefficiente di allungamento dei tubi, di cui torneremo a parlare in un prossimo articolo.

Trasformatori di potenza e fluidi di raffreddamento

I trasformatori di potenza lavorano a bagno di olio.
Si tratta di un olio particolare che ha lo scopo di raffreddare il trasformatore stesso, oltre che di provvedere all’isolamento elettrico delle bobine, e viene mantenuto in temperatura mediante scambiatori olio/aria.

trasformatori di potenza olio raffreddamento

L’olio per trasformatori è un olio particolare dotato di specifiche proprietà e che contiene elementi inquinanti, ragione per la quale va sempre contenuto e monitorato attentamente.
In condizioni di alte temperature e sottoposto a stress elettrici, con il tempo questo olio subisce un degrado e vi sono società specializzate nell’analisi e nella gestione e monitoraggio del ciclo di vita di questi fluidi.

In collaborazione e a supporto della maggiore realtà italiana nel settore, in Tempco abbiamo sviluppato degli scambiatori a piastre per il recupero energetico da abbinare ai moduli di rigenerazione dell’olio di apparecchiature elettriche.

scambiatori di calore recupero energetico rigenerazione olio trasformatoriGli scambiatori sono caratterizzati da alcune peculiarità:

• realizzazione speciale multi-pass per la massima efficienza nel recupero di calore
• guarnizioni in materiale speciale resistente agli oli per macchine elettriche
design chevron angle delle piastre adatto all’impiego con oli viscosi, ottimizzato per limitare le perdite di carico massimizzando la resa termica

Termoregolazione critica nel settore farmaceutico

Per una nota casa farmaceutica, abbiamo consegnato da poco un set di centraline di termoregolazione per una serie di reattori che svolgono la loro funzione per una produzione strategica. Si tratta di una produzione con fattori di regolazione della temperatura molto critici.

Termoregolazione farmaceutico
La criticità non dipende tanto dai livelli di temperatura, infatti la centralina lavora con un set point variabile da +15 a +75°C.
I fluidi di servizio sono acqua calda proveniente da caldaia e da un chiller già presente in stabilimento per altri utilizzi tecnologici.
La criticità dell’applicazione pharma specifica è dovuta al fatto che tale termoregolazione deve essere mantenuta e garantita in ogni caso. Questa esigenza ha quindi portato a una speciale realizzazione che prevede una doppia pompa in stand-by automatico, per assicurare costanza di regolazione della temperatura in ogni situazione.

pharma temperature regulation Tempco

termoregolazione settore pharma Tempco

 

Il sistema prevede poi un termoregolatore che pilota due valvole modulanti, rispettivamente sul freddo e sul caldo, in modo da mantenere sempre la temperatura in un range di +/-1°C rispetto al set-point impostato.
Dopo i collaudi sull’impianto, parte la produzione della serie, che prevede anche una variante con riscaldamento elettrico.

Centraline di Termoregolazione, precauzioni di avviamento

La fase di avviamento e commissioning di una centralina di termoregolazione TREG a olio diatermico è la fase più delicata nell’intera vita dell’impianto, durante la quale possono verificarsi gli inconvenienti più gravi. Ecco allora come procedere onde assicurare la perfetta messa in opera di un impianto di termoregolazione, evitando problemi quali cavitazione e perdite.

commissioning centraline termoregolazione TREG olio diatermico

Primo step: verificare tutti i collegamenti elettrici e idraulici, e il corretto riempimento dell’impianto. A macchina fredda, avviare quindi la pompa di ricircolo dell’olio, per verificare la corretta pressione in mandata e che questa sia stabile. Pressione di lavoro e assorbimento elettrico, a macchina fredda, saranno naturalmente superiori a quelli di regime.

Secondo step: procedere molto lentamente con il riscaldamento dell’olio, circa 30° C all’ora. Il passaggio è fondamentale per eliminare tracce di aria e umidità che possono essere contenute nel circuito, attraverso il vaso di espansione. Si evitano così la formazione di tamponi di vapore, schiumeggiamento e possibili sversamenti di olio da eccessivo riempimento. Questi effetti avvengono in modo violento e incontrollato, ragion per cui è importantissimo che la temperatura aumenti in maniera molto lenta.

 

unità termoregolazione TREG avviamento

Terzo step: raggiunta la temperatura di circa 100-110° C, rallentare ulteriormente il riscaldamento dell’olio, per favorire il graduale smaltimento del vapore acqueo. In alcuni casi occorre aprire le valvole di sfiato, soprattutto in punti dove è possibile si formino sacche di vapore, in special modo se si osservano fenomeni di cavitazione o improvvise variazioni di pressione in mandata alla pompa.

 

commissioning circuito termoregolazione olio diatermico Quarto step: si regola infine il set point del termoregolatore per portare l’olio a circa 200° C, mantenendolo in circolazione a questa temperatura per almeno 1-2 ore. Ciò consente di:

  • Eliminare completamente l’umidità presente
  • Eliminare bolle di aria presenti nel circuito
  • Verificare eventuali perdite sul circuito dell’olio

Infine, una volta arrestato il circuito e ristabilita la temperatura iniziale, procedere a un controllo di tutte le tenute e i serraggi, eliminando eventuali perdite.
La centralina di termoregolazione è quindi pronta per essere messa in servizio.

 

 

Centraline TREG e fluidi termovettori, vantaggi e svantaggi

Tra le molte tipologie di fluidi termovettori che vengono impiegati nei sistemi di termoregolazione, quali elio liquido, freon e altri fluidi refrigeranti, i sali di metalli fusi, i metalli liquidi, l’olio diatermico offre tutta una serie di interessanti vantaggi. Oggi le applicazioni industriali per raffreddamento, riscaldamento e termoregolazione come le centraline TREG di Tempco fanno ampio ricorso a olio diatermico in sostituzione di fluidi tradizionali come acqua e vapore, in quanto le moderne tecnologie e i processi produttivi più avanzati richiedono di ampliare gli intervalli di temperatura da regolare.

olio diatermico termoregolazione

Gli oli diatermici sono oli a base minerale o sintetici che presentano speciali caratteristiche termico-fisiche, confrontati ad acqua e vapore, e principalmente quella di avere un elevato punto di ebollizione, circa 400-500° C, a pressione atmosferica.

La durata di un olio diatermico, così come la sua resa, è strettamente legata a una serie di fattori, in primo luogo il corretto dimensionamento dell’impianto in fase di progettazione, che deve tenere conto delle caratteristiche chimico-fisiche del tipo fluido termovettore impiegato. Altrettanto importanti sono poi la selezione di materiali, che devono essere compatibili per uso di olio diatermico, una corretta procedura di riempimento e avvio dell’impianto e una corretta manutenzione.

termoregolazione fluidi termovettori

Detto ciò, moltissimi sono i vantaggi che l’olio diatermico offre impiegato in centraline di termoregolazione come fluido termovettore:

– Resistenza a temperature elevate
– Possibilità di operare a pressione atmosferica
– Non è richiesta compliance con la PED (assenza di pressurizzazione)
– Non sono richiesti interventi con additivi chimici o di addolcimento
Basso punto di congelamento senza rischio di rotture delle tubazioni per ghiaccio
– Avviamento del sistema a bassa temperatura
– Assenza di incrostazioni e di corrosione, con adeguata manutenzione
– Materiali costruttivi di uso comune (acciaio al carbonio)

Di contro, l’uso di oli diatermici nelle centraline di termoregolazione presenta anche alcune criticità, che vanno opportunamente valutate:

– Basso calore specifico rispetto all’acqua
Infiammabilità
– Necessità di una pompa di circolazione
– Costo più elevato, incisivo su impianti con volumi notevoli
– Formazione di morchie e cracking (se utilizzati in modo scorretto)

 

 

Legionella, eliminazione e prevenzione del rischio

La purtroppo triste cronaca dei fatti recenti, con casi di Legionella che continuano a venire registrati, ci porta a tornare sul tema dell’importanza della manutenzione degli impianti di raffreddamento per la tutela della salute pubblica.
Il prodotto BN 111U che Tempco impiega per interventi di sanificazione delle torri evaporative è specifico per il trattamento battericida e alghicida per camere a pioggia e di umidificazione, circuiti di raffreddamento e processi di cartiera.

 

Legionella trattamento antibattericida Tempco BN111U

Il prodotto TC BN 111U di Tempco è particolarmente efficace e attivo nel trattamento del batterio Legionella Pneumophila, per utilizzo sia come bonifica antilegionella iniziale sia come prevenzione successiva.

E’ possibile utilizzare il prodotto con un dosaggio shock iniziale per eliminare del tutto i batteri presenti, da ripetere ogni 2-3 giorni fino a completo controllo della proliferazione microbiologica. Dosaggi shock successivi sono quindi possibili a scopo preventivo. In alternativa è anche possibile procedere con un dosaggio in continuo nel sistema per prevenzione antilegionella.

 

battericida antilegionella BN111U Tempco

 

Il prodotto può essere additivato manualmente oppure in automatico, utilizzando una pompa dosatrice temporizzata.
La scheda tecnica del prodotto TC BN 111U riporta in dettaglio le modalità e i dosaggi previsti sia per eliminare i batteri esistenti, sia per successiva prevenzione della Legionella.

 

Elettricità dal calore, la rivoluzione delle Rectenne

Produrre elettricità dal calore con un dispositivo privo di parti in movimento potrebbe diventare presto una realtà grazie agli studi oggi in corso sulle cosiddette Rectenne. Si tratta di una tecnologia innovativa e rivoluzionaria per il recupero di calore, microantenne in grado di catturare la radiazione infrarossa che viene prodotta da ogni oggetto che emana energia termica, trasformando direttamente il calore in elettricità.

Paul Davids Sandia National Laboratories Rectennas

Un prototipo di rectenna è stato di recente annunciato dal fisico Paul Davids dei Sandia National Laboratories con un articolo apparso sui Physical Review Applied. La microantenna creata, grande quanto l’unghia di un mignolo, è costituita da alluminio sulla faccia superiore e di silicio con aggiunta di altri elementi sulla parte inferiore, per la riflessione dell’infrarosso. L’aggiunta sulla parte posteriore di uno strato di 20 molecole di diossido di silicio funge quindi da diodo, trasformando la corrente alternata generata in corrente continua. La rectenna è stata finemente ottimizzata e costruita impiegando materiali il più possibile comuni, e con metodi che la rendono fabbricabile nelle attuali industrie di semiconduttori.

Rectenna thermal energy harvestingLe rectenne si prospettano così come un’alternativa molto interessante ai dispositivi termoelettrici, generatori di elettroni dal calore impiegati per alimentare le sonde spaziali, ma che richiedono grandi differenze di temperatura per funzionare, sono molto costosi e offrono bassa efficienza. La produzione delle rectenne potrebbe invece essere pratica ed economica, anche in scale più grandi di quelle del prototipo di cui sopra. Questo tipo di dispositivo offre inoltre grande affidabilità, e a differenza dei dispositivi termoelettrici non necessita di stare a contatto con la sorgente calda, potendo rimanere a distanza e subendo meno stress termici.

 

 

 

 

Catturando radiazione infrarossa, emessa dal sole in continuo ma anche rilasciata dalla terra stessa durante la notte, le rectenne potrebbero quindi funzionare come una sorta di fotovoltaico innovativo per produzione continua di elettricità. Davids guarda al momento ad applicazioni per recupero di energia da impianti termici, o per alimentare dispositivi come le sonde spaziali alimentate a radioisotopi. Per uso su vasta scala sulla radiazione solare o notturna serviranno ancora molti anni di perfezionamenti.

 

torri evaporative energia termica

Passi avanti stanno intanto facendo altri studiosi che lavorano sulle rectenne, con ad esempio un prototipo per la luce solare realizzato all’Università del Connecticut o la rectenna sviluppata da Baratunde Cola nel 2015 al Georgia Tech Insitute. Quella di Cola è un’antenna di nanotubi di carbonio con un diodo composto da uno strato di calcio, ulteriormente perfezionata di recente impiegando come diodo uno strato di ossido di alluminio e afnio, aumentando di 1.000 volte la potenza, passando dalla produzione di microvolt ai millivolt. Secondo Cola, le rectenne potrebbero quindi trovare impiego per alimentare piccoli sensori o dispositivi IoT.

Legionella e manutenzione torri evaporative

Strettamente legato alla corretta manutenzione delle torri evaporative, così come di impianti di raffreddamento e condizionamento, il problema della legionella è tornato alla ribalta in maniera allarmante lo scorso luglio nella zona di Bresso, a nord di Milano, con 11 pazienti ricoverati all’ospedale Niguarda. L’ISS, l’Istituto Superiore di Sanità, riporta un aumento del 17% dei casi di legionella nel 2017 in Italia, cresciuti dai 1.700 registrati nel 2016.

torri evaporative prevenzione legionella

La legionella è un batterio naturalmente presente negli ambienti acquatici, che prolifera in presenza di aria e acqua, a temperature comprese tra 25 e 50°. L’infezione da legionella, o legionellosi, si diffonde principalmente per inalazione di aerosol, goccioline di acqua nebulizzata che è comune trovare nei macchinari per condizionamento e climatizzazione e nelle torri evaporative. E’ quindi importante adottare le dovute misure tecniche e una corretta manutenzione delle torri, per contenere il rischio di infezione.

legionella prevenzione

 

Gli interventi possono andare dall’adozione di separatori di gocce, a una costruzione della torre atta a garantire una migliore accessibilità per la pulizia interna della struttura, eliminare punti di ristagno provvedendo drenaggi adeguati fino alla sanificazione dell’impianto. La manutenzione delle torri evaporative in questo caso non solo garantisce il funzionamento corretto e a massima efficienza e resa dell’impianto, ma anche la tutela della salute negli ambienti in cui la torre è installata.

cooling towers legionella prevention

 

Secondo quanto riportato dall’ISS, in passato sono stati registrati diversi altri casi di epidemie: nel 2016 a Parma 42 casi di legionellosi sono stati ricondotti alle torri di raffreddamento di un ufficio postale. Molti casi sono stati registrati dal 2005 al 2008 a Cesano Maderno, per cause non bene identificate, ma che sono cessati con la crisi economica, in concomitanza alla cessazione dell’attività di alcune aziende. Altra importante epidemia di legionella risale infine al 2003 a Roma con 15 casi, causati dalla torre di raffreddamento di un grande edificio commerciale della zona.

 

 

Raffreddamento nella trafilatura di profili di alluminio

Nella trafilatura di profili di alluminio le esigenze di raffreddamento e scambio termico si accompagnano a quella del trattamento delle acque impiegate per il lavaggio e il raffreddamento dei profili lavorati.

trafilatura alluminio

La produzione di profili di alluminio è in costante crescita a livello mondiale, in virtù delle varie applicazioni che vedono coinvolti questi prodotti nell’edilizia e nelle applicazioni industriali.
Una volta prodotti i profili di alluminio, devono essere lavati/raffreddati per essere pronti per i successivi trattamenti.

raffreddamento trafilatura alluminio

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