Calcolo del carico termico nella termoregolazione farmaceutica

Oggi uno speciale video ‘on the road’ su come calcolare il carico termico, ovvero la potenza termica da fornire o dissipare a un certo processo industriale per ottenere una data regolazione di temperatura. Nel caso specifico vediamo come calcolare il carico termico per una centralina di termostatazione in un reattore farmaceutico.
Diverse sono le tipologie di reattori o di macchine impiegate nell’industria chimico farmaceutica, e al variare del tipo di apparecchiatura varia anche la metodologia per il calcolo del carico termico.

La procedura tipica consiste però nel prendere il volume del reattore da termostatare e considerare quindi il tipo di prodotto che viene lavorato nel reattore, e in particolare il suo peso specifico e calore specifico. Occorre quindi conoscere le curve di riscaldamento e di raffreddamento richieste dall’applicazione, ovvero le temperature di partenza e di arrivo e il tempo che serve al cliente per completare il ciclo di riscaldamento e di raffreddamento del prodotto.

Il calcolo è quindi una semplice formula data dal volume del prodotto moltiplicato per il peso specifico e per il calore specifico, moltiplicato per il salto termico, il tutto diviso per l’unità di tempo. Si calcolano in tal modo le kilocalorie, o i kilowatt/orari necessari per riscaldare e raffreddare il prodotto. La formula viene quindi applicata alle diverse rampe di salita e discesa della temperatura, per capire qual è la rampa di salita o di discesa più impegnativa. In base a questa si andrà quindi a dimensionare la centralina di termoregolazione.

Un caso a parte è il calcolo del carico termico per centraline applicate a reattori che provvedono alla distillazione di un prodotto. In questo caso per capire la potenza di riferimento per il dimensionamento della centralina, unita al calcolo delle rampe di temperatura in salita e discesa vi è la formula relativa alla distillazione, ovvero ottenere le informazioni relative ai kg/ora di prodotto che deve essere distillato moltiplicato per il calore latente di evaporazione.

Unità di termoregolazione nel pharma

La centralina di termoregolazione in queste immagini è concepita per impiego nel settore farmaceutico. Si tratta di una soluzione di termoregolazione piuttosto standard, con circuito di riscaldamento a vapore, con scambiatore a piastre saldobrasato in AISI 316 / Rame.

Il circuito di raffreddamento è invece ottenuto mediante acqua proveniente da chiller. La tolleranza di temperatura garantita è di +/- 2° C.

centralina termoregolazione pharma

 

L’unità è equipaggiata con doppia pompa in stand by automatico, ed è completa di gestione da remoto del set point.

termoregolazione farmaceutico

unità termoregolazione

Fondamentali di raffreddamento con torri evaporative

Le torri evaporative sono macchine semplici per il raffreddamento di acqua impiegata in processi industriali di vario genere.
Si tratta di macchine semplici in quanto presentano solo una parte in movimento, l’elettroventilatore, e lavorano mediante uno scambio diretto aria/acqua, senza tubi di scambio.

L’acqua da raffreddare nelle torri di raffreddamento è a contatto diretto con l’aria, consentendo di raffreddare l’acqua a una temperatura più bassa rispetto a quella dell’aria ambiente.

Ciò è possibile sfruttando il calore latente di evaporazione, ovvero sfruttando l’acqua che evapora a contatto diretto con l’aria. La parte di acqua che evapora a contatto con l’aria asporta infatti una quantità importante di calore, pari circa a 550-600 kilocalorie per ogni kg di acqua. E’ questo il calore latente di evaporazione.

Le torri evaporative permettono quindi di raffreddare l’acqua in modo efficiente con una spesa energetica contenuta. Di contro, le torri di raffreddamento comportano un consumo di acqua per evaporazione, e l’acqua che evapora va reintegrata. Occorre inoltre reintegrare più acqua rispetto a quella dispersa per evaporazione per ovviare all’effetto di concentrazione dei sali, che vanno quindi diluiti per non ritrovarci con un’acqua molto dura nel processo asservito.

La temperatura di riferimento da tenere in considerazione per il raffreddamento ottenibile è la temperatura di bulbo umido, ovvero la temperatura ambientale misurata con un termometro al quale teniamo il bulbo bagnato. In genere, in una città come Milano, la temperatura di bulbo umido è di 26° C nelle condizioni peggiori, ad esempio a luglio con una temperatura ambiente di 35-36° C, quindi di circa 10° C inferiore.
Con una torre evaporativa sarà quindi possibile ottenere acqua raffreddata alla temperatura di 3-4° C al di sopra della temperatura di bulbo umido, a seconda della progettazione e dimensionamento della torre.

Termoregolazione da laboratorio in farmaceutico

La lavorazione di prodotti farmaceutici necessita di un controllo preciso di cicli di temperatura ben definiti, tante volte ne abbiamo parlato. Di recente abbiamo consegnato una nuova centralina di termoregolazione da laboratorio, dedicata al riscaldamento e alla termoregolazione di soluzioni iniettabili.

termoregolazione laboratorio farmaceutico

La centralina viene impiegata nell’ambito di produzioni di laboratorio e test, in abbinamento a una macchina che fa compiere un ciclo termico definito a una soluzione iniettabile.

Tempco termoregolazione farma

L’obiettivo dell’applicazione pharma del cliente è ottenere precisione della temperatura e il suo mantenimento entro tolleranze ben definite e impostabili/programmabili.
La soluzione è completa di interfaccia remota per registrazione con datalogger dei risultati. La centralina è in esecuzione full inox, adatta a operare in ambiente pharma.

Tempco pharma thermoregulation unit

Scambiatori TCOIL per macchine da stiro industriali

Mangano da stiro è una parola sconosciuta ai non addetti ai lavori. Si tratta in pratica di grandi ferri da stiro, macchinari che vengono impiegati in grandi lavanderie industriali per la stiratura automatica. Una nuova e curiosa applicazione degli scambiatori TCOIL che abbiamo sviluppato di recente vede questa tipologia di scambiatori impiegata proprio nella realizzazione di mangani da stiro.

scambiatori TCOIL mangano da stiro

Abbiamo nello specifico realizzato le culle di queste grandi macchine da stiro con scambiatori TCOIL speciali, con lato superiore ad alto spessore e superficie lucidata, e lato inferiore rigonfiato. All’interno delle piastre rigonfiate del TCOIL passa olio diatermico. Il TCOIL nel mangano da stiro può infatti venire riscaldato utilizzando vapore oppure olio diatermico, raggiungendo la temperatura di circa 120/130° C.

TCOIL applicazione mangano da stiro

La biancheria viene quindi fatta passare tra la culla e il cilindro che si vede montato nelle immagini. In tutto paragonabili a grandi ferri da stiro, questi mangani da stiro sono solitamente impiegati per asciugare e stirare biancheria piana, come lenzuola, tovaglie, asciugamani.

mangano da stiro scambiatore TCOIL

Free cooler nel collaudo di inverter di potenza

Questa settimana abbiamo installato un impianto di raffreddamento dei carichi elettrici resistivi impiegati per simulare il funzionamento di inverter di potenza. L’impianto è stato commissionato dalla CRS, società di Merate che da oltre 20 anni progetta e realizza inverter e alimentatori di potenza industriali.

dissipazione test inverter CRS

L’azienda necessitava nello specifico di un impianto di dissipazione e raffreddamento per il test dei carichi nelle operazioni di collaudo e verifica del funzionamento dei propri inverter. Per l’applicazione abbiamo fornito un dry cooler installato in esterno e realizzato il sistema di distribuzione e pompaggio dell’acqua fredda nelle due zone di collaudo.

dry cooler inverter CRS

L’installazione è avvenuta con piena soddisfazione del cliente. Il sistema di distribuzione è stato realizzato in loco, e tutti i tubi impiegati sono in acciaio inox.

raffreddamento inverter CRS

Dry cooling autodrenante, raffreddamento economico in ogni stagione

Parliamo oggi di dry cooler, nello specifico di dry cooler autodrenanti. Innanzitutto, un dry cooler è uno scambiatore di calore aria/acqua che serve per il raffreddamento di acqua sfruttando l’aria ambiente. A differenza di una torre evaporativa, un dry cooler offre semplicità installativa sempre in esterno, facile gestione e raffreddamento dell’acqua a circuito chiuso, senza che l’acqua venga mai a contatto diretto con l’aria esterna. Il fluido da raffreddare circola infatti all’interno di tubazioni, mentre lo scambiatore presenta un pacco alettato, spesso con tubi in rame e alette in alluminio, ma anche con tubi in acciaio inossidabile e alette in alluminio, o tubi e alette in ferro, a seconda delle esigenze applicative e del tipo di fluido da raffreddare (acqua, acqua glicol, oli idraulici, olio diatermico ad esempio).

Il dry cooler è inoltre una soluzione di raffreddamento piuttosto economica, in quanto l’unica energia consumata è quella impiegata dai ventilatori per il ricircolo dell’aria.

 

I limiti di un impianto di dry cooling sono strettamente legati alla temperatura dell’aria esterna che viene impiegata per il raffreddamento. In estate è infatti possibile raffreddare il fluido in uscita a una temperatura che al massimo può essere 5-10° C superiore alla temperatura dell’aria esterna.

Al contrario, in inverno quando la temperatura scende al di sotto degli 0° C vi è il rischio che l’acqua all’interno delle tubazioni dello scambiatore geli, portando a rotture spesso gravi dell’impianto. In questo caso due sono le soluzioni: se le peculiarità del processo lo consentono si impiega acqua glicol, altrimenti la soluzione è ricorrere a dry cooler auto-drenanti. Questi provvedono al drenaggio automatico di tutta l’acqua dal circuito dello scambiatore, grazie a pacco di scambio montato inclinato e una circuitazione apposita dotata di valvole per il completo scarico dell’acqua.

Infine, sulla parte della tecnologia di ventilazione negli anni i dry cooler hanno aumentato notevolmente la loro efficienza energetica grazie all’impiego di ventilatori EC a controllo elettronico, che nelle diverse stagioni provvedono a regolare la velocità dei ventilatori, e quindi a ridurre al minimo indispensabile il consumo energetico e la rumorosità, adeguando il funzionamento alle condizioni ambientali di temperatura e alle effettive richieste dell’impianto.

 

Dematerializzazione e recupero green in fattoria

Tempo di dematerializzazione in Tempco… nel nostro cammino verso la digitalizzazione abbiamo compiuto un passo in più eliminando i documenti di archivio dopo 12 anni di conservazione.

Fedeli alla cultura del recupero, recupero termico e non solo, abbiamo cercato una maniera green di reimpiegare tutta la carta uscita dal trita documenti. Abbiamo quindi trovato una fattoria nella nostra zona, la Fattoria Besana, che si occupa di animali con problemi da sensibilizzazione da fieno, che impiega trucioli di carta come lettiera.

dematerializzazione documenti archivio green

La lettiera in carta è infatti ecologica, assorbente e non produce polvere. Rappresenta quindi la soluzione ideale per cavalli con problemi di respirazione, e una alternativa valida ed economica al fieno depolverato.

recupero greeen dematerializzazione

Fattoria Besana cavalli

 

Ci è sembrato un buon esempio di economia circolare. Il bellissimo cavallo nelle foto si chiama Egano 7 ed è allergico al fieno, e per questo viene alimentato solo con fieno depolverato o bagnato.

 

 

Delta T medio logaritmico nella scelta degli scambiatori

Delta T medio logaritmico, LMTD. No non parliamo di aritmetica, ma della scelta e dimensionamento degli scambiatori di calore.
Il Delta T medio logaritmico è la differenza tra le temperature del fluido primario e del fluido secondario in uno scambiatore, necessario al calcolo e dimensionamento della superficie di scambio termico di uno scambiatore di calore.

Si tratta di un fattore determinante che serve spesso a capire anche la tipologia di scambiatore che è meglio adottare per una determinata applicazione.
Lo scambio termico tra due fluidi a temperature molto vicine è infatti molto lento, mentre sarà ad esempio molto facile riscaldare dell’acqua fredda portandola a una temperatura di 70° C avendo a disposizione vapore a 130° C.

Per lo stesso principio, il recupero di calore è molto più efficiente se si dispone di poca acqua a temperatura molto alta piuttosto che molta acqua tiepida.

Gli scambiatori di calore a piastre consentono di lavorare nello specifico con Delta T logaritmici molto ristretti, potendo funzionare in controcorrente e con moto turbolento molto spinto che aumenta il coefficiente di scambio. I coefficienti di scambio sono invece più bassi per uno scambiatore a fascio tubiero, che richiede quindi un delta T logaritmico più ampio. Il delta T medio tende poi ad ampliarsi ulteriormente per scambiatori a pacco alettato aria/acqua o aria/vapore, con superfici di scambio molto elevate.

La regola generale è che il delta T medio logaritmico è inversamente proporzionale alle superfici di scambio. Anche mezzo grado di differenza ha quindi un impatto molto sensibile sulla superficie di scambio necessaria e sulle dimensioni e sul costo dello scambiatore.
In Tempco siamo a vostra disposizione per farvi qualche esempio di calcolo!