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Pompe di calore tecnologia chiave per la decarbonizzazione

Torniamo a parlare della tecnologia delle pompe di calore sulla scia di un interessante white paper realizzato da Thomas Nowak, segretario generale della EHPA, European Heat Pump Association. Il documento sviluppa in maniera molto approfondita il potenziale delle pompe di calore per la decarbonizzazione e lo sviluppo delle energie rinnovabili. Iniziamo inoltre in questo modo a introdurre il tema Energia Rinnovabile, che sarà lo speciale focus del nostro Tempco Blog per tutto il prossimo mese di Febbraio 2023.

Le pompe di calore sono dispositivi in grado di fornire riscaldamento e condizionamento oltreché produrre acqua calda ad uso residenziale o per applicazioni nell’industria di processo. Il documento (dati 2015 ma forniscono ancora una valida idea) stima che in Europa il 50,3% della domanda energetica è relativa ad applicazioni di riscaldamento e raffreddamento. In particolare, la domanda energetica per riscaldamento di ambienti e nell’industria di processo ammonta all’85% della richiesta totale. Domanda che viene in maggior parte soddisfatta con combustibili fossili, gas in primo luogo.

Heat pumps technology decarbonization EHPA pompe di calore

Alla base del funzionamento di una pompa di calore vi è un ciclo termodinamico alimentato da energia elettrica che consente di ottenere al contempo riscaldamento e raffreddamento. La maggior parte delle tecnologie di pompa di calore impiega un ciclo di compressione di un gas. Laddove l’energia elettrica per consentire il funzionamento della pompa di calore proviene da fonti rinnovabili, la tecnologia della pompa di calore diventa quindi completamente green e al 100% sostenibile. Sostenibilità che potrebbe quindi essere spinta ulteriormente grazie alla sostituzione dei gas refrigeranti tradizionali, ad alto tasso GWP e inquinanti, con nuovi gas privi di effetto serra, al primo posto la CO2 (R744) che già viene impiegata negli innovativi sistemi di refrigerazione a CO2.

Le basi del ciclo di compressione e refrigerazione in una pompa di calore dovrebbero esserci già note, ma le rivediamo sinteticamente. Questo è composto da un evaporatore, ossia uno scambiatore di calore da liquido a gas, da un compressore, da un condensatore, ossia uno scambiatore da gas a liquido, da una valvola di espansione e da un fluido di scambio termico.

Una pompa di calore, per il suo ottenere l’effetto di condizionamento o per riscaldare, può quindi sfruttare energia rinnovabile, proveniente dall’aria, dall’acqua o dal terreno (geotermia), come spiegato in dettaglio nel documento (pagg 21-22), realizzando applicazioni come quelle sviluppate da Tempco per la Marina di Loano o con scambiatori a immersione nelle acque del Lago di Como.

Heat pumps technology decarbonization EHPA pompe di calore ciclo compressione

Il white paper fa quindi una interessante la stima del bilancio energetico offerto dalle pompe di calore, per cui a fronte di una unità di energia elettrica necessaria al funzionamento del ciclo di compressione del gas, e 2-4 unità di energia rinnovabile proveniente dall’ambiente o come energia di scarto recuperata, si ottengono dalle 3 alle 5 unità di energia in riscaldamento e dalle 2 alle 4 unità per il raffreddamento. Con lo sviluppo della tecnologia delle pompe di calore, il livello di efficienza delle stesse è inoltre in continuo aumento. Si stima quindi che una pompa di calore possa fornire riscaldamento a una temperatura compresa tra 30 e 55° C, e acqua calda tra 55 e 65° C. Quest’ultima può anche arrivare fino a 90° C aumentando l’efficienza con pompe di calore a CO2, gas green alternativo che oltre al beneficio in termini di sostenibilità incrementa l’efficienza del ciclo termico della pompa di calore. La sfida per il futuro, nelle pompe di calore a CO2 così come per la refrigerazione a CO2, consiste quindi nello sviluppare componenti in grado di lavorare alle alte pressioni e temperature richieste dai cicli termici a CO2.

Suggestiva e interessante infine anche la riflessione su una possibile futura configurazione delle pompe di calore, che grazie alla combinazione con sistemi di accumulo termico e batterie potrebbero contribuire a stabilizzare la domanda di energia nelle smart grid, aumentando la flessibilità e l’affidabilità della rete e al contempo incrementando il livello di indipendenza delle stesse pompe di calore.

Heat pumps and decarbonization EHPA pompe di calore

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Scambio termico con incrocio delle temperature e sporcamento

Abbiamo parlato spesso di incrocio delle temperature, un tipo di scambio termico che abbiamo trattato in passato parlando di scambiatori di calore a piastre ma anche di scambiatori a fascio tubiero. In realtà, in caso di incrocio di temperature la tipologia ideale di scambiatori è quella a piastre.

Nel piccolo video che postiamo qui, si vede invece uno scambiatore di calore a fascio tubiero disegnato per una piccola portata e per consentire un incrocio delle temperature e un recupero di calore. Come si può vedere, è uno scambiatore molto lungo, con tubi della lunghezza di ben 6 metri. Lunghezza richiesta dal fatto che, a fronte di una bassa portata, dobbiamo fare un incrocio delle temperature e ottenere un recupero termico, che per uno scambiatore a fascio tubiero è un lavoro alquanto difficile.

Il fatto è non c’era alternativa per un problema di sporcamento, in quanto il cliente dispone di un fluido molto sporco e carico di sospensioni. Ragion per cui si è dovuto scegliere uno scambiatore a fascio tubiero con tubazioni molto lunghe, che consentissero di inserire uno scovolino per la pulizia interna dei tubi. Uno scambiatore a piastre avrebbe infatti portato a una manutenzione troppo intensiva con interventi molto ravvicinati nel tempo.

 

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Certificazione italiana per trattamento acqua negli scambiatori saldobrasati

Il nostro partner per gli scambiatori di calore saldobrasati Kaori ha ottenuto recentemente una importante certificazione rilasciata dall’ente italiano autorizzato ICIM, che attesta la conformità degli scambiatori agli standard igienici di sicurezza per applicazioni con acqua potabile.

Il costruttore ha nello specifico superato i test per la Certificazione di qualità per il trattamento dell’acqua previsti in Italia dal DM n. 174/2004, certificazione per l’acqua destinata al consumo umano (acqua potabile) e uno degli standard europei più stringenti in materia di la qualità e sicurezza dei materiali. All’importante risultato contribuiscono alcune scelte fondamentali nel processo produttivo degli scambiatori, a partire dalla selezione dei materiali con l’impiego di acciaio inox di prima qualità e di rame a elevata purezza, che hanno portato al superamento dei severi standard per la qualità dell’acqua a seguito di analisi delle particelle, al fine di garantire la sicurezza degli utilizzatori.

Tempco certificazione qualità acqua scambiatori Kaori

Tempco certificazione qualità acqua scambiatori Kaori ICIM

Come si legge nella nota dell’azienda, l’acqua è infatti un ingrediente fondamentale nelle odierne industrie alimentare e chimica, ragion per cui il trattamento dell’acqua e in particolare dell’acqua potabile nel manifatturiero sono altamente standardizzati e sottoposti a rigide normative internazionali e nei vari Paesi. La nuova certificazione testimonia il forte impegno e la mission di Kaori per assicurare che i suoi scambiatori a piastre saldobrasati non siano in alcun modo inquinanti, mantenendo sia la qualità dell’aria nelle linee di produzione che quella dell’acqua, garantendo affidabilità dei prodotti e tutela dei consumatori.

In futuro Kaori intende quindi proseguire nella certificazione della qualità dei propri prodotti, tramite la standardizzazione del sistema di gestione e del processo produttivo, al fine di garantire la salute, i diritti e gli interessi dei clienti.

 

 

 
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Scambio di calorosi auguri per queste Feste da Tempco!

Come ogni anno, siamo infine giunti alla stagione delle Feste, che ci porta alla conclusione di questo 2022.

In Tempco vogliamo augurarvi il meglio, scambiandoci Calorosi Auguri di Buon Natale e per un Felice Nuovo 2023

Greetings Exchanger, da tutto il Team Tempco!

Tempco Greeting exchanger Auguri Natale 2022

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Controllo temperatura nella produzione di energia da moto ondoso

Per l’ultimo post di questo 2022, prima dei consueti auguri per le imminenti Feste, torniamo con piacere a parlare di energie alternative e di rinnovabili. In Tempco abbiamo infatti realizzato un interessante sistema di raffreddamento che è stato installato su un sistema pilota per produzione di energia da moto ondoso. Il sistema necessita di controlli della temperatura diversi, dedicati a:

  • supporti dei sistemi giroscopici dedicati alla produzione di energia
  • inverter di potenza per la rettifica delle tensioni dell’energia elettrica prodotta prima dell’immissione in rete
  • unico sistema in cui sono raggruppati, in dimensioni estremamente compatte, il circuito di raffreddamento dell’olio idraulico e quello di raffreddamento dell’acqua demi

 

Tempco energia da moto ondoso regolazione temperatura

 

Il sistema pur nella sua semplicità, che prevede degli scambiatori ad aria e uno scambiatore in titanio ad acqua di mare, presenta delle peculiarità legate alla progettazione. Il tutto viene infatti installato su una piattaforma posta in mare, che per ovvi motivi di funzionamento è sottoposta a sbandamenti notevoli. Anche la semplice struttura di supporto è stata pertanto calcolata per poter resistere a questo tipo di sollecitazioni, mentre i serbatoi di stoccaggio di olio e acqua, che oltre a resistere meccanicamente alle sollecitazioni imposte, devono poter gestire lo sciacquio interno, mantenendo costanti i livelli e senza falsi allarmi.

Senza contare che ovviamente l’affidabilità dello scambio termico deve essere assicurata, per cui è stata prevista la ridondanza di sistemi di controllo e di circolazione.

 

Tempco energia da moto ondoso controllo temperatura

Tempco energia da moto ondoso radiatori

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Tempco Solid Partnerships, sinergie nel controllo della temperatura

Il fulcro della progettazione di Tempco è da sempre la completa personalizzazione di ogni progetto, al fine di poter fornire la migliore soluzione per le esigenze di controllo della temperatura e gestione dell’energia termica di ogni singolo cliente. Questo principio è per noi fondamentale in tutti i settori in cui operiamo. A partire dall’ambito chimico e petrolchimico, farmaceutico, alimentare, fino a quello delle nuove energie, seguiamo la progettazione e realizzazione di ogni richiesta nei minimi dettagli.

Per il nostro team è molto importante che ogni soluzione raggiunga gli elevati standard richiesti dai clienti, che coincidono con gli obiettivi che ci poniamo noi per primi come azienda. Tempco infatti è il centro di tutte le operazioni e gli studi attorno a ogni progetto. Per raggiungere questo obiettivo collaboriamo con partner specializzati in vari settori, con i quali coordiniamo le operazioni per ottenere il risultato migliore per ogni commessa che ci viene affidata. Riteniamo infatti che sia essenziale fornire un servizio professionale e attento oltre che un’applicazione efficiente e funzionale.

Perché un impianto prenda la forma corretta, dalla progettazione fino alla messa in servizio, sempre nell’ottica della personalizzazione, abbiamo quindi scelto di affiancare il nostro team a una rete di collaboratori selezionati accuratamente.

Per i quadri di controllo e l’automazione delle macchine, ci assicuriamo che ogni apparecchiatura sia dotata delle certificazioni specifiche per il mercato di destinazione, ATEX, CE, EAC, UL, in modo da garantire una gestione smart ed efficiente. Con questo obiettivo di funzionamento lavorano anche assistenti per la gestione di software e PLC degli stessi impianti, così che il cliente possa ottenere il massimo rendimento dal progetto.

Per quanto riguarda l’installazione, rispetto agli impianti che possono risultare tecnicamente molto complessi, forniamo assistenza, service, e consulenza riguardo impiantistica e piping grazie ai nostri partner, per risolvere ogni dubbio o richiesta del cliente. Questo anche e soprattutto quando è necessario integrare le macchine alle condizioni di installazione esistenti negli impianti delle aziende.

Quando le normative impongono stringenti standard relativi alla progettazione, engineering e realizzazione di apparecchiature in pressione, siamo in grado di farvi fronte mediante collaboratori che ne garantiscono la piena conformità. Per questo poniamo particolare attenzione alle normative ASME e PED adottando WPS certificate.

Grazie al nostro team specializzato e alle solide partnership di Tempco, riusciamo a gestire i progetti ad ogni passo, dall’ideazione all’installazione, oltre al mantenimento nel tempo dell’efficienza grazie ai nostri tecnici specializzati. In questo modo siamo in grado di fornire la soluzione più adatta ad ogni necessità.

  • CONTROL BOARD AND AUTOMATION / quadri di controllo e automazione
  • SOFTWARE PLC
  • IMPIANTISTICA PIPING
  • SERVICE
  • ENGINEERING / progettazione
  • PRESSURE EQUIPMENT / apparecchi in pressione, saldature certificate

Guida Idrogeno 2023, le soluzioni Tempco per celle a combustibile e la filiera in Italia

In Tempco crediamo che il futuro della mobilità elettrica e sostenibile non dipenderà dalle attuali auto elettriche a batteria ma dalla tecnologia delle celle a combustibile che sfruttano l’idrogeno come vettore energetico rinnovabile per la decarbonizzazione.

Abbiamo già avuto modo di parlare delle diverse tecnologie di celle a combustibile già disponibili oggi sul mercato, e dei numerosi e svariati impieghi che gli scambiatori di calore hanno nel ciclo di generazione di energia a idrogeno. Delle applicazioni degli scambiatori di calore a piastre saldobrasati serie H di Tempco per soluzioni con celle a combustibile si parla anche nella Guida Idrogeno 2023 appena pubblicata a cura di mcT Idrogeno.

Tempco Guida idrogeno 2023 scambiatori-celle-a-combustibile-

La Guida Idrogeno 2023 offre una completa panoramica del settore dell’idrogeno in Italia, dei prodotti, delle soluzioni e delle aziende già attive in questo settore emergente, di essenziale importanza per il futuro Green e sostenibile delle energie rinnovabili, dell’efficienza energetica e della mobilità. Tempco è fiera di figurare tra queste.

A questo link è possibile sfogliare online e scaricare il PDF della Guida Idrogeno 2023.

Guida Idrogeno 2023 cover mcTER

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Macchine termiche, la regola delle quattro dita

Dopo la regola delle 5 dita per gli scambiatori di calore, ovvero i cinque parametri necessari per la corretta progettazione e dimensionamento di uno scambiatore, abbiamo anche una Regola delle 4 dita, che vale invece quando abbiamo a che fare con la progettazione di macchine termiche.

Per macchine termiche intendiamo quindi ad esempio un dry cooler, una torre evaporativa o un gruppo frigorifero. In questo caso, quattro sono infatti i dati che occorre conoscere per il corretto dimensionamento della macchina: il tipo di fluido da regolare e la sua portata; la sua temperatura in ingresso, ossia la temperatura a cui arriva dal processo; la temperatura in mandata, sarebbe a dire la temperatura richiesta in uscita dal processo; la temperatura di progetto ambientale.

 

Temperatura ambiente che nel caso di un gruppo frigorifero è la temperatura ambiente relativa alla condensazione, per un dry cooler sarà la temperatura dell’aria ambiente che andrà a raffreddare il fluido; e per una torre evaporativa sarà infine la temperatura di bulbo umido, parametro chiave per il ciclo di evaporazione.

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Linea di raffreddamento forni per freni carboceramici

E’ in consegna in questo periodo la terza linea di raffreddamento dei forni per la produzione di freni carboceramici. Il cliente di Tempco ha ormai standardizzato sia la logica del PLC che la scelta di tutti i componenti impiegati, così come ottimizzato per il tipo di applicazione tutto quanto riguarda scambiatori, pompe, serbatoi, livelli e interfaccia.

La linea va a raffreddare i forni dove vengono cotti i dischi per freni carboceramici. Il sistema di Tempco provvede al raffreddamento dei forni, in quanto se questo non avvenisse, o non fosse eseguito nella maniera corretta, l’intera produzione del batch di dischi ne risulterebbe compromessa. Finanche a provocare la rottura del forno stesso, con perdite e danni chiaramente ancora maggiori.

Il passaggio del raffreddamento forni è pertanto cruciale ed essenziale in questo tipo di applicazione, così come lo sono l’accuratezza e l’affidabilità del sistema. Tanto è vero che l’impianto è provvisto di un sistema di sicurezze ridondanti, basato su acqua di torre che arriva a uno scambiatore e pompe che provvedono a far circolare l’acqua nei forni, con acqua in circuito chiuso tra torri, scambiatore e forno. In caso di mancanza di corrente, entra in funzione un generatore di emergenza in automatico e un sistema di valvole che vanno automaticamente in apertura, facendo entrare acqua di rete per raffreddare e portare in bassa temperatura il forno, salvando forno e produzione.

Tempco raffreddamento forni produzione freni carboceramici

 

Il cliente ha infine già in programma l’ulteriore ampliamento dell’impianto con l’aggiunta di una quarta linea di raffreddamento dei forni.

Tempco produzione freni carboceramici alte prestazioni raffreddamento

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Regola delle cinque dita negli scambiatori di calore

Avete mai sentito parlare della Regola delle cinque dita quando si tratta di dimensionare e progettare correttamente uno scambiatore di calore? In fase di progettazione di uno scambiatore, vi sono alcuni dati che è fondamentale conoscere.

Questi dati sono: il fluido da riscaldare e la sua portata; la temperatura di ingresso del fluido, ossia a quale temperatura giunge dal processo; la sua temperatura in uscita, ovvero a che temperatura dobbiamo restituire il fluido al processo; fluido di servizio, quanto fluido di raffreddamento o di riscaldamento si ha a disposizione, espresso in portata (kg/ora, metri cubi/ora); e la temperatura del fluido di servizio alla quale viene reso disponibile.

Cinque dati, cinque dita: con questi cinque dati è possibile calcolare un bilancio termico, ricavando pertanto tutti i parametri necessari a dimensionare lo scambiatore. Partiamo ovviamente dal presupposto di conoscere già il tipo di fluido che utilizziamo, avendo a che fare per esempio con uno scambiatore acqua/acqua, o acqua/olio o vapore/acqua.

Si potrebbe quindi obiettare che occorre conoscere le perdite di carico. Ma ammettiamo di avere già un fluido a una determinata pressione, questo ci consente di definire già un certo valore delle perdite di carico. Solitamente è un valore che viene fornito dal cliente, e nel caso così non fosse, indicheremo noi le perdite di carico ideali affinché lo scambiatore funzioni al meglio. Diversamente, il cliente ci chiederà di rifare il calcolo con le perdite di carico disponibili in funzione della pompa o della pressione del fluido disponibile.

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