Recupero fumi in cogenerazione e scambiatori a fascio tubiero

Parliamo oggi di scambiatori a fascio tubiero applicati alla cogenerazione. Davvero tante volte abbiamo già parlato di cogenerazione, e in questo nuovo video appena caricato sul canale YouTube di Tempco parliamo del recupero di calore dai fumi esausti dei motori.

Un impianto di cogenerazione è difatti di norma composto da un motore endotermico che mette in funzione un generatore elettrico per la produzione di corrente. Come dice il nome cogenerazione, ovvero generazione concomitante di energia elettrica e calore, il sistema sfrutta anche l’energia termica prodotta dal motore endotermico. Ciò è possibile grazie al recupero di calore che si ottiene con l’impiego di uno scambiatore a fascio tubiero sul circuito dei fumi di scarico del motore.

I fumi di scarico del motore endotermico hanno in questo caso una percentuale di calore proveniente dal sistema molto elevata, che rende pertanto assolutamente conveniente il recupero stesso di questa energia termica che altrimenti andrebbe dissipata e persa. I fumi esausti sono infatti a temperature molto elevate, che a seconda del tipo di motore e combustibile impiegato possono essere comprese indicativamente tra 550 e 650° C.

Per questa applicazione vengono utilizzati scambiatori a fascio tubiero a tubi dritti e scovolabili, onde consentire la pulizia del tubo stesso data la presenza di pulviscolo e particelle da combustione nei fumi. Il materiale di costruzione è in genere acciaio inox, soprattutto per le due testate e per i tubi che lavorano a diretto contatto con i fumi. I fumi di combustione da gasolio, biogas o metano possono infatti contenere degli elementi acidi che vanno a intaccare e corrodere i materiali dello scambiatore, soprattutto alle alte temperature a cui lavorano.

scambiatore fascio tubiero cogenerazione

Le temperature elevate in gioco in applicazioni di recupero di calore nella cogenerazione richiedono quindi alcuni accorgimenti nella costruzione: onde scongiurare gli effetti dovuti alle dilatazioni termiche dei materiali, quali perdite ad esempio, tutti i tubi devono essere saldati e mandrinati sulle testate, mentre sul mantello esterno, al cui interno viene fatta scorrere l’acqua destinata al recupero dell’energia termica, viene installato un compensatore di dilatazione.

testata scambiatore fascio tubiero cogenerazione

Troubleshooting nelle tenute meccaniche

Problemi alle tenute e come riconoscerli. Vari possono essere i problemi di usura delle tenute meccaniche impiegate in macchinari dotati di parti in movimento. Una prima causa è certamente da ricercare in problemi a carico della lubrificazione delle tenute stesse. Vediamo allora quali sono i principali segnali e le principali cause di una errata o insufficiente lubrificazione delle tenute meccaniche per una corretta risoluzione dei problemi.

Funzionamento a secco
Il funzionamento a secco si verifica quando non c’è liquido intorno alla tenuta meccanica. L’assenza di film lubrificante provoca l’attrito tra le facce della tenuta, per cui di conseguenza la temperatura sale drammaticamente. Il danno tipico causato dal funzionamento a secco è rappresentato da parti elastomeriche bruciate. Il danno si verifica quando l’O-ring è in contatto con l’anello di tenuta surriscaldato.

tenute meccaniche funzionamento a secco

Scarsa lubrificazione
Una scarsa lubrificazione può verificarsi quando la viscosità del fluido pompato è molto bassa, oppure se la temperatura a pressione atmosferica è superiore al punto di ebollizione, o ancora in presenza di aria all’interno del circuito. In questi casi, il calore di attrito che si concentra in piccole aree sulla faccia della tenuta può essere molto elevato. Il riscaldamento e il raffreddamento locali alternati delle superfici della tenuta meccanica possono causare piccole fessure radiali dovute allo shock termico.

tenute meccaniche risoluzione problemi

Assenza o scarsità di flusso
Si verifica quando la pompa sta funzionando con la valvola di mandata chiusa. Il calore generato dall’attrito nella tenuta dell’albero genera una temperatura elevata. L’aumento della temperatura può danneggiare le parti elastomeriche della tenuta meccanica. Inoltre, aumenta anche il rischio di funzionamento a secco sulla superficie di tenuta meccanica.

tenute meccaniche troubleshooting

Molte altre cause possono quindi generare problemi a carico delle tenute meccaniche, come una installazione errata, difetti nei componenti o una incauta scelta dei materiali. Dedicheremo almeno un altro prossimo post all’analisi in dettaglio e alla risoluzione di queste problematiche.

Corrugazione delle piastre H o L negli scambiatori di calore

Nuovo video nel nostro canale YouTube Tempco, oggi parliamo di tipologia di piastre H o L negli scambiatori di calore a piastre. Le piastre in questi scambiatori possono infatti essere di tipo H o L, sigle che stanno per alta e bassa efficienza (high theta or low theta angle). L’efficienza di scambio termico in uno scambiatore di calore a piastre è infatti funzione della turbolenza indotta nel flusso dei fluidi, legata alla tipologia dell’angolo Chevron di corrugazione nel design della piastra.

Nelle piastre H l’angolo è ottuso, il che comporta che nella sovrapposizione delle piastre, ruotate di 180° tra loro, si ottiene un numero molto elevato di punti di contatto con di conseguenza un elevato coefficiente di scambio termico. Più elevate saranno però anche le perdite di carico.

Per questo esistono anche le piastre L, in cui l’angolo Chevron è molto più acuto. Questo si traduce in minori punti di contatto nella sovrapposizione delle piastre, minori perdite di carico ed efficienza di scambio termico inferiore.

Le piastre L sono pertanto indicate per applicazioni di trasferimento di calore con fluidi molto viscosi e dove non servono scambi termici particolarmente spinti.
Le piastre H sono invece impiegate per ottenere elevata efficienza di scambio termico laddove sono ammesse perdite di carico elevate, avendo quindi pressione della pompa di ricircolazione dei fluidi.

Come scegliere tra piastre H e piastre L? La scelta avviene al momento dell’inserimento dei valori di progettazione nel software di calcolo dello scambiatore, con valori quali massime perdite di carico ammissibili, tipologia dei fluidi e loro temperature in ingresso e in uscita. Il software indica quindi la tipologia di piastre, spesso anche suggerendo il mix ideale tra piastre H e piastre L per ottenere il compromesso tra efficienza termica e perdite di carico più adatto alla specifica applicazione.

 

Funzionamento di uno scambiatore a piastre, Tempco VIDEO

Con questo 2019 vogliamo inaugurare un anno di novità, a partire con dei video tutorial di Tempco in cui cercherò di spiegare in maniera semplice alcuni principi di funzionamento di macchinari per gestione dell’energia termica, come gli scambiatori di calore o le pompe di calore. Come si suol dire, ci ho voluto mettere la faccia, infatti quello che vedrete in video sono io, Valter Biolchi, titolare di Tempco e di questo stesso blog.

Il primo video ho voluto dedicarlo agli scambiatori di calore a piastre, che da sempre ritengo una delle soluzioni più flessibili e ad elevata efficienza di scambio termico disponibili. Come spiego nel video, infatti, gli scambiatori a piastre offrono coefficienti di scambio termico molto più elevati rispetto agli scambiatori a fascio tubiero. Ciò è dovuto al fatto che i fluidi all’interno dello scambiatore si muovono con moto turbolento anche quando i fluidi stessi hanno velocità molto basse.

Questo moto turbolento è ottenuto grazie al design a spina di pesce delle piastre, che vengono quindi accoppiate ruotate di 180° tra loro, creando una serie di canali della larghezza di circa 2,5 – 3 mm, a seconda del tipo di scambiatore, che costringono il fluido a un moto tra le piastre non lineare, ma continuamente spezzato.

scambiatori a piastre corrugate moto fluidi

Un altro vantaggio offerto quindi dagli scambiatori di calore a piastre sono gli ingombri molto compatti ottenibili con questa tipologia di soluzioni, e soprattutto come spiego nel video la possibilità di avere l’incrocio delle temperature tra fluido caldo e fluido freddo.

Data center cooling, l’avanzata delle soluzioni a liquido

Iniziamo questo nuovo anno all’insegna della continuità nel cambiamento… torniamo infatti a parlare di raffreddamento nei data center, ultimo argomento con cui vi abbiamo salutato nel 2018. E dandovi il benvenuto in questo 2019, lo facciamo freschi di un nuovo logo per Tempco, un rinnovamento cui dedicheremo un prossimo post.

data center cooling

Tornando al raffreddamento nei data center, ci siamo imbattuti in un interessante articolo online che spiega come la corsa al potenziamento dei rack nei data center stia mettendo in crisi i tradizionali sistemi di raffreddamento ad aria, in favore del raffreddamento a liquido, argomento che avevamo già affrontato anche nei mesi scorsi. Secondo uno studio di Gartner riportato, il raffreddamento ad aria non è più in grado, nemmeno con i sistemi più grandi, di assicurare la dissipazione del calore nei data center dove il consumo elettrico sale dai 16 ai 20 kilowatt per rack. L’incremento di densità interessa inoltre tutti i data center a livello globale, e sempre secondo Gartner il raffreddamento a liquido dei data center cresce a un tasso del 25%.

La migliore efficienza di raffreddamento nei sistemi a liquido è dovuta al semplice fatto che i liquidi conducono il calore meglio dell’aria, con un’efficienza tra le 50 e le 1.000 volte superiore. Diverse sono le opzioni possibili di raffreddamento a liquido, dall’acqua a speciali fluidi non conduttivi, fino ai nanofluidi, speciali fluidi termovettori su cui lavorano diversi team di ricerca e che grazie all’aggiunta di nanoparticelle metalliche nei comuni fluidi operativi ne incrementano la conducibilità e la capacità di scambio termico.

raffreddamento a liquido data center

Nel raffreddamento a liquido di data center gli scambiatori di calore possono essere posizionati nella parte posteriore dei rack o a diretto contatto con i componenti hardware grazie all’impiego di fluidi non conduttivi. Altro fronte decisamente interessante che sta prendendo piede è il ricorso all’immersione dei rack direttamente in fluidi dielettrici, o addirittura la creazione di data center sottomarini, come quello Microsoft nel progetto Natick, cui pure fa riferimento l’articolo, o del data center Green Mountain già citato anche nel nostro blog Tempco.

Il trend pone nuove sfide agli staff IT, generalmente spaventanti dalla presenza di acqua quando si parla di server, per la paura di possibili perdite. L’aumento di potenza di calcolo e di calore prodotto dai data center impone d’altra parte il ricorso a nuove soluzioni ad acqua e a liquido, che oggi vengono sviluppate con attenzione dal punto di vista della sicurezza dell’elettronica. Serve pertanto un cambio culturale da parte degli amministratori IT, con percorsi di formazione che li preparino al cambiamento tecnologico in corso nel raffreddamento delle infrastrutture IT.

Calorosi Auguri di Buone Feste da Tempco

Anche quest’anno vogliamo farvi i nostri più calorosi Auguri di Buon Natale e per un Sereno ed emozionante Nuovo 2019, da tutto il team di Tempco!

Al nuovo Anno, e a tutte le nuove, stimolanti applicazioni in gestione energia termica che ci attendono, e alle novità che stiamo preparando e che vi sveleremo a breve… Ma intanto, Auguri a Tutti!

 

Tempco - Best wishes

 

 

 

TCOIL e free cooling nei data center contro il riscaldamento globale

Il raffreddamento dei data center viene solitamente garantito da gruppi frigoriferi ad espansione diretta. Questi sistemi oltre ad essere alquanto energivori fanno uso di refrigeranti fonti di gas serra, sempre più osteggiati dalle normative ambientali. La crescita della potenza computazionale correlata alla diffusione globale di intelligenza artificiale, big data analytics, cloud computing, machine learning e blockchain rende quindi il problema dell’impatto ambientale dei data center sul global warming un’emergenza da affrontare subito.

Se da una parte l’incremento delle temperature a cui i computer possono operare riduce la necessità di raffreddamento meccanico dei data center, dall’altra le normative spingono a una drastica riduzione dell’impiego di refrigeranti, responsabili di emissioni inquinanti.

Data center cooling green

 

I data center fanno impiego di diversi refrigeranti HFC (idrofluorocarburi), tra cui i più comuni sono l’R134a (usato negli impianti di grandi dimensioni) e l’R410A (utilizzato nei siti di piccola e media grandezza). Il controllo della loro disponibilità a livello normativo sta portando ad un aumento dei loro prezzi. Ciò impone agli operatori di data center di ricorrere a nuove tecnologie e strategie di raffreddamento Green dei data center.

Tra queste vi è il raffreddamento a immersione con scambiatori TCOIL per il raffreddamento a liquido dei server. Magari sfruttando anche la presenza di acqua a bassa temperatura disponibile nell’ambiente (ad esempio acqua di fiordo come nell’installazione Green Mountain in Norvegia). L’eliminazione dei refrigeratori, oltre a eliminare il ricorso a gas fluorurati refrigeranti, in questo caso potrebbe anche consentire ai data center di operare a basso consumo energetico.

 

Data center cooling free

 

 

Un’altra strategia Green di raffreddamento dei data center è quindi rappresentata dal free cooling, che come per gli scambiatori a immersione spicca sia per efficienza di raffreddamento che per sostenibilità. Il free cooling, che laddove possibile sfrutta le basse temperature ambientali esterne, rappresenta un’ottimale opzione di raffreddamento in combinazione a sistemi ad acqua refrigerata (CW). La possibilità di potenziamento adiabatico, che estende l’efficienza di dissipazione del sistema in free cooling, amplia infine le aree geografiche in cui è possibile fare ricorso a questa soluzione Green di raffreddamento.

Termoregolazione elettrica evoluta per il farmaceutico

Gli oltre 15 anni di esperienza di Tempco nelle applicazioni di termoregolazione nel settore farmaceutico portano oggi a un ulteriore perfezionamento nella progettazione delle nostre centraline di termoregolazione TREG.

termoregolazione pharma TREG

Le nuove centraline di riscaldamento elettriche specifiche per applicazioni in ambito Chemical, industriale e pharma rispondono alla necessità di questi settori di regolare la temperatura nei propri processi produttivi, con precisioni sempre superiori e programmabili.

Le applicazioni del settore farmaceutico richiedono inoltre un controllo costante di tutte le fasi di processo, il che include necessariamente il continuo monitoraggio di temperature e tempi dei cicli di riscaldamento/raffreddamento/mantenimento della temperatura garantiti dalla centralina.

termoregolazione settore farmaceutico TREG

Il tutto deve essere assicurato con apparecchiature non invasive, semplici e di facile installazione e messa in servizio. La proposta di Tempco si articola sotto il profilo costruttivo per offrire una completa varietà di potenze termiche, con diversi livelli di controllo della temperatura.

termoregolazione pharma Tempco TREGA livello costruttivo le scelte effettuate a suo tempo sono ora uno standard richiesto e molto apprezzato:

  • resistenze corazzate inox
  • tubazioni interne inox
  • scambiatori a piastre inox
  • connessioni flangiate
  • connessioni al processo ed alle utilities verso l’alto, in modo da poterle installare liberamente
  • quadro elettrico in cassa stagna con termoregolatore interfacciabile e set point remotabile
  • esecuzione ALL-IN carenata, per la massima pulizia di installazione senza ‘ancillares’ esterni

Norbornardiene, fluido termico per stoccaggio solare

Arriva dalla Svezia un nuovo fluido termico per lo stoccaggio energetico, chiamato Norbornadiene. La promettente novità giunge dalle ricerche condotte presso la Chalmers University of Technology di Göteborg, in Svezia, e riguardano un innovativo carburante solare termico composto in prevalenza da carbonio, azoto e idrogeno.

Il liquido termico Norbornadiene è infatti in grado di assorbire energia solare, e di conservarla per circa venti anni a basso costo e senza scaricarsi, al contrario di quanto avviene con le comuni batterie. A richiesta, l’energia accumulata viene quindi rilasciata in forma di calore facendo passare il fluido attraverso un catalizzatore.

Norbornadiene stoccaggio solare termico

A contatto con la radiazione solare, le molecole di Norbornadiene vengono eccitate passando a un livello energetico superiore (quadricyclane), dalla struttura molto stabile che è in grado di trattenere a lungo l’energia assorbita.

Passando attraverso un catalizzatore, le molecole del fluido tornano allo stato iniziale rilasciando l’energia accumulata sotto forma di calore. Inserendo nel circuito uno scambiatore di calore tra il liquido e normale acqua è quindi possibile trasferire questo calore, riscaldando l’acqua a circa 65° C che può essere impiegata per riscaldamento domestico e ad uso sanitario.

stoccaggio solare termico norbornadiene

I ricercatori sono attualmente al lavoro per sviluppare e ottimizzare il processo, e prevedono di abbassare i costi dei materiali impiegati a del processo, per portare la tecnologia di accumulo solare termico a base di Norbornadiene sul mercato entro 8-10 anni.