Selezionare la dimensione dei passaggi negli scambiatori a piastre

Torniamo a parlare di scambiatori di calore a piastre, in particolare del diametro dei passaggi idraulici all’interno degli scambiatori. Si tratta infatti di un’informazione che ci viene spesso richiesta, soprattutto quando si parla di scambi termici con fluidi che possono essere sporchi o con particelle in sospensione.

Per ottenere un incremento della turbolenza dei fluidi, anche lavorando con portate basse, la tendenza attuale è di ridurre il diametro dei canali di passaggio del fluido, onde ottenere un reticolo più fitto con molteplici incroci e angolazioni. Il motivo di ciò sta nell’aumentare il coefficiente di scambio, per ridurre la superficie di scambio termico necessaria per un certo carico termico e quindi produrre scambiatori più piccoli ed efficienti, a costi più contenuti e più competitivi.

Vi sono ovviamente dei limiti, in quanto se si lavora con acque reflue sporche, un canale troppo piccolo rischia di intasarsi molto rapidamente. Cosa che ci capita molto spesso, lavorando in ambito industriale dove si ha a che fare molto di frequente con acque non molto pulite, magari in circuito aperto, o comunque in circuiti chiusi ma inquinati dai processi asserviti.

Gli scambiatori saldobrasati hanno per esempio un diametro dei passaggi di circa 2 mm, che è molto piccolo. I saldobrasati sono però concepiti come scambiatori privi di manutenzione, ad eccezione di lavaggi chimici che possono essere eseguiti solo se lo scambiatore non è completamente ostruito.

Gli scambiatori di tipo ispezionabile hanno invece una varietà di sezioni dei canali di passaggio, anche in funzione del design termico dato in fase di progettazione. Per esempio, nella gamma dei nostri scambiatori a piastre la sezione media parte da 2,5 mm e va fino ai 4 mm, per applicazioni con fluidi molto sporchi o che richiedono perdite di carico molto contenute. E’ anche vero però che le perdite di carico possono essere pilotate tramite la scelta dell’angolo di Chevron delle piastre, e che avere un canale di passaggio più ampio allarga il range applicativo degli scambiatori.

Vi è poi una tipologia speciale di scambiatori a piastre, i cosiddetti scambiatori free-flow, che non presentano punti di contatto e hanno canali molto larghi. Questi scambiatori vengono applicati in particolari contesti produttivi, come quello dell’industria della carta o nella produzione alimentare di succhi di frutta con particelle di polpa in sospensione, che intaserebbero un normale scambiatore in pochissimo tempo.

Gli scambiatori free-flow hanno canali di passaggio molto larghi, che possono essere di 6 mm o anche 12 mm. Questi scambiatori non esistono in tutti i formati possibili con questo tipo di piastra e di corrugazione, e non avendo punti di contatto offrono una resistenza più bassa alle pressioni differenziali rispetto ai normali scambiatori. Le piastre devono inoltre essere realizzate con spessori maggiori, il che ne aumenta il costo.

Come si seleziona quindi il tipo di passaggio in uno scambiatore? La scelta avviene naturalmente a seconda del tipo di applicazione, in base a cui verranno scelti il tipo di piastra, la sezione del canale di passaggio e la profondità di stampaggio.

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Scambiatori saldobrasati con recupero di calore nella distillazione

Le immagini che vedete sono di scambiatori saldobrasati particolari che abbiamo realizzato per una applicazione chimica nel processo di distillazione. Gli scambiatori vengono impiegati per la regolazione delle temperature nelle diverse fasi del processo, tra cui:

  •  recupero testa/coda sulle colonne di distillazione
  • condensazione in testa colonna di distillazione
  • raffreddamento di fondo del distillato
  • reboiler (ribollitore) di fondo colonna
  • pre-riscaldatore di alimentazione colonna

Tempco scambiatori distillazione

Si tratta di applicazioni tipiche negli impianti chimici di distillazione/concentrazione. In questo caso è stata scelta questa soluzione per ragioni di compattezza dimensionale e di efficienza in termini di scambio energetico, spingendo le varie fasi di processo in modo da poter limitare i consumi di energia.
In funzione delle portate in gioco, gli scambiatori vengono installati in più corpi in parallelo. I saldobrasati utilizzati sono scambiatori della serie TCB3100 e TCB4100 con connessioni dn100 e dn80, flangiate, che consentono di gestire portate di fluido di processo molto elevate.

Tempco saldobrasati distillazione

Nella fase di recupero testa/coda sulle colonne di distillazione abbiamo in particolare inserito un vero e proprio recupero energetico, effettuando in pratica uno scambio di calore tra il prodotto finale e il prodotto in ingresso alla colonna di distillazione. In tal modo è possibile sfruttare le temperature del prodotto in uscita per pre-riscaldare il prodotto in entrata, ottimizzando ulteriormente l’efficienza del processo.

Tempco saldobrasati connessioni

 

A completamento del ciclo abbiamo fornito anche due piccoli cooler a piastre sella serie TCB H per alta temperatura, che gestiscono un ciclo di raffreddamento con un salto termico fra primario e secondario di oltre 160°C.

Tempco connessioni saldobrasati

 

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Torri evaporative alle prese con il freddo

Le torri evaporative sono macchinari impiegati per raffreddare l’acqua nei processi industriali che vengono installate all’esterno. In molti casi abbiamo realizzato applicazioni in regioni in cui le condizioni climatiche sono estreme, con grande escursione termica e quindi estati calde e inverni molto rigidi. Parliamo di applicazioni ad esempio in acciaierie, dove in inverno le temperature vanno molto al di sotto dello 0°, parliamo di temperature di -20°C, -30° C e -40° C. Essendo asservite a processi industriali, le torri di raffreddamento devono garantire il massimo delle prestazioni in ogni condizione. Per questo vengono progettate e realizzate per lavorare nella peggiore delle condizioni, che essendo deputate a produrre acqua fredda è rappresentata dal caldo estivo.

Per garantire il funzionamento anche durante la stagione invernale, il problema è legato alla discesa della temperatura a livelli estremamente bassi. In questi casi si impiegano alcuni accorgimenti, primo fra tutti il ricorso a resistenze anti gelo, che provvedono a mantenere l’acqua nella vasca a una temperatura minima evitando che questa congeli in caso di fermata della torre.

Infatti, fino a che l’impianto e la torre sono in funzione, l’acqua arriva continuamente dal processo a una temperatura di 30-40° C, ed essendo in circolazione difficilmente l’acqua congelerà nella vasca. Potrebbe però accadere che occorre fermare il processo, oppure si debba arrestare la torre per interventi di manutenzione, o ancora per un periodo di vacanza. In questi casi l’acqua potrebbe congelare nella vasca.

 

Con vasche di dimensioni molto elevate le resistenze anti gelo non sono più sufficienti. Vengono allora spesso inseriti dei tubi di vapore tramite una tecnica chiamata in gergo ‘barbotage’, che scarica in vasca del vapore esausto proveniente da lavorazioni secondarie. Altri accorgimenti riguardano la circolazione dell’acqua in torre: a mano a mano che la temperatura scende si potranno fermare i ventilatori, in quanto avremo necessità di una efficienza di scambio termico inferiore. Si possono pertanto o fermare i ventilatori, oppure in caso di ventilatori EC a controllo elettronico dotati di inverter, andare a diminuire la velocità fino al totale arresto quando il cosiddetto ‘effetto camino’ naturale della torre sarà sufficiente a raffreddare l’acqua.

Più la temperatura scende e più questo effetto camino diviene eccessivo, anche per i carichi termici a valle della torre. Lo step successivo è quindi non far più passare l’acqua in torre ma bypassarla direttamente in vasca, per evitare che l’acqua ghiacci all’interno dei pacchi di riempimento, andando a tappare completamente la torre. Oltre ad appesantirli, con il grave rischio che collassino all’interno della torre stessa.

Nel caso le temperature siano rigide per parecchio tempo si possono quindi mettere delle paratie per chiudere gli ingressi dell’aria, limitando ulteriormente l’ingresso dell’aria nella torre che potrebbe andare a congelare l’acqua che passa o percola dai pacchi di riempimento.

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Termoregolazione per testing di componentistica automotive

Quelle nelle immagini che vedete sono centraline di termoregolazione che abbiamo realizzato per un fornitore di componenti automotive, attivo anche nell’ambito elettrificazione e powertrain elettrico.

Il cliente ha in particolare richiesto centraline per applicazione in camere di prova di diversi sistemi accessori per automotive. Le unità servono in pratica a testare componentistica auto come pompe per idroguida, sistemi accessori per condizionamento e sensoristica varia.

Tempco test componenti automotive

Centraline termoregolazione test bench automotive
Le unità di termoregolazione per i banchi prova consentono attività di test dei componenti in un ampio range di temperatura che varia da -30° C a +130° C.

 

termoregolazione banco prova automotive

 

unità termoregolazione banco prova automotive

 

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Cascami termici per generare freddo

I chiller ad assorbimento sono macchine termiche che consentono di ottenere freddo dal caldo.
Solitamente si tratta di una tipologia di gruppi frigoriferi di grossa potenza, impiegati in impianti di condizionamento o impianti industriali con carichi termici importanti, e soprattutto molto costanti. Questo perché si tratta di macchine con un ciclo termico piuttosto delicato. Vengono utilizzati soprattutto in ambito HVAC, quindi nel condizionamento sia civile che industriale.

Esistono però anche macchine con potenze molto più contenute che consentono di lavorare sia per applicazioni di condizionamento che per applicazioni di processo nell’industria, potendo raggiungere temperature fino a -10° C.

Sono macchine prodotte da Robur, azienda italiana che diversi anni fa acquisì il brevetto da una compagnia americana. Si tratta sostanzialmente di gruppi frigoriferi ad assorbimento di piccola taglia. In versione standard queste macchine prevedono un bruciatore a fiamma diretta che provvede a fornire il calore necessario a innescare il ciclo termico, e quindi produrre il freddo.

Un’idea molto interessante che mi ha affascinato è quella di sfruttare dei cascami termici provenienti da lavorazioni industriali per attivare lo stesso ciclo. L’azienda ha in pratica modificato la macchina per realizzare all’interno una sorta di scambiatore di calore, che consente di utilizzare cascami termici derivati da produzione, da vapore esausto, da olio diatermico a fine lavorazione, con pertanto un notevole risparmio energetico.

Interessante è infatti qui applicare il recupero di calore per produrre freddo, sfruttando energia che altrimenti andrebbe persa e dissipata.
L’unico limite che vedo in questa applicazione è che servono cascami termici a temperature piuttosto elevate, tra i 190° C e i 220° C.
Non è facile trovare calore di scarto a questa temperatura, ma laddove fosse disponibile la soluzione è sicuramente estremamente interessante nonché intrigante.

Penso naturalmente ad applicazioni dove si abbia una continua generazione di calore a perdere, per consentire una continua generazione di freddo. Soluzione che potrebbe quindi risultare molto interessante in tantissime applicazioni industriali, come ad esempio legata ai fumi di scarico da cogenerazione o anche applicazioni legate a fumi da acciaierie e lavorazione del metallo, dove è disponibile parecchia energia di alta qualità, ovvero ad alta temperatura.

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Termoregolazione speciale nella raffinazione chimica

Le immagini che vedete sono relative a centraline di termoregolazione per i reattori di un nuovo impianto di concentrazione e raffinazione di un cliente che opera in ambito industriale chimico.

refining chemical industry

Tempco termoregolazione industria chimica

Le unità provvedono alla termoregolazione fine nei processi di produzione, con la particolarità di lavorare a 150°C con acqua pressurizzata. L’applicazione comporta pertanto condizioni veramente impegnative e stressanti a carico dei vari componenti delle centraline.

A dimostrazione di quanto sfidante sia l’applicazione, queste centraline di termoregolazione speciali sono difatti il risultato di circa sei anni di ricerca e sviluppo di Tempco svolta sui materiali e sui componenti con tutta una serie di test e sperimentazioni.

Tempco refining thermoregulation

Tempco termoregolazione chimica

 

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Condition monitoring in IoT nelle utilities di termoregolazione

Gestione dell’energia e risparmio energetico nel controllo della temperatura nell’industria di processo. Non è certo un discorso nuovo, ma della massima importanza nel settore in cui opera Tempco, che è quello che io chiamo Energia di secondo livello. Con ciò intendo che non ci occupiamo della produzione di energia, quanto di come viene convertita e utilizzata l’energia nei processi industriali, e quindi come viene trasmesso il calore nei processi termici.

Nell’ambito delle nostre attività, volte alla regolazione della temperatura nell’industria di processo, l’energia viene impiegata per l’azionamento dei motori delle pompe, dei compressori frigoriferi, dei motori dei ventilatori, delle resistenze di riscaldamento nel caso di centraline di riscaldamento per olio diatermico o acqua pressurizzata.

Da tempo che pensavo a soluzioni che consentissero il controllo puntuale dell’energia e dell’efficienza delle apparecchiature. Ecco allora che ultimamente si parla moltissimo di Industria 4.0 e IoT, e in Tempco da oltre un anno anche per le nostre macchine stiamo proponendo la soluzione iTempco, che abilita il controllo e il monitoraggio da remoto in tempo reale delle apparecchiature installate presso i nostri clienti.

Devo dire che il sistema non trova facilmente successo, o meglio: se ne parla moltissimo, ma poi l’applicazione viene fatta solo in qualche caso. Questo è dovuto al fatto che le nostre soluzioni sono delle utilities volte al controllo della temperatura, e quindi non connesse direttamente al core dell’impianto che è la linea di produzione vera e propria. Pertanto capita spesso che i nostri clienti non abbiamo interesse a monitorare una utility, quanto magari invece di controllare l’efficienza dell’impianto produttivo stesso. Il rendimento di una utility volta al controllo della temperatura resta in secondo piano.

Eppure dal nostro punto di vista anche le apparecchiature per la regolazione della temperatura consumano energia, e pertanto hanno un impatto sul costo finale del prodotto stesso. Pertanto è utile poter monitorare anche il funzionamento e l’efficienza delle macchine termiche.

Il monitoraggio viene effettuato tramite interfacce che oggi si trovano abbastanza comunemente, che provvedono a interpretare i segnali delle centraline, a trasmetterli in rete e a salvarli sul cloud.

 

Obiettivo primario solitamente è controllare i livelli di temperatura, di pressione e di flusso della macchina, per verificare in tal modo l’efficienza dell’apparecchiatura. E’ così possibile monitorare l’impiego delle centraline, e attuare azioni di manutenzione predittiva o preventiva delle unità. O anche, più semplicemente, quando un cliente chiama per segnalare un problema, essere già in grado di vedere cosa non va nella macchina per intervenire a colpo sicuro, o anche solo indicare al cliente cosa fare per rimettere in efficienza la centralina.

Ciò che solitamente implementiamo è il monitoraggio dei consumi elettrici. Quello che ci interessa è infatti poter monitorare i livelli di consumo energetico della centralina di termoregolazione, così come i picchi di assorbimento di energia, relativamente alle diverse fasi del processo produttivo, ma anche rispetto alle diverse condizioni stagionali durante l’anno. Tante volte abbiamo parlato infatti di come il rendimento di soluzioni come Torri evaporative e Free cooler sia variabile in rapporto alle diverse stagioni.

In tal modo è possibile avere un chiaro prospetto dei consumi della centralina, che si rivela molto utile non solo per ottimizzare il progetto della macchina e calcolare correttamente la potenza da installare presso il cliente, risparmiando già sull’investimento iniziale e tanto più durante il funzionamento della centralina. Ma anche per valutare se valga o meno la pena di implementare inverter, tristori o sistemi di modulazione della potenza.

 

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Tempco entra in Russia con la Certificazione EAC

Quella che vedete in foto è la nostra prima centralina di termoregolazione TREG HCST con Certificazione EAC pronta per installazione in un impianto pharma in Russia. Nel corso dei mesi passati abbiamo infatti avviato nuovi investimenti per cogliere le interessanti opportunità che vediamo aprirsi sul mercato russo.

Tempco termoregolazione EAC

 

Abbiamo avviato a marzo le procedure per conseguire la certificazione EAC delle centraline TREG Tempco e dei relativi accessori, per esportare e installare le nostre soluzioni in Russia e nei Paesi UEE (Unione Economica Eurasiatica). La certificazione EAC è quindi stata conseguita tra fine aprile e gli inizi di maggio, in pieno lockdown…

 

Tempco centraline TREG EAC

 

Tempco TREG EAC

 

Stiamo ora proseguendo nell’investimento per questi mercati, per ottenere la certificazione EAC anche sugli scambiatori di calore e per sviluppare la versione in Russo del nostro sito Tempco, già online da qualche giorno.

Tempco sito russo

Tempco Certificazione EAC

 

Accorgimenti anti-legionella nelle torri evaporative

Torniamo a parlare di torri evaporative sotto un profilo green e ambientale, legato alla pulizia dell’acqua e al problema della legionella.
Il problema legionella associato alle torri di raffreddamento è già stato ampiamente trattato e in modo molto chiaro, ma torna di attualità in questo periodo così particolare che stiamo vivendo, in cui tutti siamo esposti al rischio di agenti patogeni come il coronavirus.

Oggi tutte le torri evaporative in commercio sono dotate di tutte le caratteristiche volte a renderle diciamo così legionella-free, ovvero sono dotate di vasche auto-drenanti e non presentano punti di ristagno dell’acqua, che può portare all’accumulo di cariche batteriche pericolose. Le torri evaporative sono quindi oggigiorno equipaggiate con sistemi di dosaggio di additivi chimici, che servono per eliminare i batteri e le alghe, come anche a mantenere in sospensione i carbonati di calcio e sali nell’acqua che altrimenti possono provocare incrostazioni e intasare la torre, mantenendo quindi l’acqua pulita.

Tutte le torri che oggi si trovano sul mercato, o che siano state installate nell’arco degli ultimi cinque anni, sono quindi dotate di tutti gli equipaggiamenti che le rendono conformi alle normative anti-legionella. Nel caso doveste avere all’interno del vostro impianto una torre di raffreddamento più vecchia di cinque anni, potete sempre rivolgervi a tecnici specializzati, come possiamo essere anche noi del service Tempco, oppure anche al vostro responsabile dei trattamenti chimici dell’acqua dell’impianto che di certo è al corrente delle misure per affrontare la questione.

Rigenerazione scambiatori per produzione API anti covid-19

Vedete qui sotto le immagini di un secondo intervento sugli scambiatori a piastre di un nostro cliente nel settore farmaceutico, che li impiega su una linea di produzione API per la cura del Covid-19.

Abbiamo ricevuto la chiamata il venerdì prima di Pasqua, e lo scambiatore rigenerato è stato pronto alla consegna il venerdì successivo. Lo scambiatore è composto da 85 piastre in titanio, poiché il cliente utilizza una soluzione antigelo aggressiva per l’acciaio inox AISI 316, potendo provocare pitting su usata con questo materiale.

scambiatori a piastre API covid-19

 

scambiatori API covid-19

 

L’intervento inizia con un preliminare controllo visivo dello scambiatore, per procedere poi allo smontaggio completo, e quindi alla rigenerazione vera e propria. Questa comporta:

  1.  Pulizia piastre con lancia ad alta pressione;
  2.  Rimozione della vecchia guarnizione senza utilizzo di attrezzi metallici;
  3. Pulizia piastre in appropriato bagno chimico, risciacquo e asciugatura;
  4.  Pulizia della sede delle guarnizioni da residui di gomma e/o colla;
  5. Controllo visivo delle piastre e controllo geometria di stampaggio e ripristino se necessario;
  6. Controllo sul 100% delle piastre con liquidi penetranti (controlli CND);
  7. Lavaggio per rimozione dei liquidi penetranti dalle piastre e asciugatura;
  8. Fornitura e applicazione della nuova guarnizione;

In questo caso trattandosi di titanio, il controllo con liquidi penetranti deve essere molto scrupoloso, in quanto il titanio è un materiale molto resistente alla corrosione e all’aggressione da cloruri, ma è al contempo più fragile dell’acciaio.

 

revamping scambiatori API covid-19

 

scambiatori piastre titanio API covid-19Al termine di queste operazioni, lo scambiatore è stato chiuso avendo cura di rispettare la quota di serraggio. Si è quindi effettuato il collaudo in pressione dei due circuiti separatamente, e applicata la targa dati aggiornata con la data di avvenuta rigenerazione ed un serial number che permette nel futuro la reperibilità dei ricambi inseriti (guarnizioni/liner dei bocchelli). Alla fine, lo scambiatore è stato pronto per essere reinstallato.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

rigenerazione scambiatori piastre API covid-19

 

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