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Infografica dal calore al valore, recupero energetico nell’industria

La nuova infografica Tempco, pubblicata sul finire del 2021 e con cui abbiamo piacere di aprire il nuovo anno, è relativa al mercato del recupero energetico, ambito che consente di massimizzare il valore insito nel calore, ovvero l’energia termica quale preziosa risorsa largamente presente nell’industria; e qui Tempco gioca decisamente in casa.

Dopo aver dato uno sguardo con le precedenti Infografiche ai trend nei settori dell’automazione e del potenziamento intelligente dell’industria e al settore delle energie rinnovabili, le applicazioni di recupero di calore nell’ambito dei processi produttivi sono infatti l’attività distintiva dei progetti che vengono sviluppati in Tempco.

La tecnologia principale considerata nel recupero di calore sono gli scambiatori di calore, macchinari che sfruttando il principio dello scambio termico tra due fluidi che presentato un gap di temperatura tra loro consentono di riutilizzare l’energia termica, disponibile in grandi quantità in molte tipologie di processi produttivi e che è possibile reimpiegare come energia di secondo livello in altri punti del processo. Senza richiedere ulteriore dispendio energetico, contribuendo pertanto in maniera incisiva sul bilancio energetico, implementando logiche di efficienza e risparmio energetico, con riduzione delle emissioni e dell’impatto ambientale dei processi produttivi industriali.

Uno sguardo viene dedicato anche a dry cooling e cogenerazione, soluzioni per un uso intelligente e più efficiente dei combustibili, riducendo lo spreco energetico e sfruttando al meglio le risorse disponibili per assolvere compiti di riscaldamento e raffreddamento presenti in ogni tipologia di industria, dal settore oil & gas e metallurgico, alla produzione alimentare e fino alla lavorazione della plastica e al settore chimico e farmaceutico. Per tutti questi settori, le parole chiave nella visione di Tempco sono efficienza e recupero energetico.

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Solid wishes da Tempco!

Centraline d’Auguri da Tempco!

Quest’anno abbiamo voluto pensare a qualcosa di speciale per augurarvi delle Buone festività e farvi i nostri migliori auguri per il Nuovo Anno, che porti serenità, salute, nuovi stimoli e soddisfazioni.

Auguri, da tutto il Team Tempco! #solidtemperature

 

Relè SCR per efficienza e risparmio energetico nel riscaldamento elettrico

Continuiamo a parlare di energia, rinnovabili e risparmio energetico. Abbiamo già parlato di come il tema del risparmio energetico si declina per i gruppi frigoriferi con gli inverter, e nel raffreddamento con dry cooler e torri evaporative.

Mentre l’uso di inverter è abbastanza maturo sul mercato del raffreddamento, ancora poco diffuso ma altrettanto interessante è l’applicazione di relè statici proporzionali modulanti in quello del riscaldamento. Si tratta di un tipo di applicazione che implementiamo nelle centraline di termoregolazione di Tempco. Per riscaldare un fluido, due sono le alternative possibili: o la classica caldaia che produce vapore, olio diatermico o acqua pressurizzata e quindi riscaldata, oppure utilizzare delle resistenze elettriche. Le fonti primarie di energia saranno quindi o carburanti fossili, come il gasolio, o gas naturale, nei bruciatori, oppure elettricità nel caso delle resistenze elettriche.

Esistono già da tempo bruciatori modulanti che vanno a modulare il consumo di combustibile in base al carico termico reale richiesto. Nel caso del riscaldamento elettrico, l’obiettivo diventa quello di modulare la potenza elettrica delle resistenze di riscaldamento. Ciò è possibile usando dei relè statici SCR (silicone controller rectifier) modulanti. In questo caso, utilizzando un sistema di termoregolazione PID, ossia con un controllo a banda proporzionale modulante, possiamo andare a chiedere alle resistenze di erogare solamente l’effettiva potenza richiesta per il carico termico necessario in ogni fase del processo coinvolto, per raggiungere il set-joint di temperatura o per mantenerlo.

Il risparmio energetico che si ottiene è estremamente interessante. Questo perché in genere quando si progettano queste macchine, esse vengono costruire per fornire la massima potenza di riscaldamento richiesta. Ad esempio: devo riscaldare una certa massa di prodotto all’interno di un reattore farmaceutico. Si calcola il carico termico necessario a passare da una temperatura di partenza a quella finale in un determinato lasso di tempo. Aggiungendo quindi qualcosa in quanto si deve anche riscaldare il reattore, oltre a dover considerare le possibili dispersioni. Una volta però che la temperatura di lavoro è stata raggiunta, la potenza richiesta diventa molto inferiore in quanto occorre solo mantenere il livello di temperatura già raggiunto. Certo, sarà necessario continuare a fornire un po’ di energia nel caso il mio prodotto subisca delle reazioni chimiche e necessiti di un apporto di energia, se vi sono delle dispersioni, oltre alla coibentazione che pure avrà dispersioni. Ma l’energia aggiuntiva da fornire sarà probabilmente solo 1/10, o un 1/3 o 1/5 di quella complessiva di progetto.

Per modulare questa energia in passato venivano fatte macchine a più stadi, ovvero dotate di diversi stadi di riscaldamento per cui si modulava la potenza delle resistenze mediante dei teleruttori o relè statici ON/OFF. Questi venivano attaccati e staccati dal regolatore PID in base alla richiesta di potenza.

Il tiristore, ovvero il relè statico SCR modulante, consente di adeguare la potenza fornendo quella effettiva che serve per mantenere il livello di temperatura all’interno della banda proporzionale, mantenendo il set-point. Si ottengono così due effetti: il primo è un notevole risparmio energetico. Il secondo, altrettanto importante, si ottiene una regolazione della temperatura estremamente fine e molto più accurata.

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Chiller a servizio dei banchi prova per motori EC

Come abbiamo già visto negli ultimi post, il tema del risparmio energetico e dell’efficienza è sempre più sentito sul mercato industriale, anche applicato ai sistemi di raffreddamento. Adeguare e controllare la potenza assorbita da impianti che impiegano gruppi frigoriferi e torri evaporative è ad esempio possibile grazie all’impiego di motori elettrici a controllo elettronico, che permettono un adattamento variabile della velocità di dispositivi quali i ventilatori in base alla reale richiesta del livello di raffreddamento necessario. Infatti, sebbene i gruppi di raffreddamento vengano dimensionati per fornire la massima capacità necessaria in un dato processo produttivo, non è detto che debbano sempre funzionare al pieno della loro potenza, ma vi saranno momenti e fasi del processo in cui è sufficiente una potenza di raffreddamento inferiore.

In tale ottica, il trend verso la ricerca di un consumo intelligente nei sistemi di raffreddamento porta quindi a una crescente richiesta di motori elettrici a controllo elettronico, anche detti motori EC. Questa tipologia di motori deve in particolare garantire la corretta definizione degli assorbimenti e delle potenze legati alle varie velocità di rotazione, nonché la possibilità di valutare gli effettivi risparmi energetici che è possibile conseguire. Realizzare motori EC comporta quindi test accurati nella loro fase di progettazione, oltreché di verifica delle loro prestazioni: a tal fine vengono impiegati speciali banchi prova che presentano un livello di sofisticazione superiore. Questi ultimi, a loro volta, necessitano di un controllo della temperatura e dei flussi di raffreddamento/termoregolazione estremamente accurati, per poter garantire la precisione del processo di test e verifica dei motori elettrici.

Tempco raffreddamento test bench motori EC

Il range di temperatura richiesto per questa tipologia di test può variare da 0° C a +90° C, e comporta due distinti circuiti. La prima parte, di più semplice realizzazione, è dedicata al raffreddamento dei freni, mentre il secondo circuito presenta un livello di sofisticazione maggiore, essendo relativo al raffreddamento/termoregolazione diretta dei motori, i quali vengono sottoposti a test e a notevoli stress termici.
Il banco prova per testing di motori elettrici è quindi asservito a monte da un chiller condensato ad aria. Il chiller fornisce acqua refrigerata a una centralina di termoregolazione, che provvede a rifornire l’impianto di acqua alla temperatura richiesta per le diverse fasi dei test. Una serie di banchi fornisce quindi acqua a portata e temperatura variabili destinata ai diversi componenti in prova. Infine, tutto il sistema di raffreddamento e termoregolazione è dotato di strumentazione con apposita interfaccia che consente il controllo e il monitoraggio da remoto dell’impianto.

Tempco raffreddamento banchi prova motori EC

Tempco termoregolazione banchi prova motori EC

Tempco raffreddamento banchi prova test motori EC

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Rinnovabili e energy saving con free cooler e torri evaporative

Parliamo ancora di energie rinnovabili e risparmio energetico in applicazioni relative alla energia di secondo livello, ossia l’energia termica. Dopo aver parlato dei gruppi frigoriferi, un altro ambito di importante e interessante declinazione del tema risparmio energetico è quello del free cooling e delle torri evaporative.

Questi sistemi vengono impiegati quando serve acqua raffreddata all’interno di un processo industriale con temperature al di sopra dei 30-35° C. Livelli di temperatura per cui è possibile evitare il ricordo a un sistema di refrigerazione, eliminando quindi già il consumo energetico legato ai compressori e le complicazioni del circuito frigorifero, dell’impiego di freon e così via.

Adottando quindi free cooler, o dry cooler, e torri di raffreddamento, il risparmio energetico può essere implementato utilizzando ventilatori con motori EC, ovvero a controllo elettronico, che impiegano inverter. In questi sistemi avviene infatti che una sonda rileva la temperatura dell’acqua, e in base al set point impostato si va a regolare la potenza necessaria per dissipare la giusta quantità di energia per il livello di raffreddamento richiesto.

In passato il costo di motori EC e inverter era ancora molto elevato per giustificarne l’investimento in queste tecnologie. Si era pertanto soliti fare ricorso a soluzioni alternative di risparmio energetico, con installazioni multi ventilatore che veniva azionati a gradini, parzializzando il numero di ventilatori funzionanti limitando il consumo energetico in base alla richiesta effettiva.

Oggi i costi dei motori a controllo elettrico consentono invece ritorni dell’investimento molto interessanti. La soluzione è infatti sempre più frequentemente adottata dai clienti, che la abbracciano con soddisfazione in quanto consente non solo di ottenere effettivi risparmi energetici, ma anche una riduzione dei costi di manutenzione. E’ infatti evidente che l’usura di un ventilatore che funziona a velocità ridotta per sei o nove mesi l’anno sarà molto minore di quella di un ventilatore che funziona al 100% della sua capacità.

La soluzione con motori EC e inverter è quindi molto matura oggi, e può essere ampiamente impiegata in applicazioni industriali ma anche di condizionamento, che devono lavorare per 365 giorni l’anno. Chiaramente se un impianto lavora solo in estate, il ritorno dell’investimento sarà probabilmente più lungo. Ma anche qui valutare l’opportunità può essere molto interessante, in quanto nelle ore notturne la temperatura scende, consentendo di rallentare la velocità dei ventilatori in quanto l’efficienza dello scambiatore è superiore e ci sarà pertanto minore necessità di aria.

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Energy saving con dry-cooler nel packaging farmaceutico

Per un importante cliente che produce contenitori in plastica per prodotti farmaceutici, per cui avevamo già sviluppato in passato delle soluzioni di termoregolazione ad hoc, abbiamo studiato un ulteriore percorso di upgrade per le macchine di stampaggio di materie plastiche.

Si tratta dunque di un intervento per implementare il risparmio energetico nella produzione di packaging per settore farmaceutico. Il cliente produce infatti flaconi e contenitori per il settore pharma e cosmetico, esigendo altissimi standard qualitativi nelle linee di produzione in quanto i flaconi devono avere caratteristiche di trasparenza e stabilità dei materiali molto elevate.

energy saving presse stampaggio pharma

Nello studio di un piano di energy saving da attuare per il tipo di produzione del cliente, la nostra attenzione è andata sulla temperatura di lavoro dell’olio idraulico, che deve essere mantenuta a circa 40° C. L’intervento realizzato prevede quindi l’eliminazione dei vecchi gruppi frigoriferi, macchine alquanto energivore, con dei più economici dry-cooler. Ciò ha comportato la sostituzione degli scambiatori a fascio tubiero che erano presenti sulle presse di stampaggio con altrettanti scambiatori a piastre saldobrasate. Questi consentono infatti un incrocio spinto delle temperature, permettendo di mantenere l’olio a una temperatura di 40/42° C impiegando soluzione di raffreddamento (acqua/antigelo) a 35/37° C.

Il test effettuato su una prima linea di macchine campione, effettuato durante la scorsa estate, ha dato esito positivo. Il cliente ha quindi ora messo a budget lo stesso tipo di intervento su tutta la linea di stampaggio.

Tempco scambiatori saldobrasati packaging pharma

 

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Risparmio energetico con inverter nei gruppi frigoriferi

Proseguendo sulla scia del tema delle rinnovabili e del risparmio energetico, dall’ultima infografica Tempco pubblicata un paio di settimane fa, vorrei parlare di energy saving declinandolo sui diversi tipi di macchine termiche. Cominciando con i gruppi frigoriferi.

Ricordo quando sul mercato si iniziò a pensare di utilizzare gli inverter per regolare la velocità dei compressori nei gruppi frigoriferi. Inverter che già da tempo si impiegano inverter per regolare la velocità dei motori elettrici, modulando la potenza assorbita in base alle stagioni. E’ infatti chiaro che durante la stagione estiva, con le temperature ambientali più alte, un gruppo frigorifero deve assorbire la sua massima potenza per generare i livelli di freddo richiesti. Mentre in inverno si ha minore necessità di potenza, per una serie di ragioni, come la miglior efficienza del sistema di condensazione e il fatto che l’acqua arriva dal processo produttivo già a livelli di temperatura più bassi.

Lo studio nel tempo di sistemi per implementare il risparmio energetico nei gruppi frigoriferi è stato quindi mirato a regolare la velocità dei ventilatori sui condensatori impiegando motori EC, a controllo elettronico, tramite inverter. Ciò consente di regolare la velocità dei ventilatori in base alla temperature ambiente.

Lo stesso tipo di regolazione si pensava di poterlo applicare ai compressori. Per spiegare il perché facciamo un esempio pratico: nel dimensionare un gruppo frigorifero per regolare la temperatura di reattori farmaceutici, l’impianto deve essere ingegnerizzato per fornire la massima potenza necessaria per svolgere quella funzione di raffreddamento. Vi sarà però anche una serie di situazioni intermedie in cui non serve che la capacità frigorifera di progetto sia sfruttata al massimo, ma magari solo al 50% o al 30.

In passato si facevano per questo impianti multi-compressore, con compressori a gradini, andando a far funzionare tutti i compressori, o uno su quattro, o due su quattro. Soluzione che consente di lavorare con un buon risparmio energetico cercando di modulare la potenza, chiaramente a gradini. Ovvero, con un impianto a quattro compressori, possiamo avere una potenza al 100%, al 75, al 50, al 25 o allo 0%.

Altro miglioramento era installare dei serbatoi volano per accumulare acqua refrigerata, smorzando i carichi, le punte e gli avvallamenti nel diagramma del lavoro termico da svolgere. Regolazione ottima, ma che può essere ancora migliorata.

Il miglioramento sta nell’inverter, che permette di modulare la velocità del compressore in modo da avere l’erogazione della corretta quantità di energia nell’esatto momento in cui mi serve. Che rappresenta la condizione davvero perfetta. Ricordo quindi che i primi tentativi di installare inverter sui compressori fallirono, in quanto si trattava di compressori volumetrici a pistone, che quando venivano alimentati dall’inverter si bloccavano.

Il problema è stato superato con l’avvento dei compressori scroll, che quindi consentono l’uso con inverter. Compiendo un enorme passo avanti nel risparmio energetico applicato ai gruppi frigoriferi. Vi sono poi altre opzioni per implementare ulteriormente il risparmio energetico, come ad esempio usare inverter sulle pompe, regolando quindi la pressione, ma ne parleremo prossimamente.

Regolazione temperatura per laminazione e scagliettatura in food e pharma

Due nuovi progetti per la regolazione della temperatura sono in via di sviluppo in Tempco per un importante Gruppo che realizza impianti destinati dalla lavorazione di prodotti farmaceutici e alimentari. Una prima parte dell’impianto è dedicata al raffreddamento dei nastri in acciaio inossidabile che provvedono al trasporto e laminazione dei prodotti, fino al processo di scagliettatura finale.

L’altra parte del progetto si occupa invece del riscaldamento del prodotto. Questo viene disteso sul nastro al fine di ottenere scagliette o pastiglie a partire dalla lamina, al termine del raffreddamento sul nastro di cui sopra.

Tempco centralina termoregolazione prodotti alimentari

Come spesso è richiesto in questo genere di applicazioni per industria farmaceutica e alimentare, si tratta anche in questo caso di impianti a elevata personalizzazione, che richiedono uno studio preliminare accurato del piping per consentire l’integrazione sulle macchine del cliente. A ciò si aggiunge lo studio dei flussi e delle esigenze termiche e idrauliche del processo produttivo. Il tutto viene quindi realizzato impiegando acciaio inossidabile, integrando le nostre macchine standard con una esecuzione customizzata che si adegua alle esigenze impiantistiche del cliente.

La configurazione tipica prevede infine un gruppo frigorifero condensato ad acqua o ad aria, per la produzione di acqua refrigerata a servizio di diverse utilities:

La centralina provvede nello specifico al mantenimento in temperatura di:

  • tubazioni di alimentazione prodotto
  • sistema di distribuzione su nastro
  • riscaldamento parti di processo

Centralina termoregolazione Tempco scagliettaturaTempco centralina termoregolazione industria alimentare

Tempco centralina termoregolazione pharma alimentare

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Rinnovabili ed energia di secondo livello contro il climate change

Prendendo spunto dall’ultima infografica sulle rinnovabili pubblicata nella sezione dedicata sul nostro sito Tempco, e nel contesto delle discussioni al COP26 sul Cambiamento climatico in corso in questi giorni alle Nazioni Unite, vorrei oggi parlare proprio di energie rinnovabili. Tutti sappiamo cosa sono le rinnovabili, si tratta di fonti alternative per ottenere energia elettrica sfruttando gli elementi naturali. Sono energie alternative come l’idroelettrico, il fotovoltaico, il geotermico, che permettono di sostituire il ricorso a combustibili fossili, come petrolio e carbone.

Interessante è vedere dalla infografica come le rinnovabili vivano un trend di forte crescita in tutto il mondo, con un forte aumento anche in Italia, dove per il prossimo anno le stime sono di un incremento di circa il 30%. Ma è altresì interessante vedere come anche Paesi come la Cina, che consuma enormi quantità di energia, stia passando alle fonti rinnovabili.

A seconda poi delle caratteristiche geografiche e delle tradizioni dei vari territori, prevale il ricorso a un certo tipo di rinnovabili: in Italia la quota maggiore è in idroelettrico, per esempio, mentre in altri Paesi cresce molto l’eolico.

Cosa c’entrano le rinnovabili con Tempco? E’ presto detto: come spesso faccio, mi piace definire l’energia termica come una energia di secondo o terzo livello. Nel senso che è un’energia sempre indiretta, ossia per ottenere energia termica, o per sottrarre energia termica – e dunque raffreddare o riscaldare – è necessaria una fonte primaria di energia elettrica, e quindi una fonte che generi elettricità per alimentare compressori, pompe, ventilatori, riscaldatori elettrici e quant’altro.

E’ quindi chiaramente interessante capire quali saranno i futuri sviluppi delle fonti rinnovabili, e che il discorso ci tocca da vicino. Già nella fase di progettazione delle nostre macchine prestiamo infatti moltissima attenzione al consumo energetico. Proprio per questo ci si sposta sempre più sull’impiego di sistemi che consentono di modulare la potenza, in maniera da ottenere il giusto livello termico con il minimo consumo elettrico necessario in quel momento.

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Centraline per termostatazione reattori in USA

Abbiamo spedito nelle scorse settimane alcune macchine dedicate alla termostatazione di reattori, nello specifico impiegati per applicazioni in industria chimica nella raffinazione di metalli preziosi. Il cliente ha richiesto nello specifico tre centraline di termoregolazione per acqua pressurizzata in un range di temperatura da -10° C a +140° C. Le unità hanno sezione di riscaldamento con resistenze elettriche (4*25 KW cad.) e raffreddamento con scambiatore di calore a piastre e valvola modulante.

Le centraline sono quindi asservite da 3 chiller condensati ad aria, che lavorano a temperature fino a -15° C. Le speciali TREG sono complete di quadro di comando e controllo. Le resistenze di riscaldamento vengono comandate tramite relè statici e sono dotate di pannello remoto per consentire il controllo da parte dell’operatore sul campo.

Tempco centraline termoregolazione reattori

Le centraline sono state progettate per installazione negli Stati Uniti, per cui hanno la peculiarità di essere equipaggiate con componentistica completamente conforme a normative UL. Il cliente ci ha contattati in virtù della nostra specializzazione su questa tipologia di soluzione, di cui contiamo già una trentina di macchine installate presso un altro cliente in Italia.

La nuova commessa per applicazione su reattori in processo chimico è quindi un esempio della capacità di Tempco di personalizzare in maniera flessibile le centraline di termoregolazione in base a specifiche esigenze di processo e installazione. Nella fattispecie, le tre centraline per installazione negli USA hanno pertanto la parte di piping completamente realizzata con tubi e materiali conformi alle normative ASME, con saldatura GTAW, qualifiche saldatori, WPS e qualifiche di procedimento emesse in accordo ad ASME Section IX. Il vaso di espansione e le valvole di sicurezza sono realizzati secondo ASME VIII – U STAMP.

Tempco centraline termoregolazione TREG

A seguito di quest’ordine, lo stesso cliente ci ha quindi commissionato una nuova macchina, in questo caso conforme a normativa Atex e per uno speciale progetto per pharma per la produzione di un solvente comunemente impiegato come ingrediente in cosmetica.

 

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