Risparmio energetico e IoT, quattro chiacchiere con Tempco part 2

Seconda parte della chiacchierata che Tempco ha fatto con La Termotecnica, riprendiamo il discorso con un tema che nei nostri progetti è tra i driver più importanti, il risparmio energetico.
Per massimizzare l’energy saving nelle applicazioni di riscaldamento, raffreddamento e termoregolazione industriale abbiamo sviluppato una serie di centraline di termoregolazione con modulazione della potenza sui motori elettrici. Laddove possibile cerchiamo sempre di utilizzare ventilatori e pompe con motori EC, dotati di inverter per modulare pressione e portata in funzione delle reali richieste del processo.

Abbiamo inoltre sviluppato una serie di centraline di termoregolazione con riscaldamento elettrico che implementano dei sistemi di variazione della potenza in continuo, per erogare al cliente la potenza effettiva che gli serve nel momento esatto in cui gli serve, in modalità just-in-time.

I sistemi di raffreddamento in free cooling sono un’altra tecnologia che sviluppiamo da anni per il risparmio energetico. Una novità è invece il progetto iTempco: nato a gennaio del 2019, iTempco è un progetto di monitoraggio delle condizioni operative delle nostre centraline cui pensavamo da parecchio tempo. Il sistema consente di verificare da remoto in cloud sia il funzionamento che le prestazioni delle macchine termiche, per poter implementare servizi di manutenzione predittiva dei sistemi. Il sistema ci consente inoltre di capire come stanno funzionando le nostre macchine, e come sono dimensionate in funzione delle esigenze del cliente, dandoci un feedback loop tecnico per apportare miglioramenti e ottimizzare la progettazione delle nostre macchine, in modalità data-driven.

Infine, il Tempcoblog da cui anche oggi scriviamo è qualcosa che sviluppiamo da 15 anni per avere una finestra di contatto diretto con i nostri clienti, attuali e potenziali, dove dare aggiornamenti sulle soluzioni e applicazioni che sviluppiamo per la risoluzione di problematiche di scambio termico e recupero energetico. E quale occasione migliore per ringraziare tutti gli utenti che in questi anni ci hanno seguito e che continuano a seguirci con tanto interesse, un sentito grazie! Anche per il riscontro che stiamo vedendo per la serie di video che da quest’anno stiamo pubblicando sul nostro canale YouTube Tempco.

Per il futuro di Tempco, abbiamo le idee chiare: vogliamo continuare a crescere, per dare un supporto sempre migliore ai nostri clienti nelle loro applicazioni di risparmio energetico e di regolazione della temperatura. Le persone che lavorano in Tempco compongono un team molto preparato e affiatato, che ci permette di reagire in maniera molto rapida alle richieste del mercato. In Tempco amiamo le sfide, perché per noi questo più che un lavoro, è davvero una passione!

Quattro chiacchiere con Tempco

Qualche settimana fa ho avuto il piacere di scambiare quattro chiacchiere con La Termotecnica, rivista tecnica di riferimento in Italia per l’industria energetica e termotecnica.

Per presentare l’azienda, Tempco è una realtà che supporta le imprese nelle applicazioni di termoregolazione, raffreddamento e riscaldamento nei loro processi produttivi, sfruttando il recupero energetico. I sistemi Tempco oggi hanno molte importanti referenze, e si trovano nell’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra, così come nei forni utilizzati per cuocere le scocche delle auto di F1. Le nostre soluzioni servono anche ad esempio a raffreddare i freni carboceramici che rallentano i jet sui ponti delle portaerei, così come a termoregolatore i reattori impiegati nella produzione dei principi attivi di numerosi farmaci.

Lo speciale nella gamma di prodotto che sviluppiamo è una componente determinante, in ossequio a quello che abbiamo chiamato SCF, standard custom flexibility. Partire da prodotti standard ci consente di customizzare le soluzioni sulle esigenze dei clienti, per risolvere al meglio i loro problemi di termoregolazione e regolazione della temperatura con la massima efficienza, flessibilità e nel modo più veloce possibile.

Un posto privilegiato nella nostra offerta tecnologica lo hanno sicuramente gli scambiatori di calore, diciamo che ci piacciono molto! Abbiamo una nostra linea produttiva di scambiatori a piastre, sia di tipo ispezionabile, ovvero con guarnizioni, dove partiamo dal DN32 arrivando fino al DN500, sia di tipo saldobrasato rame e nickel. Abbiamo anche una serie di scambiatori saldobrasati molto particolare, studiati per resistere a pressioni pulsanti o a variazioni di temperature estreme, e scambiatori saldobrasati che resistono a pressioni elevate fino a 100 bar e ad alte temperature fino a 900° C.

Spazio importante hanno però anche le nostre centraline di Termoregolazione TREG, nate come naturale estensione degli scambiatori. I clienti che vedevano la nostra esperienza negli scambiatori a piastre ci chiedevano infatti se potevamo assemblarli anche in sistemi di termoregolazione, e da lì il passo successivo è stato semplice per noi, andando a implementare un sistema di produzione di unità di termoregolazione, soprattutto speciali. Ci siamo quindi spinti oltre, ottenendo la certificazione Atex, per la produzione di centraline di termoregolazione e sistemi skid per ambienti esplosivi.

Regolazione di temperatura di graniglia di frumento

Applicazione di scambiatori TCOIL a immersione per raffreddamento e riscaldamento di graniglia di frumento, proveniente da silos o diretta verso silos di stoccaggio. Si tratta di un tipo di applicazione molto diffusa nei mercati nord-americani.
La graniglia di frumento viene infatti riscaldata per essere asciugata prima dello stoccaggio, o viceversa è necessario raffrescarla in caso questa provenga da silos troppo caldi per essere esposta all’atmosfera.

dimple jacket wheat grains cooling

Lo scambiatore TCOIL a piastre rigonfiate e imbutite è in questo caso composto da una batteria di 30 piastre a doppia imbutitura, delle dimensioni di 1000 x 1000 mm ciascuna e montate con passo 20 mm. Il materiale di costruzione è AISI 304, con uno spessore della lamiera di 12/10 mm, e il TCOIL è dotato di due connessioni di tipo DN 80 flangiato PN10 con collettore quadrato.

Tempco TCOIL raffreddamento frumento

Il dimple jacket TCOIL viene quindi inserito in un vessel a forma di parallelepipedo, al cui interno viene fatto scorrere il frumento in chicchi. All’interno delle piastre passa vapore a bassa pressione per il riscaldamento, oppure acqua refrigerata a 3 bar per il raffreddamento.
Una applicazione del tutto simile è stata realizzata per il raffreddamento/riscaldamento di granuli di materiale plastico.

raffreddamento materiali plastici TCOILdimple jacket plastic grains cooling

Separatori di gocce nelle torri evaporative

Terzo appuntamento con i componenti delle Torri evaporative, parliamo questa volta dei separatori di gocce.
Si tratta di elementi che si trovano all’interno delle torri, posizionati al di sopra degli ugelli di distribuzione dell’acqua per limitare il consumo di acqua nella torre. Infatti, i separatori di gocce servono ad arrestare quelle goccioline di acqua che altrimenti verrebbero trascinate al di fuori della torre dal flusso di aria generato dalla ventilazione forzata.

I materiali di costruzione, come per i pacchi di riempimento, sono quelli plastici classici, PVC o polipropilene.
La tipologia più impiegata è quella dei separatori di gocce termoformati. Esistono anche separatori ad alette continue e parallele, che offrono un’efficienza leggermente inferiore e vengono solitamente utilizzati per altri sistemi di separazione, non molto nelle torri di raffreddamento. Un tempo i separatori erano realizzati anche in legno, ma si tratta di una tipologia ormai decisamente superata e caduta in disuso.

Intercooler Ferrari, raffreddamento ‘sporco’?

Giallo in casa della rossa per antonomasia…i team rivali di F1 ipotizzano infatti che il sistema di raffreddamento della power unit della Ferrari non sia regolamentare. E’ quanto si legge in questo interessante articolo in cui mi sono imbattuto, dove si avanzano dubbi sulla legalità del motore di Maranello. Nulla di provato ancora, ma la presunta irregolarità consisterebbe nell’impiego di olio nell’intercooler deputato al raffreddamento dell’aria di aspirazione diretta alla camera di combustione del motore.

Ferrari intercooler intake air cooling

L’intercooler è uno scambiatore di calore, solitamente aria/acqua o aria/aria, posizionato tra il turbocompressore e il motore. La sua funzione è di raffreddare l’aria aspirata dall’esterno, proveniente dal turbocompressore e diretta al motore. Il turbocompressore comprime l’aria aumentandone la pressione prima che questa entri nei cilindri, per incrementare la potenza sprigionata dal motore a combustione. A seguito della compressione, l’aria aumenta però di temperatura diminuendo di densità. Raffreddando l’aria in ingresso mediante l’intercooler se ne aumenta la densità, incrementando a parità di pressione la quantità di aria aspirata che funge da comburente nel motore, migliorando la potenza e l’effetto positivo del turbo. Abbassare la temperatura dell’aria in aspirazione dal turbocompressore evita inoltre il verificarsi di fenomeni di pre-combustione.

intercooler Ferrari

Il circuito di raffreddamento dell’intercooler consta in una quantità di tubi, una griglia di micro-canali nel caso specifico, al cui interno passa un fluido, in genere acqua. Come in ogni scambiatore di calore, l’aria passando attraverso la griglia cede calore al fluido, raffreddandosi. Secondo i team avversari della Ferrari, l’intercooler della rossa farebbe uso di olio come liquido per il raffreddamento dell’aria.

intercooler opened Ferrari

L’impiego di olio di per sé non è proibito dal regolamento, a meno che questo evaporando non vada a contaminare l’aria diretta alla power unit. L’immissione di olio nella camera di combustione incrementa infatti le prestazioni del motore, pratica che è però stata proibita dal regolamento tecnico FIA.

intercooler Ferrari engine

Pacchi di riempimento nelle torri evaporative

Secondo capitolo sui componenti delle torri evaporative, parliamo di pacchi di riempimento, elemento al cui interno avviene il raffreddamento dell’acqua nelle torri.

Possiamo dividere le tipologie di pacchi di riempimento in due grandi gruppi, riempimenti film e riempimenti splash. In nomine nomen, infatti nei primi si crea un film d’acqua lungo le pareti del sistema che aumenta la superficie di scambio termico tra l’acqua che scende lungo le pareti e l’aria che sale in controcorrente. I riempimenti splash lavorano invece suddividendo il flusso di acqua distribuito dagli ugelli nella torre in tante goccioline, che aumentano la superficie di scambio diretto aria/acqua per ottenere il raffreddamento.

I materiali, per entrambe le tipologie si tratta di materiale plastico. I riempimenti film possono essere in PVC o polipropilene, il riempimento splash consta solitamente di griglie in polipropilene.

Confronto in efficienza: il riempimento film ha un’efficienza maggiore, per cui a parità di portata di acqua e di potenziale termico le dimensioni e i costi di una torre splash saranno maggiori di quelli di una torre film. Nel caso però di acqua particolarmente sporca, contenente particelle inquinanti e filamenti, un riempimento splash è preferibile in quanto non si intasa, a differenza di un pacco di riempimento film che tende invece a sporcarsi e intasarsi, richiedendo maggiore manutenzione, se non addirittura periodiche sostituzioni per ristabilire l’efficienza di raffreddamento della torre evaporativa. Se gli intervalli di manutenzione si mantengono nell’ordine degli anni si può comunque preferire ancora un riempimento film, ma nel caso in cui il fluido da raffreddare sia molto sporco e la pulizia o sostituzione si renda necessaria con cadenze di giorni o settimane sarà allora necessario scegliere un riempimento splash.

Unità skid di termoregolazione in ambienti Atex

Le centraline di termoregolazione che Tempco sviluppa per il controllo della temperatura in ambienti Atex sono fornite come unità package skid concepite per garantire massima flessibilità, con possibilità di pilotaggio da remoto e complete di certificazioni per impiego in ambienti industriali con atmosfera esplosiva, tipicamente per impiego nei settori chimico, farmaceutico e petrolchimico.

La realizzazione di apparecchiature di termoregolazione per questa tipologia di applicazioni, con presenza di gas, vapori, nebbie o polveri derivanti dai prodotti lavorati, impone una serie di accorgimenti, dalla corretta selezione dei materiali certificati per ambienti esplosivi alla verifica della classe di temperatura. Quest’ultima è in particolare un parametro guida fondamentale nella scelta di un’apparecchiatura sia termica che elettrica per installazione in luoghi con pericolo di esplosione, che in Tempco viene valutata insieme al cliente finale con la massima attenzione.

Nello specifico la classe di temperatura impone che la temperatura massima superficiale dell’apparecchiatura non raggiunga mai la temperatura di accensione della sostanza presente. La strumentazione Atex può quindi includere un termostato Atex di massima temperatura, pressostato Atex di massima pressione e sonda di temperatura Atex.

skid Atex termoregolazione

Nella realizzazione di skid Atex di termoregolazione viene inoltre prestata massima attenzione all’assemblaggio dei componenti della centralina. La strumentazione serve infatti a termoregolare dei fluidi, spesso olio diatermico a elevate temperature, per cui occorre garantire la perfetta tenuta dei vari punti di giunzione, in quanto eventuali perdite diventano critiche in ambiente Atex. Tutte le connessioni interne allo skid sono pertanto effettuate con flange o a saldare. Le tenute sulle flange possono essere realizzate con guarnizioni spirometalliche, mentre le tenute sulla strumentazione, laddove non è possibile saldare, sono metalliche, per eliminare potenziali punti di perdita.

La scelta delle connessioni flangiate consente inoltre una facile manutenzione dell’unità di termoregolazione. In caso di montaggio/smontaggio, le connessioni flangiate offrono infatti la certezza delle quote, mentre ricorrendo a soluzioni con filettature bastano uno o due giri di filetto per ritrovarsi fuori quota. Oltre ai problemi di tenuta che si avrebbero ad esempio in caso di olio diatermico in circolo nel sistema. Infine, il materiale costruttivo scelto è in genere l’acciaio inox, per garantire migliore resistenza alla corrosione in ambiente aggressivo.

Ugelli e distribuzione dell’acqua nelle torri di raffreddamento

Nuovo video ‘On the road’, e torniamo a parlare di Torri di raffreddamento, questa volta dedicandoci nello specifico ai componenti delle torri.
In particolare, parliamo qui del sistema di distribuzione dell’acqua all’interno dei pacchi di scambio nelle torri di raffreddamento. Solitamente in torri package prefabbricate di piccole dimensioni troviamo un sistema di distribuzione collegato agli ugelli che spruzza l’acqua sui pacchi di riempimento.

Concentrandoci sugli ugelli, questi possono avere varie forme e dimensioni, in funzione della portata di acqua da distribuire. La tendenza è impiegare ugelli con bassissime perdite di carico e una buona area di distribuzione dell’acqua, ma che siano al contempo anti-intasamento onde scongiurare depositi di detriti o sporcizia che può essere presente nell’acqua in ricircolo nel sistema.

Per quanto riguarda i materiali, vengono impiegati ugelli in materiale plastico ma anche in metallo, solitamente acciaio inossidabile, molto utilizzati in torri di raffreddamento di grandi dimensioni realizzate in cemento armato.

In quest’ultima tipologia di torri evaporative, il sistema di distribuzione non è in pressione, vi sono dei canali aperti e la distribuzione dell’acqua avviene per gravità, impiegando ugelli di più grandi dimensioni e con perdite di carico ancora più basse, per garantire la distribuzione dell’acqua su una buona superficie anche lavorando con pressioni dell’acqua molto basse.

Il problema non sussiste nelle torri package prefabbricate, poiché nella fattispecie l’acqua in ingresso ha spesso anzi pressioni elevate che è opportuno ridurre onde evitare che la rosa di distribuzione dell’acqua sia poco uniforme.

Esistono infine ugelli speciali che creano delle rose di distribuzione a tre stadi, per garantire una ideale distribuzione dell’acqua sul pacco di riempimento, fattore essenziale per avere il massimo rendimento della torre evaporativa.
Di ventilazione e delle tipologie di pacchi di riempimento parleremo quindi in prossimi video.

Risparmio energetico e motori EC nel freddo

Presentiamo oggi una soluzione di retrofit per un supermarket, dove motori tradizionali AC sono stati sostituiti con motori elettronici EC regolabili con segnale 0-10 V. La sostituzione è stata effettuata intervenendo su tutte le unità ventilanti installate su banchi frigo, evaporatori e chiller in funzione nel supermarket.

motori EC retrofit chiller banchi frigo

L’installazione di ventilatori elettronici con motore EC e rotore esterno ha portato importanti benefici innanzitutto a livello di una minore potenza assorbita, con un risparmio nel consumo annuo pari a 138.970 kWh, quasi un terzo della potenza in precedenza assorbita dai motori AC.

A fronte di un costo di investimento iniziale superiore, l’installazione di motori EC porta quindi un secondo grande beneficio, in quanto questa tipologia di motori è esente da costi di manutenzione, costi che di contro in 10 anni di manutenzione sui motori AC sono stimati in 72.000 euro.

retrofit motori EC banchi frigo chiller

EC motor electric fanLa sostituzione in retrofit dei motori AC con motori EC sulla totalità di banchi frigo, evaporatori e chiller in uso nel supermarket ha quindi portato a un risparmio stimabile in 21.527 euro l’anno.

Nel caso specifico, considerando un costo energia pari a 0,11 €/kWh, per la totalità del parco installato si ottiene il seguente confronto:

 

 

 

Totale spese motori AC in 10 anni:
– 12.800 € investimento
– 72.000 € manutenzione
– 381.568 € costi funzionamento

Somma totale sui 10 anni: 466,368 € – spesa annuale pari a 46.637 €

Totale spese motori EC in 10 anni:
– 22.400 € investimento
– 228.701 € costi funzionamento

Somma totale sui 10 anni: 251.101 € – spesa annuale pari a 25.110 €

risparmio energetico motori EC supermarket

 

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.