Scambiatori TCOIL a contatto per raffreddamento batterie e reattori

Un altro interessante impiego degli scambiatori TCOIL, dei quali parliamo spesso come di scambiatori di calore a immersione, è quello di utilizzarli per applicazioni a contatto, come fossero una incamiciatura. Una caratteristica che rende molto interessanti e versatili questi scambiatori è difatti la possibilità di adattarne le forme a ogni tipo di apparecchiatura da termostatare, che ne fa una soluzione estremamente versatile.

E’ così possibile ricorrere a scambiatori TCOIL per applicazione all’esterno di miscelatori e reattori impiegati nell’industria chimica per esempio, così come all’esterno di serbatoi o per applicazione su batterie elettriche. Le lamiere che compongono le piastre rigonfiate degli scambiatori TCOIL possono infatti essere facilmente calandrate, per prendere la forma di apparecchiature cilindriche. O in alternativa è possibile usare lamiere piatte per ricoprire l’esterno dei macchinari.

 

Per incrementare l’efficienza di scambio termico nel raffreddamento e riscaldamento con scambiatori TCOIL è quindi necessario che la parte a contatto con la superficie esterna dell’apparecchiatura da termostatare sia piatta. Ciò si ottiene usando lamiere con differenti spessori, maggiore per la parte a contatto, minore per la parte esterna della piastra dello scambiatore. Quando si procede a rigonfiare a pressione lo scambiatore, di conseguenza solo la parte esterna si gonfierà assumendo il tipico aspetto a fossette, mentre quella interna resterà piatta.

Un altro accorgimento per aumentare ulteriormente il coefficiente di scambio termico degli scambiatori TCOIL a contatto è quindi spalmare la superficie che andrà a contatto diretto con l’apparecchiatura da termostatare con una pasta conduttiva.

Questo tipo di applicazione degli scambiatori TCOIL a contatto sta suscitando un grande interesse in applicazione nel raffreddamento di batterie di veicoli elettrici, così come per il raffreddamento di macchine elettriche ed elettroniche, che devono essere mantenute a temperature molto basse e dove, per ovvie ragioni, il raffreddamento non può essere ottenuto mediante un flusso diretto di acqua fredda.

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Software speciale per raffreddamento di banchi prova radiatori

Il progetto di una centralina di regolazione della temperatura per un banco prova di radiatori e ventilatori destinati al settore automotive ci ha coinvolto recentemente in un progetto particolarissimo e complesso, che ha richiesto l’impiego di molte risorse in collaborazione con il cliente. Basti dire che sono stati necessari 18 mesi per completare la commessa.

La centralina realizzata lavora con soluzione incongelabile in un range di temperatura tra 20 e 130° C. La potenza del sistema è di 240 kW elettrici, con una portata regolabile da 10 a 200 lt/min, e potenza di raffreddamento di 120 kW.

Raffreddamento Banco prova radiatori

La complessità della soluzione sta nel fatto che il sistema può lavorare a 130° C, quindi con acqua pressurizzata. Dal momento che il cliente deve scongiurare possibili perdite di soluzione acqua/antigelo nel tunnel di prova quando viene sostituito un pezzo, abbiamo provveduto a installare un sistema di connessione a innesti rapidi sul montaggio/smontaggio pezzo in prova. Il tutto avviene quindi previo svuotamento del radiatore e della parte di tubazione interessata, tramite valvole automatiche e logica gestita da PLC.

Ogni volta che il radiatore viene cambiato, l’impianto viene quindi raffreddato, de-pressurizzato e messo in sicurezza per l’operatore per procedere quindi allo svuotamento della parte di tubi collegati al radiatore.

Quando un nuovo pezzo in test viene montato è quindi necessario ri-caricare e pressurizzare nuovamente tutto il circuito, sempre tramite logica, valvole automatiche e trasduttori di pressione.

Centralina raffreddamento test radiatori copia

L’impianto è gestito da uno speciale software che è stato sviluppato in stretta collaborazione tra Tempco e il cliente, mettendo a fattor comune l’esperienza nei rispettivi campi di attività. La scrittura del codice e le procedure di test del PLC hanno da sole richiesto diversi giorni.

test radiatori montaggio

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Come calcolare la potenza da dissipare negli impianti di ossidazione anodica

Come annunciato nel precedente video dedicato ai materiali negli scambiatori di calore impiegati in ossidazione anodica, parliamo oggi di come calcolare la potenza termica negli impianti di ossidazione anodica.

Determinare la potenza termica è qui fondamentale sia per dimensionare gli scambiatori di calore, sia per gli eventuali chiller e sistemi di raffreddamento che provvedono al raffreddamento o termostatazione delle vasche di ossidazione anodica.

Come già detto, l’ossidazione anodica è un fenomeno elettro-galvanico, che comporta il passaggio di una corrente elettrica determinata da una tensione all’interno del bagno di galvanizzazione. Determinare la potenza in quantità di kW da dissipare è pertanto semplice, in quanto è direttamente proporzionale alla corrente che viene impiegata per ottenere l’ossidazione anodica e la tensione con cui viene applicata.

Il livello delle temperature coinvolto varia invece a seconda del tipo di ossidazione anodica. Per impianti di ossidazione anodica dura, le temperature richieste sono piuttosto basse, comprese tra 10° C e 15° C. Per ossidazione anodica tradizionale invece è necessario mantenere il bagno galvanico a temperature comprese tra i 20° C e i 25° C.

Per un raffreddamento a queste temperature, a meno che si disponga di acqua a perdere, ovvero acqua di pozzo in grandi quantità a temperature di 10-12° C, la soluzione è una sola. Bisogna infatti fare ricorso a chiller e gruppi frigoriferi, anche perché sul circuito secondario dello scambiatore occorre acqua alla temperatura di 10-15° C, a seconda del tipo di ossidazione anodica.

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Raffreddamento nel laboratorio di fisica nucleare del Gran Sasso

Tra i nostri clienti in Tempco, oltre al CERN di Ginevra per cui abbiamo fornito un sistema di raffreddamento impiegato nelle procedure di test IGBT, abbiamo avuto anche il piacere di lavorare con il Laboratorio di fisica nucleare LNGS-INFN del Gran Sasso.

LNGS fisica nucleare Gran Sasso

Anche in questo caso la soluzione fornita consiste in un sistema di raffreddamento, nella fattispecie completo di modulo per il controllo della temperatura. Determinante per questa prestigiosa commessa è stata in particolare la flessibilità e la rapidità nel realizzare e consegnare il sistema al cliente, che si trova nel mezzo di una serie di attività che richiedono un controllo della temperatura con livelli di precisione molto elevati.
In dieci giorni siamo quindi stati in grado di fornire la soluzione integrata.

raffreddamento laboratorio fisica nucleare

 

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Materiali speciali nel raffreddamento in ossidazione anodica

L’ossidazione anodica è un trattamento a cui viene sottoposto l’alluminio, materiale che offre leggerezza, forza e una certa resistenza alla corrosione. Tra gli impieghi più noti, l’alluminio è usato per realizzare i profili estrusi degli infissi nelle nostre case. L’esposizione ad agenti atmosferici provoca però con il tempo ossidazione, che ne deteriora l’aspetto.

Per rendere l’alluminio resistente alla corrosione, il materiale viene allora trattato in bagni di ossidazione anodica, che genera una sorta di rivestimento chimico che rende l’alluminio resistente agli agenti atmosferici. Per questo vengono impiegati dai bagni elettro-chimici, o elettro-galvanici, al cui interno passa della corrente. Tramite un processo chimico galvanico viene quindi depositato uno strato duro di ossidazione anodica sulla superficie esterna dell’alluminio.

Vi sono diverse tipologie di ossidazione anodica, e l’ambito di cui Tempco si occupa è il raffreddamento di questi bagni. Essendo attraversati da una corrente, i bagni di anodizzazione subiscono infatti un riscaldamento. La loro temperatura va quindi mantenuta a circa 20-25° C, a seconda del tipo di ossidazione.

L’applicazione è semplice, ma c’è un problema: il liquido contenuto in questi bagni non è acqua, ma una soluzione di acido solforico, in bassa concentrazione al 20% circa, a seconda del tipo di ossidazione anodica. Il raffreddamento può quindi essere ottenuto con gruppi frigoriferi, oppure con acqua di acquedotto e scambiatori di calore.

Ma gli scambiatori devono essere costruiti con materiali speciali, onde garantire resistenza alla corrosione da acido solforico. Realizziamo quindi scambiatori a piastre tradizionali, in materiali che possono essere titanio o leghe alto legate di acciaio inossidabile. Oppure per il raffreddamento dei bagni di ossidazione anodica impieghiamo anche scambiatori a immersione TCOIL, anche in questo caso realizzati in leghe alto legate di acciaio inox.

Altra sfida posta da questo tipo di applicazione è la determinazione del carico termodinamico cui sono sottoposti questi scambiatori, cui dedicheremo un prossimo video.

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Raffreddamento sostenibile e flessibile nella forgiatura

Abbiamo consegnato con successo un progetto di efficientamento energetico per un cliente che opera nel settore dei componenti meccanici e per ingegneria. Il cliente impiega un impianto di raffreddamento per la forgiatura e i trattamenti termici che include torri evaporative e pompe.

Tempco raffreddamento forgiatura

Il sistema di raffreddamento è composto in particolare da 4 pompe da 75 kw ciascuna, 4 pompe da 30 kw ciascuna e 4 torri da 22 kw ognuna. L’intervento di efficientamento energetico ha riguardato l’implementazione di inverter sulle pompe da 75 kw, pilotato da un controllo sulla pressione. E’ così possibile limitare il consumo di energia a fronte di una minor richiesta di acqua dalle utenze.

Inverter sono quindi stati montati anche sui motori delle torri, regolati dalla temperatura dell’acqua, onde limitare i consumi energetici in funzione della richiesta di energia termica reale, oltreché delle condizioni ambientali.

 

Tempco inverter raffreddamento forgiatura

 

La soluzione è infine controllata tramite un PLC, con software di controllo progettato e sviluppato da Tempco che consente una gestione alquanto flessibile dell’impianto, incontrando le esigenze molto attente del cliente.

Tempco efficienza raffreddamento forgiatura

Tempco raffreddamento sostenibile forgiatura

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Scambiatori a fascio tubiero nella deumidificazione del biogas

Sono sempre più diffusi gli impianti di cogenerazione, per la produzione combinata di calore ed energia elettrica sfruttando il biogas. Il biogas è una particolare una fonte di energia rinnovabile, che si ottiene dalla decomposizione di rifiuti organici o dalle deiezioni del bestiame. Per sua caratteristica è quindi un gas che presenta un elevato contenuto di umidità, che non può pertanto entrare nei motori così come è, in quanto l’umidità causerebbe danni molto gravi.

Il biogas è un combustibile naturale, ma per essere impiegato negli impianti di cogenerazione richiede allora uno speciale trattamento che provveda alla sua deumidificazione. Questo viene fatto con speciali sistemi composti da chiller e da scambiatori di calore a fascio tubiero, appositamente progettati per il tipo di applicazione, che raffreddano e deumidificano il biogas con una miscela di acqua glicolata molto fredda.

In pratica il biogas proveniente dai digestori entra nel sistema a temperature di circa 35-40° C, e deve essere portato a temperature di circa 4-5° C, per eliminare quanta più umidità possibile contenuta nel gas. Per ottenere questo raffreddamento si impiegano chiller a temperatura molto bassa, vicino al punto di congelamento, ovvero +1° C o +2° C.

All’uscita dello scambiatore si ottiene quindi del biogas con un grado di umidità relativa al 100%, ma con un contenuto assoluto di umidità estremamente basso. Vi sono poi solitamente installati all’uscita dello scambiatore dei separatori di condense, in sostanza delle grosse taniche dove le condense vengono raccolte. Inoltre ancora più a valle del sistema ci sono dei filtri, che provvedono a una ulteriore filtrazione del biogas, pronto quindi a essere immesso all’interno del motore.

 

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Scambiatori con attacchi tri-clamp nelle biotecnologie

Abbiamo da poco completato una interessante fornitura in ambito biotecnologie, per un cliente che produce fermentatori, bioreattori, sistemi per filtrazione a flusso tangenziale TFF e bioprocessing. Per la termostatazione delle loro apparecchiature hanno scelto gli scambiatori a piastre saldobrasati Tempco TPLATE B, in una speciale versione con attacchi tri-clamp per impiego in ambito farmaceutico.

biotecnologie scambiatori

Le connessioni con attacchi tri-clamp sono connessioni classiche su impianti farmaceutici e alimentari, in quanto hanno la caratteristica di rendere facile la connessione e disconnessione delle apparecchiature. Oltre a garantire al contempo una buona tenuta di pressione, possono essere pulite con facilità e non presentano interstizi in cui si potrebbero accumulare cariche batteriche. I prodotti sono a contatto diretto con il materiale che è acciaio inox, e con guarnizione FDA compliant, ossia compatibile per impiego a contatto con alimenti e farmaci.

Tempco saldobrasati tri-clamp biotecnologie

Forniamo la stessa tipologia di connessioni anche su scambiatori impiegati nella produzione di birra, vino e nelle bevande in generale. Scambiatori saldobrasati simili e centraline di termoregolazione vengono acquistati anche da un altro nostro cliente, che impiegandoli su macchine farmaceutiche necessita della medesima esecuzione.

 

Scambiatori tri-clamp

 

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Risparmio energetico ed efficienza smart a immersione

Condivido anche qui il mio intervento presentato durante l’edizione online di mcTER dello scorso novembre, il cui tema era la smart efficiency. In quella occasione ho colto l’opportunità di parlare dei vantaggi in termini di risparmio energetico e sui consumi elettrici ottenibile grazie all’impiego degli scambiatori a piastre TCOIL a immersione.

In particolare nel video potete vedere esposto più in dettaglio il progetto che abbiamo sviluppato nel porto della Marina di Loano. L’immersione diretta degli scambiatori dimple jacket nelle acque del porto ha qui consentito di eliminare quasi completamente la parte di pompaggio e aspirazione dell’acqua di mare per l’alimentazione degli scambiatori di calore tradizionali impiegati in precedenza. Gli scambiatori servono a loro volta una rete di pompe di calore disseminate per tutta la vasta superficie del porto. Il taglio dei consumi di elettricità ottenuto è stato quindi notevole.

Gli scambiatori sono stati realizzati in materiale speciale, acciaio inox super-duplex, per garantire resistenza alla corrosione da cloruri contenuti nell’acqua marina. Dopo due anni di lavoro a immersione, gli scambiatori presentavano un certo naturale grado di crescita biologica sulle superfici. Per questo è stata studiata un’apposita struttura di supporto e golfare di sollevamento per consentire di estrarre gli scambiatori dal porto e procedere a una semplice pulizia mediante idropulitrice. Operazione che, rispetto al lavaggio di scambiatori tradizionali, è molto più semplice e non richiede specifiche competenze grazie alla elevata resistenza meccanica degli scambiatori TCOIL.

Nel video viene raccontata anche un’altra installazione simile, fatta per il Centro di ricerca di Ispra della Commissione Europea. Qui scambiatori TCOIL sono stati immersi nelle acque di un canale artificiale, sfruttandone l’acqua per alimentare pompe di calore. L’acqua dolce implica meno problemi a carico del materiale, che qui era AISI 316. Il cliente ha però preferito un acciaio elettrolucidato, accorgimento che diminuisce il grip di alghe e altri organismi sulle superfici degli scambiatori, allungando gli intervalli di manutenzione.

Infine, non manca un veloce accenno a un’altra applicazione degli scambiatori a immersione TCOIL dalle grandissime potenzialità. Ovvero il raffreddamento a liquido dei data center, dei server e delle schede elettroniche. Anche qui infatti è possibile sfruttare questi scambiatori, che immersi nell’acqua fredda provvedono al raffreddamento diretto delle apparecchiature IT.

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Termoregolazione a olio diatermico per Turbofan nel progetto DEVILS

Consegna avvenuta a gennaio di una unità di termoregolazione molto speciale, che verrà implementata dall’azienda campana Abete all’interno di un innovativo concept di pompa di lubrificazione a portata variabile per il progetto DEVILS, finanziato dall’Unione Europea nell’ambito di Horizon2020.

Si tratta di un importante progetto che mira a sviluppare un nuovo sistema di lubrificazione e raffreddamento dell’olio per un motore turbofan denominato VHBE, very high bypass engines, realizzato da Rolls Royce per future applicazioni aeronautiche a elevata efficienza e ridotti consumi di combustibile.
Un turbofan, o turboventola, è uno speciale tipo di motore a reazione che utilizza due flussi d’aria separati, uno caldo e uno freddo. Il rapporto tra la portata in massa dei due flussi viene chiamato rapporto di diluizione, o bypass ratio. Un alto rapporto di bypass comporta consumi più bassi e bassa rumorosità.

Turbofan progetto DEVILS VHBE

Il progetto DEVILS (Development of VHBR Engines Innovative Lubrication System) ha quindi l’obiettivo di sviluppare un sistema di lubrificazione innovativo per un nuovo motore turbofan. Questo tipo di motore pone infatti sfide importanti al sistema di lubrificazione e raffreddamento dell’olio, poiché i più recenti trend di sviluppo nei motori per aerei implicano velocità, carichi e temperature più elevate a carico di cuscinetti e riduttori ad alta potenza che equipaggiano il motore.

La centralina di termoregolazione a olio diatermico che abbiamo sviluppato è implementata nella linea di produzione e collaudo sotto stress della speciale pompa di lubrificazione a portata variabile di Abete.
Si tratta di una unità di termoregolazione progettata per lavorare con olio diatermico a temperature che arrivano fino a 300° C, con controllo della temperatura tramite regolazione PID e pilotaggio tramite relè statici. Come in tutte le applicazioni che realizziamo in questo ambito, la centralina è equipaggiata con pompa a trascinamento magnetico e componentistica speciale per il funzionamento in continuo a queste temperature proibitive.

Tempco centralina progetto DEVILS

La sezione di raffreddamento ha un duplice scopo:

  • mantenimento della temperatura per la compensazione delle derive termiche
  • raffreddamento finale al termine dell’operatività

La centralina è realizzata con uno speciale scambiatore di calore per alte temperature, che può lavorare sopportando elevati shock termici.

Tempco centralina termoregolazione DEVILS

Oltre ad Abete e Rolls Royce come committente, il progetto DEVILS vede la collaborazione di altre importanti aziende campane: la capofila Euro.Soft, per lo sviluppo dell’avionica di controllo, e Protom, insieme all’Istituto Motori del CNR di Napoli, il Dipartimento di ingegneria industriale dell’Università Federico II e l’israeliana TAT. Il progetto prevede infine anche lo sviluppo e la validazione di algoritmi di fault detection and correction del sistema di controllo degli ausiliari dell’impianto, e di health monitoring del sistema, che oltre a supportare la riduzione dei consumi di olio nel sistema abiliteranno funzioni diagnostiche per la predizione di guasti e la manutenzione predittiva.

Tempco termoregolazione olio diatermico DEVILS

 

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