Un impianto non correttamente verificato può andare incontro, nei mesi estivi, a una serie di problematiche tra loro collegate:

• Riduzione della capacità di raffreddamento, con impossibilità di mantenere le condizioni di processo richieste
• Aumento dei consumi energetici, perché l’impianto lavora fuori condizione per compensare le inefficienze
• Allarmi e fermi improvvisi, spesso nei momenti di picco produttivo
• Perdita di efficienza del processo a valle, con ricadute su qualità e produttività

Per affrontare i carichi estivi in sicurezza, è opportuno pianificare con anticipo una verifica sistematica dell’impianto. I principali punti da controllare sono i seguenti.

Pulizia e stato degli scambiatori di calore. Le superfici di scambio termico devono essere pulite e prive di depositi o incrostazioni. Anche uno strato sottile di fouling può ridurre sensibilmente il coefficiente globale di scambio U, degradando le prestazioni nominali dell’unità. La verifica deve includere sia il lato processo che il lato servizio.

Circuito idraulico e qualità dell’acqua. Incrostazioni nelle tubazioni, corrosione localizzata e degrado della qualità dell’acqua di raffreddamento sono tra le cause più frequenti di problemi durate il periodo estico. È importante controllare il pH, la durezza e la concentrazione di eventuali inibitori, oltre a verificare la corretta circolazione nei circuiti.

Componenti di ventilazione e condensazione. Nei dry cooler e nelle torri evaporative, la sezione di condensazione è la prima a risentire delle alte temperature esterne. Verificare il funzionamento corretto dei ventilatori, la pulizia del pacco alettato e l’assenza di ostruzioni al flusso d’aria è fondamentale per non penalizzare la capacità dell’unità.

Controllo funzionale generale. La verifica deve concludersi con un controllo funzionale complessivo: taratura dei controlli di temperatura e pressione, stato dei componenti di regolazione, gestione degli allarmi e verifica della corretta sequenza di funzionamento nelle condizioni di picco.

Una manutenzione preventiva condotta prima dell’estate permette di identificare e risolvere le criticità quando c’è ancora tempo per farlo con calma, evitando interventi in emergenza durante i periodi di massima produzione.

L'articolo Impianti di raffreddamento: cosa verificare prima dell’estate per evitare fermi macchina proviene da Tempco Blog.

Ma di fatto, quando è possibile installare un sistema di free cooling? Spesso ci sono industrie di processo che richiedono attività di raffreddamento all’interno del loro processo produttivo con temperature dell’acqua di raffreddamento piuttosto basse. Diciamo 10-15 o anche 20° C. Sono requisiti che una torre evaporativa non può soddisfare durante la stagione calda, e nemmeno un sistema con radiatore, che sfrutta la dissipazione del calore mediante l’aria.
E’ pertanto necessario utilizzare dei gruppi frigoriferi.

Ma ci sono condizioni ambientali, durante la stagione fredda, o anche durante le ore più fresche della giornata, in cui un gruppo frigorifero è sostanzialmente uno spreco, perché potendo sfruttare le condizioni ambientali favorevolmente fredde in questi frangenti, potrebbe bastare un dry cooler, cioè un dissipatore. Che tipo di vantaggi porta un sistema di free cooling?

A livello di costi si tratta chiaramente di qualcosa in più che dobbiamo implementare all’interno dell’impianto di refrigerazione. Sostanzialmente, si deve accompagnare un refrigeratore con un sistema di freecooling, un oggetto che durante la stagione estiva probabilmente non servirà. Ma durante la stagione invernale, consentirà di spegnere i chiller. Questo di fatto comporta un importante risparmio energetico.

Facendo un bilancio grossolano, con un gruppo frigorifero con COP 3 (Coefficiente di Prestazione) per ottenere una dissipazione di 90 kW termici abbiamo un consumo di energia elettrica di 30 kW, più o meno. Di questi 30 kW, 24-25 kW vengono generalmente consumati dai compressori di refrigerazione necessari per raffreddare l’acqua. Utilizzando un sistema di free cooling, questi 24-25 kW svaniranno perché rimarranno solamente i kW impiegati per la ventilazione, chiaramente, e i kW dedicati alla pompa di circolazione dell’acqua. È quindi chiaro che avremo un notevole risparmio energetico dissipando la stessa quantità di energia termica.

Adesso possiamo anche fare un paio di valutazioni per capire quale potrebbe essere il ritorno dell’investimento di un impianto di free cooling. Diciamo che ci sono moltissime applicazioni in cui il free cooling è sicuramente un’ottima soluzione. Dipende chiaramente dalla latitudine: più l’impianto è installato in una regione fredda o che ha una stagione fredda più lunga, più sarà facile avere un ROI più breve della soluzione free cooling.

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In questo contesto, una tecnologia altamente innovativa pertiene l’utilizzo della CO2 come refrigerante, in sostituzione dei fluidi refrigeranti tradizionali, offrendo una valida alternativa per conformarsi alle nuove normative nel comparto della refrigerazione volte a ridurre l’impatto ambientale del settore. La CO2 infatti è una risorsa naturale, disponibile in atmosfera e ma anche come prodotto di scarto in numerosi processi industriali. Molto in crescita sono a tale riguardo anche le tecnologie che provvedono alla cattura, stoccaggio e utilizzo della CO2, chiamate CCS o CCUS (Carbon Capture and Storage e Carbon Capture Utilization and Storage).

Le proprietà della CO2 rendono infatti questo gas una risorsa rinnovabile che offre un elevato tasso di efficienza nel trasferimento termico, che aumenta la sicurezza delle applicazioni in caso di perdite negli impianti e garantisce al contempo un alto potenziale di abbattimento delle emissioni, con un valore di Global Warming Potential pari a 1.

Nei cicli termici di compressione, condensazione ed evaporazione della CO2 occorre tuttavia lavorare con pressioni di esercizio molto elevate, che arrivano fino a 140 bar. Ambito che apre nuove interessanti prospettive applicative per gli scambiatori saldobrasati, che grazie al particolare ciclo di saldobrasatura sono in grado di resistere a elevatissime pressioni di lavoro.

L'articolo Refrigerazione a CO2 per condizionamento sostenibile proviene da Tempco Blog.

Questo sviluppo permette quindi di utilizzare condensatori ad aria, i classici dry-cooler, adottando una soluzione che offre anche il vantaggio di eliminare i consumi d’acqua delle torri e offre una gestione molto più semplice dell’impianto. Non vi è infatti più il rischio di implicazioni di legionella derivanti da una cattiva gestione delle acque oppure di scaling e incrostazioni dovuto alla presenza di carbonati.

Le soluzioni per i cicli di produzione del polistirolo espanso sviluppate da Tempco fanno quindi comunque impiego di particolari scambiatori di calore dotati di tubi in acciaio inox, materiale scelto con l’obiettivo di aumentarne la durata e l’affidabilità nel tempo.

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Ogni cooler viene fornito al cliente completo di quadro di comando e relativa pompa di circolazione dell’acqua. Al fine di garantire la continuità operativa, il dimensionamento del sistema è ridondato, con almeno il 50% di ventole in più rispetto a quanto richiesto in condizioni normali di operatività dell’impianto produttivo.

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L'articolo Dry cooler in ambiente gravoso per raffreddamento in cementificio proviene da Tempco Blog.

Per macchine termiche intendiamo quindi ad esempio un dry cooler, una torre evaporativa o un gruppo frigorifero. In questo caso, quattro sono infatti i dati che occorre conoscere per il corretto dimensionamento della macchina: il tipo di fluido da regolare e la sua portata; la sua temperatura in ingresso, ossia la temperatura a cui arriva dal processo; la temperatura in mandata, sarebbe a dire la temperatura richiesta in uscita dal processo; la temperatura di progetto ambientale.

Temperatura ambiente che nel caso di un gruppo frigorifero è la temperatura ambiente relativa alla condensazione, per un dry cooler sarà la temperatura dell’aria ambiente che andrà a raffreddare il fluido; e per una torre evaporativa sarà infine la temperatura di bulbo umido, parametro chiave per il ciclo di evaporazione.

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Si tratta di yacht che al tradizionale motore endotermico alimentato a combustibili fossili diesel abbinano un motore elettrico. Nelle imbarcazioni il motore endotermico non provvede direttamente a muovere le eliche, ma alimenta dei generatori di corrente che a loro volta alimentano dei motori elettrici comandati da inverter che quindi fanno girare l’elica che muove la nave.

Le imbarcazioni e gli yacht ibridi rappresentano qui una nuova alternativa green, che sfruttano l’energia elettrica accumulata in batterie per far funzionare questi motori elettrici. Naturalmente, tutti questi azionamenti elettrici, motori, server e inverter di potenza e componenti elettrici, generano grandi quantità di calore che vanno dissipate. E si tratta di potenze molto importanti, superiori a quelle coinvolte in ambito automotive dove un normale radiatore è sufficiente al raffreddamento delle apparecchiature.

Per dissipare le importanti potenze termiche su yacht e imbarcazioni vengono quindi sviluppati appositi sistemi di raffreddamento ad hoc, come ad esempio scambiatori posti sotto lo scafo chiamati keel cooler che sfruttano direttamente l’acqua di mare per il raffreddamento. Vi sono però anche molte situazioni in cui l’acqua di mare presenta temperature troppo elevate, per cui si fa ricorso a chiller ausiliari installati a bordo che producono acqua refrigerata. Questa va quindi ad alimentare scambiatori di calore a piastre, tipicamente, che provvedono quindi al raffreddamento dei motori elettrici, degli inverter di potenza e dei vari componenti presenti a bordo degli yacht ibridi.

L'articolo Raffreddamento, chiller e scambiatori negli yacht ibridi proviene da Tempco Blog.

Ciò che è ancora più interessante dal punto di vista di Tempco è però la crescente importanza data ai temi legati alla sicurezza eneregtica e ai fattori ESG (environment, social and governance) e di sostenibilità ambientale da parte di investitori, fornitori di debito e sviluppatori di infrastrutture data center. La domanda record è naturalmente spinta dall’incremento dei dati e della richiesta di potenza di calcolo, legato alla diffusione dei servizi cloud, al crescere dell’IoT e all’uso in costante aumento dell’AI, con all’orizzonte l’avvento della connettività 5G e del Metaverso. Al contempo, cresce l’attenzione al rispetto degli standard ESG da parte istituzionale, con iniziative quali il Climate Neutral Data Centre Pact o il ricorso a metriche quali il PUE (power usage effectiveness) nei data center, di cui abbiamo pure avuto modo di parlare in passato.

In questo quadro, il 94% dei soggetti interpellati dichiara che l’attenzione a tematiche ESG è cresciuta come criterio per nuovi investimenti o sviluppo di infrastrutture data center negli ultimi 24 mesi. Il 99% dichiara inoltre che questo tipo di attenzione crescerà ulteriormente nei prossimi 24 mesi. Il 35% di sviluppatori/operatori ha altresì dichiarato di aver ceduto almeno un data center negli ultimi due anni proprio a causa di problemi legati al tema ESG. Il raggiungimento di target zero emissioni diventa altrettanto rilevante: il 68% degli investitori e il 60% dei fornitori di debito e degli sviluppatori/operatori ha dichiarato che i data center nei quali hanno investito più di recente prevedono di raggiungere il target zero emissioni entro il 2030, se non hanno addirittura già completato l’obiettivo. Energia e fattori ESG figurano anche tra i principali criteri per cui gli investitori in data center sono disposti a pagare dei premi: il 70% degli sviluppatori/operatori e il 75% di investitori e fornitori di debito dichiarano che sarebbero felici di pagare un premio pur di investire in un’infrastruttura dotata di caratteristiche ESG e attenta alla sostenibilità.

Come abbiamo già avuto modo di trattare più volte, sostenibilità e risparmio energetico nei data center riguardano segnatamente il passaggio dal raffreddamento ad aria delle componenti IT e dell’elettronica all’utilizzo di soluzioni di raffreddamento a liquido per immersion cooling. Questo rappresenta in particolare un fondamentale cambio di passo nel futuro dei data center , in direzione di infrastrutture IT più sostenibili ad impatto ambientale ridotto. Ciò è dovuto ad alcuni fattori, in primis la possibilità di impiegare fluidi di raffreddamento a temperature meno spinte verso il basso, grazie al maggior coefficiente di dissipazione del calore dei liquidi rispetto all’aria. Notevole risparmio energetico è dato quindi dall’eliminazione di ventilatori e compressori richiesti dai chiller, aprendo inoltre la strada all’utilizzo del free cooling.

L'articolo Data center, raddoppiano gli investimenti con attenzione ai temi ESG proviene da Tempco Blog.

Il Wind chill, o fattore di raffreddamento dovuto al vento, fa riferimento a quella sensazione di intenso raffrescamento, o di freddo da brividi, che si sente quando uscendo dall’acqua al mare c’è vento. Questa sensazione è dovuta all’evaporazione dell’acqua sul nostro corpo, e a causare questo senso di freddo intenso e improvviso è l’effetto dell’evaporazione dell’acqua dalla nostra pelle che avviene asportando energia.

Questo è esattamente lo stesso effetto che si ha nei raffreddatori adiabatici e nelle torri evaporative in virtù del quale è possibile raffreddare la temperatura dell’acqua a un livello inferiore rispetto alla temperatura ambiente. Parlando di torri di raffreddamento, ai nostri clienti chiediamo infatti sempre quale sia il valore della temperatura di bulbo umido di progetto, essenziale per calcolare la torre stessa.

Guardando alle tabelle degli standard americani ASHRAE, o di qualsiasi tabella climatica, troveremo sempre i dati medi delle temperature di bulbo secco stagionali, invernali ed estivi, relativi alle varie aree geografiche. Allo stesso modo, una colonna sarà anche dedicata ai valori medi delle temperature di bulbo umido.

Spiegata in modo semplice, la temperatura di bulbo umido è quella temperatura che si ottiene se, prendendo un normale termometro da esterno, avvolgiamo il sensore, il bulbo, con uno straccio leggermente bagnato. Si vedrà la temperatura scendere, e questa è la temperatura del bulbo umido, ossia del bulbo bagnato, che è più bassa rispetto alla temperatura dell’aria esterna. Questa è altresì la temperatura di riferimento per la progettazione delle torri evaporative perché è la temperatura più bassa che si può raggiungere, ottenendo una temperatura dell’acqua in uscita dalla torre più bassa. Questo perché si sfrutta il calore latente di evaporazione, ovvero quella energia che viene asportata dall’evaporazione dell’acqua, che consente di abbassare la temperatura dell’acqua che viene raffreddata.

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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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