Gli scambiatori ad aria – o dry cooler – sono spesso visti come apparecchi ‘semplici’: una batteria alettata con dei ventilatori che garantiscono lo smaltimento termico.
 In realtà, quando ci si avvicina alle esigenze reali degli impianti, emergono subito richieste che rendono questi sistemi tutt’altro che standard.

Un tema centrale è proprio quello delle normative elettriche e di ventilazione, che variano a seconda del settore e dell’area geografica di destinazione:

• ambienti con rischio di esplosione, che richiedono ventilatori ATEX;
• applicazioni soggette a normative IN METRO, in ambito internazionale;
• richieste di conformità UL, necessarie per i mercati nordamericani.

Sono tutte situazioni in cui il dry cooler non può più essere considerato un prodotto a catalogo, ma un progetto su misura, studiato sulle condizioni specifiche del cliente e del processo.

La versatilità di Tempco sta proprio qui: un approccio flessibile, che ci consente di integrare ventilatori e motori speciali, rispettando normative diverse e garantendo la massima sicurezza operativa. Perché dietro a quello che sembra ‘solo un ventilatore’, in realtà c’è la chiave per far lavorare un intero impianto in modo sicuro, affidabile e conforme alle normative di settore.

L'articolo Dry cooler speciali, quando la sicurezza elettrica diviene parte integrante del progetto proviene da Tempco Blog.

Le foto scattate prima della sostituzione mostrano infatti molto chiaramente lo stato di grave corrosione delle alette del pacco di scambio dei radiatori.

Abbiamo dunque provveduto alla sostituzione dei radiatori provvedendo al contempo a un revamping dell’impianto, installando batterie di scambio con speciale trattamento ELECTROFIN. Il trattamento ElectroFin è uno speciale rivestimento protettivo anti-corrosione che viene applicato per elettrodeposizione, che assicura la corretta protezione del pacco alettato dagli agenti aggressivi cui gli impianti e le attrezzature sono esposte nelle installazioni in ambiente salino/marino.

L'articolo Revamping e protezione dalla corrosione per radiatori in ambiente marino proviene da Tempco Blog.

Il cliente ha un impianto asservito da gruppi frigoriferi, e nell’ambito di nuovi investimenti ha valutato di integrare il sistema con un impianto di free cooling adiabatico allo scopo di risparmiare energia e ottimizzare la produzione. Tempco ha quindi fornito lo studio iniziale per la valutazione dell’impatto e dei vantaggi che il raffreddamento in free cooling avrebbe potuto garantire al cliente in termini di maggiore efficienza e risparmio energetico.

Una volta approvato l’investimento, completo del calcolo del relativo pay back, abbiamo fornito un dry cooler abbinato al sistema di controllo e di pompaggio dell’impianto, in modo da integrare il tutto al sistema di refrigerazione esistente. La soluzione impiega ovviamente ventilatori controllati mediante inverter, che garantiscono la regolazione della velocità e del consumo energetico connesso in base alle effettive esigenze di processo.

Da ultimo abbiamo fornito una serie di scambiatori a fascio tubiero per la regolazione della temperatura dell’olio diatermico, che avviene proprio grazie al sistema di free cooling.

L'articolo Free cooling adiabatico per energy saving in impianto chimico 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.

L'articolo Free cooling, in cosa consiste e quando conviene in termini di ROI 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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La crescita nella domanda di potenza computazionale nei data center pone un problema relativo all’impatto ambientale di queste strutture. Sempre Nvidia nel 2022 ha annunciato un nuovo piano per ridurre il consumo energetico dei data center, per il crunch di enormi quantità di dati o per addestramento di modelli AI. L’azienda ha in particolare sviluppato innovative schede raffreddate a liquido, che consumano fino al 30% in meno rispetto a quelle raffreddate ad aria.

Con l’incremento della potenza termica dei chip, infatti, il tradizionale raffreddamento ad aria non è più sufficiente a soddisfare i requisiti di raffreddamento delle nuove applicazioni. In questo quadro, la previsione per i prossimi anni di IDTechEx è per una forte crescita e adozione del raffreddamento a liquido dei data center, con un fatturato annuo che entro il 2033 supererà i 900 milioni di dollari, come si legge nel report Gestione termica per centro dati 2023-2033.

Tabella comparativa dei liquidi refrigeranti dei principali brand disponibili sul mercato per raffreddamento a liquido dei data center. Fonte IDTechEx

Nel raffreddamento a liquido, grazie al raffreddamento a liquido diretto al chip (D2C, direct-to-chip) è possibile raffreddare solo alcuni componenti, come chipset e GPU, e non schede intere. Il raffreddamento a immersione offre invece efficienza elevata e distribuita in maniera uniforme. Considerate le tipiche temperature per immersione, che vanno da 25 a 50° C come riporta la tabella sopra, Tempco vede in queste innovative applicazioni ampio spazio per il free cooling, aumentandone l’efficienza. E’ pertanto possibile fornire soluzioni di dissipazione termica con dry cooler dedicati, sia a secco sia adiabatici quando la temperatura ambiente diviene più elevata. Tempco può altresì fornire soluzioni di free cooling per immersione con scambiatori TCOIL.

Va infine detto, come anche IDTechEx sottolinea, che il processo di immersione dei server nelle vasche può essere macchinoso e oggi richiede ancora un importante retrofitting dei data center esistenti basati su rack. Occorre poi considerare i costi iniziali dell’hardware, per cui IDTechEX stima che un serbatoio di raffreddamento a immersione possa costare circa 4 mila dollari. A questo va sommato il costo del liquido refrigerante per il serbatoio. Costi iniziali relativamente elevati che vengono però ampiamente ripagati nel tempo grazie al notevole risparmio energetico che si ottiene.

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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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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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L'articolo Infografica dal calore al valore, recupero energetico nell’industria proviene da Tempco Blog.

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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L'articolo Relè SCR per efficienza e risparmio energetico nel riscaldamento elettrico proviene da Tempco Blog.