I sistemi di raffreddamento dei bruciatori sono cruciali negli impianti di ossitaglio di bramme e billette per diverse ragioni:

1. Prevenzione del surriscaldamento: i bruciatori funzionano a temperature estremamente elevate. Senza un adeguato raffreddamento, potrebbero surriscaldarsi, causando danni strutturali o guasti.
2. Mantenimento dell’efficienza: un bruciatore raffreddato in modo appropriato opera in modo più efficiente. Il raffreddamento impedisce che le temperature troppo alte alterino le prestazioni, mantenendo un taglio preciso e costante.
3. Sicurezza: il raffreddamento riduce il rischio di incendi o esplosioni dovute al surriscaldamento, migliorando la sicurezza dell’intero impianto.
4. Durata dei componenti: il raffreddamento regolare riduce l’usura dei componenti del bruciatore, prolungando la vita utile dell’impianto e riducendo i costi di manutenzione.

Il raffreddamento avviene per ovvi motivi ad acqua, con dissipazione che spesso può essere effettuata mediante l’utilizzo di free-cooler, in quanto i livelli di temperatura non sono particolarmente spinti.

L'articolo Raffreddamento dei bruciatori nei sistemi di ossitaglio delle acciaierie 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.

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.

Per restare informato ogni mese sulle ultime applicazioni di gestione dell’energia termica, iscriviti alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

L'articolo Raffreddamento a liquido e scambiatori a immersione dei data center 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.

Per restare informato ogni mese sulle ultime applicazioni di gestione dell’energia termica, iscriviti alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

L'articolo Macchine termiche, la regola delle quattro dita 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 raffreddamento a liquido per immersione, di cui abbiamo già parlato in passato mediante utilizzo di scambiatori TCOIL, aumenta in prima istanza la sostenibilità dei data center, migliorando l’efficienza energetica del sistema di raffreddamento. Infatti, utilizzare un liquido come fluido di raffreddamento invece dell’aria comporta un contatto più stretto delle particelle del liquido con l’oggetto da raffreddare, aumentando il coefficiente di scambio termico. Questo consente inoltre di utilizzare fluidi di raffreddamento a temperature meno spinte, con notevole risparmio energetico grazie anche alla possibilità di impiegare sistemi in free cooling per il raffreddamento dei fluidi dielettrici e tagliando i costi legati al condizionamento dell’aria.

La soluzione con raffreddamento a liquido nel progetto testato ha però altresì portato a una riduzione dei costi di esercizio del calcolo ad alte prestazioni richiesto dai software EDA, dove il costo delle licenze d’uso è legato al numero di core e alla frequenza di Clock richiesta (la frequenza di Clock indica il numero di cicli da acceso-spento, ossia tra 0 e 1, che un transistor è in grado di processare in un secondo, misurata in GHz). Grandezze a cui è legato anche il TDP (thermal design point), ovvero il calore massimo che un processore deve smaltire per funzionare in maniera ottimale.

Il costo complessivo delle licenze può quindi essere ridotto diminuendo il numero di core utilizzati e aumentando la frequenza di clock, ottenendo lo stesso livello di prestazioni. Ciò comporta però un incremento nella quantità di calore sviluppato dall’elettronica da dissipare, che mette le soluzioni di raffreddamento ad aria tradizionali di fronte al loro limite, potendo invece essere gestite senza problemi e con maggior efficienza e consumi inferiori dal raffreddamento a liquido per immersione.

Il sistema prototipale messo a punto da Supermicro in collaborazione con 3M, Intel, Kaori e Samsung sfrutta nello specifico il raffreddamento a immersione diretta di due tipologie di dispositivi di Intel e Samsung, in un serbatoio con sistema a scambiatori di calore a piastre riempito con il fluido 3M Fluorinert Electronic Liquid FC-40, che ha mostrato perfetta compatibilità con l’elettronica impiegata.

I test condotti hanno dimostrato una importante riduzione del consumo energetico ottenuta con il raffreddamento a liquido per immersione, anche con CPU ad alte prestazioni e in ambienti a temperatura ambiente, senza impiego di aria condizionata. Consentendo la riduzione del numero di core nei processori e l’incremento della clock speed. Prospettando pertanto il raffreddamento a liquido per immersione come una soluzione green e altamente efficiente in grado di ridurre anche i costi di esercizio, adatta alle crescenti potenze di calcolo richieste ai data center a sostegno dello sviluppo delle nuove tecnologie, dal campo della progettazione elettronica, all’intelligenza artificiale e all’analisi dei dati.

Source: Supermicro

Per restare informato ogni mese sulle ultime applicazioni di gestione dell’energia termica, iscriviti alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

L'articolo Raffreddamento a liquido in data center e high performance computing proviene da Tempco Blog.

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.

Per restare sempre informato ogni mese sulle ultime applicazioni di gestione dell’energia termica, iscriviti qui alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

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

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.

Per restare sempre informato sulle ultime applicazioni, iscriviti qui alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

L'articolo Rinnovabili e energy saving con free cooler e torri evaporative proviene da Tempco Blog.

La scelta dipende innanzitutto dal livello di temperatura dell’acqua di raffreddamento richiesto. Chiaramente, se occorre acqua a 10° C, per esempio, o addirittura a 0° C o sotto zero, l’unica opzione possibile è il gruppo frigorifero, o chiller.

Vi sono poi però molte situazioni intermedie, dove l’acqua di raffreddamento è richiesta a temperature leggermente più elevate, per esempio 20-25 o 30° C, per cui sempre di acqua fredda si parla ma che può essere ottenuta sfruttando altre soluzioni. Ognuna delle quali presenta i suoi vantaggi e svantaggi, naturalmente.

Il gruppo frigorifero è il tipo di macchina termica che meno di tutte risente delle condizioni ambientali, se adeguatamente progettata. Vi sono chiaramente gruppi frigoriferi tropicalizzati che possono operare anche a temperature ambientali elevate, e che grazie ad appositi accorgimenti sono poi in grado di lavorare anche in condizioni invernali. Si parla qui di ventilatori EC, che provvedono alla variazione della velocità di condensazione.

Quando l’acqua di raffreddamento è richiesta a 25-30° C, è lì che si apre il dubbio se scegliere chiller, torre evaporativa o dry cooler. Tutto dipende dalle condizioni ambientali. Una torre evaporativa alle nostre latitudini, parlo di Italia del nord e centrale, Europa in generale, consente di ottenere acqua fredda a 29-30 o 31° C circa. Il dry cooler a questi livelli di temperatura inizia invece a faticare, in quanto il suo effetto raffreddante dipende strettamente dalla temperatura ambiente. Pertanto, durante la stagione estiva, con temperature che arrivano a 30-35° C, potremo avere acqua a temperature più alte di circa 5° C, quindi acqua a 35-40° C. E’ però vero che durante l’inverno, o nella mezza stagione, un dry cooler permette di avere acqua fredda alla temperatura desiderata.

Nel confronto tra torre evaporativa e dry cooler, la prima ha il vantaggio di avere acqua in circuito aperto, mentre il dry cooler ha un circuito chiuso dell’acqua, con effetti sulle performance. Avere un circuito chiuso però elimina gli effetti della polvere nell’aria e l’evaporazione dell’acqua, senza quindi consumo di acqua che porta alla sua concentrazione, rendendo necessario un reintegro di acqua trattata.

Di contro, con un circuito chiuso occorre fare attenzione al congelamento dell’acqua durante l’inverno, onde evitare la rottura dei tubi, e quindi occorre fare ricorso al glicol.

E’ insomma un discorso abbastanza complesso, che caso per caso va valutato per trovare la soluzione migliore. Uno dei trend oggi in corso è abbinare dei chiller ai dry cooler, o free cooling, che durante l’inverno possono sopperire al funzionamento del gruppo frigorifero, consentendo così di spegnere i compressori. Ottenendo significativi risparmi energetici. Lo stesso sistema di free cooling può essere ottenuto usando una torre evaporativa, ma in questo caso è consigliabile interporre uno scambiatore di calore, in quanto la torre a circuito aperto va incontro a contaminazione dell’acqua, che andrebbe trattata per non fornire acqua contaminata al processo produttivo.

Per restare sempre informato sulle ultime applicazioni, iscriviti qui alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

L'articolo Raffreddamento, preferenza tra chiller, torri e dry cooler proviene da Tempco Blog.

Quando il raffreddamento in un certo processo produttivo richiede ad esempio acqua alla temperatura di 15° C, è infatti necessario ricorrere a chiller che consentono di ottenere acqua a quelle temperature per tutto l’anno. Durante l’inverno è però possibile sfruttare sistemi a scambio diretto grazie alle basse temperature ambientali. Si tratta di sistemi dry cooling o free cooling, che consistono in batterie di scambio o grandi radiatori ventilati che permettono di raffreddare l’acqua.

La convenienza del sistema dipende da due fattori, in primo luogo la latitudine del sito di installazione dell’impianto. In secondo, il livello di temperature dell’acqua di raffreddamento richiesto dal processo industriale implicato.

Ipotizzando di avere un processo che necessita acqua di raffreddamento a 15° C, durante l’estate sarà indispensabile avere un chiller. In inverno, invece, o comunque quando la temperatura esterna scende al di sotto dei 10° C, è possibile avere acqua a 15° C utilizzando un normale dry cooler. Ottenendo un notevole risparmio energetico: infatti si avrà comunque l’energia consumata per il pompaggio dell’acqua e per il circuito di ventilazione, ma si potranno spegnere completamente i compressori del gruppo frigorifero. Che per un impianto ad esempio da 100 kW possono comportare un consumo energetico di circa 30 kW l’ora. Il risparmio energetico ottenibile spegnendo i compressori sarà quindi tanto maggiore quanto più importanti sono le potenze termiche richieste.

Occorre pertanto valutare sia le temperature richieste dal processo sia le temperature medie stagionali nel sito di installazione, onde valutare accuratamente e caso per caso il ritorno dell’investimento dell’implementazione di un sistema di free cooling.

Per restare sempre informato sulle ultime applicazioni, iscriviti qui alla Newsletter – Solid Temperature di Tempco.

L'articolo Quando implementare il free cooling è davvero conveniente? proviene da Tempco Blog.