Ci sono infatti applicazioni dove il fluido da raffreddare è aggressivo o l’ambiente è corrosivo: in questi contesti, un classico tubo in rame non basta. Servono batterie in acciaio inox, capaci di garantire durata e affidabilità anche in condizioni difficili. Altre volte la richiesta arriva dai codici di costruzione: realizzazioni conformi ASME, indispensabili per impianti destinati a settori regolamentati o a mercati dove la certificazione è un requisito imprescindibile.

Sono esempi concreti di come i dry cooler possano diventare apparecchi unici, pensati per esigenze molto specifiche. 
Proprio qui entra in gioco la filosofia Tempco: offrire soluzioni che non si limitano a ‘raffreddare’, ma che accompagnano il cliente rispondendo alle sue peculiari necessità di processo con la stessa logica del ‘tailor made’.

Un dry cooler, quindi, non è mai soltanto un dry cooler. Può diventare un elemento critico di affidabilità, sicurezza e prestazioni di processo, quando è progettato con materiali e codici adatti al contesto reale in cui dovrà operare.

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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 dei data center spinge quindi la richiesta di tecnologie di raffreddamento più efficienti, tra cui emergono le più innovative soluzioni di raffreddamento a liquido o per immersione. Un esempio italiano prestigioso è il recente Green Data Center inaugurato ad aprile scorso presso l’Università di Pisa, che ha consentito di raddoppiare la capacità computazionale disponibile adottando tecnologie di ultima generazione e soluzioni di raffreddamento a liquido, incrementando l’efficienza energetica dell’infrastruttura.

Gli scambiatori di calore svolgono un ruolo chiave nei sistemi di raffreddamento dei server nei data center. In particolare, gli scambiatori a immersione TCOIL di Tempco possono offrire soluzioni personalizzate per integrarsi con i sistemi di raffreddamento esistenti. Questi speciali scambiatori possono infatti essere utilizzati per ottimizzare il raffreddamento a liquido dei data center, anche ad esempio in applicazioni che sfruttano il sistema Liebert® XDU di Vertiv o la soluzione HyperCool di Zutacore, entrambe impiegate nel Green Data Center nell’ateneo pisano, utilizzando i TCOIL in funzione di free cooling, immersi in fiumi, laghi o bacini in prossimità dei data center.

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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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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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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.

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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

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