In Tempco realizziamo sistemi completi di raffreddamento che uniscono in un’unica soluzione tutti i componenti necessari per smaltire il calore prodotto dal motore e dall’aria di sovralimentazione, offrendo il vantaggio di una progettazione integrata.
 Questo approccio assicura compatibilità idraulica, semplicità di installazione e un funzionamento efficiente e coordinato di tutte le parti.

Il sistema di raffreddamento integrato per gruppi elettrogeni di emergenza è composto da:

• HX1 – Scambiatore jacket water, dedicato al circuito principale del motore.
• HX2 – Scambiatore aria di sovralimentazione, per mantenere la temperatura ottimale dell’aria in aspirazione.
• P1/P2 – Gruppo di pompaggio, realizzato su skid completo di pompe, valvole, strumenti e quadro elettrico di comando.
• RAD – Elettroradiatore remoto, installato in posizione ottimale per la ventilazione e la dissipazione del calore.
• VEXP – Vaso di espansione, equipaggiato con tappo radiatore, livello visivo e livellostato di minimo livello, fornito per montaggio a cura del cliente in base alla configurazione impiantistica.

L’architettura del sistema può essere rappresentata come nell’immagine qui sotto:

La combinazione dei due circuiti del jacket water e di raffreddamento dell’aria di sovralimentazione consente di mantenere costante la temperatura di esercizio del motore, migliorando l’efficienza e riducendo i tempi di avviamento in emergenza.

Rispetto alle soluzioni tradizionali, dove i componenti vengono forniti separatamente, il sistema Tempco garantisce una gestione semplificata dell’impianto, con dimensionamento e integrazione studiati caso per caso sulle specifiche del motore e sulle condizioni ambientali di installazione.

Questo approccio ingegneristico unisce modularità, affidabilità e prontezza operativa, assicurando ai gruppi elettrogeni di emergenza un raffreddamento stabile e performante, sempre pronto a entrare in azione quando serve davvero.

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Il concetto alla base di tutte queste applicazioni è però lo stesso, dovendo mantenere questi sistemi a una temperatura tale da consentire di preparare il prodotto contenuto all’interno mediante una serie di salite e discese della temperatura, ovvero cicli controllati di riscaldamento e raffreddamento.

Questi reattori sono incamiciati, e nella camicia di questi reattori si può quindi far scorrere un fluido caldo o freddo per riscaldare e raffreddare il prodotto all’interno. Una prima semplice soluzione è far passare ad esempio vapore e acqua fredda per assolvere al compito. Ciò comporta però la difficoltà di dover vuotare completamente la camicia a ogni cambio di fluido di lavoro, onde evitare possibili contaminazioni degli stessi, e far circolare completamente il nuovo fluido, con relativi tempi tecnici richiesti.

La soluzione migliore è allora ricorrere alla termoregolazione monofluido, che impiega un unico fluido che scorre continuamente all’interno della camicia, che viene di volta in volta portato alla temperatura necessaria per riscaldare o raffreddare il prodotto mediante scambiatori di calore e valvole di regolazione. In funzione quindi di un set-point di temperatura che viene impostato dalla produzione del cliente tramite un PLC, che si interfaccia con la centralina di termoregolazione, si aprono le valvole sullo scambiatore del vapore per riscaldare piuttosto che quelle sull’acqua fredda per raffreddare il fluido che continua a circolare.

Esistono naturalmente tanti sistemi e diversificati, ad esempio centraline con sezione di riscaldamento elettrica e raffreddamento ad acqua, centraline con più livelli di temperatura, riscaldamento a vapore, raffreddamento con acqua di torre o acqua gelida per raggiungere temperature molto basse. Si tratta insomma di centraline estremamente customizzate, anche in considerazione del fatto che spesso lavorano in ambienti safe, o con certificazione Atex, o ancora vengono installate negli Stati Uniti, per cui sono fornite con certificazione UL, o in Russia, dove è richiesta la certificazione EAC.

Resta però invariato il principio di funzionamento, ossia avere un unico fluido che continua a circolare sul reattore che viene riscaldato o raffreddato da fluidi utilities che vengono immessi nella centralina di termoregolazione. Il vantaggio offerto dal sistema monofluido è di avere una costante circolazione di fluido, nessuna contaminazione dei fluidi di lavoro e, infine, avere un ampio range di regolazione. Con una gestione molto precisa delle temperature e un controllo molto accurato sui set-point di temperatura, con tolleranze molto ristrette, grazie all’impiego di sistemi PID, valvole modulanti e sistemi di regolazione molto raffinati.

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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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Prendiamo il caso tipico di un reattore per produzione di un principio attivo farmaceutico. Partendo dalla temperatura ambiente, il prodotto va riscaldato e quindi mantenuto a una certa temperatura. Sarà poi necessario a un certo punto raffreddarlo, e poi magari nuovamente riscaldato e così via.

In genere vengono usati reattori incamiciati con semitubo o con camicia di scambio termico. Un fluido caldo o freddo viene fatto circolare all’interno della camicia, a seconda del livello di temperatura richiesto per il prodotto all’interno del reattore.

In passato, ma ancora oggi, a seconda del ciclo termico si faceva passare un fluido caldo all’interno della camicia per riscaldare, vapore o olio diatermico ad esempio. Quando poi si doveva raffreddare, si scaricava completamente il vapore e la condensa per poi far passare nella stessa camicia acqua refrigerata o acqua con antigelo. Tutte queste operazioni di riempimento e svuotamento richiedono naturalmente tempo, e possono rallentare la produttività. Inoltre, questa soluzione offre un controllo della temperatura solo relativamente preciso e accurato.

Negli anni si è quindi sviluppata la tecnologia monofluido. Questa impiega in pratica gli stessi fluidi come utility – vapore, olio diatermico, acqua calda, acqua refrigerata e acqua con antigelo -, che lavorano però su una batteria di scambiatori. All’interno degli scambiatori circola un unico fluido in grado di sopportare il range di temperatura richiesto dall’intero processo di termoregolazione.

Questo fluido viene quindi fatto circolare all’interno della camicia del reattore. I vantaggi sono evidenti: eliminazione dei tempi morti, dovuti alle operazioni di svuotamento e caricamento dei diversi fluidi, e soprattutto si evita il rischio di miscelazione dei fluidi in caso di errori in queste operazioni. Ovvero, avere acqua glicolata che finisce nella caldaia, o condensa che entra nel chiller, diluendo l’acqua con antigelo esponendo al rischio di congelamento.

Notevoli sono i vantaggi, cui chiaramente si accompagna qualche svantaggio. Si perde infatti qualcosa in termini di scambio termico, in quanto servono utilities a temperatura un poco più alta o più bassa del fluido che scorre nella camicia. Dal punto di vista operativo i vantaggi sono però tali da farne una soluzione largamente adottata. Infine, non c’è paragone sotto il profilo del controllo della temperatura che si riesce a ottenere: si può agire con valvole modulanti o con un sistema di valvole bypass o di regolazione che consente di avere un livello di controllo della temperatura estremamente fine.

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Gli scambiatori ad immersione della serie T COIL sono scambiatori primari molto versatili ed efficienti, che vengono realizzati con un metodo semplice ed efficace: due lamiere saldate perimetralmente e tramite puntatura vengono rigonfiate mediante elevata pressione, per ottenere una canalizzazione interna che crea una serie di passaggi per il fluido di trasferimento del calore. Il materiale delle lamiere è solitamente acciaio inossidabile AISI, in quanto consente la deformazione a freddo dopo la saldatura senza criccarsi e rompersi.

La notevole resistenza meccanica consente di utilizzare materiali dagli spessori contenuti. Tale peculiarità permette di contenere i costi, ottenendo ottimi coefficienti di scambio termico, minore inerzia e in definitiva una elevata efficienza termica. Gli scambiatori della serie T COIL, possono essere utilizzati per immersione diretta nel fluido da riscaldare o raffreddare oppure mediante applicazione esterna tipo ‘clamp-on’ su serbatoi, tubazioni o macchinari. I fluidi di lavoro possono essere vari, vapore, olio diatermico, acqua, acqua surriscaldata.

Le applicazioni sono veramente innumerevoli, in Tempco li utilizziamo nei settori alimentare, chimico, farmaceutico, o ad esempio industria della carta, ma ogni anno ne scopriamo e sviluppiamo noi stessi di nuove che non pensavamo. Dalle prime applicazioni ad immersione per termoregolare acqua, gli impieghi sono andati mano a mano ben oltre, per raffreddamento di granaglie, di polveri, o ancora installati in clamp-on all’esterno di serbatoi al posto delle tradizionali serpentine.

Siamo in grado di produrre scambiatori T COIL in dimensioni standardizzate, gli unici limiti dimensionali sono legati alle misure dei fogli di lamiera spianata o alla larghezza dei coils che si trovano in commercio. La nostra officina può anche realizzare scambiatori e piastre con le dimensioni personalizzate necessarie alle applicazioni più disparate, spaziando nelle forme e geometrie più differenti, per adeguarsi alle specifiche esigenze dei clienti e dei processi che andiamo a termoregolare. Questa peculiare flessibilità costruttiva consente di poter estendere l’applicazione degli scambiatori T COIL a una serie notevole di applicazioni in ambito del raffreddamento e riscaldamento di processi produttivi.

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Le piastre saldate e rigonfiate di questa tipologia di scambiatori di calore possono infatti essere forgiate nelle forme più svariate per adattarsi alle esigenze dei più diversi contesti produttivi. Le cartiere, in particolare, rappresentano un ambiente molto sporco, con presenza di residui e sfridi provenienti dalla lavorazione della carta.

In questo particolare caso di un cliente nella produzione di carta, le piastre TCOIL vengono fornite piegate e pronte per l’assemblaggio finale, in forma di bacinelle di raccolta delle dimensioni di circa 1 metro x 4 metri di lunghezza. Verranno montate sulle macchine di produzione della carta per raccogliere sfridi e polveri provenienti dai processi di taglio e lavorazione di preparazione della carta.

E’ infatti importante ai fini del prodotto finale che questi scarti di lavorazione non entrino nelle fasi successive del processo, andando a compromettere il rotolo nei passaggi successivi rovinandone la qualità.

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Al termine del ciclo di preparazione, il chiller ha quindi il compito di raffreddare il prodotto finito, abbattendo la temperatura secondo una rampa tempo/temperatura impostabile, fino al livello finale adeguato al confezionamento.
I chiller funzionano con fluido di raffreddamento acqua/antigelo e hanno struttura incamiciata sui serbatoi, simili a reattori farmaceutici, con il fluido refrigerante che scorre all’interno della camicia. Il funzionamento è simile al principio di raffreddamento usato per gli scambiatori T Coil, offrendo la stessa efficienza di trasferimento termico e flessibilità di geometrie per adattarsi alle apparecchiature di processo.

Su richiesta del cliente, i chiller lavorano su un set point definito nel peggiore dei casi (+5°), con la possibilità di reimpostarlo in funzione del tipo di prodotto fino a una temperatura di +20° C.

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Chiamati in inglese dimple plate jacket, presentano una tipologia costruttiva molto interessante, a elevata efficienza di scambio termico e soprattutto altamente customizzabile in quanto a forme e geometrie ottenibili.

Nella versione clamp-on, è infatti possibile letteralmente rivestire dei macchinari industriali, quali reattori o miscelatori, con le piastre saldate a impuntura tipiche di questo tipo di scambiatore di calore. Le piastre vengono infatti forgiate a misura per creare una incamiciatura esterna, saldata lungo i bordi e in alcuni punti all’interno secondo un pattern preciso, creando delle fossette, una sorta di impuntura tra i fogli metallici delle piastre dello scambiatore.

Il foglio metallico così saldato viene quindi rigonfiato a pressione. Si ottiene un’intercapedine ad alta resistenza meccanica al cui interno viene fatto circolare il fluido di lavoro, che ha il compito di raffreddare o riscaldare il fluido di processo all’interno del macchinario.

Scambiatori incamiciati sono nati per impiego nell’industria chimica, ma la versatilità costruttiva e gli elevati coefficienti di scambio termico offerti ne hanno favorito la rapida diffusione in una varietà di settori industriali, quali alimentare e farmaceutico, petrolchimico, silos di stoccaggio, e fino al raffreddamento di data center, sistemi in free cooling e recupero di calore.

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Questa necessità sorge per differenti motivi, alcuni dei quali possono essere semplicemente:

• conservazione
• approntamento all’uso
• preparazione per successive lavorazioni
• cambiamento di stato (fermentazione, maturazione)

Per mantenere costante la temperatura, si utilizzano centraline di termostatazione o di termoregolazione, con fluidi di servizio di tipo diverso a seconda dei livelli di temperatura che vanno mantenuti.

In questa sede non intendo analizzare le apparecchiature che effettuano la regolazione della temperatura, ma uno dei vari modi che si mettono in pratica per ottenere questo risultato.

Infatti mediamente si possono utilizzare due sistemi:

1. termoregolare direttamente il fluido interno al serbatoio, facendolo scorrere in uno scambiatore o in una centralina di termoregolazione
2. termoregolare la temperatura di una camicia o di uno scambiatore immerso nel serbatoio.

Il primo sistema, molto efficiente, non è sempre percorribile, sia per la natura del fluido, che per praticità, soprattutto quando ci si trova di fronte a grandi quantità di prodotto, con caratteristiche fisiche, “non proprio semplici” (viscosità elevata…)

Il secondo sistema, se da un lato paga una efficienza termica inferiore, risulta molto più facile da applicare.

Una soluzione abbastanza consueta è quella di creare serbatoi con intercapedini, dove far scorrere il fluido caldo o freddo, per ottenere la temperatura richiesta. Tali intercapedini vengono solitamente realizzate con semitubo saldato sulla virola del serbatoio, oppure realizzando un serbatoio a doppia incamiciatura.

Entrambe sono soluzioni piuttosto costose, che possono essere sostituite dalla realizzazione della virola e del fondo, con scambiatori della serie TCOIL.

Nelle fotografie che seguono, si può facilmente capire cosa intendo:

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