Gli scambiatori a piastre saldobrasati rappresentano la soluzione ideale in queste centrali grazie alla loro compattezza, elevata efficienza termica e totale assenza di manutenzione. Rispetto ai tradizionali scambiatori a fascio tubiero, offrono una serie di vantaggi concreti che li rendono particolarmente adatti per installazioni modulari, ad alta densità di potenza e in spazi ridotti.

La scelta Tempco
Nelle centrali idrauliche di potenza Tempco, gli scambiatori a piastre saldobrasati vengono dimensionati su misura in base alle condizioni operative del cliente:

• portate
• viscosità
• temperatura di lavoro
• potenza termica da dissipare

L’adozione di scambiatori in acciaio inox brasati in rame o nichel garantisce elevata resistenza alla corrosione e lunga durata, con prestazioni termiche costanti nel tempo. La compattezza e l’affidabilità ne fanno una scelta perfetta per sistemi ad alte prestazioni, dove ogni dettaglio conta per assicurare continuità operativa e risparmio energetico.

In sintesi, dunque, gli scambiatori a piastre saldobrasati permettono di massimizzare l’efficienza termica e ridurre gli ingombri, semplificando la manutenzione e migliorando l’affidabilità delle centrali idrauliche.

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Questo è accaduto in quanto il cliente ha commesso una grave imprudenza: a fronte dell’intervento del termostato di sicurezza di alta temperatura, ha infatti ignorato l’allarme ‘by-passandolo’. L’allarme era causato da una scarsa circolazione di olio, per motivi legati a sporcamento dell’impianto.

La scarsa circolazione dell’olio ha quindi determinato l’intervento del termostato di massima temperatura. Il cliente by-passandolo ha provocato la rottura delle resistenze elettriche. Fortunatamente tutto si è risolto in uno shut down del termoregolatore, ma l’imprudenza poteva avere conseguenze anche molto più gravi, ad esempio se l’olio si fosse incendiato…

Manutenzione preventiva, valutazione degli allarmi del costruttore, chiedere intervento del service o assistenza telefonica, sono tutte precauzioni che avrebbero scongiurato il tutto.

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Le TREG trovano infatti numerose tipologie di applicazione nei banchi prova, ad esempio quando i banchi prova sono destinati al collaudo di componenti automobilistici come radiatori, di parti di motore o anche di utilities legate all’industria automobilistica, ad esempio pompe per la circolazione dell’acqua o pompe elettriche, o comunque componenti che sono sottoposti a forti variazioni di temperatura, sia dovute alla temperatura ambiente che alla temperatura del fluido con cui lavorano.

Bene, è molto interessante poter testare queste apparecchiature introducendole all’interno di camere climatiche dove variamo la temperatura ambiente. Insieme alla variazione della temperatura ambiente, è anche interessante variare la temperatura del fluido che alimenta questi elementi o che devono trattare. Chiaramente, si può quindi seguire la temperatura della camera climatica, seguendo quindi una certa temperatura ambiente, o anche andare in contrasto con la temperatura ambiente per valutare e convalidare il comportamento di questi componenti in condizioni di temperatura variabile.

Allo stesso modo, le parti meccaniche dei motori vengono testate inducendo una variazione della temperatura, ad esempio dell’olio lubrificante, a seconda delle diverse condizioni di lavoro. Invece di un motore completo, è anche possibile testare singoli componenti utilizzando anche variazioni di temperatura in un intervallo molto ampio, da temperature di valore negativo fino a temperature estremamente positive, ad esempio da -20° C fino a +130° C. Questo perché possiamo ad esempio pensare di avere un motore all’interno di un veicolo parcheggiato ed esposto a temperature molto fredde, che viene avviato facendo salire velocemente la temperatura fino a raggiungere le normali condizioni di utilizzo. E quindi abbiamo una variazione di temperatura molto ampia, ad esempio per l’olio refrigerante.

Tutte queste applicazioni possono essere servite da unità di termoregolazione che simulano accuratamente le varie situazioni ambientali e le diverse situazioni di carico.

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I radiatori utilizzati nelle autovetture sono difatti degli scambiatori di calore finalizzati al raffreddamento dei fluidi del motore, sia che si tratti dell’acqua delle camicie sia che si tratti dell’olio lubrificante. Sappiamo tutti quanto sia importante il radiatore in un’auto, come si è visto anche alla 24 Ore di Le Mans dove la Ferrari #50 è stata colpita da un sasso direttamente nel radiatore, che si è rotto, danneggiando così il radiatore destinato al raffreddamento di una parte ibrida del motore. La vettura è stata così costretta a effettuare un pit-stop, perdendo le posizioni di gara acquisite.

Ebbene, le nostre unità di termoregolazione vengono impiegate nei tunnel di test dei radiatori automobilistici, simulando la temperatura dell’olio motore o dell’acqua all’interno delle camicie per verificare l’efficienza e le performance di questi importanti componenti nei motori endotermici. La regolazione della temperatura è qui fondamentale, perché è necessaria per simulare con elevata precisione i livelli elevati di temperatura dell’olio o dell’acqua mista a glicole all’interno del motore, con diverse variazioni di temperatura a seconda delle condizioni di utilizzo del motore stesso.

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La temperatura dell’olio lubrificante è un parametro fondamentale per garantire il corretto funzionamento delle turbine nella generazione di energia. Elevate temperature possono compromettere la viscosità dell’olio, riducendo la sua capacità di lubrificazione e aumentando l’usura dei componenti. Di contro, temperature troppo basse possono causare la formazione di condensa e accelerare la corrosione. Un controllo preciso della temperatura è quindi essenziale per garantire la durata e l’efficienza del sistema.

Tempco offre una vasta gamma di raffreddatori e sistemi skid di raffreddamento progettati su misura per soddisfare le esigenze specifiche delle turbine nel settore del power generation. Gli scambiatori di calore doppi in standby rappresentano in questo ambito una soluzione innovativa: questi sistemi consentono il passaggio continuo dell’olio attraverso lo scambiatore master, con un secondo scambiatore che entra in funzione nel circuito in caso di necessità, garantendo un raffreddamento costante ed evitando interruzioni nell’erogazione di potenza.

Le valvole di interconnessione sono un elemento chiave nei sistemi doppi di Tempco. Queste valvole regolano il flusso dell’olio tra gli scambiatori, assicurando che il passaggio attraverso il secondo scambiatore avvenga quando necessario, in modo rapido ed efficace.

Benefici operativi:

• Migliore affidabilità: La gestione avanzata della temperatura assicura un funzionamento stabile e affidabile delle turbine.
• Personalizzazione: Le soluzioni Tempco sono progettate su misura, adattandosi alle specifiche esigenze del cliente.
• Minima interruzione: Gli scambiatori doppi in standby assicurano un raffreddamento continuo, minimizzando il rischio di interruzioni nella produzione di energia.

Le soluzioni con scambiatori doppi in standby per il raffreddamento dell’olio nelle turbine per generazione di energia rappresentano un’ulteriore soluzione avanzata che dimostra il continuo impegno di Tempco sui fronti dell’innovazione e dell’ottimizzazione dell’efficienza energetica. Investire in queste tecnologie non solo migliora le prestazioni operative, ma contribuisce anche alla sostenibilità ambientale nel panorama della generazione di energia.

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• supporti dei sistemi giroscopici dedicati alla produzione di energia
• inverter di potenza per la rettifica delle tensioni dell’energia elettrica prodotta prima dell’immissione in rete
• unico sistema in cui sono raggruppati, in dimensioni estremamente compatte, il circuito di raffreddamento dell’olio idraulico e quello di raffreddamento dell’acqua demi

Il sistema pur nella sua semplicità, che prevede degli scambiatori ad aria e uno scambiatore in titanio ad acqua di mare, presenta delle peculiarità legate alla progettazione. Il tutto viene infatti installato su una piattaforma posta in mare, che per ovvi motivi di funzionamento è sottoposta a sbandamenti notevoli. Anche la semplice struttura di supporto è stata pertanto calcolata per poter resistere a questo tipo di sollecitazioni, mentre i serbatoi di stoccaggio di olio e acqua, che oltre a resistere meccanicamente alle sollecitazioni imposte, devono poter gestire lo sciacquio interno, mantenendo costanti i livelli e senza falsi allarmi.

Senza contare che ovviamente l’affidabilità dello scambio termico deve essere assicurata, per cui è stata prevista la ridondanza di sistemi di controllo e di circolazione.

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Come già detto, si tratta qui di mantenere costante la temperatura dell’olio che esercita un lavoro negli azionamenti delle macchine operatrici. A parità di condizioni termiche, uno scambiatore di calore a piastre è molto più compatto di uno scambiatore a fascio tubiero, e questo influisce in primo luogo direttamente sulle dimensioni delle centraline idrauliche che servono l’impianto, che di conseguenza possono essere più piccole e compatte.

Altro grande vantaggio è quello di avere tutti e quattro gli attacchi sullo stesso lato dello scambiatore, due per l’acqua e due per l’olio. Ciò permette poi di sviluppare la profondità dello scambiatore in funzione della potenza richiesta, consentendo ai costruttori di macchine di fare delle standardizzazioni, ossia adottare un layout standard che impiega un certo tipo di scambiatore per un determinato schema termico, e in funzione della potenza delle pompe che verranno installate aumentare o diminuire il numero di piastre senza andare a toccare il design delle tubazioni.

L’uso di scambiatori a piastre invece che a fascio tubiero in applicazioni oleodinamiche rende molto più semplici anche le operazioni di manutenzione o sostituzione: sarà infatti sufficiente disconnettere gli attacchi dei tubi posti sullo stesso lato, estrarre il vecchio scambiatore e inserire quello nuovo. Andando poi a considerare centrali idrauliche di grandi dimensioni, dove è necessario passare da scambiatori saldobrasati a scambiatori ispezionabili, quest’ultimo vantaggio diviene ancora più evidente in quanto ci consente anche di riparare eventuali errori di progettazione o incrementi di potenza. Ciò grazie al fatto che uno scambiatore ispezionabile può essere facilmente potenziato aumentando il numero delle piastre, senza modificare il layout delle tubazioni.

Affrontare un simile problema avendo degli scambiatori di calore a fascio tubiero nell’impianto comporta invece grosse difficoltà, poiché lo scambiatore sarà più lungo, o più grande, con un mantello diverso, obbligando così il costruttore o l’impiantista a rivedere tutto il layout delle tubazioni.

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Negli impianti oleodinamici fino a pochi anni fa si era soliti impiegare scambiatori di calore a fascio tubiero, o scambiatori ad aria. Mentre per gli scambiatori ad aria, sostanzialmente masse radianti che impiegano ventilatori elettrici, poco è cambiato negli anni, una interessante evoluzione c’è stata invece sul fronte del raffreddamento ad acqua: storicamente, per il raffreddamento di olio idraulico venivano, e vengono ancora, impiegati scambiatori a fascio tubiero.

Per il raffreddamento di olio idraulico recentemente hanno invece preso sempre più piede gli scambiatori a piastre, sia di tipo saldobrasato che ispezionabile. Il principale vantaggio che offrono è il fatto che consentono l’incrocio di temperature, diversamente da quel che può fare uno scambiatore a fascio tubiero. In una applicazione oleodinamica, l’olio va raffreddato a una temperatura abbastanza elevata, dal momento che in un impianto l’olio idraulico deve mantenere in genere una temperatura di circa 40° C, venendo raffreddato al suo ritorno dagli azionamenti idraulici.

Non occorre pertanto un raffreddamento spinto, e qui lo scambiatore di calore a piastre diventa vantaggioso in quanto consente di utilizzare acqua di raffreddamento a temperature più elevate. Non serve quindi disporre di acqua di raffreddamento a 15-20° C, ma è sufficiente avere a disposizione acqua di torre a 30° C, per ottenere lo stesso effetto di raffreddamento. Ciò grazie a una maggiore efficienza termica con di conseguenza la possibilità di impiegare una minore superficie di scambio termico.

In aggiunta, con gli scambiatori a piastre, potendo incrociare le temperature, è possibile impiegare meno acqua per ottenere lo stesso raffreddamento. Soluzione ottimale nel caso in cui nell’impianto ci sia poca acqua di raffreddamento disponibile, che è così possibile sfruttare al massimo ottenendo comunque un efficiente raffreddamento dell’olio idraulico nella centralina oleodinamica.

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Come è fatta una tenuta meccanica? La tenuta meccanica è composta fondamentalmente da due parti, una fissa e una rotante mobile. La parte fissa è montata sul corpo della pompa, fa tenuta mediante un O-ring esterno e ha una faccia rettificata e levigata che va a contatto con la parte mobile.

La parte mobile è montata sull’albero, ed è quindi solidale con questo. La tenuta viene fatta anche in questo caso con un O-ring, una tenuta classica dunque, sulla sede dell’albero. La tenuta tra le due parti è assicurata dal contatto tra le due facce, che essendo rettificate e molto lisce evitano che ci siano trafilamenti di liquido, che si tratti di acqua o olio.

Differenti sono quindi i materiali costruttivi di una tenuta meccanica, in funzione sia del tipo di fluido che viene movimentato, sia delle temperature di lavoro in gioco. A seconda del fluido trattato, e al salire delle temperature, ad esempio con impiego di olio o fluidi aggressivi, i materiali della tenuta devono infatti garantire la giusta resistenza.

I materiali generano tra loro una frizione notevole: immaginate infatti che una pompa a due poli gira a circa 2.900-3.000 rpm, con uno sfregamento tra le due parti che è quindi molto elevato. Per questo motivo le tenute meccaniche vengono solitamente raffreddate, o mediante il fluido stesso che viene movimentato o, nei casi più estremi, dai sistemi di flussaggio che ne mantengono la temperatura a livelli accettabili.

In particolare, il flussaggio delle tenute serve non solo a mantenere la temperatura a livelli corretti, ma anche a mantenere uno strato di lubrificazione, chiamiamolo così, tra le due facce. Alle velocità a cui girano, e per quanto sono lisce le superfici, le due facce in mancanza di lubrificazione possono infatti grippare, ovvero rovinarsi, portando alla perdita nella tenuta.

Infine, quando si procede alla sostituzione delle tenute meccaniche, occorre ricordarsi sempre di cambiare anche la guarnizione del corpo pompa.

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Si tratta di un importante progetto che mira a sviluppare un nuovo sistema di lubrificazione e raffreddamento dell’olio per un motore turbofan denominato VHBE, very high bypass engines, realizzato da Rolls Royce per future applicazioni aeronautiche a elevata efficienza e ridotti consumi di combustibile.
Un turbofan, o turboventola, è uno speciale tipo di motore a reazione che utilizza due flussi d’aria separati, uno caldo e uno freddo. Il rapporto tra la portata in massa dei due flussi viene chiamato rapporto di diluizione, o bypass ratio. Un alto rapporto di bypass comporta consumi più bassi e bassa rumorosità.

Il progetto DEVILS (Development of VHBR Engines Innovative Lubrication System) ha quindi l’obiettivo di sviluppare un sistema di lubrificazione innovativo per un nuovo motore turbofan. Questo tipo di motore pone infatti sfide importanti al sistema di lubrificazione e raffreddamento dell’olio, poiché i più recenti trend di sviluppo nei motori per aerei implicano velocità, carichi e temperature più elevate a carico di cuscinetti e riduttori ad alta potenza che equipaggiano il motore.

La centralina di termoregolazione a olio diatermico che abbiamo sviluppato è implementata nella linea di produzione e collaudo sotto stress della speciale pompa di lubrificazione a portata variabile di Abete.
Si tratta di una unità di termoregolazione progettata per lavorare con olio diatermico a temperature che arrivano fino a 300° C, con controllo della temperatura tramite regolazione PID e pilotaggio tramite relè statici. Come in tutte le applicazioni che realizziamo in questo ambito, la centralina è equipaggiata con pompa a trascinamento magnetico e componentistica speciale per il funzionamento in continuo a queste temperature proibitive.

La sezione di raffreddamento ha un duplice scopo:

• mantenimento della temperatura per la compensazione delle derive termiche
• raffreddamento finale al termine dell’operatività

La centralina è realizzata con uno speciale scambiatore di calore per alte temperature, che può lavorare sopportando elevati shock termici.

Oltre ad Abete e Rolls Royce come committente, il progetto DEVILS vede la collaborazione di altre importanti aziende campane: la capofila Euro.Soft, per lo sviluppo dell’avionica di controllo, e Protom, insieme all’Istituto Motori del CNR di Napoli, il Dipartimento di ingegneria industriale dell’Università Federico II e l’israeliana TAT. Il progetto prevede infine anche lo sviluppo e la validazione di algoritmi di fault detection and correction del sistema di controllo degli ausiliari dell’impianto, e di health monitoring del sistema, che oltre a supportare la riduzione dei consumi di olio nel sistema abiliteranno funzioni diagnostiche per la predizione di guasti e la manutenzione predittiva.

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