Una domanda può quindi sorgere naturale: perché non mandare i fluidi di servizio (glicole, acqua, vapore) direttamente nella camicia di un reattore farmaceutico? Sembrerebbe infatti la via più semplice, ma per i reattori smaltati (glass-lined) rappresenterebbe la ricetta perfetta per il disastro. Lo smalto odia gli sbalzi termici improvvisi: iniettare vapore a 8 bar subito dopo il glicole a -15°C significa rischiare crepe catastrofiche.

La soluzione è quindi adottare la logica della termoregolazione mono-fluido su range esteso:

 un solo fluido diatermico circola costantemente nell’anello chiuso della camicia del reattore. Tre fluidi di servizio (glicole a -15° C, acqua industriale a 25° C e vapore a 8 bar) ne condizionano la temperatura all’esterno del reattore.

Il vantaggio che abbiamo ottenuto è quindi chiaro: il fluido intermedio fa da scudo termico, garantendo un’eccellente uniformità di temperatura sulla parete, precisione al decimo di grado nella regolazione della temperatura del reattore e zero shock termici per il vetro.

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Nello specifico, come indicato nei documenti, sono infatti necessari e sufficienti 5 dati:
 in particolare, i dati ‘must have’, indispensabili per iniziare il dimensionamento, sono quelli relativi al calcolo termico:

• Temperature di ingresso e uscita del fluido primario
• Portata del fluido primario
• Temperature di ingresso e uscita del fluido secondario
• Portata del fluido secondario
• Pressione del fluido (fondamentale nel caso di gas)

La potenzialità è un altro dato importante per il dimensionamento termico dello scambiatore. Tuttavia, se si hanno gli altri 5 dati, questa può essere calcolata a partire da quei cinque.

Gli altri dati, elencati sotto la voce “DATI UTILI PER IL CALCOLO COSTRUTTIVO DEGLI SCAMBIATORI”, sono quindi utili per una progettazione più precisa e completa, ma non sono indispensabili per un primo calcolo termico:

• Tipo di fluidi
• Temperatura max. di esercizio
• Pressione max. di esercizio
• Sovradimensionamento % (margine)
• Perdite di carico ammissibili (primario e secondario)
• Viscosità dei fluidi
• Peso specifico dei fluidi
• Coefficiente di trasmissione
• Coefficiente di sporcamento

In sintesi, per avviare il dimensionamento, è fondamentale fornire almeno 5 dati termici tra quelli indicati, inclusa la pressione se si tratta di un gas. Gli altri dati sono utili per definire al meglio le caratteristiche costruttive dell’apparecchio, ma non sono indispensabili in una fase iniziale.

È importante ricordare che, in caso di fluidi speciali, è necessario contattare direttamente Tempco, come specificato anche nel documento.

REGOLA DELLE CINQUE DITA

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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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Gli F-GAS sono gas frigorigeni, sostanze essenziali per il funzionamento di una serie di apparecchiature, come condizionatori d’aria e pompe di calore, sistemi antincendio a gas e chiller e impianti di refrigerazione.

Il nuovo regolamento impone nello specifico caso dei chiller limiti molto severi a partire dal primo gennaio 2027, per quanto concerne i nuovi impianti. I limiti si basano sul cosiddetto GWP, Global Warming Potential, e richiedono la dismissione dell’utilizzo di alcune tipologie di F-GAS e di contro il passaggio a gas a basso impatto ambientale o l’utilizzo di refrigeranti naturali.

I limiti nell’utilizzo di gas frigorigeni imposti per i chiller di nuova produzione variano quindi a seconda della potenza:

• Fino a 12 kW di potenza: dal 1° gennaio 2027, divieto assoluto di utilizzare gas fluorurati con un GWP pari o superiore a 150 (salvo specifiche deroghe quando sia necessario soddisfare requisiti di sicurezza).
• Oltre 12 kW di potenza: dal 1° gennaio 2027, è consentito l’uso di refrigeranti fluorurati esclusivamente con un GWP inferiore a 750.
• Dal 1° gennaio 2032: è previsto un ulteriore inasprimento del regolamento, con il divieto totale di utilizzare qualsiasi gas fluorurato.

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Un impianto non correttamente verificato può andare incontro, nei mesi estivi, a una serie di problematiche tra loro collegate:

• Riduzione della capacità di raffreddamento, con impossibilità di mantenere le condizioni di processo richieste
• Aumento dei consumi energetici, perché l’impianto lavora fuori condizione per compensare le inefficienze
• Allarmi e fermi improvvisi, spesso nei momenti di picco produttivo
• Perdita di efficienza del processo a valle, con ricadute su qualità e produttività

Per affrontare i carichi estivi in sicurezza, è opportuno pianificare con anticipo una verifica sistematica dell’impianto. I principali punti da controllare sono i seguenti.

Pulizia e stato degli scambiatori di calore. Le superfici di scambio termico devono essere pulite e prive di depositi o incrostazioni. Anche uno strato sottile di fouling può ridurre sensibilmente il coefficiente globale di scambio U, degradando le prestazioni nominali dell’unità. La verifica deve includere sia il lato processo che il lato servizio.

Circuito idraulico e qualità dell’acqua. Incrostazioni nelle tubazioni, corrosione localizzata e degrado della qualità dell’acqua di raffreddamento sono tra le cause più frequenti di problemi durate il periodo estico. È importante controllare il pH, la durezza e la concentrazione di eventuali inibitori, oltre a verificare la corretta circolazione nei circuiti.

Componenti di ventilazione e condensazione. Nei dry cooler e nelle torri evaporative, la sezione di condensazione è la prima a risentire delle alte temperature esterne. Verificare il funzionamento corretto dei ventilatori, la pulizia del pacco alettato e l’assenza di ostruzioni al flusso d’aria è fondamentale per non penalizzare la capacità dell’unità.

Controllo funzionale generale. La verifica deve concludersi con un controllo funzionale complessivo: taratura dei controlli di temperatura e pressione, stato dei componenti di regolazione, gestione degli allarmi e verifica della corretta sequenza di funzionamento nelle condizioni di picco.

Una manutenzione preventiva condotta prima dell’estate permette di identificare e risolvere le criticità quando c’è ancora tempo per farlo con calma, evitando interventi in emergenza durante i periodi di massima produzione.

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Tra le soluzioni di raffreddamento offerte da Tempco per i data center, particolare attenzione è rivolta alle più innovative tecnologie di raffreddamento a liquido, che offrono maggiore efficienza nella dissipazione del calore generato dai chip – e quindi una migliore regolazione della temperatura – grazie alla migliore conduttività dei liquidi rispetto alle tradizionali soluzioni di raffreddamento ad aria. Gli scambiatori saldobrasati Tempco fungono quindi da tecnologia chiave per le CDU – Coolant distribution units – impiegate nel raffreddamento a liquido dei data center ad alte prestazioni, strategico per ridurre l’impatto ambientale dei data center, aumentandone la sostenibilità e migliorando l’efficienza dei consumi energetici (PUE, power usage effectiveness).

La migliore gestione termica resa possibile dal raffreddamento a liquido permette inoltre ai data center di funzionare a densità di potenza più elevate, mantenendo alte prestazioni e affidabilità.

Il raffreddamento a liquido di server e dispositivi elettronici impiega fluidi dielettrici, compatibili per il contatto diretto con chip e apparecchiature elettroniche, nel caso del raffreddamento a immersione diretta, o per applicazioni cold plates. Le cold plates sono particolari componenti impiegati nel raffreddamento a liquido di componenti elettronici, realizzati in metalli ad alta conducibilità termica (in genere rame o alluminio). Il chip o componente elettronico che si surriscalda è fissato direttamente alla cold plate, e il calore passa a questa per conduzione. Al suo interno il liquido refrigerante scorre in particolari strutture a micro canali, che aumentano enormemente la superficie di contatto con il metallo surriscaldato. Il liquido assorbe quindi il calore e, per mezzo di una piccola pompa, viene spinto fuori dalla cold plate verso uno scambiatore di calore o un chiller.

Oltre alla superiore efficienza di dissipazione del calore generato dai server, il raffreddamento a liquido offre anche un altro vantaggio fondamentale, ovvero la compattezza, consentendo di realizzare strutture di calcolo ad alta densità nei data center risparmiando spazio di installazione. La gamma di scambiatori saldobrasati Tempco per raffreddamento a liquido nei data center offre quindi dimensioni molto compatte, che permettono una facile integrazione nelle CDU all’interno dei rack o nelle architetture in-row, che possono servire fino a 10 rack.

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Il team Tempco Service fornisce supporto tecnico per l’identificazione dei componenti, la verifica della compatibilità e la fornitura dei ricambi adeguati.

Innanzitutto occorre provvedere alla identificazione del modello di scambiatore, che è la base da cui partire per ogni richiesta di ricambi.

Il modello dello scambiatore può essere reperito da:

• Targhetta identificativa applicata sullo scambiatore
• Disegni tecnici o schede di calcolo termico
• Documenti di fornitura Tempco

È utile fornire anche:

• Numero di piastre montate
• Tipo di guarnizione
• Anno di fornitura o matricola

I due schemi sottostanti offrono quindi un prezioso supporto nella richiesta di parti di ricambio per piastre di scambio e guarnizioni.

Infine, alcuni ulteriori e utili suggerimenti:

• Inviare foto chiare delle piastre e delle guarnizioni per un’identificazione rapida.
• Indicare il fluido di processo e le condizioni operative.
• Tempco può fornire ricondizionamento e rigenerazione piastre con test di tenuta.
• Mantenere un set di guarnizioni di scorta riduce i tempi di fermo impianto.
• Rispettare le coppie di serraggio consigliate al rimontaggio.

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Il controllo attento delle rampe di temperatura, in riscaldamento e raffreddamento, è cruciale perché avvengano le reazioni chimiche tra gli ingredienti nelle ricette di produzione del settore pharma, essenziali per l’efficacia e la qualità del prodotto finito e dei principi attivi.

La centralina in questione consente nello specifico di raggiungere una temperatura massima di lavoro di 300° C, grazie a una potenza di riscaldamento installata di 300 KW, con sezione di raffreddamento ad acqua. L’efficienza dell’impianto è garantita dalla regolazione modulante della potenza nella termoregolazione del reattore, che avviene mediante l’impiego di SCR tiristori. La centralina TCU è infine dotata di vaso di espansione remoto con una capacità di 1.500 litri.

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Tempco ha nel suo portafoglio di applicazioni già numerose centraline di termoregolazione realizzate per soddisfare le specifiche esigenze del controllo delle temperature nello stampaggio di componenti in fibra di carbonio. Nello specifico, quella nella foto sotto è una centralina di termoregolazione che abbiamo fornito di recente a un’azienda in provincia di Bergamo, specializzata nella realizzazione di componenti in fibra di carbonio custom per vetture ad alte prestazioni, ma anche per altri utilizzi.

Diverse sono le applicazioni delle centraline TCU di Tempco per le applicazioni automotive, per cui supportiamo il cliente nella definizione del design e dell’ingegnerizzazione in ottica DFM (design for manufacturing), con l’obiettivo di raggiungere il perfetto equilibro e l’armonia su entrambi i fronti. Massimizzando la resa estetica e al contempo le prestazioni meccaniche e strutturali dei componenti.

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Si tratta di un ulteriore importante tassello verso la realizzazione del progetto Bzero di Baglietto, una vera e propria ‘promessa fatta al mare’ dal costruttore, volta a implementare un modulo di produzione di idrogeno verde sui suoi yacht per la navigazione a zero emissioni. Utilizzando acqua di mare filtrata e deionizzata, Bzero potrà infatti produrre idrogeno con un grado di purezza di grado 5.0 a una pressione massima di 35 bar, utilizzando un sistema di elettrolizzatori AEM (per una potenza totale di circa 55 kW), alimentati principalmente da energia proveniente da fonti rinnovabili.

Lo yacht a zero emissioni per la navigazione sostenibile di Baglietto sfrutta infatti il fotovoltaico per alimentare gli elettrolizzatori, che producono idrogeno verde direttamente dall’acqua di mare. Questi alimentano a loro volta un sistema di celle a combustibile PEM a bordo, abilitando la navigazione in modalità full-electric o ibrida. Il tipo di propulsione viene selezionata in automatico dagli avanzati sistemi di navigazione dello yacht per assicurare di volta in volta il massimo equilibrio tra prestazioni ed efficienza. I sistemi di raffreddamento forniti da Tempco, tra i partner del progetto, svolgono quindi un compito chiave in tutto il processo, ovvero la regolazione precisa, costante e affidabile della temperatura di tutti gli elementi di elettronica di potenza a bordo dello yacht.

Scendendo più in dettaglio, come riportato nel sito di Baglietto, l’idrogeno prodotto viene immagazzinato allo stato solido, a bassa pressione e temperatura ambiente, all’interno di bombole di idruri metallici (stoccaggio MH). Il processo di stoccaggio e rilascio dell’idrogeno è gestito da un sistema di gestione termica che riscalda gli idruri metallici durante la scarica e li raffredda durante la ricarica. L’energia termica necessaria viene recuperata dal calore generato da un modulo a celle a combustibile di tipo PEM, di circa 185 kW, che utilizza l’idrogeno come combustibile per produrre energia elettrica a zero emissioni e zero rumore. La potenza generata viene regolata tramite un convertitore DC/DC su un bus centrale a 700 V DC, una soluzione già testata sugli yacht Baglietto dotati di tecnologia ibrida. Collegato in parallelo alla cella a combustibile sullo stesso bus è un set di batterie agli ioni di litio progettate per assorbire i picchi e le improvvise variazioni della domanda di energia da parte dell’utente.

Le operazioni condotte nel prototipo creato in porto hanno l’obiettivo di ottimizzare gli aspetti tecnici per ottenere le necessarie certificazioni da parte di RINA, per le operazioni di rifornimento delle bombole di idrogeno e velocizzare la procedura, garantendo al contempo i più alti livelli di sicurezza del processo.

Fonte immagini: Baglietto Bzero

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