Le turbine a gas sono infatti estremamente sensibili alle condizioni del fluido, in termini di temperatura, densità e stabilità del profilo termico. In molte applicazioni industriali (power generation, oil & gas, LNG, hydrogen-ready plants) un controllo fine della temperatura del gas è essenziale per migliorare l’efficienza, ridurre le instabilità operative e proteggere la macchine nelle condizioni transitorie. Ed è qui che entra in gioco il Gas Turbine Performance Heater.

Un Gas Turbine Performance Heater è in sostanza uno scambiatore progettato per il preriscaldamento del gas (aria, fuel gas, process gas), garantendo un ΔT controllato, elevata affidabilità e spesso in condizioni di alta pressione e servizio continuo. Tipiche applicazioni includono il fuel gas conditioning, intake air heating e sistemi di recupero di calore da circuiti olio/acqua calda/waste heat recovery.

Tempco propone gli scambiatori PCHE come particolarmente adatti a questo ruolo, in quanto consentono notevoli vantaggi chiave rispetto a soluzioni tradizionali (shell&tube):

• Elevata compattezza
• Resistenza a pressioni elevate (decine / centinaia di bar)
• Perfetta stabilità termica anche con gradienti rapidi
• Minimo accumulo di fluido → sicurezza + risposta veloce
• Geometria dei canali ottimizzabile sul punto di lavoro reale

In applicazioni ‘performance-driven’ della turbina, questo fa la differenza.

PCHE + Turbine: un matrimonio tecnico intelligente
Nel ruolo di performance heater, il PCHE permette quindi:

• Controllo molto preciso della temperatura gas in ingresso
• Basse perdite di carico (se correttamente progettato)
• Integrazione semplice in skid compatti
• Funzionamento affidabile anche in:
  ◦ ambienti offshore
  ◦ cicli start/stop frequenti
  ◦ condizioni severe (H₂ blend, gas secchi, LNG boil-off)

Quando il focus è performance + affidabilità, il PCHE è spesso la scelta più ‘ingegneristica’, non solo la più compatta.

Un doppio vantaggio lo si ottiene quindi quando l’aumento delle performance viene raggiunto implementando un sistema di recupero termico: è qui che l’applicazione si fa molto interessante, quando il PCHE viene alimentato da:

• circuiti di recupero calore
• jacket water
• olio caldo
• waste heat di processo

Il risultato che si ottiene è un aumento del rendimento complessivo dell’impianto, la riduzione dei consumi ausiliari e un miglior controllo operativo della turbina.

Tempco si pone quindi come partner tecnologico strategico per lo sviluppo e l’implementazione di questo genere di applicazioni, fornendo non solo la tecnologia ma anche supporto per la parte di ingegneria, nella definizione del duty reale, per la verifica delle perdite di carico lato turbina – tema assai critico -, provvedendo quindi all’integrazione dei PCHE in skid completi e al dialogo tecnico con EPC e OEM turbine. Il PCHE non è infatti un componente standard, ma una soluzione da cucire sull’impianto.

In conclusione, l’impiego dei PCHE come Gas Turbine Performance Heater rappresenta una naturale evoluzione molto innovativa delle applicazioni ad alte prestazioni nel settore oil & gas, che risponde in maniera molto concreta alle esigenze di compattezza, sicurezza e controllo. Rappresentando un perfetto esempio di ingegneria termica applicata, come soluzione speciale e non standard a catalogo.

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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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Si tratta di attività fondamentali per il futuro della mobilità sostenibile, da cui dipende lo sviluppo di tecnologie chiave per il futuro del comparto automotive. Ringraziamo quindi sentitamente Giacomo Silvagni, PhD Assistant Professor alla Alma Mater Studiorum – Università di Bologna, responsabile per questi progetti presso il Dipartimento dell’ateneo, che ci ha raccontato in dettaglio due delle attività di ricerca in corso.

La prima immagine, nello schema qui sotto, mostra la realizzazione di un banco di flussaggio per iniettori common rail diesel e GDI (Gasoline Direct Injection) benzina sperimentali, finalizzato alla caratterizzazione idraulica del sistema di iniezione e la realizzazione dei modelli orientati al controllo.

Come spiega quindi Giacomo Silvagni, i sistemi di iniezione ad alta pressione sono tipicamente utilizzati in strategie di controllo con iniettate multiple molto ravvicinate. Queste strategie generano effetti dinamici di onde di pressione e interazioni elettromagnetiche che inducono deviazioni rispetto al normale funzionamento dell’iniettore, causando squilibri di coppia erogata dal motore cilindro per cilindro con conseguenti riduzioni di efficienza e aumento di inquinanti. Grazie al banco di flussaggio, realizzato all’interno dei laboratori del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna, è stato possibile realizzare campagne sperimentali ad hoc per caratterizzare sperimentalmente i sistemi di iniezioni testati, sia diesel (fino a 1.800 bar) che a benzina (fino a 700 bar), e sviluppare modelli fisici orientati al controllo finalizzati alla compensazione in tempo reale di questi fenomeni dinamici compatibili con le centraline di controllo motore di serie.

Per questa prima applicazione, la centralina di termoregolazione Tempco ha rappresentato un elemento centrale del sistema di test in quanto viene utilizzata per condizionare la temperatura del combustibile all’interno dei sistemi di iniezione. Grazie alla centralina di termoregolazione quindi è stato possibile avere un controllo puntuale sulla temperatura del fluido, fattore chiave per garantire la ripetibilità delle prove sperimentali, e contestualmente verificare così l’impatto di diverse temperature del combustibile sulla dinamica idraulica del sistema.

Le altre due immagini sotto sono invece relative allo studio per la conversione di un motore 1.3 multijet diesel al funzionamento con benzina ad accensione per compressione, finalizzato allo studio di modalità di combustioni ad alta efficienza

Lo studio di modalità di combustione innovative ad alta efficienza e basse emissioni inquinanti rientra nell’ottica di un continuo sviluppo di motori a combustione interna verso applicazioni con alta efficienza e basse emissioni inquinanti: le combustioni innovative, infatti, rappresentano ancora una delle soluzioni più promettenti anche considerando l’avvento di combustibili sintetici e sostenibili. Per verificare i benefici di queste tecnologie, all’interno dei laboratori del Dipartimento di Ingegneria Industriale dell’Università di Bologna è stato convertito un motore a combustione interna di piccola taglia 1.3 multijet, nato per il funzionamento ad accensione per compressione alimentato a diesel, al funzionamento GCI (Gasoline Compression Ignition). Questa attività ha permesso di verificare il beneficio di questa modalità di combustione sia in termini di efficienze che di inquinanti prodotti rispetto al tradizionale funzionamento diesel, replicando l’intero campo di funzionamento del motore mantenendo tutti i componenti interni al motore in configurazione stock di produzione, verificando così la piena applicabilità ad hardware di serie già presenti sul mercato.

La centralina di termoregolazione Tempco, come spiega ancora Silvagni, ha rappresentato un elemento centrale del sistema di test in quanto utilizzato per condizionare la temperatura dell’aria aspirata dal motore durante le fasi di avviamento. Grazie alla centralina di termoregolazione Tempco e all’utilizzo di uno scambiatore di calore aria-olio dedicato, è stato possibile aumentare la temperatura dell’aria aspirata dal motore prima dell’ingresso nella camera di combustione e promuovere così l’accensione spontanea della benzina. Il controllo puntuale realizzato dal sistema Tempco ha inoltre consentito di verificare l’impatto di diverse temperature dell’aria comburente sulla stabilità della combustione e delle prestazioni del motore in termini di coppia/potenza erogata e di inquinanti prodotti.

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Sempre per applicazioni farmaceutiche, abbiamo quindi di recente fornito tre centraline TREG per termoregolazione di fluidi siliconici per reattori smaltati. Si tratta sempre di una classica applicazione di termoregolazione monofluido, dotata di riscaldamento mediate resistenze elettriche e sezione di raffreddamento a bassa temperatura (-30° C) tramite scambiatori a piastre saldobrasati e valvole miscelatrici.

Il controllo delle rampe di temperatura è ottenuto tramite termoregolatori elettronici dedicati e tiristori (SCR), che permettono al cliente di pilotare le resistenze con potenza modulante. Le centraline lavorano infine con pompe speciali, con tecnologia a trascinamento magnetico e amplissimo range di temperatura compreso tra -30/+300° C.

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Mostra fiera idrogeno è un evento verticale, che quest’anno giunge alla sua sesta edizione, organizzato da EIOM Fiere e dedicato all’ampia gamma di tecnologie e soluzioni industriali più innovative per la filiera dell’idrogeno.

A questa pagina è possibile effettuare la pre-registrazione all’evento.

Gli scambiatori PCHE di Tempco rappresentano una tecnologia innovativa che offre elevate prestazioni atte a soddisfare i requisiti critici delle applicazioni idrogeno, come pressioni elevatissime e livelli di temperatura variabili. La costruzione per diffusion bonding, o saldatura allo stato solido, del pacco piastre permette a questi scambiatori di operare con livelli di pressione fino a 900 bar e oltre, grazie alla elevata integrità strutturale che assicura affidabilità operativa ed elevata sicurezza.

La tecnica di fotoincisione delle piastre consente invece di realizzare layout personalizzati di microcircuiti di scambio termico, il che permette di costruire i PCHE anche in modalità multistream, come richiesto dai compressori multistadio impiegati nelle stazioni di rifornimento idrogeno. Garantendo altissima efficienza di scambio termico, velocità nel rifornimento e installazione in spazi ridotti grazie alla elevata compattezza di questi scambiatori.

mcT Idrogeno si svolge in concomitanza con alcuni altri eventi fra cui mcT Oil & Gas e Sicurezza, comparto nel quale gli scambiatori PCHE di Tempco trovano applicazioni altrettanto importanti e interessanti come pre-heater nelle turbine ad alte prestazioni così come sulle piattaforme di estrazione GLN per il raffreddamento del gas.

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La certificazione CRN (Canadian Registration Number) è un codice univoco che viene rilasciato dalle autorità provinciali/territoriali canadesi, necessario per l’installazione e l’uso di apparecchiature a pressione, come caldaie, scambiatori di calore, recipienti a pressione e raccordi (raccordi, valvole, tubazioni) in Canada. La certificazione CRN è obbligatoria per le attrezzature che operano a pressioni superiori a 15 psig (1 bar circa) e, nel caso di Tempco, garantisce che il design e la progettazione dei nostri scambiatori saldobrasati rispetti gli standard di sicurezza canadesi.

Requisito di sicurezza fondamentale per l’importazione e l’installazione di componenti a pressione in Canada, questa nuova certificazione, unitamente a quella ASME, garantisce la conformità degli scambiatori saldobrasati di Tempco agli standard industriali canadesi. Nello specifico, il codice CRN è valido per installazione dei nostri scambiatori saldobrasati nelle province dell’Ontario (ON), Quebec (QC), British Columbia (BC), Alberta (AB) e Saskatchewan (SK).

Questa nuova certificazione per le installazioni nel mercato canadese si aggiunge così alle certificazioni che Tempco negli anni ha conseguito per le sue soluzioni di controllo termico e termoregolazione industriale, come la certificazione ATEX per operare in atmosfere a rischio esplosivo nei comparti chimico, petrolchimico e farmaceutico, e quelle per le nostre centraline di termoregolazione TREG che possono essere fornite con certificazioni UL per il mercato nordamericano e EAC per Russia e Paesi UEE (Unione Economica Eurasiatica).

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Le fuel cell, o celle a combustibile, sono dispositivi elettrochimici che convertono l’energia chimica dell’idrogeno in energia elettrica con alta efficienza, producendo acqua e calore come scarto. L’idrogeno verde (green H2) è quindi idrogeno generato da fonti di energia rinnovabile, senza emissioni di carbonio. L’elettrolisi dell’acqua è il metodo che viene più comunemente impiegato per la generazione di idrogeno, sfruttando una reazione chimica che porta alla separazione tra idrogeno e ossigeno.

Come energia green, l’idrogeno verde può quindi essere utilizzato in una varietà di settori, in sostituzione dei combustibili fossili favorendo la transizione energetica. L’idrogeno verde può essere impiegato per le celle a combustibile, ma anche fungere da fonte diretta di energia per l’aviazione, le imbarcazioni, le auto e il trasporto pesante, così come per la generazione di potenza on-site in ambito industriale.

A prescindere dal tipo di tecnologia delle celle elettrolitiche, che si tratti di PEMEC (elettrolizzatore a membrana a scambio protonico), AEMEC (elettrolizzatore a membrana a scambio anionico), AEL (elettrolizzatore alcalino), SOEC (elettrolizzatore a ossido solido) o di qualsiasi altra tecnologia di elettrolisi, gli scambiatori saldobrasati offrono soluzioni ad alto valore ed efficienza per apparecchiature di elettrolisi, elettroliti, pre-riscaldamento dell’acqua di reazione e dei gas, raffreddamento dei fluidi di lavoro e per il recupero di energia dal sistema.

Per queste applicazioni idrogeno, Kaori propone in particolare due tipologie di scambiatori saldobrasati: gli scambiatori in lega ad alto contenuto di nichel sono la soluzione ideale per applicazioni SOEC/SOFC ad alta temperatura, in grado di operare con temperature fino a 900° C. I nuovi scambiatori saldobrasati full inox impiegano invece acciaio inossidabile come materiale d’apporto per la brasatura. Ciò li rende adatti per la generazione di idrogeno tramite elettrolisi PEM e per sistemi di alimentazione, oppure per acqua deionizzata a bassa conduttività che non ammette il passaggio di ioni di rame.

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Nel settore dei data center AI/HPC si assiste dunque a un’accelerazione verso il raffreddamento a liquido su larga scala, sotto la spinta del raggiungimento dei target di sostenibilità, con elevati valori di efficienza energetica (PUE) nei nuovi grandi data center ad alte prestazioni. Per rispondere a questo importante trend, Kaori, partner di Tempco in ambito di scambio termico, ha di recente presentato due nuovi scambiatori di calore ad alta efficienza dalle caratteristiche molto interessanti, appositamente studiati per le nuove soluzioni di raffreddamento a liquido nelle infrastrutture ad alte prestazioni.

Si tratta dello scambiatore di calore B390, che presenta un design asimmetrico delle piastre progettato specificamente per data center AI e HPC ad alta densità. Con una capacità di raffreddamento fino a 2.000 kW e il supporto per connessioni ad alto flusso da 4 pollici, questa innovativa tipologia di scambiatore gestisce facilmente i carichi termici transitori dei server ad alta potenza di nuova generazione. Con una larghezza di soli 321 mm e una lunghezza di 751 mm, il B390 offre prestazioni di raffreddamento eccezionali in un ingombro compatto, integrandosi perfettamente nei sistemi CDU In-Row e massimizzando l’efficienza nell’impiego dello spazio.

Ottimizzato per le differenze di caduta di pressione su entrambi i lati dei sistemi CDU In-Row, il B390 garantisce una distribuzione stabile del flusso e prestazioni complessive più elevate. È disponibile in configurazioni a passaggio singolo o multiplo e supporta installazioni verticali, orizzontali o piatte, offrendo un’integrazione flessibile per diverse esigenze di sistema e di spazio negli ambienti dei data center.

B390 ripropone i principali vantaggi della Serie B di Kaori:

• Design esclusivo del pattern delle piastre: massimizza l’efficienza del trasferimento di calore mantenendo basse le perdite di carico.
• Struttura ad alta pressione di esercizio: garantisce affidabilità a lungo termine per i sistemi di raffreddamento a liquido ad alta pressione.
• Design compatto: ottimizza l’utilizzo dello spazio per soddisfare le esigenze di integrazione ad alta densità.

Un secondo interessante modello di scambiatore, anch’esso sviluppato pensando specificamente agli ambienti data center ad alta densità di ultima generazione, è quindi il K390: di pari dimensioni, presenta un design simmetrico delle piastre, ideale per sistemi a flusso bidirezionale bilanciato.

Insieme, B390 e K390 formano una soluzione complementare, offrendo maggiore flessibilità di progettazione e opzioni in termini di prestazioni per le architetture di raffreddamento a liquido In-Row.

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Con una referenza tanto prestigiosa, Tempco è quindi molto orgogliosa di aver dato il proprio contributo per garantire le elevate performance delle auto Dallara, grazie alla fornitura di una centralina di termoregolazione TREG HE che viene impiegata per i banchi prova dei radiatori delle auto da competizione in Dallara Automobili. La centralina è nello specifico progettata per portare in temperatura un circuito di olio diatermico, operando in un intervallo di temperature compreso tra +30° C e + 180° C e trasferendo calore al fluido di prova mediante uno scambiatore di calore a piastre saldobrasato. Il range di portata del fluido di prova è compreso tra 5 e 80 l/min.

I banchi prova nel testing di questi componenti sono essenziali per simulare in laboratorio le stesse condizioni di pista cui saranno sottoposte le vetture durante le gare. La centralina di termoregolazione di Tempco è pertanto progettata con cura estrema per garantire la simulazione delle condizioni termiche in cui i radiatori delle supercar Dallara dovranno lavorare, regolando con precisione portate e temperature del fluido di prova con grande stabilità e ripetibilità (precisione di regolazione della temperatura ± 2° C) .

Dietro ogni radiatore testato, c’è dunque una centralina che lavora affinché ogni grado conti davvero nel determinare le massime performance delle auto da competizione di Dallara. Cuore del banco prova, la centralina TREG HE impiega resistenze a bassa potenza specifica, offrendo regolazione con controllo PID della temperatura con SCR proporzionali e logiche di sicurezza integrate. Una valvola modulante elettro-pneumatica consente di garantire la necessaria stabilità dello scambio termico anche a basse portate (5 l/min), mantenendo il corretto regime turbolento sullo scambiatore saldobrasato.

Il dimensionamento del sistema è stato infine studiato per mantenere sempre la massima efficienza nella regolazione della temperatura del fluido di prova, tenendo conto della forte variabilità di viscosità del fluido al variare della temperatura, unitamente alla necessità di contenere le perdite di carico.

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In questa particolare applicazione nel settore medicale è necessario abbattere in modo puntuale e controllato la temperatura dell’aria all’interno della linea di termoformatura di tubo medicale. Il raffreddamento rapido e stabile permette infatti di fissare la geometria finale del tubo subito dopo la formatura, garantendo ripetibilità e qualità costante.

La soluzione impiegata è uno scambiatore aria/acqua realizzato in alluminio UNI6082 con trattamento ElectroFin, ideale per ambienti medicali grazie alla resistenza alla corrosione e alla sanificabilità delle superfici garantite dallo speciale trattamento, che implica una serie di passaggi che includono test e controllo dei pezzi in ingresso, fasi di pulizia e sgrassaggio dai residui di produzione, e-coating in bagno epossidico catodico. Il tutto con completa tracciabilità del processo.

Integrato nella macchina, lo scambiatore di calore lavora con acqua refrigerata regolata con precisione, mantenendo la temperatura dell’aria nella finestra richiesta dal processo. Grazie alla precisione nel controllo della temperatura dell’aria nella linea di termoformatura, il risultato offerto dalla soluzione fornita comporta quindi maggiore stabilità, riduzione degli scarti e qualità ripetibile del prodotto medicale.

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