Questo tipo di applicazioni nelle produzioni pharma mettono in risalto il valore aggiunto di uno skid di termoregolazione (temperature control unit) pre-collaudato, a partire dal design compatto di queste unità di controllo della temperatura. La TCU viene infatti progettata in 3D per sfruttare ogni centimetro disponibile, con tolleranze millimetriche.

Altro grande vantaggio è rappresentato dalla qualità plug & play da officina delle centraline skid: saldature, cablaggi e test vengono infatti eseguiti in ambiente controllato, e non in un ambiente caotico come può essere un cantiere o magari in area ATEX. Con il risultato che installazione e avviamento in cantiere avverranno senza imprevisti.

Ciò è garantito dal Factory Acceptance Test (FAT) dello skid TCU, per cui l’unità viene collaudata in officina e quindi spedita già perfettamente funzionante. Una volta giunta nello stabilimento del cliente, servono solo i collegamenti alle utenze (allacci ‘border line’), e in poche ore l’impianto è pronto a partire, azzerando tempi morti e imprevisti dell’ultimo minuto.

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Le Centraline di termoregolazione TREG (temperature control unit, TCU) in zona ATEX con pannello di controllo separato consentono di integrare l’unità TREG TCU con una serie di tecnologie di automazione, quali:

• Protocolli di comunicazione industriale: Modbus, Profinet, Ethernet/IP per interfacciarsi con altri sistemi aziendali.
• Supervisione via SCADA o Cloud per il monitoraggio da desktop o dispositivi mobili.
• Allarmi e notifiche in tempo reale per prevenire anomalie e interventi non pianificati.

Diversi sono quindi i vantaggi offerti dall’automazione remota delle unità TREG – Temperature control unit in ambienti ATEX con pannello separato in zona sicura:

• Maggiore sicurezza: nessuna necessità di operare direttamente in zona ATEX.
• Controllo più preciso: regolazioni in tempo reale con sistemi avanzati.
• Monitoraggio continuo: raccolta e analisi dei dati per ottimizzazione dei processi.
• Riduzione della manutenzione: meno componenti elettronici in zona a rischio = minori possibilità di guasti.
• Scalabilità: possibilità di gestire più unità ATEX con un unico quadro remoto.

La separazione tra unità di termoregolazione ATEX e quadro di controllo remoto rappresenta quindi una soluzione strategica per chi opera in ambienti a rischio esplosione. Questa architettura consente massima sicurezza, un monitoraggio efficiente e costante delle TCU, e una gestione completamente integrata nei sistemi di automazione industriale.

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In un post precedente, abbiamo esplorato le sfide e le soluzioni per la termoregolazione in ambienti ATEX, ponendo particolare attenzione alla progettazione di centraline sicure ed efficienti. Come anticipato, una delle strategie più efficaci per ottimizzare il controllo della temperatura in queste applicazioni è separare il quadro di comando dall’area a rischio, installandolo in una zona sicura. Questa configurazione offre numerosi vantaggi in termini di sicurezza, affidabilità e gestione operativa.

Approccio a doppia configurazione: Unità TCU ATEX + Controllo remoto
Per garantire un controllo ottimale della temperatura in zone a rischio esplosione, le centraline di termoregolazione TREG TCU (temperature control unit) vengono progettate molto spesso con due unità separate:

• Unità di termoregolazione TCU installata in area ATEX
• Quadro di comando remoto posizionato in zona sicura

Questa soluzione consente di eliminare la necessità di dispositivi elettronici complessi all’interno dell’area ATEX, riducendo il rischio di guasti e semplificando la manutenzione.

La soluzione con doppia configurazione include quindi alcuni componenti chiave:

1. Unità di termoregolazione – temperature control unit TCU in Zona ATEX
   L’unità installata in zona ATEX comprende tutti i componenti soggetti al processo di termoregolazione, progettati con protezioni idonee:
   • Scambiatori di calore e circuiti termici realizzati con materiali e configurazioni conformi agli standard ATEX.
   • Resistenze elettriche con protezione antideflagrante.
   • Sensori di temperatura (PT100, termocoppie) certificati a sicurezza intrinseca.
   • Attuatori e valvole con protezione Ex d o Ex i per il controllo del flusso termico.
   • Cablaggi speciali schermati e isolati per evitare surriscaldamenti e dispersioni.
2. Quadro di controllo in zona sicura
   Il cuore del sistema di termoregolazione è situato in una zona non a rischio, dove è possibile implementare un’elettronica avanzata senza vincoli ATEX:• PLC industriale per la gestione della temperatura con regolazione PID avanzata.
   • HMI touchscreen per il monitoraggio e la regolazione manuale dei parametri della TCU.
   • Data logging e reportistica per l’analisi delle performance termiche.
   • Gestione da remoto con connessione a sistemi SCADA o cloud.

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Per una TCU (unità di termoregolazione) questo significa rampe rapide, shock termici continui e variazioni di volume del fluido termovettore. 

In questi casi il dimensionamento basato su regole standard non basta. Un esempio concreto è la progettazione del vaso di espansione: in questo tipo di unità di termoregolazione nei settori chimico e pharma il fluido si espande massicciamente passando da -15° C a oltre 140° C.

Un calcolo teorico basato su parametri standard suggeriva ad esempio, nel particolare caso di un cliente, un serbatoio da 1.800 litri. Studiando la reale dinamica transitoria del fluido, abbiamo ottimizzato il dimensionamento a soli 1.000 litri.

Il risultato ottenuto è stato quindi notevole, con un risparmio di spazio del 44% sullo skid, mantenendo la massima sicurezza anche durante i picchi termici più severi.

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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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Le centraline di termoregolazione per impiego nelle linee di produzione del comparto alimentare e delle bevande devono di conseguenza rispondere a severi requisiti in termini di materiali e progettazione, con design igienico delle apparecchiature. Grazie a una verifica effettuata presso un ente notificato per la certificazione dei componenti interni delle nostre centraline di termoregolazione TREG, Tempco potrà dunque fornire centraline di termoregolazione certificate IP55. La certificazione IP55 di un componente indica nello specifico il livello di protezione di un dispositivo dall’ingresso di polvere e liquidi.

Si tratta di un importante ulteriore tassello che va a completare l’offerta di soluzioni per il controllo della temperatura nel settore food & beverage, in cui Tempco ha già una varietà di importanti e interessanti referenze, dalla lavorazione del cioccolato alla pasta, dai prodotti dolciari a latte, vino e birra, solo per citare alcuni esempi. La possibilità di offrire componenti interni delle nostre centraline realizzati specificamente con grado di protezione IP55, in modo da soddisfare le esigenze del mercato food & beverage che richiede la possibilità di lavare le apparecchiature con getti d’acqua, apre quindi una varietà di nuove opportunità applicative per Tempco, per servire ancora più da vicino le esigenze di termoregolazione nell’industria alimentare.

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Un’importante caratteristica di questa centralina TCU è infatti la costruzione conforme a norme UL che stabiliscono gli standard di sicurezza per apparecchiature elettriche ed elettroniche per impiego nel mercato nordamericano. La certificazione UL permette quindi di esportare e installare le nostre centraline Tempco TREG anche per applicazioni negli Stati Uniti e Canada.

Questa particolare unità di termoregolazione ha sezione di raffreddamento con scambiatore a fascio tubiero, con anima in acciaio inox. La potenza di alimentazione della centralina è 575V-3Ph-60Hz-3Ph+T. Il circuito dell’olio è infine servito da una pompa a trascinamento magnetico UL 100 lt 30 mt. 2,8 KW. La scelta di impiegare una pompa a trascinamento magnetico, in alternativa alle classiche pompe a tenuta meccanica, è dovuta a questioni di sicurezza.

Le pompe a trascinamento magnetico eliminano infatti qualunque tipo di accoppiamento meccanico, sfruttando invece un accoppiamento magnetico tra l’albero motore e l’olio in pressione nella girante della pompa. L’esclusione di tenute meccaniche nel circuito di pompaggio elimina quindi ogni rischio di possibile perdita di olio diatermico ad altissima temperatura, garantendo la sicurezza dell’impianto, oltre a escludere rischi di cavitazione della pompa dovuti a infiltrazioni di aria.

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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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