nostra macchina per vulcanizzare, che la stessa è stata progettata e costruita dalla nostra società HERUX Suisse di Locarno in collaborazione con Caschetto e certamente anche con voi.

Si tratta infatti di una applicazione per la vulcanizzazione del lattice. Nella produzione di materassi, cuscini o di qualsiasi altro prodotto in lattice, si impiegano stampi per dare la forma definitiva al prodotto, e questi stampi vengono vulcanizzati all’interno di autoclavi alimentate a vapore.

Il lattice liquido, o la mescola contenente il lattice liquido, viene in pratica iniettata all’interno degli stampi, e lo stampo viene riscaldato per ottenere l’espansione della mescola e avere il prodotto finito.
Tradizionalmente il processo avveniva in autoclavi in cui si iniettava vapore per riscaldare lo stampo. L’interessante soluzione è stata di far circolare all’interno dello stampo un fluido caldo che riscaldasse direttamente il prodotto. Similmente a quanto si fa nello stampaggio delle materie plastiche.

Questa soluzione è quindi veramente molto interessante in quanto consente di avere dei risparmi energetici fino al 50% nella quantità di potenza termica richiesta per riscaldare lo stampo e portare a compimento il processo di vulcanizzazione del prodotto finale in lattice.

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Le centraline di termoregolazione monofluido TREG di Tempco sono state oggetto di una serie di articoli e video nel nostro blog Tempco. Questa soluzione di termoregolazione, spesso impiegata su reattori per processi di produzione nel settore chimico e farmaceutico, offre il grande vantaggio di operare con un solo tipo di fluido, che viene riscaldato e raffreddato, ovvero portato alle esatte temperature richieste nei vari punti e fasi del processo produttivo. Tagliando quindi i tempi morti necessari allo svuotamento delle camicie dei reattori nell’impianto e per l’immissione di fluidi di lavoro diversi.

Il video mostra il circuito di immissione dell’acqua da termoregolare, fredda in ingresso, che viene riscaldata tramite scambiatore di calore a piastre mediante vapore. Il circuito di scaricamento della condensa provvede a eliminare l’acqua prodotta dal raffreddamento del vapore nel processo di scambio termico. L’acqua riscaldata alla temperatura richiesta esce quindi dalla centralina per essere impiegata nel processo e servire al riscaldamento dell’utenza. Il controllo elettronico PID consente di regolare la temperatura dei fluidi con precisione pari a ± 0,5° C, permettendo la regolazione estremamente fine dei cicli di temperatura impostati necessari per i processi di produzione di farmaci, principi attivi e sostanze chimiche.

Per alcune tipologie di centraline di termoregolazione Tempco sono disponibili anche i modelli 3D interattivi delle macchine, come ad esempio è il caso delle centraline TCPU HC che vedete nelle immagini qui di seguito. L’animazione grafica permette di navigare ed esplorare la macchina, zoomando anche in dettaglio per apprezzare la costruzione e la realizzazione di queste centraline. Buona navigazione e… buon divertimento!

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L'articolo Riscaldamento a vapore in termoregolazione monofluido, video e modelli 3D interattivi proviene da Tempco Blog.

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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In questa specifica applicazione, i limiti di lavoro erano molto spinti verso l’alto, trattandosi di centraline ad acqua pressurizzata con temperatura di lavoro di 140/150° C, che viene mantenuta per cicli di lavoro anche molto lunghi, con lavorazioni pertanto decisamente impegnative.

Gli scambiatori saldobrasati installati nella centralina sono il risultato di una progettazione speciale, sia dal punto di vista della circuitazione sia per le caratteristiche di design, in quanto devono resistere a variazioni di temperatura molto ampie, che superano spesso i 130° C.

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Le centraline di termoregolazione mono fluido sono quindi dei sistemi che se ben programmati consentono di seguire lo schema termico del reattore o della macchina chimica che servono. Le unità permettono quindi di monitorare, controllare e regolare le temperature del prodotto all’interno del reattore. La termoregolazione mono fluido avviene impiegando una pompa di circolazione, che assicura la circolazione del fluido tra la camicia del reattore, il semi-tubo della macchina e una batteria di scambiatori, o di riscaldatori elettrici. Il tutto controllato da un regolatore elettronico che regola la temperatura del fluido.

Sul circuito secondario è possibile avere vapore, per il riscaldamento del fluido, e acqua refrigerata o acqua di torre per il suo raffreddamento. In mancanza di vapore può essere impiegata una sezione di riscaldamento con delle resistenze elettriche, sempre comandate dal regolatore elettronico.

L’intero sistema può quindi essere controllato da remoto, tramite PLC, regolatore elettronico o altre interfacce. Il range di temperature è estremamente vario, andando da temperature sotto zero, anche fino a -30° C, fino a temperature molto elevate, fino ad arrivare a 250° C. A seconda delle temperature richieste il fluido impiegato potrà quindi essere semplice acqua, acqua glicole con anti gelo quindi, per scendere a basse temperature. Ancora, acqua pressurizzata e quindi surriscalda per arrivare fino a 140° C, e infine olio diatermico o olio siliconico per le alte temperature.

L’Olio diatermico viene solitamente usato per impianti che vanno solo in alta temperatura, mentre l’olio siliconico, o sintetico, si utilizza in impianti dove sono richiesti range di regolazione della temperatura molto vari, da sotto zero a temperature molto elevate. Questi oli hanno infatti la caratteristica di mantenere un buon scorrimento a basse temperature, e di offrire buone caratteristiche termodinamiche e fisiche anche alle temperature più elevate.

Infine, le centraline di termoregolazione mono fluido possono essere realizzate secondo diverse normative, a seconda del tipo di applicazione e del Paese di destinazione. Trattando di industria chimica e farmaceutica, molto spesso si ha infatti a che fare con ambienti Atex a rischio esplosivo. Se le centraline sono destinate al mercato degli Stati Uniti saranno conformi a norme UL, se invece si parla della Russia avranno certificazione EAC.

Molto spesso le centraline devono peraltro essere abbinate a gruppi frigoriferi dedicati, non integrati nella centralina al fine di garantire massima flessibilità e continuità della produzione, nel caso ad esempio di fault del sistema di raffreddamento. Questo tipo di sistemi di termoregolazione deve infatti garantire massima flessibilità, massima affidabilità e precisone estrema nel controllo della temperatura.

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Esistono moltissime tipologie di scambiatori di calore a fascio tubiero, a tubi dritti scovolabili, a chioma, ovvero a fascio tubiero a U estraibile, possono essere multi passaggio o mono passaggio, a teste flottanti.

Le varie tipologie presentano ognuna vantaggi e limiti propri. Quelli che più impieghiamo sono della tipologia a tubi dritti scovolabili: in questi scambiatori le due testate possono essere smontate mettendo in mostra i tubi dritti in cui passa il fluido, che vanno da una testata all’altra. Essendo appunto dritti possono essere puliti uno per uno per mezzo di uno scovolino, asportando lo sporco accumulato. Il diametro dei tubi varia in funzione del tipo di fluido che vi scorre all’interno, del tipo di processo e di scambio termico. Solitamente si tratta di scambiatori saldati e il fascio tubiero non può essere estratto. Per cui nel mantello viene fatto passare il fluido pulito.

Questo tipo di scambiatori viene impiegato generalmente nella cogenerazione, in applicazione per il recupero di calore dai fumi esausti sui motori. I fumi passano nei tubi che vengono poi puliti. Un altro impiego è nel settore del biogas per la deumidificazione del biogas stesso. Il biogas passa nei tubi, all’esterno nel mantello c’è l’acqua glicolata pulita.

Sono altresì utilizzati per la produzione di acqua calda mediante vapore. L’acqua passa all’interno dei tubi e nel mantello passa il vapore, riscaldando l’acqua che esce a temperatura superiore.

I limiti degli scambiatori a fascio tubiero scovolabili sono legati alla loro lunghezza, per cui se serve uno schema termico lungo con salti termici molto lunghi dovrò mettere più scambiatori in serie. Il passaggio in serie è implementabile, ma richiede una costruzione molto più complessa delle testate.

L’altra classica tipologia è quella degli scambiatori a chioma, o a fascio tubiero a U estraibile. Abbiamo qui un fascio tubiero formato da tanti tubi piegati a forma di U, saldati su una sola testata. In questo caso la parte che può esser pulita è il mantello, quindi quella esterna, in quanto il fascio tubiero può essere estratto. Non è invece possibile pulire i tubi, in quanto la curva non può essere pulita con uno scovolino.

Il fluido sporco viene fatto passare normalmente dalla parte del mantello, anche se quando il numero dei tubi è elevato e sono fittamente ammassati, le operazioni di pulizia diventano davvero molto complicate.

Questo tipo di scambiatore permette invece di sfruttare meglio la lunghezza termica, in quanto la lunghezza termica delle tubazioni piegate a U risulta doppia rispetto alla lunghezza complessiva dello scambiatore.

A livello costruttivo, negli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere impiegati un po’ tutti i materiali, dall’acciaio inossidabile al rame al ferro. La scelta dipende dal tipo di fluido fa trattare, dal processo e dalle temperature coinvolte.

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Le pompe centrifughe hanno curve caratteristiche di funzionamento che devono essere rispettate per garantirne il corretto uso. Le più classiche sono la curva di prevalenza della pompa, così come quella NPSH – Net positive suction head, ossia relativa all’altezza di aspirazione massima della pompa. Parliamo qui di pompe che hanno un NPSH, dunque non pompe autoadescanti, che aspirano in autonomia l’acqua. Le pompe con NPSH devono essere riempite di acqua e avere un’altezza di aspirazione dell’acqua che non superi quella del valore della curva NPSH indicato.

Costringendo una pompa a lavorare a un valore di aspirazione inferiore, avremo sicuramente cavitazione. Nella cavitazione, ad esempio sulle pale dell’elica di una nave, bolle d’aria si formano ai profili della pala, riducendo la resa e implodendo. Lo stesso avviene sui profili di attacco delle giranti. Bolle di vapore si creano in quanto viene superata la tensione di vapore, ovvero si scende a una pressione talmente bassa per cui il liquido comincia a evaporare. Facciamo qui appello alla fisica: l’acqua a pressione atmosferica inizia a bollire a 100°C. Mettendo l’acqua in un contenitore sotto vuoto, la temperatura di ebollizione scende moltissimo.

Quando pertanto creiamo una carenza di pressione elevata nelle vicinanze della girante della pompa, avremo una vaporizzazione del fluido. L’acqua che evapora provoca delle micro-implosioni che danneggiano la girante in maniera irreparabile.

Oltre che da un errato valore di NPSH, il fenomeno può essere indotto anche da una errata installazione della pompa: ad esempio collettori di aspirazione dimensionati in modo errato, o con asperità e spigoli vivi. Mettendo per esempio sull’aspirazione di una pompa una tubazione a gomito o un profilo a T, creeremo degli spigoli che possono generare zone di bassa pressione che causano formazione di vapore. Il vapore si distribuisce sulla girante, accentuando la depressione nella zona di aspirazione della pompa, distruggendo la girante per effetto di cavitazione.

Nell’installazione di una pompa centrifuga è quindi fondamentale rispettare la curva di NPSH della pompa, rispettare l’altezza di aspirazione della pompa o mettere la pompa sotto battente, ovvero creare una pressione positiva sull’aspirazione della pompa. Al contempo, occorre infine assicurarsi della corretta progettazione dei collettori di aspirazione, ponendo molta attenzione nel dimensionamento delle valvole di fondo, valvole di ritegno, valvole in aspirazione.

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Per garantire il funzionamento anche durante la stagione invernale, il problema è legato alla discesa della temperatura a livelli estremamente bassi. In questi casi si impiegano alcuni accorgimenti, primo fra tutti il ricorso a resistenze anti gelo, che provvedono a mantenere l’acqua nella vasca a una temperatura minima evitando che questa congeli in caso di fermata della torre.

Infatti, fino a che l’impianto e la torre sono in funzione, l’acqua arriva continuamente dal processo a una temperatura di 30-40° C, ed essendo in circolazione difficilmente l’acqua congelerà nella vasca. Potrebbe però accadere che occorre fermare il processo, oppure si debba arrestare la torre per interventi di manutenzione, o ancora per un periodo di vacanza. In questi casi l’acqua potrebbe congelare nella vasca.

Con vasche di dimensioni molto elevate le resistenze anti gelo non sono più sufficienti. Vengono allora spesso inseriti dei tubi di vapore tramite una tecnica chiamata in gergo ‘barbotage’, che scarica in vasca del vapore esausto proveniente da lavorazioni secondarie. Altri accorgimenti riguardano la circolazione dell’acqua in torre: a mano a mano che la temperatura scende si potranno fermare i ventilatori, in quanto avremo necessità di una efficienza di scambio termico inferiore. Si possono pertanto o fermare i ventilatori, oppure in caso di ventilatori EC a controllo elettronico dotati di inverter, andare a diminuire la velocità fino al totale arresto quando il cosiddetto ‘effetto camino’ naturale della torre sarà sufficiente a raffreddare l’acqua.

Più la temperatura scende e più questo effetto camino diviene eccessivo, anche per i carichi termici a valle della torre. Lo step successivo è quindi non far più passare l’acqua in torre ma bypassarla direttamente in vasca, per evitare che l’acqua ghiacci all’interno dei pacchi di riempimento, andando a tappare completamente la torre. Oltre ad appesantirli, con il grave rischio che collassino all’interno della torre stessa.

Nel caso le temperature siano rigide per parecchio tempo si possono quindi mettere delle paratie per chiudere gli ingressi dell’aria, limitando ulteriormente l’ingresso dell’aria nella torre che potrebbe andare a congelare l’acqua che passa o percola dai pacchi di riempimento.

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Ebbene, per gli addetti ai lavori è chiaro che non si tratta di fumo, ma semplicemente di vapore acqueo. Infatti, le torri evaporative sono macchine molto semplici che vengono impiegate per il raffreddamento di acqua nei processi industriali, sfruttando l’effetto di evaporazione dell’acqua per dissipare calore. Il dispendio energetico di una torre di raffreddamento è molto contenuto, mentre di contro le torri comportano un consumo di acqua rapportato alla potenza termica che devono dissipare.

L’enorme pennacchio che fuoriesce dalla sommità di una torre di raffreddamento è pertanto niente meno che vapore acqueo, goccioline di acqua evaporata che vengono trasportate nell’atmosfera. Facile capire come i non addetti ai lavori possano associarlo a emissioni inquinanti e polveri sottili, ma non ha nulla a che vedere: quel pennacchio è solamente vapore acqueo, che diviene ancora più visibile nella stagione invernale per una semplice ragione di differenze di temperatura.

L’unico effetto che le torri di raffreddamento possono dare è che questo vapore acqueo condensi in atmosfera durante l’inverno, generando dei cristalli di ghiaccio. Questi possono quindi depositarsi sulle strade nelle vicinanze della torre, rendendo pericolosa la circolazione delle auto. E’ quindi molto facile che nelle prime ore delle mattine d’inverno si vedano degli incaricati di queste aziende che spargono sale sulle strade intorno agli stabilimenti, per evitare il ghiacciamento e la formazione di lastre di ghiaccio.

Le torri evaporative sono in conclusione probabilmente una delle macchine per raffreddamento più ecologiche, e tra le più efficienti per il raffreddamento di acqua nei processi produttivi industriali.

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Il circuito di raffreddamento è invece ottenuto mediante acqua proveniente da chiller. La tolleranza di temperatura garantita è di +/- 2° C.

L’unità è equipaggiata con doppia pompa in stand by automatico, ed è completa di gestione da remoto del set point.

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