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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Nel caso specifico, le batterie di scambiatori a immersione sono state installate nella vasca di equalizzazione, dove vengono scaricate le acque reflue generate dal processo produttivo della parboilizzazione, sostanzialmente costituite da acqua di macerazione del risone. Scopo dello scambiatore di calore a immersione custom è il recupero di calore dalle acque reflue, che viene poi sfruttato portando un doppio beneficio: in primo luogo, il calore recuperato consente il preriscaldamento di acqua di pozzo all’interno delle piastre alla massima temperatura possibile, ottenendo un importante risparmio energetico in termini di vapore non utilizzato. In seconda istanza, il calore recuperato mediante scambio termico serve al raffreddamento del refluo che viene poi inviato al processo di depurazione, offrendo un notevole beneficio per i trattamenti biologici che avvengono nel depuratore.

L’applicazione è stata realizzata in modalità custom e in retrofit, sfruttando alcune strutture già presenti nella vasca di equalizzazione del cliente. In particolare, sono stati sfruttati gli agitatori esistenti per moto fluido >= 0,1 m/s, creando una turbolenza gratuita che aumenta l’efficienza dello scambio termico. L’installazione delle batterie di scambiatori è stata quindi realizzata con ancoraggio su vecchi tubi di insufflaggio dismessi (2,0 x 2,6 m).

L’impianto consentirà nell’insieme un significativo risparmio energetico per il cliente, con circa 174 kW di calore recuperati (150.000 kcal/h), con un risparmio di vapore di 1.500-1.700 t/anno. Importante anche la scelta dei materiali per le piastre degli scambiatori, costruite in AISI 316L idoneo a garantire la resistenza alla corrosione (acque reflue senza cloruri critici, con pH 3.7-3.9). Il fouling da amidi presenti nelle acque reflue è stato gestito mediante un fouling factor conservativo (4E-4 m²K/W). Infine, in ragione della discontinuità del flusso del refluo – l’acqua reflua del processo viene scaricata ogni due ore, garantendo comunque un volume minimo di acqua sempre presente in vasca -, le prestazioni sono state calcolate sul 70% del teorico per determinare il ROI dell’impianto.

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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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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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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 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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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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