Pompe di calore, scambiatori TCOIL a immersione e raffreddamento in profondità sfruttando la temperatura dell’acqua di mare. O dell’acqua di lago.
Abbiamo parlato negli scorsi mesi delle applicazioni per raffreddamento di pompe di calore che sfruttano le basse temperature dell’acqua di mare o di lago disponibile per dissipare il calore dell’acqua di servizio nelle pompe.
L’applicazione è resa possibile dall’impiego di speciali scambiatori di calore a immersione, che lavorano direttamente a contatto con l’acqua marina, come è nella fattispecie del caso che abbiamo installato lo scorso luglio in un porto della Liguria. A stagione estiva terminata, abbiamo ricevuto un feedback entusiasta dal cliente, che è nello specifico il porto della Marina di Loano.
La sostituzione di scambiatori di calore tradizionali con i nuovi scambiatori dimple jacket a immersione ha infatti non solo risolto i problemi di intasamento cui andava soggetto il vecchio sistema di raffreddamento, ma come ci comunica il cliente ha consentito di conseguire un risparmio energetico pari a circa 40 euro al giorno grazie all’implementazione della nuova tipologia di scambiatori a immersione. Davvero una grande soddisfazione per entrambe le parti!
Riprendiamo la serie dei nostri tutorial Tempco con un video dedicato alla movimentazione di liquidi, che sia acqua, olio o altri tipi di fluido. Nello specifico parliamo di come funzionano le pompe centrifughe.
La pompa centrifuga è un tipo di pompa rotativa che può essere direttamente accoppiata a un motore elettrico o tramite un giunto. Quello che più mi interessa trattare è il funzionamento delle pompe centrifughe, dal momento che spesso i clienti ci chiedono come deve funzionare una pompa per essere ‘in curva’, ovvero funzionare correttamente.
Guardando una curva di funzionamento tipica, portata e pressione massima e minima (prevalenza) che la pompa può fornire variano in maniera inversamente proporzionale: a massima portata corrisponde la minima pressione, viceversa alla massima pressione corrisponde la minima portata.
Avremo quindi una pressione massima a bocca completamente chiusa della pompa in mandata. Spesso i clienti ci chiamano perché la pompa fa molto sforzo mentre spinge l’acqua a una pressione molto elevata.
Occorre a questo punto dare uno sguardo alla curva di assorbimento elettrico della pompa, valore che è esattamente inverso al valore della pressione generata dalla pompa.
Quindi, alla massima pressione corrisponde il minimo assorbimento elettrico, che è invece massimo quando la pressione è minima.
La ragione di questo è insita nel funzionamento di una pompa centrifuga, che quando la pressione è minima sta spostando la massima portata d’acqua, la massima quantità di liquido, per cui il motore elettrico fa più fatica e assorbe più energia.
Per rendere l’idea, è come se noi dovessimo trasportare un grosso peso per uno spazio molto breve, ma quel peso ingente ci richiede un grande sforzo.
Ne consegue che se non viene limitato questo decremento di pressione, e lasciamo lavorare la pompa a bocca libera, la pompa andrà addirittura a lavorare fuori curva e otterremo l’intervento termico a protezione del motore della pompa.
Infatti la pompa centrifuga ha una limitazione verso l’alto, in quanto non può spingersi oltre una certa pressione massima, ma verso il basso può trasportare una portata d’acqua molto superiore a quella per cui è stato disegnato il motore elettrico, portando a una sollecitazione fuori curva del motore stesso, da cui l’intervento della protezione termica affinché il motore non bruci.
Per ovviare all’evenienza, solitamente sui nostri impianti poniamo una saracinesca in mandata che chiudendosi fa aumentare la pressione tornando a far lavorare la pompa in curva, con la corretta portata di acqua e di progetto, affinché il motore non vada ad assorbire elettricità in eccesso.
Al progressivo aumentare della quantità di dati raccolti con IoT e sensori, e della concomitante potenza di calcolo richiesta per l’elaborazione con tecniche di AI e machine learning, il tema del consumo energetico dei data center si fa sempre più…scottante.
Scottante è una parola quanto mai appropriata, date le ingenti quantità di calore prodotte da server e apparecchiature IT. Le applicazioni di raffreddamento dei data center sono pertanto al centro dell’attenzione, ed esistono oggi dei criteri per calcolare l’efficienza energetica di un data center. Questo interessante articolo pubblicato da Matteo Mezzanotte di Submer spiega nello specifico in cosa consiste il PUE, Power Usage Effectiveness, di un data center, introdotto dal consorzio Green Grid che lavora per incrementare l’efficienza energetica dei data center al fine di ridurne l’impatto ambientale.
Il PUE è il rapporto tra la quantità totale di energia assorbita da un data center, compresa quella per i sistemi ausiliari quali condizionamento, illuminazione, perdite energetiche degli UPS (PT), e l’energia di fatto utilizzata dalle apparecchiature IT (PIT). Green Grid ha quindi definito anche l’inverso di questa misura, che è il DCIE, Data center infrastructure efficiency, calcolato come rapporto tra l’energia assorbita dagli equipaggiamenti IT e l’energia complessiva consumata dal data center.
Il valore PUE ideale di un data center dovrebbe quindi essere pari a 1, con la totalità dell’energia assorbita dagli apparati IT. Secondo le valutazioni effettuate dal consorzio Green Grid, la media PUE dei data center nel mondo è di circa 1,8, il che significa che i sistemi ausiliari assorbono circa il 45% della potenza complessiva consumata da un data center.
Submer ha creato anche uno SmartPUE, un pratico strumento per valutare l’efficienza di un data center mediante il calcolo del suo attuale PUE. Riprendiamo a tale proposito il suggerimento che Submer avanza di introdurre tra i criteri di calcolo del PUE anche l’adozione di sistemi di recupero di calore, così come di focalizzarsi sui vantaggi offerti da sistemi raffreddamento a immersione in fluidi dielettrici per la termoregolazione dei server. I sistemi di raffreddamento a liquido, come quelli realizzati da Tempco tramite scambiatori a immersione TCOIL, comportano infatti numerosi benefici rispetto ai sistemi di raffreddamento ad aria, a partire da consumo energetico molto ridotto, spazi di installazione più contenuti e quindi la possibilità di aumentare la densità di calcolo del data center, incrementando l’indice PUE.
Il ricorso al raffreddamento a immersione dei server comporta inoltre tutta un’altra serie di benefici, che vengono bene esplicati in questo altrettanto interessante articolo pubblicato sul blog Submer. Aggiungiamo che il raffreddamento a immersione consente di impiegare fluidi a temperature meno basse rispetto alle soluzioni che impiegano il raffreddamento ad aria nei data center. E’ un argomento decisamente interessante, cui dedicheremo presto ulteriori approfondimenti.
E’ stato un anno pieno di sfide e di grandi soddisfazioni per Tempco, un anno che ha aperto a importanti innovazioni che ci portano nel 2020 con tanta voglia di fare sempre di più e di crescere insieme a voi!
E come ogni anno siamo qui a ringraziarvi per il vostro supporto, e ad augurarvi un Caldo e Sereno Natale e uno Splendido Nuovo Anno!
Seconda parte della chiacchierata che Tempco ha fatto con La Termotecnica, riprendiamo il discorso con un tema che nei nostri progetti è tra i driver più importanti, il risparmio energetico.
Per massimizzare l’energy saving nelle applicazioni di riscaldamento, raffreddamento e termoregolazione industriale abbiamo sviluppato una serie di centraline di termoregolazione con modulazione della potenza sui motori elettrici. Laddove possibile cerchiamo sempre di utilizzare ventilatori e pompe con motori EC, dotati di inverter per modulare pressione e portata in funzione delle reali richieste del processo.
Abbiamo inoltre sviluppato una serie di centraline di termoregolazione con riscaldamento elettrico che implementano dei sistemi di variazione della potenza in continuo, per erogare al cliente la potenza effettiva che gli serve nel momento esatto in cui gli serve, in modalità just-in-time.
I sistemi di raffreddamento in free cooling sono un’altra tecnologia che sviluppiamo da anni per il risparmio energetico. Una novità è invece il progetto iTempco: nato a gennaio del 2019, iTempco è un progetto di monitoraggio delle condizioni operative delle nostre centraline cui pensavamo da parecchio tempo. Il sistema consente di verificare da remoto in cloud sia il funzionamento che le prestazioni delle macchine termiche, per poter implementare servizi di manutenzione predittiva dei sistemi. Il sistema ci consente inoltre di capire come stanno funzionando le nostre macchine, e come sono dimensionate in funzione delle esigenze del cliente, dandoci un feedback loop tecnico per apportare miglioramenti e ottimizzare la progettazione delle nostre macchine, in modalità data-driven.
Infine, il Tempcoblog da cui anche oggi scriviamo è qualcosa che sviluppiamo da 15 anni per avere una finestra di contatto diretto con i nostri clienti, attuali e potenziali, dove dare aggiornamenti sulle soluzioni e applicazioni che sviluppiamo per la risoluzione di problematiche di scambio termico e recupero energetico. E quale occasione migliore per ringraziare tutti gli utenti che in questi anni ci hanno seguito e che continuano a seguirci con tanto interesse, un sentito grazie! Anche per il riscontro che stiamo vedendo per la serie di video che da quest’anno stiamo pubblicando sul nostro canale YouTube Tempco.
Per il futuro di Tempco, abbiamo le idee chiare: vogliamo continuare a crescere, per dare un supporto sempre migliore ai nostri clienti nelle loro applicazioni di risparmio energetico e di regolazione della temperatura. Le persone che lavorano in Tempco compongono un team molto preparato e affiatato, che ci permette di reagire in maniera molto rapida alle richieste del mercato. In Tempco amiamo le sfide, perché per noi questo più che un lavoro, è davvero una passione!
Qualche settimana fa ho avuto il piacere di scambiare quattro chiacchiere con La Termotecnica, rivista tecnica di riferimento in Italia per l’industria energetica e termotecnica.
Per presentare l’azienda, Tempco è una realtà che supporta le imprese nelle applicazioni di termoregolazione, raffreddamento e riscaldamento nei loro processi produttivi, sfruttando il recupero energetico. I sistemi Tempco oggi hanno molte importanti referenze, e si trovano nell’acceleratore di particelle del CERN di Ginevra, così come nei forni utilizzati per cuocere le scocche delle auto di F1. Le nostre soluzioni servono anche ad esempio a raffreddare i freni carboceramici che rallentano i jet sui ponti delle portaerei, così come a termoregolatore i reattori impiegati nella produzione dei principi attivi di numerosi farmaci.
Lo speciale nella gamma di prodotto che sviluppiamo è una componente determinante, in ossequio a quello che abbiamo chiamato SCF, standard custom flexibility. Partire da prodotti standard ci consente di customizzare le soluzioni sulle esigenze dei clienti, per risolvere al meglio i loro problemi di termoregolazione e regolazione della temperatura con la massima efficienza, flessibilità e nel modo più veloce possibile.
Un posto privilegiato nella nostra offerta tecnologica lo hanno sicuramente gli scambiatori di calore, diciamo che ci piacciono molto! Abbiamo una nostra linea produttiva di scambiatori a piastre, sia di tipo ispezionabile, ovvero con guarnizioni, dove partiamo dal DN32 arrivando fino al DN500, sia di tipo saldobrasato rame e nickel. Abbiamo anche una serie di scambiatori saldobrasati molto particolare, studiati per resistere a pressioni pulsanti o a variazioni di temperature estreme, e scambiatori saldobrasati che resistono a pressioni elevate fino a 100 bar e ad alte temperature fino a 900° C.
Spazio importante hanno però anche le nostre centraline di Termoregolazione TREG, nate come naturale estensione degli scambiatori. I clienti che vedevano la nostra esperienza negli scambiatori a piastre ci chiedevano infatti se potevamo assemblarli anche in sistemi di termoregolazione, e da lì il passo successivo è stato semplice per noi, andando a implementare un sistema di produzione di unità di termoregolazione, soprattutto speciali. Ci siamo quindi spinti oltre, ottenendo la certificazione Atex, per la produzione di centraline di termoregolazione e sistemi skid per ambienti esplosivi.
Applicazione di scambiatori TCOIL a immersione per raffreddamento e riscaldamento di graniglia di frumento, proveniente da silos o diretta verso silos di stoccaggio. Si tratta di un tipo di applicazione molto diffusa nei mercati nord-americani.
La graniglia di frumento viene infatti riscaldata per essere asciugata prima dello stoccaggio, o viceversa è necessario raffrescarla in caso questa provenga da silos troppo caldi per essere esposta all’atmosfera.
Lo scambiatore TCOIL a piastre rigonfiate e imbutite è in questo caso composto da una batteria di 30 piastre a doppia imbutitura, delle dimensioni di 1000 x 1000 mm ciascuna e montate con passo 20 mm. Il materiale di costruzione è AISI 304, con uno spessore della lamiera di 12/10 mm, e il TCOIL è dotato di due connessioni di tipo DN 80 flangiato PN10 con collettore quadrato.
Il dimple jacket TCOIL viene quindi inserito in un vessel a forma di parallelepipedo, al cui interno viene fatto scorrere il frumento in chicchi. All’interno delle piastre passa vapore a bassa pressione per il riscaldamento, oppure acqua refrigerata a 3 bar per il raffreddamento.
Una applicazione del tutto simile è stata realizzata per il raffreddamento/riscaldamento di granuli di materiale plastico.
Terzo appuntamento con i componenti delle Torri evaporative, parliamo questa volta dei separatori di gocce.
Si tratta di elementi che si trovano all’interno delle torri, posizionati al di sopra degli ugelli di distribuzione dell’acqua per limitare il consumo di acqua nella torre. Infatti, i separatori di gocce servono ad arrestare quelle goccioline di acqua che altrimenti verrebbero trascinate al di fuori della torre dal flusso di aria generato dalla ventilazione forzata.
I materiali di costruzione, come per i pacchi di riempimento, sono quelli plastici classici, PVC o polipropilene.
La tipologia più impiegata è quella dei separatori di gocce termoformati. Esistono anche separatori ad alette continue e parallele, che offrono un’efficienza leggermente inferiore e vengono solitamente utilizzati per altri sistemi di separazione, non molto nelle torri di raffreddamento. Un tempo i separatori erano realizzati anche in legno, ma si tratta di una tipologia ormai decisamente superata e caduta in disuso.
Giallo in casa della rossa per antonomasia…i team rivali di F1 ipotizzano infatti che il sistema di raffreddamento della power unit della Ferrari non sia regolamentare. E’ quanto si legge in questo interessante articolo in cui mi sono imbattuto, dove si avanzano dubbi sulla legalità del motore di Maranello. Nulla di provato ancora, ma la presunta irregolarità consisterebbe nell’impiego di olio nell’intercooler deputato al raffreddamento dell’aria di aspirazione diretta alla camera di combustione del motore.
L’intercooler è uno scambiatore di calore, solitamente aria/acqua o aria/aria, posizionato tra il turbocompressore e il motore. La sua funzione è di raffreddare l’aria aspirata dall’esterno, proveniente dal turbocompressore e diretta al motore. Il turbocompressore comprime l’aria aumentandone la pressione prima che questa entri nei cilindri, per incrementare la potenza sprigionata dal motore a combustione. A seguito della compressione, l’aria aumenta però di temperatura diminuendo di densità. Raffreddando l’aria in ingresso mediante l’intercooler se ne aumenta la densità, incrementando a parità di pressione la quantità di aria aspirata che funge da comburente nel motore, migliorando la potenza e l’effetto positivo del turbo. Abbassare la temperatura dell’aria in aspirazione dal turbocompressore evita inoltre il verificarsi di fenomeni di pre-combustione.
Il circuito di raffreddamento dell’intercooler consta in una quantità di tubi, una griglia di micro-canali nel caso specifico, al cui interno passa un fluido, in genere acqua. Come in ogni scambiatore di calore, l’aria passando attraverso la griglia cede calore al fluido, raffreddandosi. Secondo i team avversari della Ferrari, l’intercooler della rossa farebbe uso di olio come liquido per il raffreddamento dell’aria.
L’impiego di olio di per sé non è proibito dal regolamento, a meno che questo evaporando non vada a contaminare l’aria diretta alla power unit. L’immissione di olio nella camera di combustione incrementa infatti le prestazioni del motore, pratica che è però stata proibita dal regolamento tecnico FIA.
Secondo capitolo sui componenti delle torri evaporative, parliamo di pacchi di riempimento, elemento al cui interno avviene il raffreddamento dell’acqua nelle torri.
Possiamo dividere le tipologie di pacchi di riempimento in due grandi gruppi, riempimenti film e riempimenti splash. In nomine nomen, infatti nei primi si crea un film d’acqua lungo le pareti del sistema che aumenta la superficie di scambio termico tra l’acqua che scende lungo le pareti e l’aria che sale in controcorrente. I riempimenti splash lavorano invece suddividendo il flusso di acqua distribuito dagli ugelli nella torre in tante goccioline, che aumentano la superficie di scambio diretto aria/acqua per ottenere il raffreddamento.
I materiali, per entrambe le tipologie si tratta di materiale plastico. I riempimenti film possono essere in PVC o polipropilene, il riempimento splash consta solitamente di griglie in polipropilene.
Confronto in efficienza: il riempimento film ha un’efficienza maggiore, per cui a parità di portata di acqua e di potenziale termico le dimensioni e i costi di una torre splash saranno maggiori di quelli di una torre film. Nel caso però di acqua particolarmente sporca, contenente particelle inquinanti e filamenti, un riempimento splash è preferibile in quanto non si intasa, a differenza di un pacco di riempimento film che tende invece a sporcarsi e intasarsi, richiedendo maggiore manutenzione, se non addirittura periodiche sostituzioni per ristabilire l’efficienza di raffreddamento della torre evaporativa. Se gli intervalli di manutenzione si mantengono nell’ordine degli anni si può comunque preferire ancora un riempimento film, ma nel caso in cui il fluido da raffreddare sia molto sporco e la pulizia o sostituzione si renda necessaria con cadenze di giorni o settimane sarà allora necessario scegliere un riempimento splash.
TEMPCO studia e realizza sistemi e soluzioni per il raffreddamento, riscaldamento, termoregolazione e scambio termico, nei differenti processi produttivi industriali.
