Anche quest’anno vogliamo farvi i nostri più calorosi Auguri di Buon Natale e per un Sereno ed emozionante Nuovo 2019, da tutto il team di Tempco!
Al nuovo Anno, e a tutte le nuove, stimolanti applicazioni in gestione energia termica che ci attendono, e alle novità che stiamo preparando e che vi sveleremo a breve… Ma intanto, Auguri a Tutti!
Il raffreddamento dei data center viene solitamente garantito da gruppi frigoriferi ad espansione diretta. Questi sistemi oltre ad essere alquanto energivori fanno uso di refrigeranti fonti di gas serra, sempre più osteggiati dalle normative ambientali. La crescita della potenza computazionale correlata alla diffusione globale di intelligenza artificiale, big data analytics, cloud computing, machine learning e blockchain rende quindi il problema dell’impatto ambientale dei data center sul global warming un’emergenza da affrontare subito.
Se da una parte l’incremento delle temperature a cui i computer possono operare riduce la necessità di raffreddamento meccanico dei data center, dall’altra le normative spingono a una drastica riduzione dell’impiego di refrigeranti, responsabili di emissioni inquinanti.
I data center fanno impiego di diversi refrigeranti HFC (idrofluorocarburi), tra cui i più comuni sono l’R134a (usato negli impianti di grandi dimensioni) e l’R410A (utilizzato nei siti di piccola e media grandezza). Il controllo della loro disponibilità a livello normativo sta portando ad un aumento dei loro prezzi. Ciò impone agli operatori di data center di ricorrere a nuove tecnologie e strategie di raffreddamento Green dei data center.
Tra queste vi è il raffreddamento a immersione con scambiatori TCOIL per il raffreddamento a liquido dei server. Magari sfruttando anche la presenza di acqua a bassa temperatura disponibile nell’ambiente (ad esempio acqua di fiordo come nell’installazione Green Mountain in Norvegia). L’eliminazione dei refrigeratori, oltre a eliminare il ricorso a gas fluorurati refrigeranti, in questo caso potrebbe anche consentire ai data center di operare a basso consumo energetico.
Un’altra strategia Green di raffreddamento dei data center è quindi rappresentata dal free cooling, che come per gli scambiatori a immersione spicca sia per efficienza di raffreddamento che per sostenibilità. Il free cooling, che laddove possibile sfrutta le basse temperature ambientali esterne, rappresenta un’ottimale opzione di raffreddamento in combinazione a sistemi ad acqua refrigerata (CW). La possibilità di potenziamento adiabatico, che estende l’efficienza di dissipazione del sistema in free cooling, amplia infine le aree geografiche in cui è possibile fare ricorso a questa soluzione Green di raffreddamento.
Gli oltre 15 anni di esperienza di Tempco nelle applicazioni di termoregolazione nel settore farmaceutico portano oggi a un ulteriore perfezionamento nella progettazione delle nostre centraline di termoregolazione TREG.
Le nuove centraline di riscaldamento elettriche specifiche per applicazioni in ambito Chemical, industriale e pharma rispondono alla necessità di questi settori di regolare la temperatura nei propri processi produttivi, con precisioni sempre superiori e programmabili.
Le applicazioni del settore farmaceutico richiedono inoltre un controllo costante di tutte le fasi di processo, il che include necessariamente il continuo monitoraggio di temperature e tempi dei cicli di riscaldamento/raffreddamento/mantenimento della temperatura garantiti dalla centralina.
Il tutto deve essere assicurato con apparecchiature non invasive, semplici e di facile installazione e messa in servizio. La proposta di Tempco si articola sotto il profilo costruttivo per offrire una completa varietà di potenze termiche, con diversi livelli di controllo della temperatura.
A livello costruttivo le scelte effettuate a suo tempo sono ora uno standard richiesto e molto apprezzato:
Arriva dalla Svezia un nuovo fluido termico per lo stoccaggio energetico, chiamato Norbornadiene. La promettente novità giunge dalle ricerche condotte presso la Chalmers University of Technology di Göteborg, in Svezia, e riguardano un innovativo carburante solare termico composto in prevalenza da carbonio, azoto e idrogeno.
Il liquido termico Norbornadiene è infatti in grado di assorbire energia solare, e di conservarla per circa venti anni a basso costo e senza scaricarsi, al contrario di quanto avviene con le comuni batterie. A richiesta, l’energia accumulata viene quindi rilasciata in forma di calore facendo passare il fluido attraverso un catalizzatore.
A contatto con la radiazione solare, le molecole di Norbornadiene vengono eccitate passando a un livello energetico superiore (quadricyclane), dalla struttura molto stabile che è in grado di trattenere a lungo l’energia assorbita.
Passando attraverso un catalizzatore, le molecole del fluido tornano allo stato iniziale rilasciando l’energia accumulata sotto forma di calore. Inserendo nel circuito uno scambiatore di calore tra il liquido e normale acqua è quindi possibile trasferire questo calore, riscaldando l’acqua a circa 65° C che può essere impiegata per riscaldamento domestico e ad uso sanitario.
I ricercatori sono attualmente al lavoro per sviluppare e ottimizzare il processo, e prevedono di abbassare i costi dei materiali impiegati a del processo, per portare la tecnologia di accumulo solare termico a base di Norbornadiene sul mercato entro 8-10 anni.
Tempco opera già da molti anni nel settore della gestione dell’energia termica nei processi industriali, con numerose applicazioni e progetti sviluppati in tutti i settori applicativi. Riscaldare, raffreddare, dissipare, termoregolare e il recupero di calore sono il nostro pane quotidiano.
Abbiamo voluto raccogliere il nostro know-how e l’esperienza accumulata in un Manuale, Energia termica e processi industriali, con l’intenzione di offrire un utile e pratico strumento a imprenditori, progettisti e ingegneri come prima guida alla scelta della macchina termica più idonea al loro processo produttivo.
Il Manuale offre una descrizione delle principali tipologie di macchine termiche, scambiatori di calore, chiller, torri evaporative, centraline di termoregolazione, dissipatori e free cooler. Ogni soluzione viene descritta nelle sue principali caratteristiche e nei vantaggi offerti, con una serie di case history sviluppate da Tempco negli anni.
Una sezione è inoltre dedicata nello specifico alla determinazione del carico termico, ossia della potenza termica richiesta alla macchina, fondamentale per la scelta della macchina stessa e dei componenti del sistema di riscaldamento/raffreddamento, e loro relativo dimensionamento.
La flessibilità e la capacità di personalizzazione consentono quindi di trovare gli accorgimenti tecnici e le soluzioni più adatte per rispondere di volta in volta alle specifiche esigenze di processo dei clienti.
A corollario del post della scorsa settimana sulla funzione e l’importanza dei vasi di espansione negli impianti a olio diatermico, in presenza di temperature elevate dei fluidi di lavoro è opportuno anche parlare dei coefficienti di allungamento delle tubazioni.
Qui di seguito una tabella sull’allungamento delle tubazioni per dilatazione termica, molto utile in fase di progettazione ad esempio nella connessione degli scambiatori di calore.
Il ricorso a giunti di dilatazione consente di compensare le variazioni dimensionali del metallo per effetto dell’espansione termica, con allungamenti che possono essere importanti lavorando con fluidi termovettori ad alte temperature come è il caso dell’olio diatermico.
I fluidi impiegati nei macchinari termici aumentano di volume al crescere della loro temperatura. Ciò vale soprattutto per i sistemi a olio diatermico in quanto questi fluidi di trasferimento hanno un alto coefficiente di espansione termica, il che fa sì che l’impianto debba essere dotato di vaso di espansione.
L’impiego di un serbatoio in funzione di vaso di espansione consente di non mettere in pressione il circuito oltre valori progettuali. E’ un argomento importante che abbiamo già avuto modo di trattare in diversi articoli in passato.
Per mantenere inalterate le caratteristiche del fluido occorre adottare alcune precauzioni per risolvere il problema di ossidazione dell’olio a contatto con l’aria nel vaso di espansione. Ciò è possibile eseguendo un adeguato allacciamento e lasciando una superficie minima a contatto con l’aria, tipicamente impiegando uno sfiato a camino sul vaso. L’aria che resta all’interno crea un cuscino che, dopo aver ceduto una limitata quantità di ossigeno al fluido, diviene inerte.
Si tratta di un accorgimento semplice e con un costo inferiore rispetto al raffreddamento del vaso di espansione, ed è sicuramente meno complicato che ricorrere alla pressurizzazione del vaso con azoto.
Calcolo della capacità del vaso di espansione
La capacità del vaso di espansione in un impianto deve essere calcolata tenendo conto di due fattori:
Per una temperatura di 300° C, la capacità del vaso di espansione deve essere pari a circa il 30-50% del volume totale a freddo del fluido che viene riscaldato. Tale valutazione consente di avere un buon margine di sicurezza.
Infine, è importante selezionare opportunamente il diametro della tubazione di sfiato, considerando la potenzialità dell’impianto. Questo è importante per evitare eventuali sovra-pressioni accidentali, che risulterebbero di ostacolo al naturale moto espansivo dell’olio.
Ecco quindi in linea di massima una tabella con alcune raccomandazioni:
Altro fattore importante da non trascurare è quindi il coefficiente di allungamento dei tubi, di cui torneremo a parlare in un prossimo articolo.
I trasformatori di potenza lavorano a bagno di olio.
Si tratta di un olio particolare che ha lo scopo di raffreddare il trasformatore stesso, oltre che di provvedere all’isolamento elettrico delle bobine, e viene mantenuto in temperatura mediante scambiatori olio/aria.
L’olio per trasformatori è un olio particolare dotato di specifiche proprietà e che contiene elementi inquinanti, ragione per la quale va sempre contenuto e monitorato attentamente.
In condizioni di alte temperature e sottoposto a stress elettrici, con il tempo questo olio subisce un degrado e vi sono società specializzate nell’analisi e nella gestione e monitoraggio del ciclo di vita di questi fluidi.
In collaborazione e a supporto della maggiore realtà italiana nel settore, in Tempco abbiamo sviluppato degli scambiatori a piastre per il recupero energetico da abbinare ai moduli di rigenerazione dell’olio di apparecchiature elettriche.
Gli scambiatori sono caratterizzati da alcune peculiarità:
• realizzazione speciale multi-pass per la massima efficienza nel recupero di calore
• guarnizioni in materiale speciale resistente agli oli per macchine elettriche
• design chevron angle delle piastre adatto all’impiego con oli viscosi, ottimizzato per limitare le perdite di carico massimizzando la resa termica
Per una nota casa farmaceutica, abbiamo consegnato da poco un set di centraline di termoregolazione per una serie di reattori che svolgono la loro funzione per una produzione strategica. Si tratta di una produzione con fattori di regolazione della temperatura molto critici.
La criticità non dipende tanto dai livelli di temperatura, infatti la centralina lavora con un set point variabile da +15 a +75°C.
I fluidi di servizio sono acqua calda proveniente da caldaia e da un chiller già presente in stabilimento per altri utilizzi tecnologici.
La criticità dell’applicazione pharma specifica è dovuta al fatto che tale termoregolazione deve essere mantenuta e garantita in ogni caso. Questa esigenza ha quindi portato a una speciale realizzazione che prevede una doppia pompa in stand-by automatico, per assicurare costanza di regolazione della temperatura in ogni situazione.
Il sistema prevede poi un termoregolatore che pilota due valvole modulanti, rispettivamente sul freddo e sul caldo, in modo da mantenere sempre la temperatura in un range di +/-1°C rispetto al set-point impostato.
Dopo i collaudi sull’impianto, parte la produzione della serie, che prevede anche una variante con riscaldamento elettrico.
La fase di avviamento e commissioning di una centralina di termoregolazione TREG a olio diatermico è la fase più delicata nell’intera vita dell’impianto, durante la quale possono verificarsi gli inconvenienti più gravi. Ecco allora come procedere onde assicurare la perfetta messa in opera di un impianto di termoregolazione, evitando problemi quali cavitazione e perdite.
Primo step: verificare tutti i collegamenti elettrici e idraulici, e il corretto riempimento dell’impianto. A macchina fredda, avviare quindi la pompa di ricircolo dell’olio, per verificare la corretta pressione in mandata e che questa sia stabile. Pressione di lavoro e assorbimento elettrico, a macchina fredda, saranno naturalmente superiori a quelli di regime.
Secondo step: procedere molto lentamente con il riscaldamento dell’olio, circa 30° C all’ora. Il passaggio è fondamentale per eliminare tracce di aria e umidità che possono essere contenute nel circuito, attraverso il vaso di espansione. Si evitano così la formazione di tamponi di vapore, schiumeggiamento e possibili sversamenti di olio da eccessivo riempimento. Questi effetti avvengono in modo violento e incontrollato, ragion per cui è importantissimo che la temperatura aumenti in maniera molto lenta.
Terzo step: raggiunta la temperatura di circa 100-110° C, rallentare ulteriormente il riscaldamento dell’olio, per favorire il graduale smaltimento del vapore acqueo. In alcuni casi occorre aprire le valvole di sfiato, soprattutto in punti dove è possibile si formino sacche di vapore, in special modo se si osservano fenomeni di cavitazione o improvvise variazioni di pressione in mandata alla pompa.
Quarto step: si regola infine il set point del termoregolatore per portare l’olio a circa 200° C, mantenendolo in circolazione a questa temperatura per almeno 1-2 ore. Ciò consente di:
Infine, una volta arrestato il circuito e ristabilita la temperatura iniziale, procedere a un controllo di tutte le tenute e i serraggi, eliminando eventuali perdite.
La centralina di termoregolazione è quindi pronta per essere messa in servizio.
