Condensazione di vapore
In assenza di condizioni corrosive, la scelta di uno scambiatore in acciaio al carbonio è quella più conveniente. Per applicazioni con vapore a bassa pressione (25 kPa), lo scambiatore a piastre può risultare vantaggioso soprattutto se richieste particolari condizioni igieniche, possibilità di pulizia manuale, di ampliamento, oppure in presenza di acqua salmastra (in questo caso le piastre dovranno essere in titanio). Lo scambiatore a piastre risulta particolarmente compatto ed efficiente, consentendo oltre alla condensazione del vapore, anche notevoli livelli di sottoraffreddamento del condensato, utilissimi nel caso di recuperi energetici (Steampack)

Valvole pneumatiche di regolazione vapore su scambiatore

Scambiatori di calore per impianti di distillazione
Gli impianti di distillazione sono sempre composti da un condensatore posto in cima alla colonna, da un ribollitore, e spesso un sistema di preriscaldamento e/o di raffreddamento della parte bassa della colonna. In genere viene anche previsto un sottoraffreddamento delle condense. Scambiatori tipicamente utilizzati in questi impieghi, sono quelli a fascio tubiero, ma ultimamente si sono sviluppati particolari design di piastra, che permettono a questi ultimi di ottenere ottimi rendimenti, facendoli diventare una scelta preferenziale in talune applicazioni. (T WELD)

Recupero di calore testa/coda colonna
La distillazione di un fluido  è più conveniente se l’alimentazione viene effettuata alla temperatura vicina a quella di ebollizione, uno scambiatore di calore è conseguentemente spesso installato in modo da recuperare calore utilizzando il fluido in uscita per preriscaldare il fluido in alimentazione alla colonna. Il PHE è la soluzione ideale per questo genere di recuperi.

Sottoraffreddamento
La condensa rimanente prodotta dal condensatore, può richiedere un sottoraffreddamento. Ciò può essere ottenuto da un secondo condensatore costruito internamente, o dall’installazione di un condensatore separato esterno. Questa è di nuovo una applicazione ottimale per gli scambiatori a piastre PHE.

Scelta di uno scambiatore di calore

Scelta di uno scambiatore di calore – 2

Scelta di uno scambiatore di calore – 3

Scelta di uno scambiatore di calore – 4

Scelta di uno scambiatore di calore – 5

Scelta di uno scambiatore di calore – 6

Scelta di uno scambiatore di calore – 7

Si tratta di una applicazione collaudata e standardizzata.

In questi ultimi anni, abbiamo anche avuto modo di analizzare e risolvere alcune delle più frequenti insidie che possono creare problemi a questa tipologia di impianti: la corrosione ambientale.

E’ chiaro e risaputo che il biogas è un elemento poco pulito e spesso carico di contaminanti che possono avere effetto di corrosione con le parti con cui viene in contatto, tanto è vero che gli scambiatori di calore con i quali lo si tratta (deumidificazione e raffreddamento) o con i quali si effettua il recupero dell’energia termica (scambiatore fumi), sono realizzati in materiali adeguati (1.4401 ovvero AISI 316).

E’ meno evidente che anche l’ambiente dove operano questi impianti, può essere contaminato da elementi corrosivi.

Infatti a seconda ci si ritrovi in allevamenti animali o discariche, sicuramente l’ambiente potrà essere carico di elementi che operano una azione corrosiva sulle apparecchiature limitrofe.

I gruppi frigoriferi, i radiatori di dissipazione dei motori endotermici ed in genere tutte le macchine che trattano elevati volumi di aria, rischiano di essere sottoposti all’azione corrosiva degli agenti contaminanti.

A questo proposito, abbiamo sviluppato dei sistemi di di protezione adeguata, per ogni tipo di macchinario.

L’importante è che il cliente comunichi il luogo ed il tipo di impianto dove verrà installato il sistema di cogenerazione, in modo da poter adottare la protezione adeguata.

• semplici azionamenti pneumatici
• pistole di soffiaggio
• utensili ad azionamento pneumatico
• valvole di regolazione
• sofisticati strumenti di controllo.

La presenza di umidità nell’aria compressa, senza bisogno di troppe spiegazioni, ha effetti disastrosi su tutte queste componenti.

I sistemi per eliminare questa umidità sono fondamentalmente due:

• essicatori che sfruttano cicli termici
• essicatori che sfruttano elementi “chimici” ad assorbimento

Vista la natura di questo blog, pare evidente che si parli dei primi.

In pratica per diminuire il contenuto di acqua nell’aria, molto semplicemente la si raffredda, facendole lambire delle superfici a bassa o bassissima temperatura, in modo da far condensare l’acqua presente nell’aria separandola. In questo modo si ottiene aria con un minor quantitativo di acqua assoluto, con un post-riscaldamento successivo, se ne controlla l’umidità relativa.

Giocando sulle temperature, ci si può spingere a livelli di essicamento piuttosto elevati.

Questi sistemi si basano sull’impiego di gruppi frigoriferi, abbinati a scambiatori di calore a superficie, l’aria compressa, viene fatta passare nel secondario dello scambiatore, mentre nel primario viene fatto passare a seconda dei livelli di temperatura e delle tipologie di impianto

• freon (espansione diretta)
• acqua addittivata con antigelo
• acqua fredda

E’ interessante vedere come negli ultimi anni, si siano sviluppati questi sistemi, basandosi sull’efficienza degli scambiatori di calore a piastre, utilizzandoli proprio in funzione di dryer per queste applicazioni.

Lo stesso tipo di scambiatore, viene invece visto ancora con diffidenza al di fuori da questi sistemi compatti, in quanto i progettisti sono abituati all’utilizzo del buon vecchio scambiatore a fascio tubiero.

Sono invece ormai centinaia le applicazioni consolidate, realizzate con l’impiego di scambiatori di calore a piastre, anche su portate di aria compressa decisamente “importanti” se non addirittura su impianti di produzione di gas tecnici

• a valle delle colonne di distillazione per il raffreddamento finale dei vari gas prodotti
• a monte per il raffreddamento dell’aria in ingresso ai compressori

Si tratta di vincere l’inerzia psicologica che porta ad utilizzare apparecchiature consolidate, che possono essere sostituite con altre decisamente innovative e più performanti.

Ormai gli scambiatori a piastre possono essere utilizzati con ottimi risultati su molteplici applicazioni di questo tipo. Certamente è richiesta una certa esperienza nel dimensionamento, nonchè alcune accortezze nella installazione, soprattutto quando si devono prendere in considerazione le condense generate dalla deumidificazione dell’aria.

Risulta evidente che il biogas generato dai rifiuti o dai reflui degli allevamenti animali, sia una ottima fonte di energia alternativa.

Tuttavia il biogas non può essere impiegato direttamente nel motore.

Infatti il biogas che viene prodotto nei sopracitati impianti, è umido e carico di condense acide e corrosive, quindi va DEUMIDIFICATO.

Immesso nei motori endotermici, ne determinerebbe un cattivo funzionamento oltre che danni irreparabili in pochissimo tempo.

Allo scopo di renderlo meno “aggressivo”, ovvero adatto ai motori, tutti questi impianti vengono dotati di sistemi di deumidificazione spinta, che consistono in una accoppiata:

• refrigeratore
• condensatore a fascio tubiero

In pratica il biogas arriva da una soffiante a circa +40 +45°C, viene spinto in uno scambiatore a fascio tubiero, alimentato sul secondario da una miscela di acqua ed antigelo a temperature prossime agli 0°C.

In questo modo l’umidità presente nel biogas viene condensata quasi completamente, rendendo il biogas stesso all’uscita dello scambiatore a fascio tubiero a circa +3 +4°C saturo, ovvero con umidità relativa al 100%, ma con valori di umidità assoluta bassissimi, con un post riscaldamento effettuato tramite una ulteriore soffiante o altri sistemi, lo si rende pronto per essere mandato in alimentazione al motore.

Queste applicazioni sono sicuramente interessanti, ma per funzionare correttamente, necessitano della massima attenzione in fase di progettazione e di scelta dei componenti, infatti diventa importante anche stabilire quale biogas si utilizza…se vi interessa vi spiego il perchè.

Voglio richiamare l’attenzione su questa importante componente degli impianti di cogenerazione con motori endotermici, in quanto se mal progettata, può dar luogo a moltissimi problemi.

Se è vero e sacrosanto che negli impianti di cogenerazione è utile e vantaggioso recuperare il più possibile per la parte acqua ed olio, per quanto riguarda il recupero dei fumi la questione prende tutt’altro aspetto.

Come dicevo in un precedente articolo, i gruppi di cogenerazione con motori endotermici, possono essere alimentati da diversi combustibili:

• gasolio
• gas naturale (metano)
• biogas da allevamenti animali
• biodiesel
• biogas da discarica

Proprio il tipo di combustibile, diventa fondamentale nella selezione dello scambiatore di calore per il recupero dei fumi esausti.

Infatti a seconda del tipo di combustibile utilizzato, si potranno avere diversi coefficienti di sporcamento da considerare nella scelta del diameto dei tubi. Inoltre cosa ancor più fondamentale, è bene che lo scambiatore fumi sia dimensionato in modo corretto e non sovrabbondante.

Sicuramente qualcuno si domanderà il perchè di questa affermazione: un dimensionamento abbondante del recuperatore fumi, porta ad un abbassamento spinto dei fumi in uscita dallo scambiatore, con incremento delle probabilità di formazione di condense che a seconda del tipo di combustibile utilizzato, potranno essere più o meno acide, aumentando di conseguenza i rischi di corrosione sullo scambiatore stesso.

Solitamente si tende a recuperare il calore dai fumi cercando di ottenere una temperatura dei fumi in uscita non più bassa di 130°C (valore indicativo che varia al variare del tipo di combustibile).

In ogni caso le regole di una buona progettazione di un impianto di cogenerazione, consigliano:

1. tubi diritti scovolabili
2. testate e tubi in acciaio inox AISI 316
3. testate smontabili o comunue sostituibili
4. compensatore di dilatazione sul mantello

Pensate sempre di aggiungere anche la valvola di by-pass sui fumi…e che sia una buona valvola, deve resistere e funzionare a 600°C è più…

Gli scambiatori di calore a piastre, con le peculiarità che li contraddistinguono, sono sicuramente un’ottima scelta per questo genere di applicazione:

• compatti
• efficienti
• economici

permettono di sfruttare anche il vapore esausto a bassa pressione, proveniente da cicli di lavoro, per produrre comunque fluidi caldi (acqua, olio ecc…), ancora ottimamente sfruttabili e fruibili.

Il vapore offre notevoli vantaggi, infatti con il valore del calore latente di evaporazione (condensazione) che si ritrova (circa 600 KCal/Kg), con piccole portate può veicolare notevoli capacità termiche.

Tutto sommato è un fluido semplice da regolare, mediante l’utilizzo di valvole attuate (pneumaticamente o elettricamente), se ne può modulare la portata, realizzando delle regolazioni di ottimo livello.

Il vapore ovviamente genera condensa, che può essere scaricata oppure recuperata, in ogni caso le linee di scarico condensa meritano una buona attenzione da parte di progettisti ed installatori, in quanto se mal realizzate, possono generare parecchi problemi.

Negli scambiatori a piastre, dato il limitato volume in gioco, è importante la scelta e l’installazione di alcune componenti vitali per la corretta funzionalità dell’impianto, nonchè per evitare danni e rotture:

• valvola rompivuoto
• scaricatore di condensa adeguatamente dimensionato e correttamente scelto

Lo scaricatore di condensa può essere di tipo termofisico oppure a galleggiante. Se non si hanno certezze sulle linee di scarico condensa che si troveranno sull’impianto, a mio parere è sempre meglio scegliere la versione a galleggiante, costoso ma sicuro.

La valvola rompivuoto è un particolare spesso dimenticato.
Gli scambiatori di calore a piastre hanno per loro natura poco volume interno, questa che è sempre una peculiarità importante e vantaggiosa, in questo caso diventa un punto debole, infatti al momento dello scarico condensa, lo scambiatore potrebbe andare in vuoto e non consentire la completa evacuazione del liquido residuo, che rimarebbe nello scambiatore stesso allagandolo parzialmente.

Alla ripartenza dell’impianto, il vapore caldo entrante nello scambiatore, fa evaporare istantaneamente la condensa (flashare), con piccole ma ripetute eslposioni/implosioni di bolle di vapore ed acqua, che in poso tempo portano alla rottura dello scambiatore o alla deformazione meccanica delle guarnizioni, con le conseguenze che si possono facilmente intuire.

Anche in questo caso una piccola valvola rompivuoto, con una spesa in più, risolve il problema.

Voi cosa ne pensate? chi più spende meno spende vero?