Tutti gli impianti di cogenerazione e power generation necessitano di sistemi di dissipazione del calore d’emergenza, in quanto se il calore generato non viene utilizzato e nemmeno recuperato (ad esempio in periodi in cui il recupero di calore non è richiesto o viene meno la richiesta di acqua calda), è necessario poter fare affidamento su di un sistema di smaltimento e dissipazione alternativo, che mantenga la temperatura di lavoro del motore e gli equilibri termici su valori ottimali per assicurare il corretto funzionamento dell’impianto di generazione, evitando malfunzionamenti e danni al motore e ai macchinari a causa del surriscaldamento degli equipaggiamenti. In genere infatti la produzione di energia elettrica è prioritaria alla produzione di calore, questo sempre nella power generation ma anche in impianti di cogenerazione, e pertanto è sempre necessario dotare il sistema di circuiti di dissipazione d’emergenza.

In un impianto di power generation, che si applichino poi sistemi di recupero e sfruttamento termico per la cogenerazione o meno, si ha la produzione di grandi quantità di calore: la fonte di energia primaria nel gruppo elettrogeno trasforma solo una piccola percentuale di potenza in elettricità, tra il 40 e il 45%, mentre il resto viene perso il calore. Calore che può essere prelevato e recuperato dai fumi di scarico, dall’acqua di raffreddamento del motore e dell’olio idraulico, e dall’eventuale sistema di raffreddamento dell’aftercooler. Le camicie del motore possono arrivare a temperature di circa 90 gradi, per cui l’acqua di raffreddamento raggiunge discrete temperature, ma comunque inferiori ai 90 gradi centigradi, così come anche i valori di recupero sull’olio motore variano a seconda della grandezza del gen set. I fumi di combustione raggiungono invece temperature estremamente elevate, superiori ai 400 gradi centigradi, pertanto sono qui in gioco ingenti quantità di calore, e nel caso non vengano riutilizzate occorrono sistemi di dissipazione d’emergenza ben studiati.

Per gestire le diverse fonti di calore e i carichi termici, è possibile equipaggiare il sistema di differenti soluzioni di termoregolazione e macchine termiche. Un sistema di dissipazione di emergenza è fondamentale anche nel caso di un sistema di cogenerazione, in cui il calore viene in genere recuperato e riciclato per altri usi che ottimizzano la resa del combustibile primario: nel caso infatti il sistema di riutilizzo del calore di recupero non sia funzionante, laddove non sia necessario e il sistema che lo riutilizza venga escluso o disattivato, occorrerà infatti un sistema d’emergenza che entri in funzione per disperdere il calore in eccesso, ad esempio con radiatori e by-pass dei fumi.

Il recupero di calore in un impianto di generazione è generalmente ottenuto attraverso un circuito di raffreddamento del motore e dell’olio idraulico lubrificante, e con scambio termico con i fumi di scarico che avviene di solito con uno scambiatore a fascio tubiero. Il gruppo di dissipazione d’emergenza può pertanto essere realizzato con l’impiego di diversi sistemi di termoregolazione e macchine termiche, quali Torri evaporative, Scambiatori di calore acqua/acqua e radiatori e free cooler per il raffreddamento dell’acqua a raffreddamento del circuito primario del motore e dell’intercooler.

Il sistema di dissipazione termico d’emergenza va disegnato tenendo in considerazione, oltre ovviamente ai carichi termici di lavoro da gestire, la collocazione geografica del sito industriale. A seconda infatti della temperatura dell’aria esterna, e quindi non solo della latitudine a cui si trova l’impianto ma anche delle medie stagionali in cui esso funziona, e della disponibilità di acqua fredda per alimentare il circuito idraulico di scambio termico, saranno infatti preferibili Torri evaporative, che assicurano la dispersione del calore prelevato dall’acqua di raffreddamento per contatto con l’aria, o in alternativa elettroradiatori o scambiatori di calore a piastre acqua/acqua che asportino il calore in eccesso e inutilizzato prelevato dalla stessa acqua di raffreddamento dei macchinari e del fluido lubrificante.

Le moderne macchine utensili per la lavorazione meccanica di precisione mediante asportazione di truciolo, necessitano di azionamenti idraulici, per le movimentazioni robotizzate, e di una lubrorefrigerazione mediante olio da taglio degli utensili, per due motivi:

• mantenimento delle tolleranze di lavorazione per un periodo determinato
• diminuzione dell’usura degli utensili di lavorazione

Entrambi questi sistemi generano calore, che deve essere dissipato, per poter mantenere costante il livello di precisione nelle lavorazioni.

Per un nostro importante cliente, che opera nel settore della meccanica di precisione, in quanto realizza macchinari di lavorazione ad elevata precisione e ripetitività, abbiamo realizzato un sistema di raffreddamento integrato ad elevata efficienza, che prevede l’impiego di una serie di apparecchiature, per garantire il corretto livello di temperatura, sia dell’olio idraulico che dell’olio da taglio.

Il sistema di avvale di un gruppo frigorifero centralizzato, condensato ad aria, quindi con un circuito perfettamente sigillato, senza consumo di acqua. Il gruppo frigorifero è completo di serbatoio di stoccaggio dell’acqua refrigerata, che funge da volano termico, in quanto le lavorazioni molto spesso sono cicliche.

Il chiller asserve una serie di scambiatori:

• Scambiatori di calore a piastre saldobrasate T PLATE B, per il raffreddamento dell’olio delle centrali idrauliche, che alimentano gli automatismi e gli azionamenti a bordo macchina.
• Scambiatori ad immersione T COIL, per il raffreddamento della vasca dell’olio di taglio.

La prima posizione ha richiesto una analisi precisa dei rendimenti delle centrali, in modo da valutare con correttezza l’esatta entità della potenza termica da dissipare, valutando in modo accorto il consumo di acqua e le temperature di lavoro, in modo da minimizzare la potenzialità del gruppo frigorifero.

La seconda posizione è stata progettata, valutando il calore indotto dalla produzione di truciolo e dalla lavorazione meccanica degli utensili.

Entrambe sono poi state sottoposte ad una analisi dei tempi di lavoro e dei tempi morti, ottimizzando la capacità del serbatoio volano. In questo modo si è potuta ulteriormente economizzare la potenzialità del chiller.

Come ulteriore miglioria, si è introdotto un sistema di free cooling, che durante la stagione più fredda, consente di arrestare i compressori, utilizzando dei semplici dissipatori T FIN, in modo da ridurre ulteriormente i consumi energetici.

Un Free Cooler è un termoregolatore industriale che affida all’aria ambientale esterna il compito di raffreddare fluidi riscaldati nel corso dei processi produttivi industriali. Si tratta di scambiatori di calore e di dissipatori a circolo forzato d’aria, con ventilatori che immettono l’aria esterna nel circuito per la termoregolazione del fluido da raffreddare, e la loro progettazione dipende in maniera stretta dal tipo di liquido da raffreddare, dalla sua temperatura in entrata al free cooler, dalla temperatura media dell’aria ambientale, dalla capacità, dalla temperatura del liquido in uscita dal sistema e dalla massima perdita di carico consentita. Questo genere di sistemi di raffreddamento ha una grande varietà di applicazioni in diversi campi, come:

Power Generation
Cogenerazione
Compressori per aria compressa
Motori endotermici
Dissipatori remoti
Elettroradiatori per gruppi d’emergenza
Raffreddatori in circuito chiuso
Dissipatori termici per Gen Set

Dipendendo dall’aria in esterno all’impianto, le prestazioni di un free cooler sono strettamente legate alle condizioni climatiche e a fattori geografici, e soprattutto questo genere di sistemi di raffreddamento può perdere in resa a causa di variazioni stagionali nella temperatura dell’aria esterna. Esiste però un metodo semplice e intelligente che consente di aumentare la resa dei free cooler, estendendo con successo il loro impiego anche a mesi dalle temperature che altrimenti ne comprometterebbero il funzionamento ottimale, permettendo così di continuare a usarli sia in estate che in inverno. Infatti, per ottenere la massima efficienza da un free cooler, è bene che la temperatura esterna sia la più bassa possibile, in modo che l’aria in aspirazione possa lavorare con successo nel ciclo di raffreddamento del termoregolatore industriale.

I sistemi T Fin IDry Cooler di Tempco sono moduli che vaporizzano acqua per abbassare la temperatura d’ambiente in entrata, umidificandola con un sistema di spray di particelle d’acqua. Il processo di evaporazione di queste particelle d’acqua spruzzata sottrae calore dall’aria, abbassandone la temperatura, in modo che essa possa venire normalmente impiegata nel ciclo di termoregolazione eseguito dal sistema di free cooling. Si tratta di un potenziatore termico che può incrementare in maniera semplice l’efficienza di un free cooler, impiegando lo stesso principio che sta alla base delle Torri Evaporative, ovvero il processo di evaporazione, assommando i vantaggi di questo genere di soluzioni di termoregolazione a quelli di un dissipatore.

Aggiungendo un modulo nebulizzatore di acqua come potenziatore termico a un free cooler, il sistema aerorefrigerante prende infatti tutti i vantaggi sia dei dissipatori che delle torri evaporative:

Un Dry Cooler garantisce

Fluidi in circuito chiuso
Nessuno sporcamento
Nessun trattamento chimico
Bassi costi di esercizio

In aggiunta, un sistema a spray d’acqua che sfrutta l’evaporazione per abbassare la temperatura dell’aria in entrata, aggiunge i vantaggi di una torre evaporativa

Raffreddamento spinto
Basso impiego energetico
Temperatura del fluido inferiore a quella d’ambiente

L’aria viene infatti raffreddata dall’evaporazione dell’acqua, e in tal modo questo sistema di potenziamento termico in un termoregolatore industriale dipende dalla temperatura dell’aria in origine e dalla sua umidità, lavorando sulla temperatura di bulbo umido e sul calore latente di evaporazione.

Il calore latente di evaporazione è la quantità di calore che viene sottratta all’aria per consentire l’evaporazione dell’acqua, mentre la temperatura di bulbo umido è la temperatura più bassa che può essere raggiunta tramite evaporazione di sola acqua.

Il tasso di evaporazione è in funzione diretta delle condizioni esterne dell’aria, ossia del suo contenuto di calore originario, chiamato anche temperatura di bulbo secco, e della sua saturazione di vapore, chiamata umidità relativa, o dew point (punto di rugiada). La temperatura di bulbo umido è dunque una funzione dell’umidità e della temperatura dell’aria esterna, e indica la quantità di vapore acqueo che l’atmosfera può assorbire, in certe condizioni meteorologiche.

Ovviamente, la temperatura di bulbo umido è più alta in estate, quando l’umidità dell’aria cresce, e a seconda dell’area geografica nella quale il sistema di free cooling lavora, la resa dell’impianto può subire forti variazioni al variare delle condizioni meteo e dei valori della temperatura del bulbo umido. Tempco offre strumenti di misurazione completi per calcolare la temperatura di bulbo umido, al fine di studiare la soluzione di free cooling ideale per l’area e le condizioni climatiche in cui l’impianto industriale si trova. La temperatura di bulbo umido si calcola partendo dalla temperatura di bulbo secco e dal dew point (si sottrae il dew point dalla temperatura di bulbo secco, e si divide poi per tre, quindi si sottrae il risultato dalla temperatura di bulbo umido). Nel sito di Tempco è disponibile uno strumento di calcolo della temperatura di bulbo umido, a partire da temperatura e umidità.

I sistemi T Fin IDry di Tempco sono facili da installare, e possono essere aggiunti a un pre-esistente free cooler come un semplice modulo retro-fit, per migliorare il processo di raffreddamento. Il sistema di potenziamento a spray d’acqua può inoltre essere escluso alla fine della stagione calda, in modo tale che può essere usato esclusivamente quando le condizioni meteorologiche lo richiedono, senza andare a inficiare altrimenti il ciclo termico della soluzione di raffreddamento. L’acqua che alimenta il sistema di spray deve ovviamente essere pulita e opportunamente trattata, in maniera tale che non lasci depositi sui componenti del sistema, danneggiando il dissipatore. Inoltre, sarà opportuno assicurarsi che nulla ostacoli il percorso esterno dell’aria, accorciandone il flusso, ad esempio muri od altro. Il Service di Tempco si occupa dello studio completo per il potenziamento di un impianto di free cooling, per consentire alle industrie di impiegarlo in qualsiasi condizione climatica e di temperatura, al fine di ottenere sempre il massimo da un termoregolatore industriale, con processi industriali sempre alla massima resa. Il Service Tempco si occupa anche del corretto trattamento dell’acqua.

Per altre informazioni sull’implementazione di un sistema per incrementare la resa di un free cooler, visitate il nostro sito http://www.tempco.it/index.asp.

E’ innegabile che i dissipatori quando vengono utilizzati nelle applicazioni di free cooling, portino vantaggi indiscutibili:

• basso consumo energetico
• raffreddamento efficiente
• risparmio economico

Vi sono dei limiti che ne rendono meno efficace l’impiego, legati alle condizioni ambientali che rendono alcuni limiti difficilmente valicabili e spesso pregiudicandone l’applicazione.

Esiste però un sistema, che ne rende conveniente l’utilizzo, ampliandone peraltro il range di utilizzo ed allungando la “stagione di utilizzo”.

Si tratta in pratica di un sistema mutuato dalle buone vecchie torri evaporative, che sfrutta cioè il calore latente di evaporazione, ma soprattutto che si basa non tanto sulla temperatura ambiente (ovvero quella rilevata al bulbo secco), ma sulla temperatura del bulbo umido. Tale temperatura dipende dall’umidità relativa dell’aria e soprattutto è sempre inferiore in modo importante rispetto alla temperatura di bulbo secco appunto.

In pratica si tratta di “umidificare” l’aria in aspirazione al dry cooler, in modo da abbattere artificiosamente la temperatura dell’aria stessa.

Esistono diversi modi più o meno sofisticati per ottenere questo effetto, ma tutti sono abbastanza equivalenti.

Il vantaggio offerto da questi sistemi è dovuto al fatto che passato il periodo più caldo e quindi di maggiore criticità, si possono escludere, azzerando di fatto il consumo di acqua.

E’ importante sottolineare che l’acqua di alimento a questi sistemi di spray, di qualsiasi tipo essi siano, deve essere un’acqua “buona”, nel senso che deve essere adeguatamente trattata, allo scopo di scongiurare danni ed incrostazioni al pacco di scambio del radiatore/dissipatore.

Hanno delle velocità di lavoro che vengono incrementate costantemente, allo scopo di aumentarne la produttività. Al contempo devono mantenere un livello di precisione estremamente elevato, per poter fornire un prodotto di qualità.

Il tutto alla costante ricerca di massima efficienza energetica.

Queste prerogative vengono mantenute grazie ad azionamenti idraulici, che inevitabilmente richiedono una dissipazione di calore.

La dissipazione del calore generato dagli azionamenti, veniva un tempo realizzata, tramite normali scambiatori aria/olio.

I moderni telai, necessitano invece di un sistema di raffreddamento più efficiente e costante, di conseguenza i maggiori produttori di questo genere di macchine, si sono orientati su scambiatori di calore a piastre, che possono garantire:

• dimensioni compatte
• efficienza termica elevata
• consumi energetici bassissimi
• minimo consumo di acqua

Si tratta di un impianto di cogenerazione con motori endotermici a gas, per il riscaldamento e la produzione di energia per un centro sportivo nelle vicinanze di Milano.

Il centro sportivo comprende una piscina con annessa palestra.

L’impianto di cogenerazione, asserve il centro sportivo ed i quartieri limitrofi. E’ composto da due motori endotermici e tre caldaie.

La distribuzione del calore, passa per due sottostazioni dotate di scambiatori di calore a piastre ispezionabili.

Dei misuratori di energia, contabilizzano i consumi energetici.

Il tutto è telecontrollato a distanza.

La batteria di elettroradiatori, viene utilizzata per la dissipazione del calore generato dai motori endotermici, nel caso non venga utilizzato per il teleriscaldamento o per le necessità di riscaldamento della piscina.

Un esempio di impianto efficiente ed efficace.

]]> http://www.tempcoblog.it/2302/cogenerazione-e-riscaldamento/feed/ 0 Elettroradiatori per impianto di cogenerazione gen set radiators for cogeneration plant http://www.tempcoblog.it/2271/free-cooling-ed-altitudine/ http://www.tempcoblog.it/2271/free-cooling-ed-altitudine/#comments Fri, 23 Apr 2010 14:14:38 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=2271 Spesso su queste pagine ho sponsorizzato l’efficienza ed i fasti dei sistemi di free cooling, in ambito di risparmio energetico.

Molte volte ho sottolineato l’importanza di addittivare con antigelo il fluido circolante, per evitare il gelo e quindi rotture disastrose.

Tutti siamo daccordo che un sistema di free cooling installato in zone fresche rende di più e fa risparmiare maggiore energia, per via dei tempi prolungati di utilizzo, mantenendo in stand by i più costosi ed energivori chillers.

E’ importante però tenere presente in fase di progettazione, il luogo di installazione, non solo per la valutazione corretta della temperatura ambientale di progetto, ma anche per tenere in considerazione il possibile “derating” del free cooler, causato dalla diminuita densità dell’aria.

A questo scopo, allego di seguito una semplice tabellina, che permette di tenere in considerazione un fattore di correzione, legato alla altitudine di installazione, rispetto al livello sul mare.

Classica domanda che viene posta in questo inverno particolarmente “ghiacciato”, dove abbiamo sostituito e riparato diversi scambiatori aria/acqua, rotti per mancanza di antigelo.

La risposta come sempre non è univoca e fondamentalmente dipende dal tipo di rottura.

Mi spiego brevemente:

in caso di rottura del pacco di scambio, si vede immediatamente una perdita di acqua, solitamente copiosa.

La prima cosa da analizzare è localizzare la zona di rottura:

• rottura nel mezzo del pacco di scambio
• rottura nella zona delle curvette

Nel primo caso, il 90% delle volte la rottura è talmente estesa, che una riparazione, oltre ad essere economicamente non conveniente, rischia di tradursi in una perdita di tempo, in quanto non risolutiva. Una tale riparazione implica inoltre una perdita di efficienza dello scambiatore non accettabile.

Nel secondo caso, bisogna valutare l’entità della rottura. Se si sono rotte poche curvette, quindi dovremo eliminare dal circuito solo qualche tubo, la riparazione può essere conveniente. Se invece avremo un numero di curvette rotte elevato, bisogna mettere sul piatto della bilancia, dei costi di riparazione più elevati, in quanto non sarebbe accettabile la perdita di efficienza dello scambiatore, e sostituire le curvette, diventa un lavoro molto costoso.

Sempre analizzando il secondo caso, bisogna capire se la rottura si limita alle curcette esterne o si estende all’interno del pacco. In questo caso l’intervento è più delicato in quanto si dovrà sacrificare parte del pacco alettato, alla ricerca del punto di rottura per poterlo riparare.

Devo essere onesto, la maggior parte delle volte, una sostituzione del pacco di scambio è preferibile ed economicamente più conveniente, considerando il fatto che comunque la parte ventilante viene riutilizzata.

]]> http://www.tempcoblog.it/2166/riparare-gli-scambiatori-di-calore/feed/ 0 T FIN elettroradiatore rotto per gelo http://www.tempcoblog.it/2058/lungo-lunghissimo-inverno/ http://www.tempcoblog.it/2058/lungo-lunghissimo-inverno/#comments Tue, 02 Feb 2010 21:09:50 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=2058 Non pensiate che mi metta a fare le previsioni meteo.

Oggi all’ennesima telefonata relativa ad uno scambiatore rotto per il gelo, causa mancanza di antigelo e/o drenaggio preventivo, mi sono detto e ripetuto che quest’anno fa veramente freddo. Sta cogliendo tutti alla sprovvista, anche a quelle latitudini, dove l’antigelo era una parola per la settimana enigmistica.

Nient’altro che un ulteriore richiamo, attenzione alle apparecchiature lasciate all’esterno. Basta veramente poca acqua all’interno per provocare danni ingenti, costosi da riparare se non a volte irreparabili.

Un amico scherzando mi ha dato del dilettante, noi ripariamo o cambiamo gli scambiatori o i radiatori, loro stanno cambiando motori di gruppi di emergenza interi…

tipica rottura da ghiaccio di tubazioni di uno scambiatore a pacco alettato per free cooling

Questi sistemi offrono tali vantaggi che risulta interessante prenderne in considerazione l’utilizzo o comunque l’implementazione, anche su impianti già esistenti.

Proprio nelle scorse settimane abbiamo portato a termine l’installazione di un sistema di free cooling intelligente e spinto, come retrofit su un impianto di raffreddamento asservito ad un impianto chimico farmaceutico, deve erano installati dei chiller condensati ad aria Corema.

La centrale frigorifera era composta da una serie di unità Pack Chiller collegate in parallelo, per una potenzialità complessiva di circa 800 KW termici, allo scopo di fornire al processo acqua refrigerata a 15°C.

Una rapida valutazione ha portato all’installazione di un gruppo di dry cooler, che lavoreranno in parallelo ai chiller nella media stagione, nelle ore più fresche della giornata, funzionando poi a pieno regime nella stagione fredda, consentendo di tenere fermi i compressori frigoriferi (per un totale di circa 240 KW elettrici).

Nell’installazione abbiamo tenuto invariata la linea di distribuzione e stoccaggio dell’acqua refrigerata, inserendo delle valvole deviatrici/miscelatrici ed un sistema a plc per la gestione del free cooling.