Chiudendo avevo accennato alla possibilità di valutare ulteriori sistemi per risparmiare energia analizzando i tempi di lavorazione di un determinato processo.

In sostanza si tratta di analizzare in modo ancora più puntuale la situazione di utilizzo dell’energia termica di riscaldamento o raffreddamento da parte del processo produttivo del cliente, infatti dobbiamo capire se nel processo produttivo del cliente vi siano dei tempi morti che consentano l’accumulo di energia termica, da sfruttare nei momenti di punta.

Faccio un esempio per esemplificare:

Impianto di trattamento termico per acciaio, funzionante su due turni durante il giorno, con fermata notturna.

E’ un tipico impianto dove già per sua natura dispone di un bacino di accumulo del fluido di raffreddamento, dal volume importante. Posso quindi pensare di utilizzare tale bacino, come volano termico, per accumulare fluido freddo (ovvero energia fredda), durante il periodo notturno di fermo impianto, sfruttando le condizioni ambientali favorevoli (temperatura ambientale più bassa).

In sostanza farò funzionare il mio sistema di raffreddamento durante il periodo notturno, portando la temperatura del bacino di raccolta al punto più basso raggiungibile, calcolando di conseguenza quanta energia termica ho a disposizione.

Definito questo valore, posso dimensionare la macchina termica sulla rimanente energia termica necessaria per soddisfare la produzione che si sviluppa nell’arco di due turni.

Qt1 (Kcal/h) = Q1 (Kcal/h) = Q2 (Kcal/h)

dove Qt1 è la potenzialità termica richiesta dal processo, data dalla capacità termica necessarie per ogni singolo turno di lavoro (Q1 e Q2).

Qtr (Kcal/h) = Qt1 (Kcal/h) – Qvt (Kcal/h)

dove Qtr sarà la potenza termica della nostra macchina (torre, scambiatore, chiller, dry cooler), sottraendo l’energia termica accumulabile nel bacino di raccolta.

inevitabilmente

Qtr (Kcal/h) < Qt1 (Kcal/h)

quindi minor costo di investimento e soprattutto minor energia elettrica assorbita.

• fluido di raffreddamento/riscaldamento
• livello di temperatura
• quantità di calore da asportare/apportare

Di questi tre elementi solitamente il più “complicato” da definire, se non lo si conosce a priori, è il terzo, relativo alla determinazione della potenzialità termica necessaria per somministrare il servizio adeguato al processo, come ho già spiegato in questo articolo.

In questo articolo vorrei soffermarmi su un aspetto altrettanto importante ai fini della determinazione del carico termico e quindi della progettazione della nostra macchina termica e/o impianto termico, come da titolo l’indice di contemporaneità.

Spesso infatti ci troviamo nella condizione per cui il nostro termoregolatore, scambiatore di calore, refrigeratore o torre evaporativa, debba servire più utenze che possono lavorare insieme o meno. L’insieme o meno viene riassunto dal termine indice di contemporaneità.

Risulta chiaro immediatamente che se dovremo dimensionare un gruppo frigorifero che asserve tre macchinari che lavorano contemporaneamente, su tre turni di lavoro, la potenzialità dello stesso, sarà data semplicemente dalla somma delle tre potenze termiche orarie da dissipare:

Qt (Kcal/h) = Q1 (Kcal/h) + Q2 (Kcal/h) + Q3 (Kcal/h)

Ben diverso sarebbe il caso nel quale questi tre macchinari dovessero lavorare ognuno in un turno diverso di lavoro. In tal caso infatti avremmo la capacità termica del refrigeratore uguale alla potenzialità di ogni singola utenza, ovvero un terzo rispetto al caso precedente, nonostante la potenza installata da parte del cliente sia la medesima.

Qt (Kcal/h) = Q1 (Kcal/h) = Q2 (Kcal/h) = Q3 (Kcal/h)

Analizzando questo semplice caso, risulta chiaro come sia necessaria una attenta analisi degli impianti del cliente, prima di procedere con il dimensionamento o il progetto.

L’indice di contemporaneità dei carichi termici, va poi integrato con una valutazione dei tempi morti e la possibilità di accumulare energia sotto forma di caldo o freddo, allo scopo di risparmiare energia ulteriore nella gestione degli impianti di raffreddamento o riscaldamento, ma sarà argomento di un prossimo articolo.

E’ altresì indubbio che sono un valido punto di riferimento e di partenza.

A seguito di una serie di richieste, ho pensato di inserire anche una ulteriore tabella, per altre tipologie di scambiatori.

Typical Heat Transfer Coefficients

Nel settore dello scambio termico, ci sono applicazioni dove degli scambiatori di calore standard vanno più che bene, anzi sono stati progettati appositamente per questa applicazioni standard, tipo:

• teleriscaldamento
• caldaie
• refrigerazione

solo per citare tre casi più eclatanti.

ci sono però tutta una serie di applicazioni che richiedono degli scambiatori di calore e delle apparecchiature appositamente studiate e realizzate per adattarsi al meglio alle caratteristiche richieste dal processo o semplicemente dal prodotto.

In questi casi. la possibilità di adattare l’apparecchio alle necessità, diventa una prerogativa imprescindibile.

Per queste applicazioni esistono degli scambiatori di calore (è di questi che voglio parlare), che si adattano ottimamente allo scopo, sto parlando degli scambiatori a piastre di tipo TCOIL, che essendo un prodotto nato “custom”, segue ottimamente la filosofia Tempco della SCF Standard Custom Flexibility.

Infatti questi apparecchi, nascono da un prodotto standard a magazzino, ma vengono “shapati” in funzione della necessità specifica del processo del cliente.

I campi di applicazione sono i più disparati:

• termostatazione di vasche
• termostatazione di serbatoi e macchine chimico farmaceutiche
• termoregolazione di stampi
• riscaldamento/raffreddamento di prodotti finiti
• vulcanizzazione settore gomma
• scambiatori di calore e recuperatori per fumi

…mi fermo perchè le applicazioni che mi vengono in mente sono veramente tantissime.

Il tutto con costi di realizzazione decisamente contenuti.

Offre sicuramente dei vantaggi interessanti, in quanto non richiede impianti in pressione, anche se di contro risulta essere piuttosto impegnativo da maneggiare.

Come abbiamo visto in alcuni post precedenti, va utilizzato con una certa cautela…o forse è meglio dire attenzione.

In tutti gli impianti che utilizzano olio diatermico è importante che la temperatura dello stesso olio all’interno del vaso di espansione non superi determinati valori, che ne potrebbero causare un inevitabile deterioramento per via di fenomeni fi ossidazione e/o cracking.

Solitamente gli impianti ad olio diatermico vengono progettati per funzionare a temperature pressochè costanti. In questo modo, una volta portato in temperatura l’olio diatermico, ed effettuata la prima espansione nel vaso aperto, l’olio raggiungerà dei valori anche elevati.

Dopo qualche ora di funzionamento la temperatura all’interno del vaso di espansione ritornerà a valori ottimali (60/80°C) che non determinano problemi per l’olio stesso.

Le centraline di termoregolazione della serie T REG, che realizziamo vengono impiegate dei clienti per processi discontinui e molto spesso per delle termoregolazioni con cicli brevi e non costanti.

Questo provoca una continua polmonazione dell’olio, con conseguenti espansioni/contrazioni di volume, che determinano un mantenimento della temperatura all’interno del vaso di espansione a valori sopra la norma.

Per questo motivo, adottiamo alcuni accorgimenti importanti allo scopo di mantenere la temperatura controllata nel vaso di espansione:

• termostato di controllo
• trappola termica sul tubo di adduzione al vaso
• sistema di raffreddamento dell’olio che va al vaso di espansione

Costruttivamente si tratta di un piccolo incremento di costi immediati, che però consente un risparmio notevole sul lungo priodo a livello di manutenzione.

Il fluido che fuoriesce dall’impianto, da una valvola di regolazione, da un rubinetto, da una guarnizione, da una saldatura o dalla connessione di un qualsiasi strumento, si inserisce nei pori dell’isolamento e si diffonde, rimanendo a temperature molto vicine a quelle della linea e a contatto con l’aria presente nei pori del materiale isolante stesso.

L’olio che entra nei pori dell’isolante, si ossida e si decompone, con un processo che utilizza l’aria creando calore.

Se la perdita di olio persiste il processo continua, con l’olio che continua ad ossidarsi e ad aumentare di temperatura fino a che si può arrivare a superare la temperatura di autoaccensione dell’olio.

In questa situazione potrebbe accadere che l’aria fresca entri in contatto con l’olio ossidato per diverse cause:

• l’isolante imbibito di olio fuoriesce dalla propria guaina protettiva
• la guaina stessa viene aperta per manutenzione con l’impianto in temperatura

a questo punto si possono avviare incendi con combustione latente, oppure con vampate improvvise.

]]> http://www.tempcoblog.it/2083/impianti-ad-olio-diatermico-prevenire-i-rischi-di-incendio/feed/ 0 TREG OH coibentazione resistenze http://www.tempcoblog.it/2120/punto-di-flash-punto-di-fiamma-autoaccensione-nellolio-diatermico/ http://www.tempcoblog.it/2120/punto-di-flash-punto-di-fiamma-autoaccensione-nellolio-diatermico/#comments Wed, 24 Feb 2010 16:17:47 +0000 S. Pellucchi http://www.tempcoblog.it/?p=2120 Negli impianti ad olio diatermico e nelle centraline di termoregolazione, tipicamente si opera a temperature superiori al punto di fiamma e di flash.

Punti di fiamma e di flash

Per punti di fiamma e di flash di un fluido di scambio termico, si intendono le temperature alle quali i vapori del fluido, miscelati con le giuste proporzioni di aria, si infiammano a contatto diretto con una fiamma libera. Per testare un fluido occorre metterlo in un contenitore con una sonda di temperatura, piazzarlo su una fonte di calore e una fonte di accensione (fiamma di gas o arco elettrico) è posizionata alla sommità dello stesso contenitore. A questo punto si accende la fonte di calore. Riscaldandosi il fluido produce vapori. Quando i vapori prodotti arrivano ad essere tali per cui la nuvola viene infiammata dalla fiamma (la nuvola “scoppia”), si legge la temperatura. Questo è il punto di FLASH.
Continuando a riscaldare, il fluido produce sempre più vapore. Quando il fenomeno diventa una fiamma continua, si legge di nuovo il termometro. Questo è il punto di FIAMMA.
Fino a che il punto di fiamma non è raggiunto, la fonte di fiamma viva potrebbe essere rimossa senza conseguenze: il fluido rimane tale e si ossida.

Temperatura di autoaccensione
E’ importante notare che mentre i fluidi di scambio termico vengono normalmente usati a temperature oltre i punti di flash e di fiamma, essi mai dovrebbero essere utilizzati oltre le temperature di autoaccensione. La temperatura di autoaccensione di un fluido è quel valore oltre il quale il fluido di scambio termico si incendia spontaneamente al contatto con l’aria, senza fonti di accensione esterne.

Perdite negli impianti
Contrariamente agli altri sistemi, gli impianti ad olio diatermico generalmente non sono pressurizzati. Seppure essi operino a pressione atmosferica ci possono essere perdite. Le perdite spesso si localizzano su connessioni filettate (da evitare), giunzioni, valvole e pompe. Il fluido si versa lentamente nei punti più deboli, come uno spray o a gocce. Al contatto con l’aria il fluido caldo si ossida e fuma. Così le perdite di fluido di scambio termico è molto più frequente che producano fumo, piuttosto che fiamme, anche se il fluido si trova oltre i punti di flash e di fiamma.

Incendi dei materiali isolanti
Se il fluido di scambio termico viene versato nei pori dell’isolamento, lì si innesca il processo di decomposizione per ossidazione. Il processo di ossidazione produce calore. Il calore prodotto si aggiunge al calore dell’impianto, già presente nell’isolamento. Quindi le temperature nell’isolamento continuano a salire, e possono anche superare il punto di autoaccensione; a questo punto, se l’aria entra nell’isolamento e viene a contatto con il fluido ossidato e degradato, si possono immediatamente sviluppare incendi.

Isolamento delle tubazioni
E’ importante rilevare ed eliminare le perdite negli impianti. Noi suggeriamo di identificare e localizzare tutti i punti potenzialmente pericolosi. In questi punti è consigliabile l’uso di isolante per alte temperature a cellule chiuse, o al limite nessun isolamento. Molto importante è non dimenticarsi di fare continui controlli periodici.

La termoregolazione comporta cicli di riscaldamento e di raffreddamento, oppure anche semplicemente un mantenimento di una data temperatura nel tempo, mentre le varie fasi del processo produttivo, asportano o apportano calore al fluido, inducendo nella centralina cambi di funzionamento:

• riscaldamento
• raffreddamento
• mantenimento

…il tutto “regolato” da strumenti elettronici PID, magari self tuning, con remotazione dei set point ed a volte con rampe di salita e discesa impostabili…

Molte volte questi processi richiedono temperature elevate. Per questo esistono centraline che funzionano con:

• acqua calda, fino a 90°C
• acqua surriscaldata, tipicamente fino a 140°C
• olio diatermico, fino a 350°C

Mi voglio soffermare sull’olio diatermico, in quanto merita un discorso ed una trattazione attenta, soprattutto nella scelta dei componenti delle centraline.

In pratica possiamo distinguere due tipologie di impianto:

1. a vaso aperto
2. a vaso chiuso

Diciamo che nella maggioranza dei casi, le nostre centraline ad olio diatermico, rientrano nella prima fascia.

In questa fascia, possiamo distinguere altri due livelli di distinzione, legati alle temperature:

1. centraline ad olio diatermico fino a 180/200°C
2. centraline ad olio diatermico oltre i 200°C fino a 350°C

In pratica cosa distingue queste due fasce di apparecchiature:

La pompa di circolazione e gli scambiatori di raffreddamento.

Infatti, mentre le resistenze elettriche, sostanzialmente cambiano poco e comunque la loro tipologia incide sul costo in modo poco sensibile, le pompe di circolazione dell’olio e gli scambiatori, diventano elementi critici e costosi dell’insieme.

Nella realizzazione delle nostre centraline ad esempio, quando passiamo alla versione oltre 200°C selezioniamo per le piccole/medie portate, pompe a trascinamento magnetico, in pratica ci leviamo il pensiero della tenuta meccanica, vero punto critico a queste condizioni di funzionamento. Su portate più elevate, si passa a pompe speciali realizzate con tenute meccaniche resistenti ad alta temperatura, flussate.

Per gli scambiatori, selezioniamo apparecchi che ne permettano l’impiego a queste temperature, tipo i saldobrasati nickel, oppure i fully welded.

Vi sono poi tutta una serie di accorgimenti costruttivi, atti a rendere sicura ed affidabile la centralina, che a queste temperature è decisamente una apparecchiatura impegnativa. Se poi i cicli di raffreddamento diventano importanti, si adottano sistemi di raffreddamento misti, che rendono maggiormente affidabile il funzionamento dell’unità nel tempo.

Nel passato, ma anche attualmente, se volete a causa di inerzie progettuali o ignoranza (nel senso di mancanza di conoscenza), si utilizzavano scambiatori a serpentino immersi nelle vasche o nei serbatoi. In pratica metri e metri di tubo, immersi nel fluido contenuto nella vasca, all’interno del quale passava il fluido riscaldante o raffreddante.

Il sistema assolutamente più efficiente e moderno, oltre che economicamente più conventiente è quello di installare degli scambiatori a piastre immersi, della serie T COIL.

Si tratta di piastre realizzate a misura (SCF standard custom flexibility), in acciaio inox, o altri materiali, che subiscono una particolare lavorazione di rigonfiamento, allo scopo di creare una camera di passaggio per il fluido di riscaldamento/raffreddamento.

I vantaggi sono pressto spiegati:

• coefficienti di scambio elevati (decisamente migliori rispetto a quelli di un tubo immerso), anche per via del moto turbolento assunto dal fluido interno
• dimensioni customizzabili
• connessioni personalizzabili
• circuitazioni che permettono tantissime soluzioni, incontrando preticamente tutte le esigenze di scambio termico
• costi contenuti
• leggerezza e facilità di installazione
• possibilità di realizzazione in bank paralleli
• dimensioni di canale interno variabile in funzione delle portate

Insomma una serie di vantaggi che consentono a questa tipologia di scambiatore di trovare sempre più applicazione nei processi produttivi:

• alimentare
• chimico
• power generation
• biodiesel
• cogenerazione
• compressori per aria
• evaporazione a film sottile
• trattamenti termici

e l’elenco potrebbe continuare a lungo…