Questo tipo di lavorazione è molto diffuso e negli anni è diventato sempre più sofisticato, con lo scopo di raggiungere risultati decisamente sorprendenti, dal punto di vista del prodotto finito.

Anche questa tipologia di impianto, richiede un controllo della temperatura.

Un tempo questo controllo si limitava ad un generico riscaldamento/raffreddamento, in pratica una termostatazione, molto semplice.

Con l’incremento delle velocità di produzione e con la necessità di standard qualitativi sempre più elevati, a livello di prodotto finale, anche i sistemi di controllo della temperatura si sono evoluti raggiungendo l’attuale stato dell’arte, che prevede centraline di termoregolazione, con tolleranze di controllo sempre più ristrette.

Il metodo per raggiungere questi risultati consiste nel perseguire alcuni punti fondamentali:

-controllo delle resistenze di riscaldamento tramite relè statici (SCR)

-termoregolatori elettronici dotati di sistemi PID ed autotuning, interfacciati con controllori remoti e sistemi di feedback integrati

-incremento delle velocità dei fluidi di termoregolazione, in modo da mantenere costante il livello di temperatura nei vari punti dei rulli dedicati alla lavorazione

-sistemi di controllo dedicati per ogni singolo rullo del processo.

Questo avviene nello stampaggio, mediante il controllo fine della temperatura degli stampi, che a livello di produzione batch (quindi di produzione di mescole, granuli o altro), a livello di miscela, ovvero nella composizione della ricetta.

Un elemento chiave è la miscelazione dei cosiddetti “plastificanti”, che avviene in particolari apparecchiature, adibite a “creare” una vera e propria ricetta, miscelando fra loro i vari composti.

Si tratta di una fase della lavorazione piuttosto delicata, dove sono importanti due fattori:

-esatto dosaggio dei componenti

-controllo termico

Il primo aspetto viene controllato mediante bilance appositamente realizzate, che sfruttano celle di carico e trasduttori di segnali, che riportati ad un sistema di controllo centralizzato, consentono di ottenere il risultato desiderato.

Il secondo aspetto viene affidato a centraline di termoregolazione, che mediante termoregolatori elettronici ad azione PID, regolano la temperatura dei fluidi di servizio (acqua o olio diatermico), secondo schemi e livelli di temperature ben definiti.

La progettazione e realizzazione combinata di entrambi gli elementi, consente di raggiungere un grado di controllo e precisione molto elevato, incontrando in questo modo le richieste di standard sempre più elevati della moderna industria di produzione e processo.

Una unità di termoregolazione da 75/100 KW è già una macchina di tutto rispetto, che comporta una progettazione accurata ed una realizzazione attenta.

La grande esperienza acquisita in tutti questi anni, ci ha portato a sviluppare centrali di termoregolazione, sia per acqua pressurizzata che per olio diatermico ad alta temperatura, di potenza sempre più elevata.

Proprio nell’ultimo periodo abbiamo realizzato dei sistemi di termoregolazione molto accurati e complessi, sia per realizzazione propria che per il sistema di termoregolazione che viene richiesto dal processo che asservono, aventi potenzialità ben superiori ai 100 KW di cui parlavo sopra.

Infatti abbiamo realizzato una serie di unità di termoregolazione con potenzialità da 360KW fino a 500 KW, per la termoregolazione fine della temperatura di oli diatermici, a servizio di sistemi idraulici e di impianti di lubrificazione ad elevata temperatura, integrando il sistema T-SMART.

Questo tipo di realizzazione, comporta una severa attenzione alla progettazione unita ad una realizzazione meticolosa e precisa.

Il collaudo di queste centraline si è svolto a step successivi, in quanto disporre di carici elettrici di tale entità, non è sicuramente uno standard.

Il collaudo finale si è svolto in campo direttamente sul processo del cliente, con esito positivo.

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.

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.

Alcuni processi hanno assoluta necessità di sistemi di raffreddamento dedicati, per poter ottenere velocità di produzione e costanza di risultati.

Nello specifico, alcuni processi produttivi, hanno la necessità di avere diversi livelli di temperatura per le differenti “sezioni di lavorazione”, interessate al ciclo produttivo completo.

Per poter ottenere questi risultati, esistono sistemi integrati estremamente flessibili, configurati come segue:

• produzione di acqua refrigerata —> chiller
• accumulo di acqua refrigerata —> serbatoio di stoccaggio coibentato
• distribuzione acqua alle utenze a diverse temperature —> sistemi di regolazione composti da scambiatore a piastre e valvola modulante con regolatori elettronici
• produzione di acqua calda —> centralina di termoregolazione

questi sistemi se ben progettati ed integrati, permettono una gestione efficace ed ottimale del processo industriale.

A livello di controllo della temperatura, i vari termoregolatori elettronici, possono essere realizzati con configurazione ed impostazione del set point e dei parametri, da remoto tramite PLC.

Per svolgere questa ormai irrinunciabile funzione, esistono centraline di termoregolazione e termostatazione, con funzioni più o meno sofisticate.

Solitamente queste centraline hanno sistemi di controllo locali, che tramite un set della temperatura e dei principali parametri, intervengono gestendo in autonomia i sistemi di riscaldamento e raffreddamento, allo scopo di fornire un fluido alla temperatura desiderata.

Tali sistemi possono dialogare con apparati più complessi, tramite porte seriali o altri protocolli di comunicazione.

Negli anni e soprattutto nei sistemi globali sempre più complessi, si è sviluppata l’esigenza di trovare soluzioni che lasciando l’hardware (il sistema di riscaldamento/raffreddamento/termoregolazione)  in locale, consentano di gestire in modo completo ed “integrale” da “remoto” il processo ed i vari parametri che lo regolano, in modo da ottenere un monitoraggiosempre più proattivo ed efficace, gestendo ed ottimizzando le regolazioni in tempo reale.

Queste esigenze hanno stimolato il nostro reparto sviluppo e ricerca, arrivando alla realizzazione di sistemi di termoregolazione chiamati STB TREG Smart Thermoregulating Box.

In pratica si tratta di classiche unità di termoregolazione, che abbandonando sistemi locali di gestione, si affidano alla ritrasmissione dei dati mediante morsettiere intelligenti, per poter gestire completamente ed in maniera integrata tutti i punti ed i parametri da una unica postazione remota, realizzando veri e propri network della termoregolazione.

…ovviamente le sicurezze sono tutte e sempre in locale…

Ovviamente il tipo di raffreddamento e di impianto sarà sostanzialmente differente, anche se alla base di tutto ci sarà un chiller o refrigeratore supportato da sistemi di free cooling o torri evaporative.

Nello specifico abbiamo appena consegnato un impianto di potenzialità interessante, condensato ad acqua, progettato per produrre soluzione glicolata ad una temperatura vicina a 0°C, e distribuirla alle diverse utenze, secondo diversi livelli di temperatura, in funzione dei differenti punti nei quali viene utilizzato il raffreddamento.

Tutto l’insieme, prevede anche delle sezioni riscaldate elettricamente o a vapore, a seconda che si tratti di avviamento impianto o produzione.

La gestione del sistema è affidata ad un plc installato a cura del cliente di Tempco, mentre i livelli di temperatura, vengono impostati tramite termoregolatori elettronici, interfacciabili con il plc per una gestione remota. I termoregolatori pilotano delle valvole a tre vie, che tramite scambiatori di calore a piastre rendono all’utilizzo la soluzione incongelabile alla temperatura voluta per il singolo momento del processo produttivo.

Le due sezioni di riscaldamento, vengono anch’esse pilotate del plc, in funzione della ricetta di produzione. Una sezione di riscaldamento a vapore, serve per il preriscaldamento del sistema all’avviamento, in modo da preparare le miscele di prodotto alla temperatura ideale per le differenti produzioni:

• pastigliatura
• scagliettatura

Il gruppo frigorifero è stato realizzato con ridondanza a doppio circuito, in modo da avere la garanzia di funzionamento, anche in caso di manutenzione programmata o fermata imprevista.

La scelta di utilizzare un chiller condensato ad acqua è occorsa in quanto il cliente ha abbondante disponibilità di acqua di torre in stabilimento, nell’ottica futura di poter implementare un sistema di free cooling retro-fit, una volta avviato l’impianto produttivo e stimati correttamente i carichi termici dei vari processi produttivi.

Si tratta di un impianto molto elastico e flessibile, dove si può lavorare con un range di potenza frigorifera dal 25% al 100%, disponendo di acqua gelida da 0°C fino a 25°C, oppure riscaldare a vapore, ottenendo acqua a 90°C.

Un simile controllo della temperatura attraverso specifici termoregolatori è ad esempio sempre richiesto nella manifattura di prodotti alimentari: basti pensare a linee di produzione di carni o pesce o formaggi, dove sono indispensabili termorefrigeratori efficienti dal momento che variazioni di temperatura possono portare al degrado completo del prodotto, con conseguente scarto totale di lotti di produzione.

Simili processi di termoregolazione vengono così applicati anche a prodotti che ai nostri occhi potrebbero apparire meno delicati. Infatti variazioni di temperatura nella linea di produzione di un particolare stampato meccanicamente potrebbero causare delle variazioni dimensionali, che se a prima vista possono apparire conseguenze risibili, a lungo andare inficiano irrimediabilmente le prestazioni di un componente: si pensi al caso di un albero motore che si blocca perché variazioni di temperatura occorse durante la fase finale di lavorazione hanno portato una errata tolleranza dimensionale. Se poi pensiamo allo stesso problema di termoregolazione nella costruzione dell’albero di una turbina di un aeroplano‚ l’immagine prende tutta un’altra gravità.

Per poter termoregolare e mantenere costante la temperatura nei processi produttivi industriali, ottenendo fra l’altro importanti ritorni in termini di risparmio energetico e ottimizzazione dei consumi, sono state sviluppate le centraline TEMPCO della serie T-REG.

In funzione della temperatura di mantenimento dei vari cicli produttivi, le centraline di termoregolazione T-REG possono essere realizzate per funzionare con diversi tipi di fluido:

• soluzioni antigelo, range di temperatura -30°C / +90°C
• acqua, range di temperatura +5°C / +90°C
• acqua pressurizzata, range di temperatura +5°C / +140°C
• olio diatermico, range di temperatura +30°C / +180°C
• olio diatermico ad alta temperatura, range di temperatura +30°C / +350°C

Per applicazioni particolari, Tempco può poi realizzare termoregolatori con range di temperatura anche più ampi.

Il sistema di riscaldamento è assicurato mediante l’utilizzo di:

• resistenze elettriche corazzate
• vapore
• scambiatori di calore (nella versione SE a recupero di energia)

Range di potenzialità di riscaldamento:

• Riscaldamento elettrico da 3KW a 300KW
• Riscaldamento a vapore da 10KW a 1500KW

Su richiesta sono disponibili maggiori potenze.

Trattandosi di centraline di termoregolazione, tutte sono complete di sezione di raffreddamento integrata, mediante scambiatori di calore ad acqua o ad aria.

Esistono poi versioni a livelli diversi di temperatura, ovvero che possono controllare contemporaneamente diversi set point, in funzione delle esigenze di termoregolazione specifiche dell’impianto. In questi casi le T-REG sono dotate di:

• sezione di riscaldamento
• sezione di raffreddamento intermedia
• sezione di raffreddamento a bassa temperatura

Su richiesta sono integrabili anche su queste centraline sezioni di riscaldamento a recupero.

Il sistema di regolazione termica della temperatura è affidato a termoregolatori elettronici ad azione PID, con funzioni di autotuning, per assicurare il massimo controllo.

I termoregolatori sono forniti completi di:

• quadro elettrico di comando, con relativi azionamenti di potenza
• pompa di circolazione
• vaso di espansione
• allarmi di malfunzionamento

Tutte le centraline di termoregolazione possono essere equipaggiate con i seguenti optional:

• set point remoto
• azionamento riscaldatori elettrici mediante relè statici (SCR)
• valvola modulante su acqua di raffreddamento
• inverter
• dimer per variazione continua di potenza
• versione tropicalizzata
• interfaccia per gestione da PLC
• termoregolatore programmabile con rampe di riscaldamento e raffreddamento

A livello normativo, le centraline di termoregolazione della serie T-REG rispondono alla normativa macchine, sono marchiate CE e possono essere fornite in versione antideflagrante ATEX.