Il processo dipende molto dalle condizioni esterne ambientali e dal grado di umidità dell’aria: più l’aria d’ambiente è secca, più efficace sarà il processo di evaporazione e quindi più basse le temperature ottenibili e maggiore il rendimento delle torri. Nel raffreddamento con torri evaporative sono comunque in gioco valori termici relativamente bassi, con temperature in uscita sui 20-25 gradi e in entrata di circa 40. La temperatura minima del liquido in uscita, raffreddato nel processo di evaporazione, è comunque circa di soli 3 gradi superiore alla temperatura di bulbo umido, che è la minima temperatura raggiunta dall’aria al termine del processo di evaporazione stesso, che rende l’aria satura di vapore acqueo a tal punto che il processo evaporativo si ferma.

In una torre evaporativa l’abbattimento termico avviene pertanto per contatto diretto con l’aria. Esistono diverse tipologie di torre evaporativa, ma la più semplice e diffusa ha la tipica forma di cilindro  (o parallelepipedo per le torri medio/piccole prefabbricate) con la strozzatura in alto, che induce un tiraggio naturale dell’aria dal basso verso l’alto. L’aria entra dal basso della torre, e per questo possono essere utilizzati anche ventilatori per aumentare la circolazione dell’aria nella struttura e rendere il ciclo di raffreddamento più spinto. La forma fa in modo che l’aria d’ambiente in entrata dal basso venga risucchiata verso la bocca in alto. Dall’alto viene spruzzata acqua da raffreddare proveniente da un condensatore o da macchinario a circuito termico ad acqua, che viene frammentata in goccioline minute grazie a una serie di separatori e diaframmi. Tale acqua in entrata ha una temperatura elevata, in virtù del calore assorbito nel ciclo termico asservito e a contatto con l’aria fredda questa acqua spruzzata evapora in parte, dissipando il calore accumulato. L’acqua così raffreddata si raccoglie in un bacino alla base della torre evaporativa ed è pronta per essere reimpiegata.

Una torre evaporativa implica consumi e costi di funzionamento, sui quali è pertanto opportuno ragionare in sede di progettazione per limitare al massimo il dispendio energetico e il consumo di acqua. Il processo di raffreddamento ottenuto con una torre evaporativa comporta infatti un consumo di acqua, dispersa sotto forma di vapore acqueo in quel tipico pennacchio bianco che caratterizza le torri evaporative, in quantità direttamente proporzionale alla quantità di calore che l’impianto deve dissipare. Il passaggio allo stato di vapore di un litro d’acqua asporta 600 kcal in termini di calore. Pertanto una torre evaporativa consuma quantità d’acqua proporzionali alla quantità di calore complessiva che il sistema deve smaltire. Altri fattori di consumo e costo in una torre evaporativa sono poi legati all’elettricità assorbita dalle pompe di circolazione, impiegate per portare l’acqua in cima alla torre, e dai sistemi di ventilazione per movimentare l’aria in aspirazione alla base.

Per ottimizzare i consumi energetici di una torre evaporativa, è possibile intervenire diminuendo la quantità di energia necessaria al funzionamento del sistema con un adeguato e oculato progetto e studio delle caratteristiche della torre evaporativa stessa, determinando da subito riduzioni nei consumi energetici alquanto significative su impianti di grande portata e dimensioni. Occorre infatti studiare con attenzione la struttura della torre, poiché modificando elementi dimensionali che diminuiscono la portata d’aria e le superfici di scambio dei pacchi di riempimento, nasce il bisogno di provvedere all’immissione di aria con potenti ventilatori che consumano grandi quantità di elettricità, annullando il risparmio ottenuto sui costi di costruzione iniziali. Puntare su una torre di dimensioni ridotte per spendere di meno, si rivela pertanto a lungo termine una pessima scelta in termini economici e di consumi energetici.

A seconda dei carichi termici e del carico idraulico da gestire è invece opportuno aumentare le superfici di scambio e le dimensioni, in modo da forzare il meno possibile la ventilazione per ottenere il corretto funzionamento della torre e la dissipazione richiesta dei carichi termici. Una ventilazione ridotta diminuisce anche la velocità dell’aria in uscita, limitando i consumi di acqua persa per trascinamento.

Un’ottimale ideazione della torre, per disegno e dimensionamento, richiede pertanto impianti di ventilazione meno spinti, il che porta anche a minore rumorosità della torre. Le torri evaporative sono infatti spesso macchine termiche rumorose, e per ridurre l’inquinamento acustico si fa spesso ricorso a silenziatori che abbattono il rumore prodotto dai ventilatori, macchinari che non fanno che aumentare ulteriormente i consumi di elettricità.

Pertanto, studiare l’ottimale dimensionamento di una torre evaporativa in fase di progetto è importante in quanto può ridurre in primis la ventilazione forzata, e in secondo luogo perché sfruttando la presenza di ostacoli d’ambiente esistenti, muri o altre superfici riflettenti che fanno da barriera alla diffusione del rumore, è possibile anche evitare il ricorso a silenziatori. Accorgimenti da definire in fase di progetto che possono incidere fortemente sui consumi energetici e sui costi a lungo termine di ogni sistema di termoregolazione industriale che si avvalga di una torre evaporativa.

Uno sugli altri, la possibilità di aumentarne la potenzialità, semplicemente espandendo il numero delle piastre.

Qualche mese fa ci si è presentato il caso specifico, che ha comportato oltre al potenziamento di tutti gli scambiatori a piastre, anche l’implementazione di un sistema di raffreddamento a circuito chiuso.

Un nostro importante cliente ha installato una serie di scambiatori a piastre ispezionabili, per il raffreddamento dell’olio degli impianti idraulici di presse, magli ed apparecchiature legate alla forgiatura degli acciai.

Gli scambiatori sono installati su diverse centrali idrauliche, che forniscono olio in pressione agli azionamenti idraulici appunto, delle macchine operatrici. Tutte queste utenze provocano il riscaldamento dell’olio, che per poter mantenere le proprie caratteristiche fisiche, va tassativamente mantenuto ad una temperatura controllata, dissipando il calore in eccesso.

Per diversi anno hanno potuto utilizzare acqua di pozzo, che arrivava agli scambiatori ad una temperatura decisamente fresca, dai 10/12°C invernali ad un massimo di 15°C durante la stagione estiva.

A causa di una serie di ammodernamenti e soprattutto spinti dalla necessità di potenziare gli impianti esistenti, per far fronte ad un importante incremento di lavoro e capacità produttiva, dopo una serie di analisi si sono resi conto di non avere a disposizione acqua fredda di pozzo sufficiente per far fronte alle rinnovate richieste di raffreddamento.

Si è deciso quindi di installare delle torri evaporative e di realizzare un circuito chiuso di raffreddamento, limitando quindi il consumo di acqua alla parte evaporata.

Questa modifica comporta ovviamente una completa riprogettazione degli scambiatori di calore, che a livello di potenza termica rimangono invariati, ma si ritroverebbero a lavorare in estate con un’acqua di raffreddamento a temperatura ben più alta di quella di pozzo. Infatti si passerà da una temperatura di 15°C a quella in uscita dalle torri evaporative che nel migliore dei casi (vista la latitudine dell’installazione) si aggirerà intorno ai 29/30°C.

Fortunatamente avendo già installato scambiatori ispezionabili a piastre, abbiamo ripescato i vecchi progetti, rifatto i calcoli con la nuova temperatura dell’acqua di raffreddamento, scoprendo che con una semplice operazione di incremento delle piastre, gli scambiatori potevano soddisfare pienamente e con margine la duty termica.

Operativamente con il cliente abbiamo concordato una serie di interventi mirati a step successivi, pianificati con attenzione in modo da non interferire con l’attività produttiva, che nel frattempo doveva procedere.

Abbiamo quindi definito un “working plan”, che ha visto sommariamente interessare le seguenti attività:

• smontaggio a lotti degli scambiatori di calore
• lavaggio e rigenerazione completa degli scambiatori
• implementazione delle piastre aggiuntive per il raggiungimento delle nuove performance
• installazione dei nuovi scambiatori
• installazione delle torri evaporative
• potenziamento dei gruppi di pompaggio esistenti
• installazione di filtri autopulenti
• installazione di un sistema di addolcimento e di condizionamento chimico dell’acqua di torre
• upgrade del quadro di comando
• implementazione di un sistema di supervisione tramite PLC

Dal punto di vista delle operazioni meccaniche sugli impianti, tutte le tubazioni esistenti sono rimaste invariate, senza necessità di modifiche in campo, con un notevole risparmio sui costi e sulle tempistiche necessarie per completare l’operazione.

L’operazione che è ovviamente piuttosto complessa, si è conclusa con successo, ora non resta che aspettare la nuova stagione calda, per verificare sul campo, quanto progettato ed installato.

Non ho dubbi sull’efficacia della soluzione, i primi test effettuati in questo tiepido autunno, hanno superato le più rosee aspettative del cliente.

]]> http://www.tempcoblog.it/3308/potenziare-uno-scambiatore-di-calore/feed/ 0 Scambiatore di calore a piastre ispezionabile pacco di potenziamento Scambiatori di calore a piastre ispezionabili potenziati TORRI EVAPORATIVE http://www.tempcoblog.it/3261/soluzioni-di-raffreddamento-integrate/ http://www.tempcoblog.it/3261/soluzioni-di-raffreddamento-integrate/#comments Mon, 07 Nov 2011 16:34:04 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=3261 Più volte ho parlato di soluzioni integrate o packaged skid units, intese come soluzioni sempre più richieste da parte di aziende produttive, che decidono di delegare a professionisti la soluzione e la gestione dei problemi legati alla termostatazione dei propri processi industriali.

Nello specifico, stanno sempre più prendendo piede soluzioni ce prevedono l’integrazione su skid dei vari componenti, dedicati al raffreddamento/condizionamento termico di un impianto di produzione industriale.

Una di queste ultime soluzioni, prevede l’integrazione di:

• torre evaporativa
• scambiatore di calore a piastre
• gruppo di pompaggio acqua in ricircolo sulle torri
• gruppo di mandata acqua fredda agli impianti

il tutto completato da una serie di accessori quali:

• sistema di dosaggio degli addittivi chimici di condizionamento dell’acqua
• tracciatura delle tubazioni
• coibentazione
• quadro di comando di potenza
• gestione software tramite morsettiere intelligenti della logica di funzionamento
• sistema di risparmio energetico con inverter sui ventilatori
• motori elettrici in efficienza

il tutto ridondato e messo in sicurezza con intervento di stand by automatici gestiti da remoto dal plc del cliente.

Come funziona una torre evaporativa

In questo video possiamo vederlo in pratica:

• scambiatori di calore a piastre
• scambiatori di calore immersi
• torri evaporative

Avete già controllato i vostri impianti di raffreddamento?

Tra qualche settimana, dovranno iniziare a dare il massimo delle performance.

Qualche cliente tra i più previdenti, ha già effettuato interventi di potenziamento e rewamping delle proprie torri evaporative, pulizia degli scambiatori a piastre, revisione dei gruppi frigoriferi.

Tutte operazioni che se pianificate in anticipo

consentono

• una migliore gestione
• ottima funzionalità dei processi produttivi ai quali sono asserviti

evitando

• soste fuori programma
• disservizi causati da rotture impreviste

La nostra divisione service è già all’opera per mettere a stock i materiali per gli interventi di assistenza da effettuare in questo periodo; quest’anno si è concentrata in particolare su:

• pacchi di riempimento standard film per torri evaporative
• pacchi di riempimento antiintasamento
• kit completi di guarnizioni di scambiatori a piastre (tipicamente in NBR ed EPDM)
• sistemi di lavaggio CIP per scambiatori

Inoltre abbiamo previsto di mettere almeno una squadra di frigoristi, impiegati normalmente negli interventi di manutenzione programmata,  a disposizione per interventi rapidi di manutenzione straordinaria.

…noi di stiamo PRE-PARANDO…voi vi state PRE-OCCUPANDO?

Nel calcolo delle potenzialità della centrale occorrerà sommare:
- la potenzialità della batteria di raffreddamento e deumidificazione;
- il carico sensibile ambiente massimo contemporaneo;

-detrarre il calore asportato dall’aria primaria a temperatura inferiore a quella ambiente.
Un incremento sensibile di potenza fa crescere costi di acquisto, di installazione e di gestione, visto che i rendimenti si abbassano al diminuire del carico. Un’eventuale sottostima, della potenzialità non comporta, peraltro, gravi conseguenze, visto che il carico massimo si verifica per poche ore nei giorni di maggior carico, durante i quali un incremento della temperatura dell’acqua refrigerata può essere senz’altro accettata.
Un discorso diverso va, invece, fatto quando si affrontano problemi nell’industria o nel settore commerciale.

Nelle installazioni di condizionamento le centrali frigorifere sono costituite da gruppi refrigeratori d’acqua preassemblati  e possono avere compressori alternativi, a spirale orbitante (scroll), a vite, centrifughi o funzionanti sul principio dell’assorbimento.
Nella tabella si riportano i campi di impiego (in termini di potenzialità frigorifera) delle macchine in produzione.

Considerate che la tabella sopra riportata ha un valore indicativo, in quanto la gamma dei compressori sul mercato è in continua evoluzione, come è giusto che sia.

Per macchine condensate ad aria o applicazioni con alta pressione, da 280 a circa 700 kW, gli alternativi e i vite sono più frequentemente impiegati che non i centrifughi.

1 dati di funzionamento più comunemente utilizzati sono:
- temperatura dell’acqua refrigerata in uscita: 6 ÷ 7 °C;
- temperatura dell’acqua refrigerata in ingresso: 11 ÷ 12 °C.
Se il raffreddamento dei condensatori è fatto con acqua di torre, qualora la temperatura al bulbo umido sia di 24,5 °C, le condizioni di riferimento per il calcolo della condensazione e per la scelta della torre saranno:
- temperatura in ingresso al condensatore: 29 ÷ 30 °C;
- temperatura in uscita dal condensatore: 34 ÷35 °C.
Nota la potenzialità massima che la centrale frigorifera deve avere, bisogna definire il tipo e il numero di gruppi refrigeratori da installare.
La scelta, non facile, scaturisce dall’esame di alcune esigenze fondamentali:
- costo dell’investimento;
- sicurezza e affidabilità;
- ingombro.
Sempre più spesso è il costo che determina la scelta e il numero di macchine: nei piccoli e medi impianti, perciò, la tendenza è quella di installare un solo gruppo refrigeratore con più circuiti frigoriferi indipendenti; si riesce così ad avere il vantaggio di un costo contenuto, l’ingombro è anch’esso limitato a una sola macchina ed è assicurata la sicurezza di funzionamento, anche se con potenzialità ridotta nel caso di fuori servizio di un compressore o di qualche altro elemento del circuito.
Per grandi potenzialità si ricorre a più macchine in parallelo.

Nota la portata e calcolate le perdite di carico del circuito (evaporatore del gruppo frigorifero, batterie, valvole, ecc.) si potrà scegliere la pompa di circolazione.

Uno schema semplificato di centrale frigorifera è quello della figura sottostante.

Schema semplificato per centrale frigorifera.

Per piccoli e medi impianti un possibile schema è quello della figura, in cui due gruppi refrigeratori in parallelo alimentano le utenze regolate con valvole a tre vie; si tratta di un circuito praticamente a portata costante.

Gruppi frigoriferi in parallelo e utenze regolate con valvole a tre vie.

Con questa configurazione, quando il carico frigorifero richiesto si riduce a metà, anche la differenza di temperature fra mandata e ritorno si dimezza e, quindi, se un frigorifero viene fermato, ma rimane inserito nel circuito, l’acqua di ritorno che lo attraversa si miscela con quella raffreddata da quello operativo, per cui la temperatura dell’acqua inviata alle utenze si innalza e può non essere tale, per esempio, da consentire la deumidificazione dell’aria.
Nelle centrali frigorifere di grande potenzialità è necessario e opportuno prevedere due o più gruppi refrigeratori d’acqua, connessi in parallelo o in serie.

Questo sistema garantisce flessibilità, una riserva intrinseca e buona possibilità di manutenzione, visto che è possibile effettuarla periodicamente, senza interrompere il funzionamento della centrale. La tipologia delle macchine deve essere scelta in correlazione con i carichi termici e la loro variabilità, nel senso che le potenzialità dei gruppi devono essere tali da poter garantire il carico base e i carichi di punta, con macchine sempre funzionanti pressoché a pieno carico, così da ottimizzare la gestione. La portata d’acqua attraverso i refrigeratori dovrebbe essere costante, così da avere stabilità di funzionamento. Le variazioni di carico sono correlate alle modificazioni della temperatura e sono, quindi, facilmente controllate; ciò non è, invece, possibile se la portata varia.
In molti impianti è, peraltro, utile e spesso impiegato un sistema a portata variabile nelle utenze: batterie di raffreddamento, circuiti a spillamento ecc.
In questi casi viene realizzato un impianto nel quale il sistema di produzione è separato da quello di utilizzazione, in tal modo la portata nel circuito primario (di produzione) è costante, mentre è variabile la portata nel circuito utilizzatore.
Tale tipologia è raffigurata nella figura, dove si vede che fra il primario e il secondario è inserita una tubazione di by-pass, nella quale l’acqua può circolare in un senso o in quello opposto a seconda della quantità di acqua utilizzata nel circuito secondario.

]]> http://www.tempcoblog.it/1731/la-centrale-frigorifera-negli-impianti-di-condizionamento-1/feed/ 4 chiller per impieghi industriali 32.4 32.22 32.23 32.24jpg http://www.tempcoblog.it/2545/potenziamento-di-una-torre-evaporativa/ http://www.tempcoblog.it/2545/potenziamento-di-una-torre-evaporativa/#comments Thu, 28 Oct 2010 08:07:06 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=2545 Ci sono applicazioni particolarmente pesanti, dove si utilizzano torri evaporative con pacchi di riempimento splash, in quanto il tipo di acqua in ricircolo è molto sporca.

Ne ho già fatto alcuni esempi in passato, solitamente ci si ritrova in queste condizioni, quando si lavora su impianti:

• alimentari di concentrazione (pomodoro)
• cartiere
• acciaierie

solo per fare qualche esempio…

In alcuni casi, soprattutto negli impianti di lavorazione e produzione dell’acciaio, si tende ultimamente a migliorare la qualità dell’acqua, con lo scopo di poter utilizzare torri evaporative più performanti, per avere in definitiva acqua più fredda e quindi migliorare l’efficienza dei sistemi produttivi.

Ovviamente quando questa esigenza nasce in fase di progetto è tutto semplice e prevedibile.

Molto spesso questi interventi vengono richiesti su impianti esistenti, come procedere?

La risposta è piuttosto semplice, si modifica la torre evaporativa, sostituendo il riempimento da splash a film.

Detto così sembra un gioco da ragazzi, in realtà questa operazione nasconde parecchie insidie e va valutata e programmata con attenzione.

Infatti non si tratta di una semplice sostituzione di “filling”, ma vanno valutati anche altri aspetti:

• -portata di aria
• -potenza del ventilatore
• -perdite di carico lato aria
• -portatta di acqua
• -grado di filtrazione dell’acqua
• -stato di conservazione della torre.

fatte le opportune verifiche, il risultato sarà però sorprendente e solitamente appagante per il cliente.

Quando si fanno questi interventi, vale sempre la pena prendere in considerazione di upgradare altri componenti della torre, che sicuramente possono offrire vantaggi in termini di resa e maggiore efficienza, con un investimento tutto sommato di lieve entità:

• separatori di gocce
• banco ugelli
• distribuzione

Nei mesi ormai passati ho più volte richiamato l’attenzione sulla necessità di inserire l’antigelo (glicole monoetilenico inibito), miscelato all’acqua negli impianti di raffreddamento, per evitare i rischi di congelamento e le rotture che ne possono conseguire.

Ora questo problema micidiale, sembra lontano anni luce e si affacciano altre tipologie di problemi, che risiedono in ambiti più puramente di progetto.

E’ ormai assodato che negli ultimi anni, le temperature ambientali nei periodi estivi, alle nostre latitudini, si siano alzate in modo sensibile.

Per quanto riguarda i nostri apparecchi, salvo diversa indicazione del cliente, assumiamo sempre più spesso temperature di progetto ambientali più cautelative.

Alcuni esempi su Milano:

per le torri evaporative e/o comunque gli apparecchi ad evaporazione

• temperatura di bulbo umido 26°C

per free cooler, radiatori e chillers

• temperatura ambientale 40°C

Si tratta di valori che fino a qualche anno fa erano presi in considerazione per località semitropicali o desertiche…eppure se non si assumono questi valori di progetto, si rischia di vedere vanificati tutti i propri sforzi al momento di chiedere alle macchine la massima resa.

D’altronde è proprio quando fa caldo che serve il freddo!!!

Partito qualche anno fa, su taglie di impianto consistenti, grazie allo sviluppo della tecnologia delle microturbine, si sta espandendo a macchia d’olio.

In sostanza si sfruttano le caratteristiche fisiche di fluidi organici particolari, utilizzando il calore esausto di cicli di lavorazione, per mettere in funzione delle micro turbine, che producono energia elettrica.

Tipicamente si tratta di turbine di piccole dimensioni con elevata efficienza, spesso prive di cuscinetti, o meglio con supporti magnetici.

Il “media” tipicamente utilizzato è di solito un fluido della Honeywell®, il Genetron R254Fa®.

Per la dissipazione del calore si possono utilizzare diversi metodi, relativamente alle condizioni ambientali relative al luogo di installazione dell’impianto:

• torre evaporativa abbinata a condensatore a piastre saldato
• condensatore evaporativo
• dry cooler/free cooler
• scambiatore a piastre

Attualmente abbiamo diverse applicazioni, con differenti soluzioni in marcia.