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.

spesso ne ho parlato, ma giova riproporlo quando arriva il gelo.

http://www.tempcoblog.it/2279/antigelo-a-lunga-durata-long-life/

http://www.tempcoblog.it/2166/riparare-gli-scambiatori-di-calore/

http://www.tempcoblog.it/2058/lungo-lunghissimo-inverno/

http://www.tempcoblog.it/1989/freddo-ghiaccio-e-circuiti-idraulici/

http://www.tempcoblog.it/786/gelo-e-danni-negli-scambiatori-di-calore-ariaacqua/

Solitamente questo compito è delegato a scambiatori ad aria, i classici elettroradiatori.

Sui piccoli motori il radiatore è solitamente montato a bordo, completo di ventilatore elettrico o azionato direttamente da una presa di forza sul motore.

Sui motori di maggiore potenza, tipicamente utilizzati per impianti di cogenerazione o produzione di energia elettrica di emergenza o in continuo, il radiatore viene installato a bordo oppure nella maggior parte dei casi in posizione più o meno remota, sopra il tetto del conteiner che contiene il gruppo di potenza o addirittura in copertura all’edificio.

I motori di piccola potenza, solitamente hanno un singolo circuito di raffreddamento, in quanto il circuito relativo all’after cooler (o charge cooler) viene raffreddato direttamente ad aria.

Nei motori di maggiore potenza vi è la necessità di garantire un ottimo raffreddamento del circuito “charge”, in quanto da questo dipende il grado di derating della potenza effettivamente diponibile all’asse, quindi della potenza elettrica generata.

In conseguenza di questo, solitamente lo scambiatore dedicato, viene alimentato ad acqua ed ha un radiatore dedicato.

Allo scopo di diminuire gli ingombri del sistema a livello di layout, si utilizzano elettroradiatori a doppio circuito (o doppio pacco), che consentono con una unica macchina di avere due scambiatori in serie lato aria, con due circuiti separati lato acqua.

Nel caso in cui l’elettroradiatore fosse installato in posizione remota, ad esempio sul tetto del building, il circuito si complica leggermente. Infatti i frame dei motori non possono reggere pressioni troppo elevate, quindi avendo il radiatore posto magari a distanze notevoli, che implicano di conseguenza la necessità di avere l’acqua a pressione elevata (5-6 bar), non è possibile lavorare direttamente con il circuito dei radiatori.

In questi casi si interpone uno scambiatore a piastre a doppio circuito, che viene asservito da un radiatore a singolo circuito.

Ovviamente questo caso sarà penalizzante, in quanto si dovrà avere un doppio salto di temperatura…considerando che gli after cooler devono lavorare con temperature piuttosto basse, bisognerà dimensionare il tutto con estrema attenzione ed in maniera adeguata, prendendo dei margini di sovradimensionamento corretti.

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.

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.

Risparmiare energia con i data center in mezzo ai fiordi.

Vista l’applicazione si propenderà per degli ispezionabili, in quanto anche se filtrata l’acqua proveniente da fonti naturali, può sempre contenere impurezze o comunque essere incrostante.

Per queste Feste, l’augurio di vivere appieno lo spirito del Natale, rendere più solidi gli affetti e le amicizie e prepararsi al nuovo anno con meravigliose speranze.

Tanti auguri.

Questo messaggio è stato creato con emotionalmessage.com

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/3298/velocita-dei-fluidi-negli-scambiatori-quando-andare-piano/ http://www.tempcoblog.it/3298/velocita-dei-fluidi-negli-scambiatori-quando-andare-piano/#comments Fri, 25 Nov 2011 13:48:16 +0000 Valter Biolchi http://www.tempcoblog.it/?p=3298 Il discorso legato alla velocità dei fluidi negli scambiatori di calore, ha sollevato parecchi commenti negli ultimi periodi.

In effetti per ottenere dei benefici a livello di scambio termico, risulta chiaro che le velocità dei fluidi debbano essere tali da generare all’interno degli scambiatori un moto di tipo turbolento.

Ci sono un paio di caso nei quali questa prerogativa va analizzata con cura.

Quando infatti si utilizzano gli scambiatori di calore per fluidi che devono cambiare di fase, ovvero come condensatori o come evaporatori.

Cito una applicazione tipica per gli scambiatori a piastre, per la quale abbiamo sviluppato delle geometrie ad hoc, ovvero l’utilizzo come “vent trap” sugli sfiati dei reattori.

In questi casi specifici è tassativo condensare o evaporare completamente il fluido in questione.

Una velocità troppo elevata, comporterebbe un trascinamento di gocce pregiudicando il funzionamento dell’apparecchio.

1. ci potete comunicare la potenzialità dello scambiatore di calore che mi hanno installato sull’impianto?
2. ho uno scambiatore da 500 KW, ma non riesco a raffreddare…è asservito ad una torre evaporativa (macchina termica) da 400 KW, come mai non funziona?

Per un addetto ai lavori, suonano già anomale, ma vale la pena dare qualche spiegazione in più.

La potenzialità di uno scambiatore, non è un dato definito ed intrinseco dell’apparecchio…dipende.

1. Dipende dalle condizioni operative alle quali viene utilizzato.

Lo stesso scambiatore può essere utilizzato con un basso DTM (delta ti medio logaritmico), per scambiare una potenzialità limitata, ma con un incrocio spinto di temperature, quindi magari trasferendo un valore di potenza assoluto basso, ma dimensionato per un servizio molto spinto dal punto di vista termico.

esempio (i dati sono ipotetici e basati su un dimensionamento di uno scambiatore di calore a piastre per esemplificare):

circuito di separazione termica.

potenzialità 60 KW

portata acqua utenze 10.000 lt/h

primario acqua di chiller IN 7°C / OUT 12°C

secondario acqua utenze IN 14°C / OUT 9°C

scambiatore risultante circa 8 m2

Ora prendiamo il medesimo apparecchio, in condizioni totalmente differenti, generazione di acqua calda con vapore, ebbene trasferirà una quantità di energia notevolmente più elevata.

esempio:

produzione acqua calda con vapore

primario vapore 4 barg 143°C

secondario acqua utenze IN 60°C / OUT 90°C

scambiatore da 8 m2

potenza termica trasferita 350 KW (ma basterebbero 5 m2)

con lo scambiatore da 8 m2 arriviamo a trasferire anche 800 KW.

Da questo semplice esempio risulta spero più chiaro quello che scrivevo inizialmente.

2. Dipende dalla potenzialità dell’apparecchiatura (chiller, caldaia, centralina, torre evaporativa, ecc…) alla quale è collegato e/o asservito.

Per farla semplice e breve, uno scambiatore non può “generare” energia, non può “produrre” calore o freddo, può semplicemente trasferirlo, da un fluido ad un altro, ma questa energia al fluido deve essere fornita a monte.

Quindi per finire, possiamo dire che uno scambiatore da 1000 KW, asservito ad una caldaia da 500 KW, funzionerà, scambierà, trasferirà “solo” 500 KW.