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Scambiatori di calore a piastre nella produzione di birra

24/06/2022

La stagione calda, e l’estate appena iniziata, ci invogliano a parlare di birra, e in particolare delle applicazioni degli scambiatori di calore nella produzione della birra. Approfondiamo così un primo caso d’uso degli scambiatori di calore per le applicazioni nel food & beverage, che tanto interesse ha suscitato con l’ultimo video pubblicato.

La produzione di birra comporta infatti una serie di processi termici complessi e molto interessanti. In Tempco abbiamo una certa esperienza sul campo in fatto di birra, con diverse applicazioni fatte anche internamente, e tutt’oggi abbiamo una collaborazione con un birrificio nostro partner che produce della birra speciale che regaliamo ai clienti o utilizziamo per iniziative di marketing. In particolare, gli scambiatori di calore a piastre hanno un ruolo cruciale nel raffreddamento del mosto di birra prima che questo venga immesso nei fermentatori.

A seconda del tipo di lievito usato e del tipo di birra che si vuole produrre, diverso sarà quindi il livello di temperatura a cui il mosto deve essere raffreddato. Esistono infatti birre ad alta fermentazione e birre a bassa fermentazione. Per il raffreddamento del mosto alla corretta temperatura vengono utilizzati raffreddatori a piastre, e il mosto viene quindi mantenuto alla temperatura necessaria e stoccato nei fermentatori.

Piccoli birrifici, produzioni di birra artigianale o produzione di birra in casa impiegano anche piccoli scambiatori a piastre saldobrasati in rame. In realtà, non si tratta della soluzione ottimale, soprattutto in termini di sanificazione. I saldobrasati sono infatti scambiatori monoblocco, per cui non possono essere aperti per essere opportunamente puliti. Al termine di ogni ciclo è pertanto necessario procedere a un buon flussaggio dello scambiatore, onde rimuovere ogni possibile residuo e deposito che potrebbe andare a contaminare la cotta successiva.

Nella produzione industriale di birra si ricorre invece a scambiatori di calore a piastre ispezionabili, quindi con guarnizioni, che possono essere aperti, lavati e puliti. A seconda poi del tipo di birra e del livello di temperatura richiesto per la fermentazione, sul circuito secondario della birra potrà lavorare acqua di chiller, molto fredda per processi a bassa fermentazione, oppure acqua di acquedotto o acqua di torre per birre ad alta fermentazione.

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Saldobrasati ad alta temperatura per l’industria dell’idrogeno e refrigerazione a CO2

17/06/2022

Gli scambiatori a piastre saldobrasati (BPHE, brazed plate heat exchangers) per alte temperature sono un elemento chiave per due importanti applicazioni in tema di transizione ecologica, ovvero la refrigerazione con CO2 come refrigerante naturale e le celle a combustibile. Applicazioni che impiegano due fonti rinnovabili in applicazioni di refrigerazione, nella lavorazione alimentare o nella catena del freddo, e come fonte di energia alternativa e green, fondamentali nella lotta al cambiamento climatico.

La CO2 in funzione di refrigerante naturale (R-744) è in particolare un interessante candidato per sostituire i tradizionali refrigeranti sintetici (CFC e HCFC), rispetto ai quali ha un potenziale di riduzione dell’ozono pari a zero e un valore GWP (global warming potential) pari circa a 1, molto inferiore ai prodotti tradizionali. La CO2 ha inoltre elevata efficienza di trasferimento termico, superiore ai refrigeranti sintetici, è stabile e non tossica. Deve però operare a livelli di pressione molto elevata, il che impone una progettazione degli impianti conforme a standard stringenti. Di contro, le ottime prestazioni di flusso consentono di ridurre le dimensioni dei compressori e del sistema nell’insieme, ottenendo sistemi molto più compatti.

La CO2 è inoltre naturalmente presente in natura come refrigerante a basso costo, ed è disponibile anche come prodotto di scarto di diversi processi industriali, offrendo un’ottima soluzione per il suo recupero e riciclaggio.

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell

Una seconda importantissima applicazione degli scambiatori saldobrasati per alta temperatura sono quindi le celle a combustibile che impiegano idrogeno, un ottimo candidato a energia del futuro quale fonte alternativa ai combustibili fossili. Le celle a combustibile sono sistemi a zero emissioni che impiegano un processo elettrochimico per ottenere elettricità e calore dalla reazione di idrogeno e ossigeno, avendo come prodotto di scarto acqua. Un processo di generazione di energia quindi totalmente green e pulito.

Diverse sono le tecnologie di celle a combustibile ad oggi sviluppate, e gli scambiatori di calore hanno qui una varietà di impieghi, dal preriscaldamento dell’aria e del carburante, al raffreddamento della cella, alla gestione di umidità e condense, alla rigenerazione del combustibile e fino al recupero del calore prodotto. Tutte le applicazioni sono accomunate dalla resistenza degli scambiatori a temperature estremamente elevate, con inoltre elevata resistenza alla corrosione.
Negli schemi qui sotto è possibile vedere alcuni esempi applicativi degli scambiatori saldobrasati in diverse tecnologie di celle a combustibile, impiegate nelle micro grid, nella mobilità sostenibile e per la produzione di idrogeno.

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell SOFC

Tra queste figurano le celle a combustibile a ossido solido (SOFC, Solid oxide fuel cells), dove lo scambiatore trova impiego per il preriscaldamento dell’aria e nel recupero del calore generato dalla reazione di ossidazione dell’idrogeno. Nelle celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEMFC, Proton-exchange membrane fuel cell), gli scambiatori trovano impiego per il recupero del calore nel riscaldamento dell’acqua che viene poi immessa nella rete idrica. Scambiatori saldobrasati provvedono anche al preriscaldamento dell’idrogeno e al recupero del calore in uscita dai fumi di scarico nei truck per rendere sostenibile il trasporto pesante. Infine, gli scambiatori saldobrasati vengono impiegati per il preriscaldamento dell’ammoniaca in un sistema cracker elettrico di ammoniaca, impiegato per la produzione di idrogeno da molecole di NH3.

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell PEMFC

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell truck

Tempco scambiatori saldobrasati fuell cell NH3 cracker

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Riscaldamento a vapore in termoregolazione monofluido, video e modelli 3D interattivi

10/06/2022

Abbiamo preparato una serie di video che mostrano in maniera sintetica il funzionamento e lo schema di passaggio dei fluidi in alcune tipologie di macchine termiche. In questo specifico primo video, è possibile vedere ‘in azione’ una centralina di termoregolazione monofluido TREG HCST di Tempco con circuito di riscaldamento a vapore.

Le centraline di termoregolazione monofluido TREG di Tempco sono state oggetto di una serie di articoli e video nel nostro blog Tempco. Questa soluzione di termoregolazione, spesso impiegata su reattori per processi di produzione nel settore chimico e farmaceutico, offre il grande vantaggio di operare con un solo tipo di fluido, che viene riscaldato e raffreddato, ovvero portato alle esatte temperature richieste nei vari punti e fasi del processo produttivo. Tagliando quindi i tempi morti necessari allo svuotamento delle camicie dei reattori nell’impianto e per l’immissione di fluidi di lavoro diversi.

Il video mostra il circuito di immissione dell’acqua da termoregolare, fredda in ingresso, che viene riscaldata tramite scambiatore di calore a piastre mediante vapore. Il circuito di scaricamento della condensa provvede a eliminare l’acqua prodotta dal raffreddamento del vapore nel processo di scambio termico. L’acqua riscaldata alla temperatura richiesta esce quindi dalla centralina per essere impiegata nel processo e servire al riscaldamento dell’utenza. Il controllo elettronico PID consente di regolare la temperatura dei fluidi con precisione pari a ± 0,5° C, permettendo la regolazione estremamente fine dei cicli di temperatura impostati necessari per i processi di produzione di farmaci, principi attivi e sostanze chimiche.

Per alcune tipologie di centraline di termoregolazione Tempco sono disponibili anche i modelli 3D interattivi delle macchine, come ad esempio è il caso delle centraline TCPU HC che vedete nelle immagini qui di seguito. L’animazione grafica permette di navigare ed esplorare la macchina, zoomando anche in dettaglio per apprezzare la costruzione e la realizzazione di queste centraline. Buona navigazione e… buon divertimento!

Tempco centraline termoregolazione TCPU HC modello 3D

Tempco centraline termoregolazione TCPU HC 3D model

Tempco centraline termoregolazione TCPU HC modello 3D interattivo

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Raffreddamento aria compressa nella produzione di microprocessori

03/06/2022

Nell’ambito di un progetto di potenziamento di un impianto produttivo di microprocessori, componenti quanto mai essenziali nel momento attuale visto lo shortage che mette in difficoltà moltissimi utilizzatori e aziende costruttrici, Tempco ha fornito uno scambiatore di calore a piastre per il raffreddamento dell’aria compressa fornita da un compressore di processo.

Abbiamo parlato spesso in passato di applicazioni di raffreddamento e recupero di calore nei compressori, specie dall’olio lubrificante che in circolo nei compressori d’aria raggiunge temperature che si prestano molto bene al recupero energetico.

Questo particolare scambiatore di calore a piastre serve invece al raffreddamento dell’aria compressa, un tipo di applicazione di cui in Tempco abbiamo già diverse referenze. Gli scambiatori offrono infatti nel raffreddamento dell’aria compressa l’ottima resa termica delle piastre, consentendo una perfetta efficienza per i raffreddamenti spinti presenti in questo ambito.
Fondamentale in queste applicazioni è che ci si possa permettere un valore di perdita di carico adeguato, altrimenti il dimensionamento risente in maniera inevitabile dei limiti idraulici di passaggio fra le piastre. La resa è però decisamente notevole dal punto di vista termico.

Tempco aria compressa raffreddamento microprocessori

Tempco scambiatore raffreddamento aria compressa microprocessori

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Birra, vino e scambiatori, i trattamenti termici nelle produzioni alimentari

27/05/2022

Le applicazioni nell’industria alimentare, ossia del food and beverage, si fa davvero un ampio uso di scambiatori di calore, sia scambiatori a piastre che di tipo a fascio tubiero. Questo perché tutti i prodotti alimentari, tutte le bevande come ad esempio il vino e la birra, subiscono dei trattamenti termici per poter essere lavorati, per raggiungere temperature necessarie a far avvenire dei cambiamenti o delle stabilizzazioni, o per garantire la conservazione stessa dei prodotti.

Ad esempio, la birra al termine della fase di luppolatura deve essere raffreddata prima di poter essere introdotta nei fermentatori, portandola appunto alla corretta temperatura di fermentazione. Il vino subisce a sua volta dei processi di stagionatura, o di pastorizzazione, o ad ogni modo di trattamento termico necessari per raggiungere determinare caratteristiche organolettiche che rendono il vino un prodotto di alta qualità.

Altro esempio è il latte, che deve essere pastorizzato, e per questo vengono impiegati dei cicli termici ad alta e poi bassa temperatura, e successivamente una conservazione per un certo tempo a una determinata temperatura.

Questo per far capire che tutti questi prodotti subiscono dei trattamenti termici per poterne esaltare le caratteristiche o per garantirne la corretta conservazione a lungo termine e la sicurezza alimentare del prodotto sullo scaffale di un supermercato.

Tutti i trattamenti termici coinvolti vengono effettuati mediante scambiatori di calore, i quali devono essere realizzati in modo particolare. Dovendo lavorare infatti a contatto con i cibi, devono essere scambiatori certificati, costruiti con materiali certificati, con determinati trattamenti superficiali, con un adeguato design igienico privo di punti in cui potrebbe depositarsi del prodotto, dando quindi origine a proliferazione batterica. Ancora, le guarnizioni di tenuta devono essere approvate dalla FDA, o comunque da altro organo competente, per garantire che siano adatte e compatibili al contatto con i prodotti alimentari lavorati.

Le stesse connessioni devono essere di un certo tipo, per assicurare facilità di smontaggio così come delle operazioni di lavaggio, e tutta la costruzione degli apparecchi è solitamente realizzata in acciaio inossidabile, in quanto sono prodotti che devono essere sanitizzati e lavati con grande frequenza e continuamente per garantirne la massima sicurezza dal punto di vista dei requisiti della produzione alimentare.

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Scambiatori a piastre speciali nel settore petrolchimico

20/05/2022

Gli scambiatori a piastre sono apparecchi semplici e ormai tecnicamente maturi per lo scambio termico nei processi industriali. La tipologia di applicazione può però sempre comportare speciali accorgimenti che rendono anche un comune scambiatore di calore qualcosa di particolare. Un tipico settore industriale che richiede una costruzione decisamente più ricercata degli scambiatori di calore sono gli impianti in ambito petrolchimico.

Diversi sono infatti gli accorgimenti nevessari negli scambiatori che vengono inseriti in processi dell’industria petrolchimica, per garantirne la resistenza dello scambiatore alle condizioni severe di lavoro:

Cicli di verniciatura anticorrosione (C5 M…)
Targhette in acciaio inox
Connessioni linea in AISI 316
Coefficienti di sicurezza termica aumentati (fouling factor adeguati)
Punti di messa a terra
Dichiarazioni di idoneità per installazione in area ATEX
Certificazioni dei materiali

Tutte queste caratteristiche riguardano quindi sia la costruzione dello scambiatore, e la stessa scelta dei materiali, sia i calcoli di progettazione e tutta la documentazione a supporto, che che devono garantire la funzionalità e la conformità dello scambiatore alle condizioni impegnative dell’ambiente industriale di destinazione.

Tempco Scambiatori di calore a piastre petrolchimico

Tempco Scambiatori a piastre petrolchimico targhetta inox

Tempco Scambiatori a piastre petrolchimico

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Flusso negli scambiatori, controcorrente vs. equicorrente

13/05/2022

Qual è la differenza tra scambiatori di calore controcorrente ed equicorrente, e perché si fa ricorso alle due tipologie di scambio termico?

Stiamo parlando di flussi dei fluidi negli scambiatori di calore, ovvero scambiatori che funzionano in controcorrente o in equicorrente. Il senso è chiaro nella parola stessa: in uno scambiatore controcorrente, i due fluidi che scambiano energia trasferendo calore tra loro passano nello scambiatore seguendo direzioni opposte.

Ciò è semplice da comprendere in uno scambiatore a piastre, dove controcorrente significa che un fluido scorre dall’alto verso il basso e l’altro dal basso verso l’alto. In uno scambiatore a fascio tubiero a singolo passaggio, abbiamo un mantello in cui un fluido scorre in una direzione, mentre nei tubi l’altro fluido scorre in direzione opposta. Diviene un poco più complicato da capire nel caso di uno scambiatore multi-passaggio. In uno scambiatore ad aria, infine, ovvero con pacco alettato, il flusso dell’aria scorre in direzione opposta a quella dell’acqua.

Equicorrente è esattamente il funzionamento opposto, entrambi i fluidi scorrono nella stessa direzione.

La differenza è che uno scambiatore che funziona in controcorrente ha coefficienti di scambio termico molto più elevati, consentendo di avvicinare molto la temperatura di uscita di uno dei fluidi alla temperatura in entrata dell’altro. Ciò vale sia nel processo di raffreddamento che di riscaldamento. Negli scambiatori a piastre, inoltre, lo scambio in flusso controcorrente consente anche l’incrocio delle temperature con coefficienti di scambio termico e resa termica molto superiori rispetto allo stesso incrocio delle temperature che è possibile avere in altre tipologie di scambiatori.

Lo scambio termico in equicorrente non consente invece l’incrocio delle temperature, in quanto le temperature dei due fluidi tenderanno ad avvicinarsi per tutta la durata del passaggio nello scambiatore, dall’inizio alla fine. Viene impiegato quando sono richiesti processi di riscaldamento, raffreddamento o scambio termico che non siano troppo drastici e invasivi, più soft quindi, con minore impatto termodinamico sul prodotto raffreddato o riscaldato. Questo accade ad esempio in scambi termici nelle produzioni farmaceutiche o nel settore alimentare, in cui il prodotto che viene raffreddato/riscaldato necessita di schemi termici che non presentino shock, che altrimenti potrebbero alterare il prodotto stesso e compromettere la qualità finale della produzione.

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Nuova sezione Referenze arricchita nel sito Tempco

06/05/2022

Una nuova e rinnovata sezione dedicata alle Referenze applicative in una varietà di settori industriali è online nel nostro sito Tempco.

La sezione Referenze include una serie completa di casi applicativi sviluppati negli anni da Tempco per l’industria Alimentare e Automotive, settore chimico e petrolchimico, applicazioni per le energie rinnovabili, produzione farmaceutica, industria della gomma e materie plastiche, carta, metallurgia, produzione di energia, settore ricerca & engineering e industria tessile.

Moltissime e variegate sono le applicazioni presenti in questa sezione, suddivise per settori merceologici e che impiegano nei più svariati ambiti di produzione le macchine per gestione energia termica di Tempco: scambiatori di calore a piastre, a fascio tubiero e dimple jacket a immersione, centraline di termoregolazione e gruppi frigoriferi, torri evaporative, free cooling e soluzioni di recupero energetico, raffreddamento e riscaldamento ad alta efficienza.

A ogni applicazione è associata una descrizione del tipo di processo e delle esigenze di regolazione della temperatura correlate, la soluzione studiata per il cliente e i macchinari e le apparecchiature utilizzate nella realizzazione dell’impianto. Una scheda tecnica di riepilogo che è possibile scaricare in PDF riassume quindi le caratteristiche dell’applicazione, offrendo una panoramica delle soluzioni per gestione dell’energia termica declinate in tutti i principali settori industriali in cui Tempco opera.

Vi invitiamo quindi a scoprire il vasto mondo delle applicazioni per termoregolazione industriale e regolazione della temperatura sviluppate da Tempco, in continuo aggiornamento, e buona navigazione!

Referenze nelle soluzioni di gestione energia termica Tempco per l’industria

Tempco referenze applicazioni industriali regolazione temperatura

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Gas frigoriferi e sostenibilità nella refrigerazione industriale

29/04/2022

I gas frigoriferi che vengono impiegati nei chiller per le applicazioni di refrigerazione e raffreddamento nei processi industriali sono causa di emissioni a effetto serra, una volta che vengono liberati nell’ambiente. Per questa ragione, i costruttori di scambiatori a piastre saldobrasati, componente chiave nella realizzazione di gruppi frigoriferi per il raffreddamento di acqua e soluzioni incongelabili, spingono l’innovazione e la ricerca verso soluzioni che siano in grado di ridurre il carbon footprint della refrigerazione industriale.

Gli scambiatori saldabrasati vengono impiegati nei chiller in funzione di condensatori, in caso di condensazione ad acqua, o come evaporatori, ossia come scambiatori tra il gas frigorigeno che evapora e il fluido da raffreddare, che sia acqua, soluzione glicolata oppure olio.

Ridurre l’impatto ambientale della refrigerazione industriale è quindi possibile grazie allo sviluppo e all’impiego di scambiatori saldobrasati a micro channel, ovvero scambiatori che presentano piastre con una profondità di stampaggio molto ridotta, nell’ordine dei 2 mm, 2,5 o 3 mm circa, a seconda del fluido che si andrà a utilizzare con lo scambiatore.

La sfida è pertanto realizzare macchine che garantiscano la stessa resa termica ma impiegando una ridotta quantità di gas frigoriferi. Ciò per avere volumi di freon o gas frigorifero molto più contenuti in caso di dispersione nell’ambiente. Il fatto di avere canali di passaggio tra le piastre molto piccoli consente quindi di avere meno gas che passa tra di esse, ottenendo la stessa resa termica.

Normalmente, la dimensione di questi canali negli scambiatori deve avere un certo diametro, onde evitare fenomeni di sporcamento e intasamento, in relazione quindi al tipo di applicazione. Nel caso dei chiller, l’acqua circola nello scambiatore a circuito chiuso, venendo perciò filtrata all’inizio, prima di caricare il sistema, ed è poi sempre la stessa che viene continuamente fatta circolare su se stessa. Pertanto difficilmente presenta particelle tali da causare sporcamento o intasamenti. Inoltre, lo scambiatore/evaporatore lavora a temperature molto basse, e sicuramente al di sotto dei livelli di temperatura che provocano la precipitazione dei carbonati, motivo in più per cui questi scambiatori non sono soggetti a sporcamento.

Per queste ragioni, è pertanto possibile impiegare canali di passaggio molto più piccoli, riducendo la quantità di gas frigorifero che circola nell’impianto creando così dei gruppi frigoriferi con un carbon footprint ancora più contenuto.

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Manutenzione preventiva negli scambiatori di calore

22/04/2022

Oggi si parla molto di manutenzione preventiva, o addirittura di manutenzione predittiva abilitata da analytics e intelligenza artificiale in contesti produttivi di Industria 4.0 che adottano la raccolta dati in ambienti IoT. Una manutenzione che sia in grado di anticipare problemi alle macchine è infatti cruciale per evitare guasti e fermi di produzione che portano elevate perdite economiche.

Nel caso degli scambiatori di calore a piastre, la manutenzione preventiva porta quindi indubbi vantaggi anche in termini di risparmio energetico, in quanto permette di sfruttare lo scambio termico alla massima efficienza, basata sui dati di progetto dell’impianto.

Il monitoraggio di alcuni parametri chiave consente nello specifico di valutare il momento in cui è utile procedere ad una manutenzione:

aumento del valore delle perdite di carico, rispetto ai valori di progetto
diminuzione delle prestazioni a livello delle temperature rispetto ai valori di progetto

Scambiatori a piastre fouling sporcamento manutenzione preventiva

Questi sono i due parametri da tenere sotto controllo per determinare se lo scambiatore necessita di una pulizia. Questi valori sono validi per qualsiasi tipo di scambiatore di calore: è infatti chiaro che a parità di portata lo sporcamento e le incrostazioni provocano un aumento delle perdite di carico, ovvero della differenza di pressione tra ingresso ed uscita del fluido. Inoltre lo ‘spessore’ delle incrostazioni ha un effetto per così dire isolante, portando a un decadimento del coefficiente di scambio termico nello scambiatore.

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