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Revamping nel raffreddamento freni carboceramici

11/02/2022

La produzione di freni carboceramici è senza dubbio una delle tante eccellenze industriali italiane riconosciuta in tutto il mondo.
Dalle auto da competizione ad altissimo livello, alle hyper car blasonate, passando per i velivoli o i treni ad alta velocità, tutti questi sistemi impiegati nel settore automotive e aerospace necessitano di impianti frenanti in grado di garantire le massime prestazioni.

Tempco ha realizzato circa 12 anni fa un primo impianto di raffreddamento dei forni di ‘cottura’ dei dischi carboceramici. L’impianto da allora ha sempre funzionato in modo impeccabile. Nel frattempo abbiamo implementato un nuovo impianto di potenza quasi doppia, aggiornato allo stato dell’arte della tecnologia oggi disponibile ed equipaggiato con tecnologie di controllo efficienti e con sistemi di monitoraggio avanzati.

raffreddamento forni freni carboceramici

Dopo due anni di esercizio del secondo impianto, il cliente ha voluto replicare le nuove tecnologie, implementandole anche sul primo impianto. Durante la fermata dello scorso fine anno, siamo quindi intervenuti con un profondo revamping e potenziamento, inserendo un nuovo sistema di controllo con PLC e pannello operatore, adottando il software di gestione e la strumentazione collaudata negli ultimi due anni.

Dopo 10 giorni di lavoro intenso, anche il nuovo impianto potenziato è qiundi stato messo in funzione con collaudo positivo.

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Oleodinamica e scambiatori a piastre, vantaggi meccanici e di ingegneria

04/02/2022

Oltre ai vantaggi termodinamici che l’impiego di scambiatori di calore a piastre offre in applicazioni in ambito oleodinamico, in sostituzione dei tradizionali scambiatori a fascio tubiero, altri vantaggi riguardano aspetti più prettamente meccanici e di installazione e ingegneria.

Come già detto, si tratta qui di mantenere costante la temperatura dell’olio che esercita un lavoro negli azionamenti delle macchine operatrici. A parità di condizioni termiche, uno scambiatore di calore a piastre è molto più compatto di uno scambiatore a fascio tubiero, e questo influisce in primo luogo direttamente sulle dimensioni delle centraline idrauliche che servono l’impianto, che di conseguenza possono essere più piccole e compatte.

Altro grande vantaggio è quello di avere tutti e quattro gli attacchi sullo stesso lato dello scambiatore, due per l’acqua e due per l’olio. Ciò permette poi di sviluppare la profondità dello scambiatore in funzione della potenza richiesta, consentendo ai costruttori di macchine di fare delle standardizzazioni, ossia adottare un layout standard che impiega un certo tipo di scambiatore per un determinato schema termico, e in funzione della potenza delle pompe che verranno installate aumentare o diminuire il numero di piastre senza andare a toccare il design delle tubazioni.

L’uso di scambiatori a piastre invece che a fascio tubiero in applicazioni oleodinamiche rende molto più semplici anche le operazioni di manutenzione o sostituzione: sarà infatti sufficiente disconnettere gli attacchi dei tubi posti sullo stesso lato, estrarre il vecchio scambiatore e inserire quello nuovo. Andando poi a considerare centrali idrauliche di grandi dimensioni, dove è necessario passare da scambiatori saldobrasati a scambiatori ispezionabili, quest’ultimo vantaggio diviene ancora più evidente in quanto ci consente anche di riparare eventuali errori di progettazione o incrementi di potenza. Ciò grazie al fatto che uno scambiatore ispezionabile può essere facilmente potenziato aumentando il numero delle piastre, senza modificare il layout delle tubazioni.

Affrontare un simile problema avendo degli scambiatori di calore a fascio tubiero nell’impianto comporta invece grosse difficoltà, poiché lo scambiatore sarà più lungo, o più grande, con un mantello diverso, obbligando così il costruttore o l’impiantista a rivedere tutto il layout delle tubazioni.

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Scambiatori di calore potenziati in additive manufacturing

28/01/2022

Le affinità e l’attrazione tra tecnologie additive e scambiatori di calore sembrano davvero essere molto forti e di sempre maggior interesse. Lo si evince chiaramente da quanto riporta questo interessante articolo pubblicato di recente su All3dp sull’impiego dell’additive manufacturing per la produzione di scambiatori di calore. Nello sviluppo di scambiatori sempre più efficienti nei processi di raffreddamento e riscaldamento industriale due sono infatti le leve su cui si spinge in genere, ovvero l’incremento della superficie di scambio termico e la concomitante riduzione delle perdite di carico.

La totale libertà di design che le tecnologie di produzione additiva e stampa 3D consentono permette quindi oggi di ripensare la progettazione degli scambiatori.

Tempco scambiatori saldobrasati

Nell’articolo si riporta l’esempio di un prototipo di scambiatore recentemente realizzato da GE Research e chiamato UPHEAT – Ultra performance heat exchanger enabled by Additive technology: lo scambiatore è in grado di sopportare temperature fino a 900° C, livello che supera di circa 200° C l’attuale limite degli scambiatori in commercio. Una simile macchina termica potrebbe secondo i ricercatori di GE trovare applicazione nel settore dell’energia, per abilitare una produzione di energia più pulita ed efficiente.

L’additivo metallico è al centro anche della ricerca nel comparto aerospace, dove sono allo studio per la NASA e la US Army scambiatori di calore realizzati con stampa 3D metallica in unico pezzo e potenziati grazie a metodi di ottimizzazione topologica, impiegando le stampanti 3D in metallo di Fabrisonic e 3D Systems.

Scambiatori di calore additive manufacturing 3D Systems

La stampa 3D porta infatti diversi interessantissimi vantaggi nella produzione di scambiatori di calore, consentendo di creare dispositivi di scambio termico più leggeri, compatti e performanti, oltreché più efficienti e affidabili. Innanzitutto, l’AM potrebbe rivoluzionare il processo di produzione, realizzando l’intero pacco piastre in un solo pezzo, eliminando passaggi quali la formatura, l’assemblaggio, il montaggio e la saldatura delle diverse piastre. Riducendo quindi non solo i tempi di produzione ma anche aumentando la robustezza e la leggerezza dell’unità di scambio termico.

Con la produzione additiva è altresì possibile creare qualsiasi tipo di geometria e forma, aprendo uno spazio progettuale virtualmente illimitato alla creazione di forme e geometrie interne uniche e personalizzate, sfruttando anche tecniche all’avanguardia di design generativo. Andando quindi anche nella direzione della miniaturizzazione dei componenti per applicazioni con requisiti di spazi molto ristretti. Come molto spesso anche in Tempco ci accade di vedere, e non solamente nei settori motorsport o aerospace citati nell’articolo.

La possibilità di creare in additivo pareti di scambio estremamente sottili aumenta infine la superficie di scambio termico all’interno dello scambiatore, incrementandone l’efficienza. Molto ampia è inoltre la varietà di materiali metallici che è possibile impiegare, dalle leghe di alluminio a materiali ad alta conduttività come rame e leghe di rame, fino alle leghe resistenti alle più alte temperature quali Inconel 718 e Inconel 625. Consentendo quindi anche la realizzazione di scambiatori di calore multi-materiale, come mostrato dall’esempio di scambiatore sviluppato da Gen3D, sviluppatore di soluzioni software per AM, con il produttore di stampanti 3D Aerosint con tecnologia laser powder bed fusion, che combina i vantaggi di una lega di rame ad alta conduttività per le superfici interne e acciaio ad alta resistenze per l’esterno dello scambiatore.

scambiatori di calore additive manufacturing

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Scambiatori di calore a piastre e oleodinamica

21/01/2022

Nuovo video che inaugura una serie dedicata alla meccanica, e in particolare parliamo qui di scambiatori a piastre in applicazioni per oleodinamica.

Negli impianti oleodinamici fino a pochi anni fa si era soliti impiegare scambiatori di calore a fascio tubiero, o scambiatori ad aria. Mentre per gli scambiatori ad aria, sostanzialmente masse radianti che impiegano ventilatori elettrici, poco è cambiato negli anni, una interessante evoluzione c’è stata invece sul fronte del raffreddamento ad acqua: storicamente, per il raffreddamento di olio idraulico venivano, e vengono ancora, impiegati scambiatori a fascio tubiero.

Per il raffreddamento di olio idraulico recentemente hanno invece preso sempre più piede gli scambiatori a piastre, sia di tipo saldobrasato che ispezionabile. Il principale vantaggio che offrono è il fatto che consentono l’incrocio di temperature, diversamente da quel che può fare uno scambiatore a fascio tubiero. In una applicazione oleodinamica, l’olio va raffreddato a una temperatura abbastanza elevata, dal momento che in un impianto l’olio idraulico deve mantenere in genere una temperatura di circa 40° C, venendo raffreddato al suo ritorno dagli azionamenti idraulici.

Non occorre pertanto un raffreddamento spinto, e qui lo scambiatore di calore a piastre diventa vantaggioso in quanto consente di utilizzare acqua di raffreddamento a temperature più elevate. Non serve quindi disporre di acqua di raffreddamento a 15-20° C, ma è sufficiente avere a disposizione acqua di torre a 30° C, per ottenere lo stesso effetto di raffreddamento. Ciò grazie a una maggiore efficienza termica con di conseguenza la possibilità di impiegare una minore superficie di scambio termico.

In aggiunta, con gli scambiatori a piastre, potendo incrociare le temperature, è possibile impiegare meno acqua per ottenere lo stesso raffreddamento. Soluzione ottimale nel caso in cui nell’impianto ci sia poca acqua di raffreddamento disponibile, che è così possibile sfruttare al massimo ottenendo comunque un efficiente raffreddamento dell’olio idraulico nella centralina oleodinamica.

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Infografica dal calore al valore, recupero energetico nell’industria

14/01/2022

La nuova infografica Tempco, pubblicata sul finire del 2021 e con cui abbiamo piacere di aprire il nuovo anno, è relativa al mercato del recupero energetico, ambito che consente di massimizzare il valore insito nel calore, ovvero l’energia termica quale preziosa risorsa largamente presente nell’industria; e qui Tempco gioca decisamente in casa.

Dopo aver dato uno sguardo con le precedenti Infografiche ai trend nei settori dell’automazione e del potenziamento intelligente dell’industria e al settore delle energie rinnovabili, le applicazioni di recupero di calore nell’ambito dei processi produttivi sono infatti l’attività distintiva dei progetti che vengono sviluppati in Tempco.

La tecnologia principale considerata nel recupero di calore sono gli scambiatori di calore, macchinari che sfruttando il principio dello scambio termico tra due fluidi che presentato un gap di temperatura tra loro consentono di riutilizzare l’energia termica, disponibile in grandi quantità in molte tipologie di processi produttivi e che è possibile reimpiegare come energia di secondo livello in altri punti del processo. Senza richiedere ulteriore dispendio energetico, contribuendo pertanto in maniera incisiva sul bilancio energetico, implementando logiche di efficienza e risparmio energetico, con riduzione delle emissioni e dell’impatto ambientale dei processi produttivi industriali.

Uno sguardo viene dedicato anche a dry cooling e cogenerazione, soluzioni per un uso intelligente e più efficiente dei combustibili, riducendo lo spreco energetico e sfruttando al meglio le risorse disponibili per assolvere compiti di riscaldamento e raffreddamento presenti in ogni tipologia di industria, dal settore oil & gas e metallurgico, alla produzione alimentare e fino alla lavorazione della plastica e al settore chimico e farmaceutico. Per tutti questi settori, le parole chiave nella visione di Tempco sono efficienza e recupero energetico.

infografica-dal-calore-al-valore-recupero energetico

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Solid wishes da Tempco!

23/12/2021

Centraline d’Auguri da Tempco!

Quest’anno abbiamo voluto pensare a qualcosa di speciale per augurarvi delle Buone festività e farvi i nostri migliori auguri per il Nuovo Anno, che porti serenità, salute, nuovi stimoli e soddisfazioni.

Auguri, da tutto il Team Tempco! #solidtemperature

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Relè SCR per efficienza e risparmio energetico nel riscaldamento elettrico

17/12/2021

Continuiamo a parlare di energia, rinnovabili e risparmio energetico. Abbiamo già parlato di come il tema del risparmio energetico si declina per i gruppi frigoriferi con gli inverter, e nel raffreddamento con dry cooler e torri evaporative.

Mentre l’uso di inverter è abbastanza maturo sul mercato del raffreddamento, ancora poco diffuso ma altrettanto interessante è l’applicazione di relè statici proporzionali modulanti in quello del riscaldamento. Si tratta di un tipo di applicazione che implementiamo nelle centraline di termoregolazione di Tempco. Per riscaldare un fluido, due sono le alternative possibili: o la classica caldaia che produce vapore, olio diatermico o acqua pressurizzata e quindi riscaldata, oppure utilizzare delle resistenze elettriche. Le fonti primarie di energia saranno quindi o carburanti fossili, come il gasolio, o gas naturale, nei bruciatori, oppure elettricità nel caso delle resistenze elettriche.

Esistono già da tempo bruciatori modulanti che vanno a modulare il consumo di combustibile in base al carico termico reale richiesto. Nel caso del riscaldamento elettrico, l’obiettivo diventa quello di modulare la potenza elettrica delle resistenze di riscaldamento. Ciò è possibile usando dei relè statici SCR (silicone controller rectifier) modulanti. In questo caso, utilizzando un sistema di termoregolazione PID, ossia con un controllo a banda proporzionale modulante, possiamo andare a chiedere alle resistenze di erogare solamente l’effettiva potenza richiesta per il carico termico necessario in ogni fase del processo coinvolto, per raggiungere il set-joint di temperatura o per mantenerlo.

Il risparmio energetico che si ottiene è estremamente interessante. Questo perché in genere quando si progettano queste macchine, esse vengono costruire per fornire la massima potenza di riscaldamento richiesta. Ad esempio: devo riscaldare una certa massa di prodotto all’interno di un reattore farmaceutico. Si calcola il carico termico necessario a passare da una temperatura di partenza a quella finale in un determinato lasso di tempo. Aggiungendo quindi qualcosa in quanto si deve anche riscaldare il reattore, oltre a dover considerare le possibili dispersioni. Una volta però che la temperatura di lavoro è stata raggiunta, la potenza richiesta diventa molto inferiore in quanto occorre solo mantenere il livello di temperatura già raggiunto. Certo, sarà necessario continuare a fornire un po’ di energia nel caso il mio prodotto subisca delle reazioni chimiche e necessiti di un apporto di energia, se vi sono delle dispersioni, oltre alla coibentazione che pure avrà dispersioni. Ma l’energia aggiuntiva da fornire sarà probabilmente solo 1/10, o un 1/3 o 1/5 di quella complessiva di progetto.

Per modulare questa energia in passato venivano fatte macchine a più stadi, ovvero dotate di diversi stadi di riscaldamento per cui si modulava la potenza delle resistenze mediante dei teleruttori o relè statici ON/OFF. Questi venivano attaccati e staccati dal regolatore PID in base alla richiesta di potenza.

Il tiristore, ovvero il relè statico SCR modulante, consente di adeguare la potenza fornendo quella effettiva che serve per mantenere il livello di temperatura all’interno della banda proporzionale, mantenendo il set-point. Si ottengono così due effetti: il primo è un notevole risparmio energetico. Il secondo, altrettanto importante, si ottiene una regolazione della temperatura estremamente fine e molto più accurata.

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Chiller a servizio dei banchi prova per motori EC

10/12/2021

Come abbiamo già visto negli ultimi post, il tema del risparmio energetico e dell’efficienza è sempre più sentito sul mercato industriale, anche applicato ai sistemi di raffreddamento. Adeguare e controllare la potenza assorbita da impianti che impiegano gruppi frigoriferi e torri evaporative è ad esempio possibile grazie all’impiego di motori elettrici a controllo elettronico, che permettono un adattamento variabile della velocità di dispositivi quali i ventilatori in base alla reale richiesta del livello di raffreddamento necessario. Infatti, sebbene i gruppi di raffreddamento vengano dimensionati per fornire la massima capacità necessaria in un dato processo produttivo, non è detto che debbano sempre funzionare al pieno della loro potenza, ma vi saranno momenti e fasi del processo in cui è sufficiente una potenza di raffreddamento inferiore.

In tale ottica, il trend verso la ricerca di un consumo intelligente nei sistemi di raffreddamento porta quindi a una crescente richiesta di motori elettrici a controllo elettronico, anche detti motori EC. Questa tipologia di motori deve in particolare garantire la corretta definizione degli assorbimenti e delle potenze legati alle varie velocità di rotazione, nonché la possibilità di valutare gli effettivi risparmi energetici che è possibile conseguire. Realizzare motori EC comporta quindi test accurati nella loro fase di progettazione, oltreché di verifica delle loro prestazioni: a tal fine vengono impiegati speciali banchi prova che presentano un livello di sofisticazione superiore. Questi ultimi, a loro volta, necessitano di un controllo della temperatura e dei flussi di raffreddamento/termoregolazione estremamente accurati, per poter garantire la precisione del processo di test e verifica dei motori elettrici.

Tempco raffreddamento test bench motori EC

Il range di temperatura richiesto per questa tipologia di test può variare da 0° C a +90° C, e comporta due distinti circuiti. La prima parte, di più semplice realizzazione, è dedicata al raffreddamento dei freni, mentre il secondo circuito presenta un livello di sofisticazione maggiore, essendo relativo al raffreddamento/termoregolazione diretta dei motori, i quali vengono sottoposti a test e a notevoli stress termici.
Il banco prova per testing di motori elettrici è quindi asservito a monte da un chiller condensato ad aria. Il chiller fornisce acqua refrigerata a una centralina di termoregolazione, che provvede a rifornire l’impianto di acqua alla temperatura richiesta per le diverse fasi dei test. Una serie di banchi fornisce quindi acqua a portata e temperatura variabili destinata ai diversi componenti in prova. Infine, tutto il sistema di raffreddamento e termoregolazione è dotato di strumentazione con apposita interfaccia che consente il controllo e il monitoraggio da remoto dell’impianto.

Tempco raffreddamento banchi prova motori EC

Tempco termoregolazione banchi prova motori EC

Tempco raffreddamento banchi prova test motori EC

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Rinnovabili e energy saving con free cooler e torri evaporative

03/12/2021

Parliamo ancora di energie rinnovabili e risparmio energetico in applicazioni relative alla energia di secondo livello, ossia l’energia termica. Dopo aver parlato dei gruppi frigoriferi, un altro ambito di importante e interessante declinazione del tema risparmio energetico è quello del free cooling e delle torri evaporative.

Questi sistemi vengono impiegati quando serve acqua raffreddata all’interno di un processo industriale con temperature al di sopra dei 30-35° C. Livelli di temperatura per cui è possibile evitare il ricordo a un sistema di refrigerazione, eliminando quindi già il consumo energetico legato ai compressori e le complicazioni del circuito frigorifero, dell’impiego di freon e così via.

Adottando quindi free cooler, o dry cooler, e torri di raffreddamento, il risparmio energetico può essere implementato utilizzando ventilatori con motori EC, ovvero a controllo elettronico, che impiegano inverter. In questi sistemi avviene infatti che una sonda rileva la temperatura dell’acqua, e in base al set point impostato si va a regolare la potenza necessaria per dissipare la giusta quantità di energia per il livello di raffreddamento richiesto.

In passato il costo di motori EC e inverter era ancora molto elevato per giustificarne l’investimento in queste tecnologie. Si era pertanto soliti fare ricorso a soluzioni alternative di risparmio energetico, con installazioni multi ventilatore che veniva azionati a gradini, parzializzando il numero di ventilatori funzionanti limitando il consumo energetico in base alla richiesta effettiva.

Oggi i costi dei motori a controllo elettrico consentono invece ritorni dell’investimento molto interessanti. La soluzione è infatti sempre più frequentemente adottata dai clienti, che la abbracciano con soddisfazione in quanto consente non solo di ottenere effettivi risparmi energetici, ma anche una riduzione dei costi di manutenzione. E’ infatti evidente che l’usura di un ventilatore che funziona a velocità ridotta per sei o nove mesi l’anno sarà molto minore di quella di un ventilatore che funziona al 100% della sua capacità.

La soluzione con motori EC e inverter è quindi molto matura oggi, e può essere ampiamente impiegata in applicazioni industriali ma anche di condizionamento, che devono lavorare per 365 giorni l’anno. Chiaramente se un impianto lavora solo in estate, il ritorno dell’investimento sarà probabilmente più lungo. Ma anche qui valutare l’opportunità può essere molto interessante, in quanto nelle ore notturne la temperatura scende, consentendo di rallentare la velocità dei ventilatori in quanto l’efficienza dello scambiatore è superiore e ci sarà pertanto minore necessità di aria.

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Energy saving con dry-cooler nel packaging farmaceutico

26/11/2021

Per un importante cliente che produce contenitori in plastica per prodotti farmaceutici, per cui avevamo già sviluppato in passato delle soluzioni di termoregolazione ad hoc, abbiamo studiato un ulteriore percorso di upgrade per le macchine di stampaggio di materie plastiche.

Si tratta dunque di un intervento per implementare il risparmio energetico nella produzione di packaging per settore farmaceutico. Il cliente produce infatti flaconi e contenitori per il settore pharma e cosmetico, esigendo altissimi standard qualitativi nelle linee di produzione in quanto i flaconi devono avere caratteristiche di trasparenza e stabilità dei materiali molto elevate.

energy saving presse stampaggio pharma

Nello studio di un piano di energy saving da attuare per il tipo di produzione del cliente, la nostra attenzione è andata sulla temperatura di lavoro dell’olio idraulico, che deve essere mantenuta a circa 40° C. L’intervento realizzato prevede quindi l’eliminazione dei vecchi gruppi frigoriferi, macchine alquanto energivore, con dei più economici dry-cooler. Ciò ha comportato la sostituzione degli scambiatori a fascio tubiero che erano presenti sulle presse di stampaggio con altrettanti scambiatori a piastre saldobrasate. Questi consentono infatti un incrocio spinto delle temperature, permettendo di mantenere l’olio a una temperatura di 40/42° C impiegando soluzione di raffreddamento (acqua/antigelo) a 35/37° C.

Il test effettuato su una prima linea di macchine campione, effettuato durante la scorsa estate, ha dato esito positivo. Il cliente ha quindi ora messo a budget lo stesso tipo di intervento su tutta la linea di stampaggio.

Tempco scambiatori saldobrasati packaging pharma

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