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Come sono fatti e dove si applicano gli scambiatori a fascio tubiero

14/05/2021

Gli scambiatori a fascio tubiero rappresentano un po’ la storia dello scambio termico, essendo stati i primi a essere impiegati per applicazioni di raffreddamento, sia industriali che nel condizionamento.

Esistono moltissime tipologie di scambiatori di calore a fascio tubiero, a tubi dritti scovolabili, a chioma, ovvero a fascio tubiero a U estraibile, possono essere multi passaggio o mono passaggio, a teste flottanti.

Le varie tipologie presentano ognuna vantaggi e limiti propri. Quelli che più impieghiamo sono della tipologia a tubi dritti scovolabili: in questi scambiatori le due testate possono essere smontate mettendo in mostra i tubi dritti in cui passa il fluido, che vanno da una testata all’altra. Essendo appunto dritti possono essere puliti uno per uno per mezzo di uno scovolino, asportando lo sporco accumulato. Il diametro dei tubi varia in funzione del tipo di fluido che vi scorre all’interno, del tipo di processo e di scambio termico. Solitamente si tratta di scambiatori saldati e il fascio tubiero non può essere estratto. Per cui nel mantello viene fatto passare il fluido pulito.

Questo tipo di scambiatori viene impiegato generalmente nella cogenerazione, in applicazione per il recupero di calore dai fumi esausti sui motori. I fumi passano nei tubi che vengono poi puliti. Un altro impiego è nel settore del biogas per la deumidificazione del biogas stesso. Il biogas passa nei tubi, all’esterno nel mantello c’è l’acqua glicolata pulita.

Sono altresì utilizzati per la produzione di acqua calda mediante vapore. L’acqua passa all’interno dei tubi e nel mantello passa il vapore, riscaldando l’acqua che esce a temperatura superiore.

I limiti degli scambiatori a fascio tubiero scovolabili sono legati alla loro lunghezza, per cui se serve uno schema termico lungo con salti termici molto lunghi dovrò mettere più scambiatori in serie. Il passaggio in serie è implementabile, ma richiede una costruzione molto più complessa delle testate.

L’altra classica tipologia è quella degli scambiatori a chioma, o a fascio tubiero a U estraibile. Abbiamo qui un fascio tubiero formato da tanti tubi piegati a forma di U, saldati su una sola testata. In questo caso la parte che può esser pulita è il mantello, quindi quella esterna, in quanto il fascio tubiero può essere estratto. Non è invece possibile pulire i tubi, in quanto la curva non può essere pulita con uno scovolino.

Il fluido sporco viene fatto passare normalmente dalla parte del mantello, anche se quando il numero dei tubi è elevato e sono fittamente ammassati, le operazioni di pulizia diventano davvero molto complicate.

Questo tipo di scambiatore permette invece di sfruttare meglio la lunghezza termica, in quanto la lunghezza termica delle tubazioni piegate a U risulta doppia rispetto alla lunghezza complessiva dello scambiatore.

A livello costruttivo, negli scambiatori di calore a fascio tubiero possono essere impiegati un po’ tutti i materiali, dall’acciaio inossidabile al rame al ferro. La scelta dipende dal tipo di fluido fa trattare, dal processo e dalle temperature coinvolte.

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Riprogettazione in impianto di distribuzione acqua di raffreddamento

07/05/2021

In seguito all’intervento dello scorso agosto per la completa rigenerazione degli scambiatori per un cliente che produce granulo di materia plastica per l’industria manifatturiera, l’azienda è tornata a contattarci per affidarci lo studio dell’aggiornamento del loro impianto di raffreddamento delle linee di produzione.

La crescita disordinata nel tempo dello stabilimento di produzione ha infatti portato a grosse difficoltà a livello della distribuzione dell’acqua di raffreddamento.

Tempco distribuzione acqua raffreddamento

utenze acqua raffreddamento granulo plastica

Dopo uno studio preliminare, il cliente ha accettato la nostra proposta di intervento a step successivi, divisi per aree di problema. Lo scopo è non fermare la produzione, procedendo quindi in maniera il meno invasiva possibile per continuare a garantire la continuità delle operazioni. Lo schema dell’intervento sarà quindi il seguente:

Intervento sulla distribuzione dell’acqua e relativa risoluzione
Una volta portata l’acqua a tutte le utenze in maniera corretta, analisi delle temperature richieste e della soddisfazione delle stesse, per implementare laddove necessario nuovi sistemi di raffreddamento, o intervenire con un potenziamento di quelli esistenti
Efficientamento energetico delle utenze esistenti

Tempco impianto raffreddamento plastica

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Chocolate pattern nelle piastre degli scambiatori

30/04/2021

Parliamo oggi di Chocolate pattern, che nel nostro settore significa parlare di scambiatori di calore a piastre. Una delle domande più frequenti che ci viene posta è quale sia la migliore configurazione della disposizione delle connessioni negli scambiatori di calore a piastre.

Gli scambiatori a piastre di ultima generazione hanno per la maggioranza le connessioni parallele, ovvero fluido primario a destra e fluido secondario a sinistra, o viceversa. Fino a qualche anno fa esistevano anche scambiatori con connessioni incrociate. Ci viene quindi spesso chiesto, ma le connessioni incrociate, dal punto di vista della distribuzione del fluido all’interno della piastra, non sono meglio delle parallele?

In effetti verrebbe naturale pensare che sia così, guardando il design di una piastra e come funziona uno scambiatore di calore a piastre. Questo perché, soprattutto su piastre di grosse dimensioni e magari con portate dei fluidi ridotte, la distribuzione non avviene su tutta la piastra ma si concentra sul lato dove sono posizionati gli attacchi.

Ovviamente avendo le connessioni incrociate questo non avviene, in quanto il fluido si distribuisce su tutta la superficie della piastra in modo automatico.

Questo tipo di implicazione è stato affrontato proprio disegnando il famoso Chocolate pattern. Guardando con attenzione le fotografie della zona triangolare che si trova tra i bocchelli, si vede che questa ha un disegno molto particolare che richiama quello delle tavolette di cioccolato, da cui il nome caratteristico. Questo sistema è stato disegnato e progettato per consentire al fluido di distribuirsi in modo uniforme su tutta la superficie della piastra.

Guardando con attenzione si nota che i canali che distribuiscono il fluido su tutta la larghezza della piastra hanno sezioni di passaggio differenziate. Questo per favorire una corretta distribuzione del fluido su tutta la larghezza della superficie di scambio termico. Si osservi quindi come questa tipologia di design di distribuzione viene applicata anche a piastre di piccole dimensioni.

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Potenziare l’industria, automazione e temperatura – Infografica

23/04/2021

La crescente adozione di sistemi di automazione robotica tra le imprese aumenta l’efficienza nei processi industriali. L’Infografica Tempco che vi presentiamo mostra che il valore del mercato della robotica nel mondo nel 2020 ha toccato i 62,75 miliardi di dollari, con un particolare trend di crescita nel segmento dei robot collaborativi, o cobot, che abilitano l’interazione sicura e senza barriere tra uomo e robot in ogni tipo di applicazione industriale.

Il concetto di efficienza nel percorso di potenziamento dell’industria funge qui da chiave di volta, creando un forte legame tra il mondo dell’automazione industriale e l’impegno di Tempco nello sviluppo di soluzioni per il controllo delle temperature nell’industria di processo, con l’obiettivo di implementare logiche di efficienza energetica e riduzione dei consumi nelle aziende.

L’adozione di sistemi robotizzati e automatici incrementa l’efficienza dei processi produttivi, abilitando un uso sempre più intelligente ed efficiente delle risorse e facendo evolvere al contempo metodologie di lavoro e competenze degli operatori, posti al cuore della trasformazione di Industria 4.0. L’energia, e l’energia termica in particolare, sono quindi tra le più preziose risorse da tutelare, adottando approcci di riduzione degli sprechi ma anche di recupero energetico.

Raffreddamento, riscaldamento e termoregolazione si legano qui a doppio filo al mercato della robotica, dove moltissimi sono i sistemi sviluppati da Tempco per il controllo della temperatura e il raffreddamento dell’olio idraulico che assicurano la piena operatività degli azionamenti e dell’idraulica di controllo di robot e moduli di automazione sulle linee di produzione.

In un mercato della robotica che cresce, portando con sé un costante affinamento dell’efficienza, verso una produzione industriale più smart e sostenibile, attenta al suo consumo di energia.

Tempco infografica automazione robot

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Raffreddamento after cooler di motori nel power generation

16/04/2021

A seguito della messa in amministrazione controllata avvenuta lo scorso anno della società Covrad, storico costruttore di moduli termici e gruppi di trasferimento di calore con sede a Coventry, in Inghilterra, ultimamente in Tempco stiamo ricevendo una serie di richieste da costruttori alla ricerca di soluzioni simili a quelle prodotte dalla società inglese.

Tempco engine cooling Covrad

In particolare la compagnia realizzava moduli termici da abbinare a gruppi di produzione di energia per il raffreddamento di jacket e after cooler, radiatori, scambiatori di calore, moduli per raffreddamento motori e kit di raffreddamento remoto in situazione quasi di monopolio del mercato.

Già da qualche mese siamo quindi al lavoro in Tempco per sviluppare soluzioni simili a quelle fornite fino a poco tempo fa da Covrad, aprendoci alla possibilità di offrire sistemi per questo tipo di applicazione. I primi tre progetti sono già in fase di definizione, a uno stato avanzato di studio dell’ingegneria per ottimizzare la costruzione e la quotazione dei sistemi.

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Scambiatori TCOIL a contatto per raffreddamento batterie e reattori

09/04/2021

Un altro interessante impiego degli scambiatori TCOIL, dei quali parliamo spesso come di scambiatori di calore a immersione, è quello di utilizzarli per applicazioni a contatto, come fossero una incamiciatura. Una caratteristica che rende molto interessanti e versatili questi scambiatori è difatti la possibilità di adattarne le forme a ogni tipo di apparecchiatura da termostatare, che ne fa una soluzione estremamente versatile.

E’ così possibile ricorrere a scambiatori TCOIL per applicazione all’esterno di miscelatori e reattori impiegati nell’industria chimica per esempio, così come all’esterno di serbatoi o per applicazione su batterie elettriche. Le lamiere che compongono le piastre rigonfiate degli scambiatori TCOIL possono infatti essere facilmente calandrate, per prendere la forma di apparecchiature cilindriche. O in alternativa è possibile usare lamiere piatte per ricoprire l’esterno dei macchinari.

Per incrementare l’efficienza di scambio termico nel raffreddamento e riscaldamento con scambiatori TCOIL è quindi necessario che la parte a contatto con la superficie esterna dell’apparecchiatura da termostatare sia piatta. Ciò si ottiene usando lamiere con differenti spessori, maggiore per la parte a contatto, minore per la parte esterna della piastra dello scambiatore. Quando si procede a rigonfiare a pressione lo scambiatore, di conseguenza solo la parte esterna si gonfierà assumendo il tipico aspetto a fossette, mentre quella interna resterà piatta.

Un altro accorgimento per aumentare ulteriormente il coefficiente di scambio termico degli scambiatori TCOIL a contatto è quindi spalmare la superficie che andrà a contatto diretto con l’apparecchiatura da termostatare con una pasta conduttiva.

Questo tipo di applicazione degli scambiatori TCOIL a contatto sta suscitando un grande interesse in applicazione nel raffreddamento di batterie di veicoli elettrici, così come per il raffreddamento di macchine elettriche ed elettroniche, che devono essere mantenute a temperature molto basse e dove, per ovvie ragioni, il raffreddamento non può essere ottenuto mediante un flusso diretto di acqua fredda.

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Software speciale per raffreddamento di banchi prova radiatori

02/04/2021

Il progetto di una centralina di regolazione della temperatura per un banco prova di radiatori e ventilatori destinati al settore automotive ci ha coinvolto recentemente in un progetto particolarissimo e complesso, che ha richiesto l’impiego di molte risorse in collaborazione con il cliente. Basti dire che sono stati necessari 18 mesi per completare la commessa.

La centralina realizzata lavora con soluzione incongelabile in un range di temperatura tra 20 e 130° C. La potenza del sistema è di 240 kW elettrici, con una portata regolabile da 10 a 200 lt/min, e potenza di raffreddamento di 120 kW.

Raffreddamento Banco prova radiatori

La complessità della soluzione sta nel fatto che il sistema può lavorare a 130° C, quindi con acqua pressurizzata. Dal momento che il cliente deve scongiurare possibili perdite di soluzione acqua/antigelo nel tunnel di prova quando viene sostituito un pezzo, abbiamo provveduto a installare un sistema di connessione a innesti rapidi sul montaggio/smontaggio pezzo in prova. Il tutto avviene quindi previo svuotamento del radiatore e della parte di tubazione interessata, tramite valvole automatiche e logica gestita da PLC.

Ogni volta che il radiatore viene cambiato, l’impianto viene quindi raffreddato, de-pressurizzato e messo in sicurezza per l’operatore per procedere quindi allo svuotamento della parte di tubi collegati al radiatore.

Quando un nuovo pezzo in test viene montato è quindi necessario ri-caricare e pressurizzare nuovamente tutto il circuito, sempre tramite logica, valvole automatiche e trasduttori di pressione.

Centralina raffreddamento test radiatori copia

L’impianto è gestito da uno speciale software che è stato sviluppato in stretta collaborazione tra Tempco e il cliente, mettendo a fattor comune l’esperienza nei rispettivi campi di attività. La scrittura del codice e le procedure di test del PLC hanno da sole richiesto diversi giorni.

test radiatori montaggio

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Come calcolare la potenza da dissipare negli impianti di ossidazione anodica

26/03/2021

Come annunciato nel precedente video dedicato ai materiali negli scambiatori di calore impiegati in ossidazione anodica, parliamo oggi di come calcolare la potenza termica negli impianti di ossidazione anodica.

Determinare la potenza termica è qui fondamentale sia per dimensionare gli scambiatori di calore, sia per gli eventuali chiller e sistemi di raffreddamento che provvedono al raffreddamento o termostatazione delle vasche di ossidazione anodica.

Come già detto, l’ossidazione anodica è un fenomeno elettro-galvanico, che comporta il passaggio di una corrente elettrica determinata da una tensione all’interno del bagno di galvanizzazione. Determinare la potenza in quantità di kW da dissipare è pertanto semplice, in quanto è direttamente proporzionale alla corrente che viene impiegata per ottenere l’ossidazione anodica e la tensione con cui viene applicata.

Il livello delle temperature coinvolto varia invece a seconda del tipo di ossidazione anodica. Per impianti di ossidazione anodica dura, le temperature richieste sono piuttosto basse, comprese tra 10° C e 15° C. Per ossidazione anodica tradizionale invece è necessario mantenere il bagno galvanico a temperature comprese tra i 20° C e i 25° C.

Per un raffreddamento a queste temperature, a meno che si disponga di acqua a perdere, ovvero acqua di pozzo in grandi quantità a temperature di 10-12° C, la soluzione è una sola. Bisogna infatti fare ricorso a chiller e gruppi frigoriferi, anche perché sul circuito secondario dello scambiatore occorre acqua alla temperatura di 10-15° C, a seconda del tipo di ossidazione anodica.

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Raffreddamento nel laboratorio di fisica nucleare del Gran Sasso

19/03/2021

Tra i nostri clienti in Tempco, oltre al CERN di Ginevra per cui abbiamo fornito un sistema di raffreddamento impiegato nelle procedure di test IGBT, abbiamo avuto anche il piacere di lavorare con il Laboratorio di fisica nucleare LNGS-INFN del Gran Sasso.

LNGS fisica nucleare Gran Sasso

Anche in questo caso la soluzione fornita consiste in un sistema di raffreddamento, nella fattispecie completo di modulo per il controllo della temperatura. Determinante per questa prestigiosa commessa è stata in particolare la flessibilità e la rapidità nel realizzare e consegnare il sistema al cliente, che si trova nel mezzo di una serie di attività che richiedono un controllo della temperatura con livelli di precisione molto elevati.
In dieci giorni siamo quindi stati in grado di fornire la soluzione integrata.

raffreddamento laboratorio fisica nucleare

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Materiali speciali nel raffreddamento in ossidazione anodica

12/03/2021

L’ossidazione anodica è un trattamento a cui viene sottoposto l’alluminio, materiale che offre leggerezza, forza e una certa resistenza alla corrosione. Tra gli impieghi più noti, l’alluminio è usato per realizzare i profili estrusi degli infissi nelle nostre case. L’esposizione ad agenti atmosferici provoca però con il tempo ossidazione, che ne deteriora l’aspetto.

Per rendere l’alluminio resistente alla corrosione, il materiale viene allora trattato in bagni di ossidazione anodica, che genera una sorta di rivestimento chimico che rende l’alluminio resistente agli agenti atmosferici. Per questo vengono impiegati dai bagni elettro-chimici, o elettro-galvanici, al cui interno passa della corrente. Tramite un processo chimico galvanico viene quindi depositato uno strato duro di ossidazione anodica sulla superficie esterna dell’alluminio.

Vi sono diverse tipologie di ossidazione anodica, e l’ambito di cui Tempco si occupa è il raffreddamento di questi bagni. Essendo attraversati da una corrente, i bagni di anodizzazione subiscono infatti un riscaldamento. La loro temperatura va quindi mantenuta a circa 20-25° C, a seconda del tipo di ossidazione.

L’applicazione è semplice, ma c’è un problema: il liquido contenuto in questi bagni non è acqua, ma una soluzione di acido solforico, in bassa concentrazione al 20% circa, a seconda del tipo di ossidazione anodica. Il raffreddamento può quindi essere ottenuto con gruppi frigoriferi, oppure con acqua di acquedotto e scambiatori di calore.

Ma gli scambiatori devono essere costruiti con materiali speciali, onde garantire resistenza alla corrosione da acido solforico. Realizziamo quindi scambiatori a piastre tradizionali, in materiali che possono essere titanio o leghe alto legate di acciaio inossidabile. Oppure per il raffreddamento dei bagni di ossidazione anodica impieghiamo anche scambiatori a immersione TCOIL, anche in questo caso realizzati in leghe alto legate di acciaio inox.

Altra sfida posta da questo tipo di applicazione è la determinazione del carico termodinamico cui sono sottoposti questi scambiatori, cui dedicheremo un prossimo video.

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