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Coefficiente di espansione dell’acqua

L’acqua, come tutti i fluidi, riscaldandosi aumenta di volume.

Per questo motivo du tutti gli impianti termici, si prevedono vasi di espansione (aperti o chiuso pressurizzati a membrana o meno).

Come calcolare il volume di questi vasi di espansione?

Visto che spesso mi ritrovo ad avere bisogno di questi valori, allego un piccolo file, estratto da un foglio in excel, dove sono esemplificati i valori di espansione percentuale dell’acqua e delle miscele incongelabili, al variare della temperatura.

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Risparmiare energia negli impianti tessili

impianto di tessitura

Gli impianti tessili, nello specifico le sale telai di tessitura, sono impianti che necessitano di parecchia energia termica sotto forma di condizionamento.

Nelle sale telai degli stabilimenti dove vengono prodotti cotone o tessuti sintetici, vine mantenuto un livello di condizionamento con temperatura ed umidità controllate, allo scopo di ottenere velocità e costanza nella produzione. Un ambiente troppo asciutto rischia di far rompere i fili, troppa umidità rivona il prodotto.

Questo significa un notevole dispendio di energia per condizionare questi ambienti, che hanno dimensioni sempre importanti.

A tutto questo si aggiunge il calore dissipato dai circuiti idraulici delle macchine da tessitura.

Solitamente questo calore viene dissipato nell’ambiente stesso, senza troppo riguardo.

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Ottenere freddo dal caldo: cogenerazione, refrigerazione, recupero energetico

chiller a compressione

Sfruttando calore di scarto a bassa temperatura, come ad esempio acqua surriscaldata a 100-120°C, acqua calda a 80-90°C vapore a bassa pressione <1 barg, ecc…, è possibile ottenere notevoli volumi di acqua refrigerata con temperature attorno ai +7+8°C, che può essere convenientemente utilizzata in numerosi cicli di processo industriali o civili di condizionamento, a costo contenuto mediante l’impiego di chiller ad assorbimento.

Utilizzando in combinazione una caldaia a recupero di calore oppure uno scambiatore di calore fumi/acqua, è possibile recuperare fino in fondo ogni calore residuo di gas combusti, ottenendo acqua a bassa temperatura a costi minimi, specie se confrontati con i costi relativi all’acqua raffreddata ottenuta con i soliti chiller basati sui cicli frigoriferi.

I chiller tradizionali a compressione, questa tipologia di macchine presenta i seguenti svantaggi:

  • utilizzano fluidi refrigeranti cloro fluorurati (CHFC1), oggi in via di limitazione o regolamentazione d’uso, per i danni ambientali che causano allo strato di ozono dell’atmosfera terrestre
  • richiedono un forte consumo di energia elettrica
  • danno luogo a notevoli spese per la loro manutenzione
  • generano problemi di smaltimento degli oli lubrificanti esausti.

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Risparmiare energia nello scambio termico

impianto di produzione di energia

Risparmiare energia nei processi di scambio termico è possibile ed auspicabile.

Solitamente si parte dal progetto e dal dimensionamento, ma a mio avviso è importante porre la massima attenzione ai dettagli, mi spiego meglio.

Tutti noi ormai nelle nostre abitazioni, siamo abituti ad avere i doppi vetri, a fare attenzione alle coibentazioni, a pensare a serrande ben costruite e serramenti precisi e con pochi spifferi, questo perchè la prima fonte di guadagno energetico è il risparmio che si può ottenere, tramite una efficiente coibentazione ed una conseguente diminuzione delle dispersioni termiche.

Nel settore dei processi industriali l’obiettivo è lo stesso.

Quindi porre attenzione ai dettagli, una volta finito l’impianto, una buona coibentazione, adeguata alle temperature di utilizzo ed alla tipologia di impiego (caldo o freddo), permettono di:

  • ottimizzare gli utilizzi
  • limitare sprechi di energia
  • monitorare meglio ipropri processi
  • in pratica risparmiare e fare efficienza.

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Efficienza e risparmio energetico

piastre sporche

Quando progetto un nuovo impianto oppure l’upgrade di un impianto esistente, in primo piano viene posto sempre e comunque il fattore risparmio energetico e la relativa efficienza.

Questa è una regola fondamentale e basilare nella progettazione moderna degli impianti.

Quando poi vado a fare i rilievi in campo, mi ritrovo delle situazioni che stridono con quello che dovrei mettere in pratica, mi spiego meglio.

Gli impianti di raffreddamento/riscaldamento/termoregolazione, sono impianti non produttivi, ovvero sono dei servizi ai processi produttivi.

Spesso questi impianti, una volta installati vengono completamente dimenticati, anche dagli addetti alla manutenzione, che a causa di carichi di lavoro impegnativi e necessità di contrarre i costi si trovano nella difficile posizione di dover manutenere, spendendo poco ed impiegandoci pochissimo tempo.

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L’efficacia della semplicità, lasciando indietro il passato.

chiller e free cooler

Semplice ed efficace o complesso ed inutile?

Questo è il tipico dilemma che ogni tanto mi si para davanti, quando mi ritrovo di fronte a certe richieste, legate all’energia termica, che arrivano dai clienti.

In effetti l’avvento della tecnologia sempre più sofisticata, nel campo della regolazione degli impianti, fa si che ci sia una tendenza ad usare apparecchiature di controllo estremamente sofisticate, per svolgere delle funzioni tutto sommato semplici e banali (come controllare una temperatura), con il risultato di creare una micidiale confusione.

1) Complicazione inutile.
Molto spesso, la richiesta di apparecchiature di termostatazione skid package è accompagnata da “material requisition” dallo spessore tecnico (ma non solo in senso figurato), micidiale:

  • Centinaia di pagine di specificheRichiesta di strumentazione sofisticatissima
  • Sistemi di controllo ridondanti
  • Interfacce per controllo remoto

2) Molto spesso queste richieste nascono semplicemente da un copia/incolla di specifiche tecniche pre-digerite oppure dalla pur meritevole voglia di non farsi mancare nulla, quando e se un domani dovesse servire quel qualcosa…quando magari la necessità effettiva del’operatore e del processo che si deve controllare è molto più banalmente:

  • Un punto di regolazione della temperatura (con un set-point che una volta impostato magari non verrà mai più toccato)
  • Una azione PID
  • Un riporto remoto cumulativo di blocco
  • Un riporto remoto di funzionamento regolareMore…

tcpuhc

Tutto quindi riconducibile ad una elettronica/elettromeccanica semplice e lineare, facilmente accessibile anche all’utente meno scafato (skilled).

Il tutto si traduce in minor costi iniziali, facilità di gestione, minori necessità di assistenza (se non addirittura nulla, in quanto risolvibile con una assistenza telefonica).

Ma…e c’è sempre un ma…le specifiche sono sacre, quindi…

Si ritorna alla complicazione inutile.

A tal proposito vale la pena ricordare che anche a livello di controlli complessi (parlo di PLC), esistono ormai dei processori, molto semplici e poco costosi, che permettono con pochissima programmazione, di avere funzioni ridondanti e complete, senza andare a finire su apparecchiature di processo, sofisticate, complesse ed eccessivamente costose. Questo permette di lasciare indietro il passato fatto di elettromeccanica complicata e poco flessibile, senza andare a finire in un futuro eccessivamente “tecnicizzato”.

Classica la domanda del tecnico sull’impianto, che pur con in mano il manuale di 500 pagine, chiama per chiedere come regolo il set-point?

Semplice è bello, ma anche comodo (mai sognato un telecomando con 5 tasti 5?).

Come risparmiare e velocizzare:
andiamo diritti al punto 2, analizziamo insieme le effettive necessità del processo e semplifichiamo, magari lasciandoci aperte delle porte per futuri ampliamenti.

Qualcuno di famoso disse…quello che non c’è non si rompe…certo sembra un pò banale, ma a volte è utile ragionarci sopra.

 

TCPU HC E

Scelta della temperatura del bulbo umido in una torre evaporativa

Per stabilire le condizioni di funzionamento di una torre evaporativa è essenziale precisare la temperatura a bulbo umido dell’aria e dell’ambiente.

torri 1

Le condizioni più gravose per la torre si hanno nei mesi estivi, che sono caratterizzati dalle temperature del bulbo umido più elevate. In caso d’acquisto di una torre, l’indicare una temperatura del termometro umido molto alta, pensando di disporre così di un apparecchio più abbondante o di ottenere, magari senza bisogno, una temperatura più bassa dell’acqua, significa spendere di più e quindi immobilizzare del capitale che non renderà mai nulla: le sovrabbondanze rispetto al fabbisogno reale devono essere calcolate a ragion veduta od, eventualmente, se ne deve tener conto indicando la portata d’acqua con un certo margine in più.

E’ sempre consigliabile interpellare il costruttore delle torri evaporative perché questi, per risolvere ogni singolo problema, ricorre ad apparecchi di serie con caratteristiche ben precise per cui difficilmente potrà offrire una torre dell’esatta capacità richiesta, ma proporrà già egli stesso un apparecchio in grado di soddisfare la capacità richiesta con un certo margine. I costruttori seri, nell’indicare i dati di funzionamento delle proprie torri tengono sempre conto di un certo margine di sicurezza.

Si può affermare di conoscere, con buona approssimazione, la temperatura al termometro umido di una certa località, quando si conoscano le tre letture giornaliere del termometro umido di tutti i giorni dell’anno, per un periodo di almeno 5 o 6 anni (questo periodo è il minimo, 10 anni rappresentano l’arco di tempo più accettabile). Esistono ad esempio studi per la città di Milano che riportano le analisi delle temperature del termometro umido degli ultimi 40 anni.

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Ricordatevi dell’antigelo.

Ormai siamo abituati ad inverni non proprio rigidi, ma sembra che non sia questo il caso.

Proprio in questi ultimi giorni, ci si sono presentati alcuni casi di rottura di scambiatori a causa gelo.

Le batterie di free cooling sono sicuramente le più esposte a questo problema. Infatti proprio in questo periodo vedono la loro massima funzionalità. Spesso vengono dimensionate per un raffreddamento spinto, per poterle impiegare il più a lungo possibile, anche durante le stagioni intermedie.

Questo beneficio progettuale, va tenuto in considerazione anche e soprattutto durante la stagione fredda.

Infatti anche con acqua in circolazione, la notevole potenzialità di scambio termico, unita alla notevole massa di aria movimentata, portano facilmente e rapidamente l’acqua in circolazione a temperature di congelamento.

Il problema viene risolto facilmente, integrando l’acqua in circolazione con dell’antigelo.

Di seguito alleghiamo un semplice diagramma per la determinazione della percentuale di antigelo da addittivare all’acqua in base alla temperatura ambiente.

E’ importante utilizzare come antigelo del glicole monoetilenico inibito, addittivato con degli inibitori di corrosione…il prodotto è quello che viene messo nei radiatori automobilistici per intenderci.

free cooler ghiacciatodiagramma glicole

Vapore acqueo, pennacchio…inquinamento?

Quando i vari telegiornali ci parlano di inquinamento, a parte il solito flmato con in bella vista lo scarico fumante di una autovettura, ci propinano la classica ripresa di una torre evaporativa di una centrale di produzione di energia, con il suo bel pennacchio fumante.

Tutti inorriditi, tutti scandalizzati, ma quel pennacchio inquina?

E’ del semplice e banale vapore acqueo.

Sicuramente a livello di impatto visivo, l’effetto è importante e desta attenzione, l’ultimo trend vuole che qualsiasi impianto di una certa rilevanza, abbia il minore impatto ambientale possibile. Ma in definitiva questo pennacchio sicuramente non sarà bello, ma non è inquinante. Tanto è vero che spesso accade di vedere in prossimità di tali impianti, dove ci sono delle torri evaporative fumanti, dei cartelli enormi che specificano “VAPORE ACQUEO”, piazzati a bella posta, per evitare il continuo stillicidio di interventi delle A.S.L. locali, per verificare un inquinamento che non c’è.

A livello locale, in giornate particolarmente fredde, può creare dei problemi la ricaduta, con formazione di ghiaccio, che deve essere opportunamente segnalato e/o evitato da chi gestisce l’impianto.

pennacchio torre evaporativainduced cooling towerantipennacchio

Va detto che per alcuni impianti, viene richiesta una speciale esecuzione con sistemi di abbattimento del pennacchio, ma questo sarà un prossimo argomento, particolarmente interessante.

Come funziona una torre evaporativa e quanta acqua consuma

induced cooling tower

La torre refrigerante evaporativa è una macchina molto semplice, che serve per raffreddare acqua mediante lo scambio diretto con l’aria.

Ci possono essere differenti tipologie di torre evaporativa:

  • indotte, con ventilatori in aspirazione
  • forzate, con ventilatori in mandata
  • counter flow, con flusso di acqua e di aria in controcorrente
  • cross flow, con flusso di acqua e di aria a correnti incrociate

in ogni caso tutte funzionano sul medesimo concetto.

La tipologia decisamente più diffusa è quella counter-flow, che sia essa forzata od indotta, in quanto presenta una maggiore efficienza di funzionamento.

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