Un’applicazione molto comune degli scambiatori di calore è il loro utilizzo per il raffreddamento di impianti idraulici o di lubrificazione, ad esempio su macchine utensili e operatrici che utilizzano azionamenti idraulici e impianti oleodinamici per gli organi in movimento. E’ anche però il caso della acciaierie, dove sono presenti differenti tipologie di impianto che necessitano di sistemi di raffreddamento, siano essi inerenti alla colata continua, alla laminazione, alla forgiatura, tutti impianti asserviti da molte centraline oleodinamiche e di lubrificazione.
In tutti questi settori, l’olio utilizzato per gli attuatori idraulici o semplicemente per la lubrificazione assorbe il calore ceduto dalle pompe e/o dal movimento meccanico generato. Il calore accumulato dall’olio idraulico deve essere smaltito affinché l’olio mantenga le adeguate proprietà lubrificanti e di viscosità, in quanto una sua alterazione farebbe venir meno la corretta azione lubrificante con gravi danni per macchinari e impianti. Tutti gli impianti di questo genere sono pertanto dotati di un sistema di raffreddamento dell’olio mediante scambiatore di calore. L’olio va solitamente mantenuto a una temperatura di 45-50°C, quindi il raffreddamento viene realizzato dove possibile mediante scambiatori aria- olio, altrimenti con scambiatori acqua-olio, che a seconda delle dimensioni degli impianti e delle potenzialità sono di tipo saldobrasato o ispezionabili.
Il valore della potenzialità termica da smaltire è legato alla potenza elettrica installata di pompe e accessori, in una misura percentuale legata al rendimento delle macchine (per determinare la parte dell’energia impiegata nel pompaggio o negli azionamenti che viene trasferita all’olio sotto forma di calore).
Nel caso di raffreddamento ad acqua, solitamente l’utente ha diverse possibilità di alimentazione:
Analizziamo i tre sistemi:
La terza soluzione, sebbene sia la meno ‘ecocompatibile’, rappresenta spesso e di gran lunga la soluzione ancora oggi adottata da una miriade di piccole aziende che non sono dotate di sistemi di raffreddamento differenti. Anche in questo tipo di applicazioni, però, gli scambiatori di calore a piastre consentono di limitare lo spreco di acqua di rete, rispetto a soluzioni tradizionali (scambiatori a fascio tubiero, serpentini e così via). Questo è rwso possibile in virtù delle loro caratteristiche di estrema efficienza di scambio termico e di coefficienti di scambio molto elevati, che consentono incroci di temperature estremamente spinti.
Sempre nel caso del raffreddamento ad acqua, occorre inoltre pensare alla possibile rottura meccanica di un tubo e di una piastra, che porterebbe alla miscelazione di acqua e olio. Se l’acqua entra nel circuito dell’olio, i danni causati alle macchine asservite ai circuiti idraulici possono essere molto gravi se non addirittura irrecuperabili. Per evitare questo genere di problemi, si utilizza un metodo molto semplice, ovvero mantenere la pressione dell’olio circolante nel circuito idraulico maggiore di quella dell’acqua presente nel circuito di raffreddamento. In questo modo nella eventualità di una rottura può al limite avvenire un trafilamento di olio nell’acqua, che verrà intercettato da un calo del livello di olio nel serbatoio, monitorato da appositi livellostati. In questo caso un allarme potrà fermare la produzione, scongiurando possibili danni.
Un sistema più sofisticato, che viene utilizzato in alcuni specifici casi e su applicazioni con macchinari altrettanto sofisticati e costosi, è quello di ridondare i circuiti, realizzando un doppio circuito olio/olio/ acqua, energeticamente penalizzante, ma decisamente imbattibile dal punto di vista della prevenzione di possibili danni.
Tra le numerose applicazioni realizzate in questo settore, vediamo un caso esemplificativo di sistema di raffreddamento realizzato per un cliente che opera nel comparto della meccanica di precisione, realizzando macchinari di lavorazione a elevata precisione e ripetibilità. Le moderne macchine utensili per la lavorazione meccanica di precisione mediante asportazione di truciolo necessitano di azionamenti idraulici, per le movimentazioni robotizzate, e di una lubrorefrigerazione degli utensili mediante olio da taglio, per due motivi:
Entrambi questi sistemi generano calore, che deve essere dissipato per mantenere costante il livello di precisione nelle lavorazioni. Nella fattispecie, abbiamo realizzato un sistema di raffreddamento integrato a elevata efficienza, che prevede l’impiego di una serie di apparecchiature per garantire il corretto livello di temperatura, sia dell’olio idraulico che dell’olio da taglio. Il sistema di avvale di un gruppo frigorifero centralizzato, condensato ad aria, quindi con un circuito perfettamente sigillato, senza consumo di acqua. Il gruppo frigorifero è completo di serbatoio di stoccaggio dell’acqua refrigerata, che funge da volano termico, in quanto le lavorazioni molto spesso sono cicliche.
Il chiller asserve una serie di scambiatori:
La prima posizione ha richiesto una analisi precisa dei rendimenti delle centrali, in modo da valutare con correttezza l’esatta entità della potenza termica da dissipare, valutando in modo accorto il consumo di acqua e le temperature di lavoro, in modo da minimizzare la potenzialità del gruppo frigorifero.
La seconda posizione è stata progettata valutando il calore indotto dalla produzione di truciolo e dalla lavorazione meccanica degli utensili.
Entrambe sono poi state sottoposte a una analisi dei tempi di lavoro e dei tempi morti, ottimizzando la capacità del serbatoio volano. In questo modo si è potuta ulteriormente economizzare la potenzialità del chiller.
Come ulteriore miglioria, si è infine introdotto un sistema di free cooling, che durante la stagione più fredda consente di arrestare i compressori del chiller, utilizzando dei semplici dissipatori T FIN, in modo da ridurre ulteriormente i consumi energetici.
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