Le navi, sia da crociera che da cargo, presentano diverse esigenze di termoregolazione, per le quali si fa ricorso a scambiatori di calore, a partire da quelli che in gergo vengono chiamati ‘central cooling’, che provvedono al raffreddamento principale per i motori e, in seconda istanza, forniscono l’acqua ‘dolce’ per il raffreddamento di tutti i servizi ausiliari presenti a bordo.
Infatti i grandi motori che spingono le moderne navi hanno bisogno di essere raffreddati, così come qualsiasi altro motore endotermico. Essendo la nave stessa in navigazione nel bel mezzo del fluido più efficiente dal punto di vista dello scambio termico, l’acqua di mare, ecco che il sistema di raffreddamento è già pronto e disponibile all’utilizzo.
L’acqua di mare, carica di cloruri, è un ottimo mezzo di raffreddamento a basso costo, ma proprio per la sua salinità richiede l’impiego di materiali che resistano alla corrosione. Per questo tipo di applicazione, un tempo si utilizzavano grandi scambiatori a fascio tubiero realizzati in cupro-nickel (o ottone ammiragliato), una lega resistente alla corrosione dei sali contenuti nell’acqua di mare. Tali scambiatori dovevano essere anche facilmente pulibili, in quanto l’acqua di mare nonostante la filtrazione alla quale viene sottoposta è carica di sedimenti e microorganismi, quindi solitamente si trattava di scambiatori a tubi diritti e testate smontabili, per una facile pulizia.
Si tratta di ottimi apparecchi di scambio termico con coefficienti di scambio piuttosto bassi, che richiedevano dimensioni conseguentemente importanti, necessitando inoltre di spazi contigui adeguati per poterne effettuare la pulizia mediante scovolatura. Sulle navi lo spazio è però un bene prezioso, e anche nella sala macchine quanto più è possibile risparmiarne, meglio è.
Questa tipologia di scambiatori è stata pertanto ormai soppiantata in modo pressoché integrale dai moderni scambiatori di calore a piastre ispezionabili, che offrono una serie di vantaggi che li rendono insostituibili per questo tipo di applicazione:
Uno scambiatore a piastre aventi pari caratteristiche termiche di uno scambiatore a fascio tubiero ha infatti dimensioni nettamente più compatte, e non richiede gli spazi contigui necessari alla manutenzione richiesti dallo scambiatore a fascio tubiero scovolabile, ingombri necessari per poter inserire e disinserire gli attrezzi per la scovolatura dei tubi. Lo scambiatore a piastre infatti si smonta e si rimonta nello spazio complessivo del suo telaio, richiedendo solo un poco di spazio laterale per l’eventuale rimozione delle piastre (il normale spazio d’accesso che serve per qualsiasi apparecchiatura). Il coefficiente di scambio globale di uno scambiatore a piastre è inoltre circa 4 volte quello di uno scambiatore a fascio tubiero. Gli scambiatori a piastre per acqua di mare vengono realizzati con piastre in titanio, materiale che ha elevatissima resistenza alla corrosione da cloruri, senza bisogno di alcun sovraspessore di corrosione. Tutto questo, a un costo addirittura inferiore a quello di uno scambiatore a fascio tubiero in cupro-nickel di pari caratteristiche termiche.
Sempre legato a motori diesel a gasolio o nafta pesante, tipicamente motori marini per applicazioni in navi mercantili, traghetti e navi da crociera, è poi l’utilizzo di scambiatori di calore per il preriscaldamento dell’olio combustibile che alimenta i motori endotermici. In questo genere di applicazioni si usano scambiatori a piastre saldobrasate, in genere piuttosto piccoli, alimentati a vapore a bassa pressione (3-4 bar) per preriscaldare il combustibile anche fino a temperature di 100°C, in modo che sia fluido al momento di arrivare agli iniettori.
Una moderna nave è però anche attrezzata di tutta una serie di azionamenti idraulici, che sono asserviti da centraline oleodinamiche:
In tutte queste applicazioni, l’olio che viene utilizzato come elemento di forza e di trasmissione dell’energia, si riscalda e deve di conseguenza essere costantemente mantenuto alla temperatura corretta perché non perda le proprie caratteristiche. Per queste applicazioni si utilizzano nuovamente scambiatori a piastre ed in questo caso quasi sempre del tipo saldobrasato, in virtù delle loro dimensioni compatte e dell’alta efficienza di scambio termico, oltre ad essere decisamente economici.
Infine, gli elementi installati nei quadri elettrici, azionamenti e componentistica elettronica di potenza quali inverter, induttori e convertitori, che si trovano spesso in zone anguste e poco areate, impongono anch’essi sistemi di raffreddamento dedicati. Il binomio elettronica e acqua è sicuramente problematico, ma le pesanti condizioni operative e i tassi elevati di riscaldamento prodotti non possono essere gestiti da sistemi analoghi ai dissipatori ad alette montati a contatto che si trovano nei personal computer. Il raffreddamento ad aria non è qui applicabile, e pertanto anche si deve fare ricorso al raffreddamento ad acqua, che viene fatta passare direttamente all’interno dei componenti elettronici di potenza grazie a circuitazioni dedicate.
L’acqua che viene utilizzata è solitamente deionizzata o demineralizzata, in ogni caso deve essere perfettamente filtrata, allo scopo di non sporcare/intasare la circuitazione di raffreddamento dei componenti. Di conseguenza questi sistemi package di raffreddamento sono realizzati in acciaio inossidabile o in materiale plastico, e sono sempre interfacciati da scambiatori a piastre, che cedono il calore al fluido di raffreddamento che, a seconda dei casi e delle applicazioni, può arrivare da:
Il tutto viene gestito da regolatori di temperatura che provvedono a comandare le valvole di ammissione dell’acqua refrigerante in base al set-point impostato.
Torna all'indice
Scarica il libro completo