EE-Metal
Scambiatori di calore
Migliori tecniche disponibili (BAT)
Le BAT consistono nel mantenere l'efficienza degli scambiatori di calore attraverso:
- il monitoraggio periodico dell'efficienza
- la prevenzione dello sporcamento delle batterie di scambio termico e la rimozione di depositi e incrostazioni
Breve descrizione tecnica
Il recupero diretto di calore avviene tramite l'impiego di scambiatori. Uno scambiatore di calore è un dispositivo in cui l'energia viene trasferita da un fluido ad un altro con l'interfaccia di una superficie solida. Gli scambiatori possono essere utilizzati sia per esigenze di riscaldamento che di raffreddamento e il passaggio del calore avviene sia per convezione che per conduzione.
Gli scambiatori di calore sono progettati per ottimizzare il trasferimento di energia in determinate e specifiche applicazioni ed entro determinati limiti operativi. Fluttuazioni nei valori di determinate variabili sono possibili ma hanno ripercussioni sul flusso di energia, il coefficiente di scambio termico (U-value) e le perdite di carico del mezzo.
Il coefficiente di scambio termico e, di conseguenza, la potenza termica dello scambiatore sono influenzati dalla conducibilità termica del materiale, oltre che dal suo spessore e dallo stato di conservazione della superficie.
Nel progetto dello scambiatore e nella scelta dei materiali si deve ovviamente tenere conto dei costi ma anche dalle sollecitazioni termiche e meccaniche in gioco.
La potenza termica trasferita attraverso lo scambiatore è fortemente dipendente dalla sua superficie. Quest'ultima può essere incrementata utilizzando opportune sagomature (ad es. scambiatori a fasci tubieri scanalati, scambiatori alettati ecc.), specialmente in presenza di bassi coefficienti di scambio termico (ad es. negli scambiatori a gas).
L'accumulo di sporcizia sulla superficie dello scambiatore ostacola il trasferimento del calore ma può essere ridotto utilizzando materiali adeguati (superfici ad elevata scabrezza), adottando forme particolari (ad es. scambiatori a spirale) o modificando le condizioni di funzionamento (ad es. alte velocità del fluido). Gli scambiatori di calore possono inotre essere muniti di sistemi di pulizia automatici.
L'aumento di portata del fluido, così come una crescita della turbolenza, aumenta il coefficiente di trasferimento del calore incrementando tuttavia anche le perdite di carico. Per creare una turbolenza maggiore si può ricorrere a scambiatori a piastre o a deflettori.
La potenza termica dipende anche dalle caratteristiche fisiche e termodinamiche del fluido (ad es. temperatura e pressione). Se viene utilizzata aria come fluido primario, essa può essere umidificato a monte dell'ingresso nello scambiatore di calore, così da migliorare lo scambio termico.
Benefici ambientali conseguibili
I risparmi di energia sono ottenuti sfruttando calore di scarto, che altrimenti verrebbe dissipato senza alcun beneficio utile.
Effetti collaterali
Nessun dato disponibile
Dati operativi
Per il monitoraggio delle condizioni dei tubi di uno scambiatore di calore si può ricorrere ad ispezioni basate sul principio delle correnti parassite. Ciò viene spesso simulato attraverso la fluidodinamica computazionale (CFD). La termografia infrarossa risulta invece molto utile per le verifiche superficiali, in quanto consente di rilevare variazioni significative di temperatura e picchi termici.
La formazione di incrostazioni sulle superfici di scambio può essere un problema serio. Spesso per operazioni di raffreddamento viene impiegata acqua spesso contenente sedimenti o impurità, in quanto prelevata da qualche fiume o dal mare, facilitando fenomeni di deposizione. A ciò si aggiungono eventuali incrostazioni legate a reazioni chimiche di precipitazione (carbonati di calcio o di magnesio) per effetto della temperatura (ad es. depositi calcarei o incrostazioni silicee). Per questi motivi:
- gli scambiatori di calore devono essere puliti periodicamente, anche attraverso operazioni di smontaggio, pulizia e ri-assemblaggio
- gli scambiatori di calore possono essere puliti per via chimica (ad es. con reagenti acidi) o meccanica (pulizia con getti d'acqua/aria o percussione con sfere di metallo fatte cadere per gravità)
- le specifiche tecniche devono essere selezionate caso per caso.
Applicabilità
I recuperatori di calore sono ampiamente usati nell'industria, con risultati soddisfacenti.
Sono utilizzati in un numero sempre maggiore di casi e applicazioni, molti dei quali indirizzati a utenze esterne allo stabilimento. Il recupero termico non è naturalmente applicabile quando non vi è contemporaneità tra le curve di domanda e produzione del calore.
Fattori economici
Il tempo di ritorno è piuttosto variabile (può essere di pochi mesi come di diversi anno). In una cartiera austriaca, il tempo di ritorno di un impianto complesso si è attestato tra uno e tre anni.
Il rapporto costi-benefici e il tempo di ritorno dell'investimento possono essere calcolati in maniera abbastanza semplice.
Alcuni interventi, soprattutto se prevedono la fornitura di energia ad utenze termiche esterne al complesso industriale (ad es. teleriscaldamento), sono sovvenzionati con finanziamenti e incentivi pubblici.
Fattori chiave per l'implementazione
- riduzione dei costi per l'energia, riduzione delle emissioni e ridotti tempi di ritorno dell'investimento
- miglioramento dei processi (ad es. riduzione delle superfici di contaminazione in presenza di rottami ecc.), miglioramento di apparecchiature esistenti, riduzione delle perdite di carico
- minori spese per il trattamento degli effluenti
Esempi applicativi
Lavaggio acido: Eurallumina, Portovecompany, Italia