Monitorare e migliorare le prestazioni degli scambiatori di calore grazie alla misurazione della temperatura differenziale: alcuni consigli pratici.

Dato il continuo aumento dei costi energetici, che sta diventando una percentuale sempre maggiore nel costo del prodotto finale, i consumatori industriali di quasi tutti i settori sentono l’esigenza di dover risparmiare energia.
Uno dei possibili modi di migliorare l’efficienza energetica è di perfezionare un processo esistente, in modo da incrementare il recupero di calore all’interno e tra le unità di processo. Il calore viene recuperato dai flussi di scarico e utilizzo per pre-riscaldare i flussi di processo generalmente riscaldati con combustibili fossili, ben più costosi, in forni o caldaie. L’aumento della temperatura di 6°C generato dal calore di scarto o di processo permette di ridurre il consumo di combustibile dell’1% e, quindi, di limitare i costi.
Lo scambiatore di calore è utilizzato in varie forme per trasferire calore da un fluido caldo a uno freddo. La differenza di temperatura tra i due fluidi è un fattore fondamentale per il trasferimento di calore, che viene misurato come temperatura differenziale per monitorare le prestazioni dello scambiatore di calore e mantenerle a livelli ottimali.

Soluzione: il trasmettitore di temperatura SmartLine

• Il trasmettitore di temperatura SmartLine® di Honeywell è la soluzione ideale per soddisfare tutti i requisiti sopra esposti.
  Misurazione della temperatura differenziale in uscita con due ingressi per sensori.
  Scambiatore di calore tipico a tubo diritto con indicazione del percorso di entrambi i fluidi. I trasmettitori di temperatura SmartLine offrono una doppia funzione di ingresso, che permette a un unico trasmettitore di misurare la variazione di temperatura delta tra entrata e uscita.

CARATTERISTICHE E VANTAGGI

• Massima stabilità a livello industriale, con deriva allo 0,01% di URL per 10 anni, che garantisce misurazioni della temperatura precise e affidabili con una minore manutenzione.
• Trasmettitore singolo con funzione di ingresso doppio per una misurazione più facile della temperatura differenziale, e quindi, una semplificazione in fase di cablaggio e installazione.
• La funzione di surriscaldamento dell’hardware o del software segnala al personale addetto alla manutenzione l’eventuale guasto di un sensore o la presenza di problemi legati a un sensore, riducendo così i tempi di inattività dell’impianto.
• Opzioni di montaggio flessibile, per una maggiore flessibilità dell’utente in base al punto di misurazione.
• La tracciabilità dei valori massimi e minimi della temperatura di processo permette di monitorare la temperatura del dispositivo dell’hardware dell’impianto.
• Definizione dei valori massimo e minimo delle misurazioni per garantire che i limiti non superino i valori predefiniti dal processo e dal fornitore del dispositivo.
• Disponibilità di una funzione di surriscaldamento dell’hardware o software. Questo segnala al personale addetto alla manutenzione l’eventuale guasto di un sensore o la presenza di problemi legati a un sensore, riducendo così i tempi di inattività dell’impianto e del dispositivo.
• Certificazione di sicurezza conforme alla norma IEC 61508, che lo rende compatibile con i sistemi di sicurezza e migliora, così, la sicurezza generale dell’impianto, riducendo i rischi.

Scambiatori di calore
Uno scambiatore di calore è un dispositivo che permette di trasferire l’energia prodotta dal calore da un fluido a un altro per qualsiasi processo tra quelli sotto elencati:

• Scaldare un fluido più freddo con uno più caldo.
• Abbassare la temperatura di un fluido caldo con uno più freddo.
• Condensare un fluido gassoso con un fluido più freddo.

Misurazione delle prestazioni degli scambiatori di calore
a) La quantità di calore trasferita (guadagnata o persa) è un metro di misurazione usato per gli scambiatori di calore. È il prodotto tra la portata massica del fluido (m), il calore specifico del fluido (Cp) e la differenza di temperatura tra l’ingresso e l’uscita del fluido.
Q = m*Cp* (T ingresso – T uscita)
La capacità di misurazione del differenziale può essere usata per calcolare la quantità di calore trasferito.
b) Al contrario dell’efficienza, l’efficacia di uno scambiatore di calore viene misurata per determinarne le prestazioni. Anche in questo caso, viene calcolato il rapporto tra la quantità di calore trasferito e quello potenzialmente trasferibile.
La temperatura differenziale è anche qui un parametro fondamentale ai fini dei calcoli.
c) Il coefficiente di trasferimento del calore complessivo è un fattore importante calcolato periodicamente per determinare un periodo economicamente favorevole per la pulizia dello scambiatore di calore.
(U=Q/A Δ Tlm)
Questo coefficiente dipende anche dalla media logaritmica della temperatura differenziale.
Oltre a monitorare le prestazioni degli scambiatori di calore, la temperatura differenziale permette anche di prevedere eventuali guasti e problemi legati alla corrosione, estremamente comuni negli scambiatori di calore.

Applicazioni
Di seguito sono indicate alcune tra le applicazioni più comuni degli scambiatori di calore con possibilità di misurazione della temperatura differenziale.
Scambiatori di calore a fascio tubiero
Sono formati da un fascio di tubi paralleli che forniscono la superficie di trasferimento del calore che separa i due flussi di fluidi. Nella maggior parte dei casi, gli evaporatori utilizzati nelle unità dedicate alla trasformazione alimentare, alle sostanze chimiche, all’acciaio e ai tessuti sono a fascio tubiero.

Condensatori
Le unità di raffinazione del greggio e di produzione di sostanze chimiche utilizzano ampiamente i condensatori per condensare i componenti derivati da miscele gassose.
Scambiatori di calore a piastre
Nonostante siano impiegati in varie applicazioni, sono particolarmente comuni nelle industria casearia, della birra e di lavorazione della frutta, ovvero in tutti quei settori accomunati dal processo di pastorizzazione.

I vantaggi di Honeywell
Data la sua affidabilità, il trasmettitore di temperatura SmartLine è ideale per monitorare le prestazioni e l’efficienza degli scambiatori di calore industriali. La funzione integrata di misurazione della temperatura differenziale, il supporto per i comuni protocolli industriali (DE, HART e FF), le certificazioni di sicurezza, le opzioni di montaggio flessibile e i risultati comprovati in tali applicazioni consentono di scegliere in totale tranquillità un trasmettitore di temperatura per le proprie operazioni. Questi dispositivi dispongono della completa assistenza dei servizi tecnici di Honeywell.

Famiglia di trasmettitori SmartLine
I trasmettitori di pressione, temperatura, livello e a variabili multiple SmartLine offrono un valore totale per l’intero ciclo di vita dell’impianto, dalla costruzione al funzionamento fino alla manutenzione.
Prestazioni intelligenti: La precisione, stabilità e i tempi di risposta del modello SmartLine offrono un controllo di processo più rigido, migliorando il rendimento e la qualità dei prodotti.
Design intelligente: L’innovativo design modulare di SmartLine riduce la complessità permettendo sostituzioni rapide dei componenti, senza rimuovere i trasmettitori dal processo e, quindi, riducendo i tempi di inattività, i costi di manutenzione e l’inventario dei pezzi di ricambio. I terminali universali SmartLine riducono gli errori di cablaggio, i problemi tecnici e le rilavorazioni grazie alla possibilità di inversione dei cablaggi del circuito. Le funzioni avanzate di visualizzazione e di configurazione locale consentono agli operatori sul campo di eseguire i rispettivi compiti, risolvere gli eventuali problemi ed evitare errori in maniera più efficiente, senza dover ricorrere a dispositivi portatili.
Esperienza intelligente dell’utente: Le funzioni intelligenti di messaggistica, manutenzione e sicurezza, oltre all’integrazione, unica nel suo genere, con il sistema di controllo Experion® permettono di ridurre gli errori di progettazione e dell’operatore e di intervenire più rapidamente per evitare problemi di processo.