Scambiatore di calore a tubo alettato personalizzato per l'utilizzo del calore di scarto del compressore d'aria

In molte fabbriche, il compressore d'aria funziona per ore ogni giorno, svolgendo silenziosamente il suo lavoro in un angolo dello stabilimento. Fornisce aria compressa per valvole, utensili, linee di confezionamento e apparecchiature di produzione, ma smaltisce anche una sorprendente quantità di energia sotto forma di calore. Ecco perché il recupero di calore tramite compressore ha iniziato a ricevere maggiore attenzione. Atlas Copco rileva che oltre il 90% dell'energia elettrica utilizzata da un compressore viene convertito in calore di compressione, mentre Kaeser afferma che essenzialmente il 100% dell'energia elettrica immessa in un compressore d'aria industriale finisce sotto forma di calore da qualche parte nel sistema, con una quota molto ampia di quel calore recuperabile per scopi utili.

È qui che uno scambiatore di calore a tubi alettati diventa una soluzione molto pratica. L'idea è semplice: invece di lasciare che il calore del compressore scompaia nell'atmosfera, il sistema trasferisce quel calore a un altro flusso d'aria o flusso di fluido che può essere effettivamente utilizzato nell'impianto. Un design a tubo alettato funziona particolarmente bene quando l'aria è uno dei mezzi, poiché le alette aumentano la superficie di trasferimento del calore e aiutano a spostare il calore in modo più efficace tra il fluido sul lato del tubo- e l'aria circostante. I riferimenti al vapore e al riscaldamento di processo del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti- sottolineano specificamente che gli scambiatori di calore a tubi alettati sono comunemente utilizzati per riscaldare l'aria nelle applicazioni di essiccazione e di riscaldamento degli ambienti-, motivo per cui si adattano in modo così naturale ai progetti di recupero del calore dei compressori.

Nell'uso industriale reale, il calore di un compressore d'aria può essere recuperato in due modi comuni. Il primo consiste nel catturare l'aria calda di scarico da un compressore raffreddato ad aria-e dirigerla verso un'altra area che necessita di calore. Kaeser lo descrive come un metodo semplice per il riscaldamento degli ambienti, utilizzando condutture e controlli per inviare l'aria riscaldata a officine, magazzini o stanze vicine. Il secondo metodo consiste nel recuperare il calore in un circuito di acqua o fluido di processo-, quindi far passare il fluido caldo attraverso uno scambiatore di calore per un altro scopo utile. Atlas Copco spiega che i sistemi di compressori raffreddati ad acqua- possono recuperare il calore nei circuiti dell'acqua calda e Kaeser sottolinea che il riscaldamento dei fluidi dai compressori può essere utilizzato per applicazioni quali acqua di reintegro delle caldaie, riscaldamento dei fluidi di processo-, processi di alimenti e bevande e servizi di acqua calda.

Per molti impianti uno scambiatore di calore a tubi alettati è interessante perché trasforma l’energia recuperata in qualcosa di immediatamente utile: aria riscaldata. Ad esempio, una fabbrica può recuperare il calore dal radiatore dell'olio del compressore o dal circuito dell'acqua di raffreddamento-, inviare il fluido caldo attraverso una serpentina a tubi alettati e utilizzare una ventola per soffiare aria ambiente attraverso le alette. Il risultato è aria calda che può essere fornita a un'officina, a una stanza di essiccazione, a un'unità di-recupero dell'aria-fresca o a un'area di produzione durante i mesi più freddi. Ciò fa sì che il sistema sembri meno un componente aggiuntivo-di efficienza energetica-e più un componente funzionante dell'impianto che compensa altre richieste di riscaldamento ogni giorno in cui il compressore è in funzione. Le linee guida del DOE sui sistemi di compressione affermano che il calore di scarto del compressore può essere utilizzato in modo efficace per il riscaldamento degli ambienti e per il riscaldamento dell'acqua di processo-, spesso con un ritorno dell'investimento interessante perché il calore viene già prodotto comunque.

Ciò che rende particolarmente adatto il modello a tubi alettati è la natura dell'aria stessa. L'aria è un mezzo di trasferimento del calore-relativamente mediocre rispetto all'acqua, quindi i tubi nudi da soli spesso non sono sufficienti se si desidera una bobina compatta ed efficace. Aggiungendo le alette, lo scambiatore guadagna molta più area di contatto sul lato aria, il che migliora le prestazioni senza rendere l'unità eccessivamente grande. Questo è il motivo per cui le batterie a tubi alettati sono così ampiamente utilizzate nei riscaldatori d'aria, nei riscaldatori per condotte, nelle unità di ricambio dell'aria-e nelle apparecchiature di essiccazione. In un sistema di recupero del calore del compressore, questo stesso principio aiuta a convertire il calore di scarto a basso-costo in un flusso stabile e utilizzabile di aria calda di processo.

Una buona progettazione del recupero di calore del compressore non riguarda solo lo scambiatore di calore stesso. L'intero sistema deve essere abbinato correttamente. Kaeser sottolinea l'importanza della corrispondenza termica tra il calore disponibile dal compressore e il calore effettivamente necessario al processo. Questo punto conta più di quanto molte persone credano. Se il compressore funziona solo in modo intermittente, ma la richiesta di riscaldamento è continua, il calore recuperato potrebbe non essere sufficiente. Se la temperatura dell'acqua disponibile è troppo bassa, l'aria in uscita dalla batteria a tubi alettati potrebbe non essere sufficientemente calda per l'applicazione. E se la batteria viene selezionata solo per ipotesi, il risultato potrebbe essere una notevole caduta di pressione, un flusso d'aria debole o una temperatura di uscita deludente. Un sistema ben-progettato deve bilanciare le ore di funzionamento del compressore, il calore disponibile, la temperatura del fluido, il flusso d'aria e le condizioni target dell'aria-off.

Un altro motivo per cui questi sistemi meritano attenzione è l’entità dei risparmi. Atlas Copco afferma che fino al 94% del calore di compressione può essere recuperato, mentre Kaeser afferma che fino al 96% del calore può essere utilizzato nelle giuste condizioni. Queste non sono promesse valide per ogni installazione, ma dimostrano perché il recupero del calore dai compressori è spesso uno dei progetti energetici più pratici in una fabbrica. Invece di bruciare nuovo combustibile o aggiungere riscaldatori elettrici per ogni servizio di riscaldamento, l’impianto può riutilizzare il calore già pagato una volta attraverso il consumo energetico del compressore.

Dal punto di vista dell'operatore dell'impianto-, questo è davvero l'argomento più forte a favore di uno scambiatore di calore a tubi alettati in questo tipo di sistema. Non è un'attrezzatura glamour. Di solito non ottiene i riflettori. Ma aiuta a trasformare un compressore da puro consumatore di energia in una fonte di energia parziale. Può ridurre i costi di riscaldamento, migliorare l’efficienza complessiva del sistema e utilizzare meglio le apparecchiature che sono già in funzione ogni giorno. In molti casi, il calore più intelligente in una fabbrica non è affatto il calore nuovo. È il calore che era già lì, in attesa di essere recuperato e utilizzato adeguatamente.