RISPARMIO ENERGETICO NEGLI
SCAMBIATORI DI
CALORE CON
Una presentazione di :
Ahmad Farzaneh
Researcher
Elce International Corp.
Edificio Proconsa Piso once Calle 51 este
y Manuel Maria Icaza Campo Alegre Ciudad de Panama- Republica de Panama
Representative
for Italy
Mario Buzzi
+39 348 7357325
[email protected]
www.elceitaliana.com
Cliccare per l’avanzamento
Quando si usa l’acqua come come
componente di un sistema di scambio
termico, bisognerebbe trattarla
adeguatamente al fine di evitare la
formazione di incrostazioni saline, che
costituiscono il problema maggiore in
ogni sistema di questo tipo.
Il coefficiente di conduttività termica dovuto ad
acqua dura varia tra 1,2 e 1,4 W/m.K, che è 40
volte meno della conduttività dei tubi d’acciaio e
300 volte meno della conduttività delle tubazioni
in rame. Perciò le incrostazioni sugli scambiatori
termici ne aumentano enormemente l’isolamento,
diminuendo
rapidamente
l’intensità
del
trasferimento di calore. Il grafico seguente mostra
la correlazione tra lo spessore delle incrostazioni
sugli scambiatori e l’aumento di energia
necessaria a mantenere lo scambio termico.
Consumo di energia (%)
Relazione tra lo spessore delle incrostazioni e il
consumo di energia
80%
y = 0,1x0, 7036
R2 = 0,9698
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Spessore delle incrostazioni mm
12
13
CALCARE
Causato dalla precipitazione del calcio e altri sali a limitata solubilità, il
calcare, oltre ad isolarle, restringe progressivamente il diametro
interno delle tubature e lo irruvidisce, impedendo in tal modo un
corretto scorrimento dei fluidi.
Nei sistemi di raffreddamento con compressori, il calcare si traduce in
maggiori pressioni necessarie, aumentando la richiesta d’energia e i
costi. Ad esempio, in un’unità refrigerante da 100 ton, 1/8” di calcare
rappresenta un aumento della richiesta di energia pari al 22% rispetto
allo stesso impianto privo di depositi. Similmente, negli impianti ad
assorbimento, il calcare crea una maggiore pressione sul
condensatore, aumentando il consumo di energia.
Mentre la formazione del calcare è più rapida negli impianti aperti, a
causa degli effetti dell’evaporazione sulla concentrazione dei sali, i
sistemi a ciclo chiuso non sono esenti da depositi, se alle alte
temperature si combinano limo o sedimenti e ferro.
QUANTO IL CALCARE CONDIZIONA LA TRASMISSIONE DEL CALORE
Il vostro programma di trattamento dell’acqua dovrebbe ottenere le migliori prestazioni dalla caldaia, per cui è importante quanto anche piccole quantità di
calcare possono condizionare l’efficiente trasmissione del calore della caldaia. Quando la trasmissione è al suo massimo, sono necessarie solo piccole
quantità di combustibile per ottenere la quantità di energia richiesta dalla produzione. L’aumento del calcare impedisce la trasmissione del calore,
richiedendo quindi più carburante per ottenere la necessaria quantità di energia per riscaldamento o produzione. La seguente tabella illustra la quantità di
combustibile necessaria a bilanciare lo sporcamento da calcare. Tale diminuzione di efficienza ha un impatto diretto sui conti economici.
PROPRIETA’ ISOLANTI DEL CALCARE NELLE CALDAIE
Spessore
delle incrostazioni
Media della perdita di
efficienza
Spreco di combustibile ogni
Spreco di carbone ogni
Spreco di gas ogni
1000 Galloni
tonnellata
1000 piedi Cubici
1/64
4%
40
80 lbs.
40
1/32
7%
70
140 lbs.
70
1/16
11%
110
220 lbs.
110
1/8
18%
180
360 lbs.
180
3/16
27%
270
540 lbs.
270
1/4
38%
380
760 lbs.
380
3/8
48%
480
960 lbs.
480
1/2
60%
600
1200 lbs.
600
5/8
74%
740
1480 lbs.
740
3/4
90%
900
1800 lbs.
900
La composizione chimico-minerale dei differenti tipi di acqua varia le proprietà di isolamento da calcare nelle caldaie. Questo rende difficile misurare
esattamente il valore d’isolamento per tutti gli spessori del deposito. La perdita di efficienza può arrivare al 15% per ogni 1/16 di pollice di normali depositi
di calcio e magnesio e più del doppio con depositi di ferro e silice. La tabella qui sopra illustra la media di perdita di efficienza causata da depositi di vario
tipo.
Ci sono diversi trattamenti usati per combattere
l’insorgere di incrostazioni nei sistemi di
scambio termico. I più comuni sono i trattamenti
chimico-fisici e fisici.
I metodi chimici maggiormente usati sono:
-A scambio ionico mediante sodio
-Addolcitori chimici aggiunti all’acqua per
controllarne la durezza.
-Metodi puramente fisici per eliminare le
incrostazioni e i depositi.
I metodi fisici, economici ed ecocompatibili, stanno gradualmente
rimpiazzando i metodi chimici, più
costosi, dannosi per l’ambiente e
per la longevità di
apparecchiature e componenti.
La tecnologia ELCE offre il
vantaggio di un trattamento
fisico, senza utilizzare prodotti
chimici.
Cos’è e come funziona
l’attivatore d’acqua ELCE ?
ELCE significa Electrical Ceramics
ELCE è un attivatore d’acqua che sfrutta la
fluidizzazione elettrolitica per mezzo di
speciali ceramiche. Questo sistema di
trattamento dell’acqua ne modifica le
proprietà senza togliere o aggiungere
impurità chimiche, ioni o minerali.
L’elemento fondamentale del dispositivo di
attivazione dell’acqua ELCE si basa sulle
proprietà
delle
sfere
ceramiche
(temperatura di fusione di 1200 oC, durezza
6,8 mhos) estratte da rocce naturali.
ELCE garantisce un’alta resistenza e
durata dei materiali usati nell’unità. Grazie
a queste sue caratteristiche uniche, il
processo di attivazione ELCE può
raggiungere i massimi risultati in una vasta
gamma di applicazioni.
PRINCIPI DELL’ATTIVATORE D’ACQUA ELCE
sfere di ceramica, collocate all’interno
dell’attivatore, ruotano e sfregano l’una contro
l’altra grazie al flusso dell’acqua che passa
attraverso
il
dispositivo
ELCE.
Questo
movimento delle sfere genera deboli “correnti
elettriche” di seguito specificate:
Piroelettricità: Sono correnti elettriche che si
generano a causa della differenza di temperatura
esistente fra la superficie delle sfere di ceramica
e l’acqua, o fra le sfere interne e quelle esterne.
Questo flusso di elettroni (corrente elettrica)
interagisce con l’acqua.
Piezoelettricità: Sono correnti elettriche generate
dal cambiamento di pressione che avviene al
passaggio dell’acqua attraverso le sfere o
generate dalla differenza di pressione che si
verifica fra le sfere in movimento.
Triboelettricità (elettricità di attrito): Queste correnti
elettriche sono generate dagli urti e dallo
sfregamento delle sfere di ceramica tra di loro e
fra le sfere, l’acqua e le pareti dell’attivatore.
Le
Esami al microscopio hanno mostrato che il carbonato di calcio,
nell’acqua non trattata, ha una struttura ramificata a bastoncino.
Le prove effettuate con l’attivatore d’acqua ELCE ci consentono
di dimostrare che i cristalli di carbonato di calcio hanno
assunto, nell’acqua attivata, una forma cuboide o quasi
completamente sferica. L’alterazione della struttura impedisce il
legame tra i cristalli, all’origine delle particelle in grado di
aderire alla superficie dello scambiatore di calore.
Contemporaneamente, tali nuove strutture hanno effetto
abrasivo sulla superficie del calcare, riducendone le dimensioni.
Per questo l’attivatore d’acqua ELCE è in grado di rimuovere i
depositi di calcare e prevenirne l’ulteriore formazione.
L’acqua attivata inoltre previene la corrosione delle superfici
con le quali entra in contatto.
Confronto fra le strutture delle molecole di
carbonato di calcio prima e dopo il
trattamento con l’attivatore d’acqua ELCE.
La struttura delle
molecole di CaCO3 in
acqua normale
La struttura delle
molecole di CaCO3 in
acqua attivata ELCE.
Effetti di ELCE sulla tensione superficiale:
L’attivatore ELCE modifica la tensione
superficiale dell’acqua. Normalmente al
rubinetto essa misura 72 dyne/cm. Nell’acqua
attivata da ELCE la tensione si riduce fra i 50
e 60 dyne/cm. Come risultato, l’acqua attivata
ha una maggiore attività di superficie, con un
significativo aumento del potere detergente.
Queste superiori caratteristiche detergenti
generano
una
maggior
capacità
di
penetrazione, che forza gli interstizi formati
dalle incrostazioni e dai depositi, dispersi poi
mediante la pressione osmotica.
L’acqua normale
consiste di 40 grappoli
all’interno del nucleo.
L’acqua attivata ha
ridotto a 6 il numero
dei grappoli all’interno
del nucleo.
Modifiche delle
proprietà fisiche
dell’acqua. Le
condizioni dei grappoli
molecolari prima e dopo
l’attivazione.
È desiderabile che i liquidi
impiegati nelle operazioni di
pulizia abbiano una tensione
superficiale ridotta, in quanto,
frammentandosi più facilmente in
minutissime gocce, il liquido si
distribuisce con maggior facilità
sul materiale che s'intende pulire.
La tabella in basso a sinistra mostra i valori della tensione superficiale di
alcune sostanze. Il grafico in basso a destra illustra la variazione della
tensione superficiale con la temperatura. La tensione superficiale
dell'acqua è 72 dine/cm a 25 0C. Questo significa che per rompere la
pellicola superficiale è necessario applicare una forza di 72 dine su un
tratto di 1 cm. L'elevata tensione superficiale dell'acqua è legata alla sua
natura polare. L'acqua calda ha migliori proprietà detergenti giacché la sua
minor tensione superficiale la rende un agente bagnante più efficace, in
quanto permette di penetrare in porosità e fessure piuttosto che aggirarle
per effetto dell'elevata tensione superficiale.
sostanza
dine/cm
sostanza
dine/cm
benzene
23,70
n-ottano
21,78
etanolo
22,75
metanolo
22,71
glicerina
63,40
mercurio
435,50
acqua
72,75
Risultati dell'esperimento
Tensione superficiale (dyn/cm)
70
68
66
64
62
60
58
56
54
52
Acqua f ornita
Attivazione n° 1
Attivzione n° 2
Attivazione n° 3
Passaggi attraverso l'attivatore
ELCE ottiene la tensione superficiale dell’acqua calda
a temperatura ambiente.
Una volta che l’acqua attivata ha rimosso le incrostazioni
esistenti, essa crea un processo ossido-riduttivo
all’interno della struttura metallica. L’equazione di
Fenton spiega l’ossidazione del ferro che si trasforma da
Fe2+ a Fe3+.
H2O2 + Fe2+
Fe3+ + OH- + •OH
Il processo di ossidazione non si esaurisce in questa fase. Il
flusso costante di elettroni, prodotto dall’attività delle
ceramiche, avvia una reazione che normalmente inizia a
100° C e termina a 200° C. Con ELCE l’ossidazione può
avvenire a temperatura ambiente, convertendo Fe2 in
magnetite. La magnetite costituisce una robusta barriera
alla corrosione, proteggendo le superfici metalliche.
• 3 Fe (OH)2
Fe3 O4 + H2 + 2 H2O
In aggiunta alla prevenzione permanente dalle
incrostazioni
sulla
superficie
di
apparecchiature e tubazioni, ELCE previene
la corrosione di Evan (l’accumulo di sedimenti
su superfici metalliche in una zona corrosiva
appena dietro i depositi. Questo effetto è dovuto
all’assenza di ossigeno disciolto nell’acqua).
ELCE può anche ridurre lo sviluppo di
corrosioni galvaniche. (l’acqua attivata arresta
le correnti galvaniche e previene la corrosione
o, comunque, riduce sensibilmente la velocità
di tali correnti).
Gli effetti dell’acqua attivata con ELCE su tubature e strutture di
condensatori già colpiti da rilevanti depositi calcarei.
All’inizio della prova
Dopo 17 giorni
49 giorni sono bastati a ripulire tutto
Dopo 30 giorni
I risultati di ELCE nei condensatori
evaporativi
Prima di
installare ELCE
30 giorni dopo
l’installazione di
ELCE
La tecnologia ELCE si armonizza nei
sistemi di evacuazione del calore che
sfruttano l’evaporazione dell’acqua in
torri di raffreddamento e condensatori
evaporativi.
L’attivatore d’acqua
ELCE si integra
perfettamente nei
condensatori
evaporativi e sfrutta la
stessa pompa di
raffreddamento per
produrre i propri
positivi effetti. Non
necessita nessuno
spazio addizionale per
ulteriori pompe di
ricircolo o altre
attrezzature per il
trattamento
dell’acqua.
L’attivatore ELCE
assicura l’ottimale
capacità di
trasferimento
termico dei
condensatori. I costi
energetici sono
sensibilmente
ridotti, come pure si
riducono al minimo
i costi di
manutenzione.
L’installazione di ELCE
in torri di
raffreddamento che
usano condensatori può
essere progettata sia
come sistema
indipendente, sia
accoppiato ad un sistema
di ricircolo già esistente.
Questo significa che un
piccolo, compatto
attivatore d’acqua ELCE
riesce a soddisfare le
necessità di un efficace
schema di ricircolo.
Con ELCE la concentrazione totale di solidi nell’acqua
delle torri di raffreddamento può arrivare sino a 1500
mg/l. Il sistema ELCE può consentire risparmi nei
consumi d’acqua variabili tra il 40 e il 60%
Una valvola di controllo
assicura un corretto flusso
nell’apparato di
attivazione.
Il flusso può essere
istantaneamente
visualizzato e controllato
manualmente.
Una volta stabilito il
corretto flusso, non servono
altri controlli o altre
misurazioni.
Perché si risparmia energia
1Il risparmio primario deriva dalla riduzione
dell’energia utilizzata per riscaldare o raffreddare. Questo
risparmio si ottiene con la prevenzione del calcare o la
sua rimozione dalla superficie dello scambiatore, in cui
anche una sottile pellicola di 0,8mm può aumentare il
consumo del 10%.
2Un secondo risparmio di energia deriva dalla
riduzione del carico della pompa, o della pressione
dell’impianto, consentito da tubature libere e senza
depositi e restringimenti.
Percentuale perdita di efficienza
Percentuale della perdita di efficienza generata dal calcare
100
80
60
40
20
0
0,40
0,79
1,59
3,18
4,80
6,35
9,53
12,70
15,87
19,05
1/64
1/32
1/16
1/8
3/16
1/4
3/8
1/2
5/8
3/4
Strato di calcare (mm)
Strato di Calcare (in)
Conduttività termica dei depositi
MATERIALE
Conduttività termica, Btu/
2
o
ft hr f
Fosfato di Calcio
Solfato di calcio
Fosfato di magnesio
Ossido di magnetite
Deposito di silicato ( poroso )
Acciaio della caldaia
Mattone refrattario
Mattone isolante
25
16
15
20
0,6
310
7
0,7
Alcuni esempi di applicazione del sistema ELCE in processi industriali
Processo
tecnologico (fase)
Riscaldamento
delle acque.
Produzione di
energia termica.
Raffreddamento
Variazione delle caratteristiche del liquido
Cambiamento delle proprietà
fisiche dell’acqua.
Cambiamento della struttura
dell’acqua raffreddata.
Effetti economici e tecnici
Risparmio energetico:
La prevenzione dei depositi di
sali riduce il consumo specifico
di combustibile dell’8 - 15 %.
Riduzione dei costi generali per
l’energia.
Risparmio di risorse:
Prevenzione dai sedimenti di
sali nelle tubature e negli
scambiatori di calore.
Aumento della resa di
compressori e pompe.
Aumento delle resa
dell’impianto.
I condizionatori d’aria realizzano lo scambio di calore mediante la circolazione di acqua
fredda all’interno dello scambiatore (condensatore). Tuttavia, con il trascorrere del
tempo, il calcare si deposita sulla parete interna del tubo dello scambiatore di calore
(depositi di minerali come Si e Ca), riducendone l’efficienza. Di conseguenza la
pressione necessaria aumenta, aumentando di conseguenza i consumi. Se non si
interviene, la pressione aumenta ulteriormente, arrivando a provocare l’arresto
dell’apparecchiatura da parte dell’interruttore di sicurezza. Per ripristinarne l’efficienza,
l’interno del tubo dello scambiatore deve essere pulito e scrostato. È, pertanto,
auspicabile identificare un ciclo di pulizia ottimale e costante, che tagli gli aumenti di
costo provocati dai maggiori consumi.
I benefici ambientali ed
economici della tecnologia
ELCE si possono così
riassumere:
ELCE garantisce:
Massima efficacia nell’eliminazione e
nella prevenzione dei depositi
sedimentari.
Una tecnologia amica dell’ambiente.
La totale eliminazione della perdita di
energia.
Un risparmio d’acqua tra il 40 e il 60%
rispetto ai sistemi a scambio ionico.
Non sono necessari agenti chimici per la
rigenerazione.
Requisiti minimi di manutenzione.
Facile assemblaggio e installazione con
requisiti minimi di spazio e risorse.
Un periodo medio di recupero
dell’investimento inferiore a 12 mesi.
10 anni di garanzia dei ricambi.
La tecnologia ELCE offre una soluzione concreta
ed economica per l’efficienza dei sistemi di
raffreddamento a torre e condensatori
evaporativi. L’armonica integrazione del sistema
ELCE, i benefici derivanti dal risparmio
energetico, la riduzione dei costi aggiuntivi, i
minimi costi operativi e di manutenzione richiesti,
il rapido ammortamento, l’ampio periodo di
garanzia e la compatibilità con l’ambiente, ci
consentono di raccomandarne l’uso come ideale
sistema di trattamento delle acque.
Grazie.
Apr. 12, 2007