Cliccare per l’avanzamento 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 m.buzzi@elceitaliana.com 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.

Relazione tra lo spessore delle incrostazioni e il consumo di energia

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.  

PROPRIETA’ ISOLANTI DEL CALCARE NELLE CALDAIE 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. 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 1000 Galloni Spreco di carbone ogni tonnellata Spreco di gas ogni 1000 piedi Cubici 1/64 4% 40 80 lbs. 1/32 7% 70 140 lbs. 1/16 11% 110 220 lbs. 1/8 18% 180 360 lbs. 3/16 27% 270 540 lbs. 1/4 38% 380 760 lbs. 3/8 48% 480 960 lbs. 1/2 60% 600 1200 lbs. 5/8 74% 740 1480 lbs. 3/4 90% 900 1800 lbs.

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 eco- compatibili, 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 Le 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.

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. Modifiche delle proprietà fisiche dell’acqua. Le condizioni dei grappoli molecolari prima e dopo l’attivazione. L’acqua attivata ha ridotto a 6 il numero dei grappoli all’interno del nucleo.

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 benzene 23,70 n-ottano 21,78 etanolo 22,75 metanolo 22,71 glicerina 63,40 mercurio 435,50 acqua 72,75                                                     

ELCE ottiene la tensione superficiale dell’acqua calda a temperatura ambiente.

H2O2 + Fe2+ Fe3+ + OH- + •OH 3 Fe (OH)2 Fe3 O4 + H2 + 2 H2O 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).

All’inizio della prova 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 1- Il 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%. 2- Un 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 della perdita di efficienza generata dal calcare

Conduttività termica dei depositi

Alcuni esempi di applicazione del sistema ELCE in processi industriali Processo tecnologico (fase) Variazione delle caratteristiche del liquido Effetti economici e tecnici Alcuni esempi di applicazione del sistema ELCE in processi industriali Risparmio energetico: La prevenzione dei depositi di sali riduce il consumo specifico di combustibile dell’8 - 15 %. Riduzione dei costi generali per l’energia. Riscaldamento delle acque. Produzione di energia termica. Cambiamento delle proprietà fisiche dell’acqua. 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. Cambiamento della struttura dell’acqua raffreddata. Raffreddamento

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