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Il buon funzionamento del forno da vuoto è un fatto indispensabile: a prescindere dal settore in cui operate, non sono accettabili costosi tempi di fermo per guasto. Perciò vorrei darvi 5 consigli per evitare danni che l’acqua di processo del sistema di raffreddamento, o l’utilizzo di impianti inadatti, potrebbe causare al vostro forno. Infine, vi dirò anche cosa succede durante una specifica situazione di emergenza...
1. La qualità dell’acqua fa la differenza?
Corrosione, depositi, crescita microbiologica possono produrre effetti devastanti al vostro sistema di raffreddamento. L’acqua di processo deve avere precise caratteristiche di purezza, analoghe a quelle richieste per una caldaia. Ad esempio: non deve essere corrosiva, non deve essere demineralizzata, non deve contenere ossigeno disciolto, non deve avere in sospensione sabbie fini per evitare occlusioni nei circuiti di raffreddamento, ecc.
La gestione corretta di un sistema di raffreddamento richiede il controllo di pochi ma fondamentali parametri chimici, fisici e microbiologici. Le analisi necessarie per tali controlli sono molto semplici e non richiedono una particolare preparazione né attrezzature costose o di difficile reperibilità.
2. Circuito aperto o chiuso: attenzione all’ossigeno!
Per assicurare la massima efficienza termica è importante avere un sistema di raffreddamento adeguato. Ma per un funzionamento efficiente e senza problemi dell’impianto, è fondamentale mantenere l’acqua di processo nei valori richiesti cercando di prevenire un pericoloso arricchimento di ossigeno disciolto. Una condizione che, purtroppo, si verifica quando si utilizza un sistema di raffreddamento a circuito aperto (come la torre evaporativa a scambio diretto) e con ritorno in vasca a caduta libera: l’acqua viene raffreddata mediante lo scambio diretto con l’aria portando con sé una serie di inconvenienti. Quali? Ad esempio, la creazione di un ambiente favorevole alla crescita batteriologica con la conseguente perdita di efficienza nello scambio termico per via della formazione di limo o flora batterica.
Per uno scambio e una gestione di calore ottimale è preferibile un sistema di raffreddamento a circuito chiuso in quanto consente di evitare il contatto dell’acqua con l’ambiente (e l'ossigeno). Come? Il liquido, contenuto in un’apposita vasca (di dimensioni compatibili con le caratteristiche del forno) viene protetto a livello superficiale da un velo di gas neutro (azoto) che impedisce all’ossigeno dell’aria di sciogliersi o miscelarsi all’acqua.
3. Qual è la giusta temperatura dell’acqua?
L’acqua nel ciclo di processo favorisce il rapido smaltimento del calore. Ma fate attenzione, perché una temperatura troppo elevata dell’acqua, soprattutto nella fase di spegnimento per il raffreddamento e la tempra della carica, può danneggiare il forno a vuoto. All’interno del forno uno scambiatore di calore gas-acqua esercita uno scambio termico con la carica e le parti del forno stesso (camera termica, resistore), producendo il riscaldamento dell’acqua che circola nello scambiatore. Tale riscaldamento non deve superare la soglia di temperatura (ca. 60°C) alla quale si verifica la separazione dei sali contenuti e disciolti nell’acqua, che fissandosi sul metallo creano depositi solidi in camicia all’interno dello scambiatore stesso o nei vari circuiti, riducendo le sezioni di passaggio dell’acqua.
Un riempimento dei vari circuiti con acqua a temperatura troppo elevata può creare distorsioni strutturali nelle parti del forno da vuoto maggiormente sottoposte a sollecitazioni termiche. Per esempio, i passanti di corrente nella parte del conduttore in rame possono raggiungere la temperatura di fusione ed essere responsabili di un riempimento di acqua del vessel, distruggendo la parte in grafite dell’isolamento e del resistore.
Il forno per poter fare fronte alla grande necessità di acqua ha bisogno di una capacità (vasca o serbatoio) dimensionata per il trasferimento delle calorie dal forno e dalla carica in tempi brevi. La capacità della vasca condiziona il dimensionamento del sistema di raffreddamento dell’acqua in essa contenuta. Naturalmente, più grande è la vasca tanto più piccolo sarà il sistema di raffreddamento dell’acqua in essa contenuta. Quando i forni sono numerosi la dimensione della vasca è calcolata su valori mediati di comportamento nei rispettivi cicli termici.
L’acqua all’ingresso del forno deve avere una temperatura inferiore a 25°C. Questa temperatura offre il vantaggio di servire tutte le parti del forno, compresa la pompa a diffusione. Quando la temperatura dell’acqua raggiunge un valore superiore (max. 30°C) è necessario rendere indipendente la circolazione dell’acqua di raffreddamento della pompa a diffusione utilizzando un chiller (sistema di raffreddamento a circuito frigorifero) dedicato esclusivamente a questo circuito.
4. Proteggi l’impianto dal freddo esterno
Se l’impianto di raffreddamento si trova in ambienti molto freddi, la vasca dell’acqua può essere dotata di un riscaldatore (a resistenza elettrica). Per evitare danni localizzati a parti di impianto, quando il forno è messo a riposo, è necessario che le pompe di circolazione continuino ad essere attive.
Nel caso di un impianto di raffreddamento situato in regioni non particolarmente fredde, per evitare la formazione di ghiaccio durante la stagione invernale, è possibile miscelare sostanze anticongelanti (glicole) con l’acqua. Ma fate attenzione, perché il glicole non deve essere aggressivo verso l’acciaio (questo in relazione anche al problema dello smaltimento).
Vediamo ora il quinto consiglio che vi può consentire un notevole risparmio energetico con benefici per l’ambiente e le vostre tasche! Infine, vi dirò anche cosa succede in caso di interruzione della corrente elettrica al sistema di raffreddamento del forno...
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5. Raffredda l’acqua di processo pensando alle tue tasche
Il raffreddamento dell’acqua in vasca può essere fatto con torri evaporative a circuito chiuso o air coolers, con chiller di grossa dimensione o per mezzo di scambiatori acqua-acqua, qualora esista una sorgente d’acqua fredda a perdere (per esempio, con acqua prelevata da lago o fiume). Oggi, in particolare, esiste anche un sistema di raffreddamento adiabatico a circuito chiuso (brevetto internazionale - produttore Alfa Laval - Abatigo ABT). Si tratta di un sistema evoluto di air cooler, assistito da acqua evaporata, che consente un risparmio notevole di energia elettrica e di acqua garantendo il massimo rispetto per l’ambiente. Come funziona il sistema di raffreddamento adiabatico a circuito chiuso? Il sistema di raffreddamento adiabatico consiste nell’abbassare la temperatura dell’aria (scambio aria-acqua) aumentandone l’umidità relativa, cioè saturandola di acqua evaporata per raggiungere, al limite, la temperatura di bulbo umido.
Il costo di esercizio di un impianto di raffreddamento che azioni più pompe dell’acqua e che serva più forni può essere elevato, soprattutto se non viene limitata l’erogazione di acqua su impianti fermi per soste di brevi manutenzioni o fasi di ciclo (carico – scarico) durante le quali non necessitano di alcun raffreddamento.
E in caso di black-out dell’impianto di raffreddamento?
Il forno, durante il ciclo di processo, non può rimanere senza un raffreddamento. In caso di interruzione della corrente elettrica, sono 3 le operazioni che possono essere attivate per garantire la sicurezza del forno:
- aprire una valvola normalmente chiusa (si apre quando viene a mancare l’alimentazione elettrica) da una tubazione collegata all’acqua cittadina e, contemporaneamente, chiudere le valvole di circuiti meno importanti per concentrare il flusso sui particolari ad alto carico termico;
- in mancanza di una fornitura idrica esterna, utilizzare una pompa che pesca direttamente in vasca, mossa dal gas del serbatoio di azoto (sempre collegato al forno);
- utilizzare un generatore di corrente elettrica che azioni le pompe della vasca che inviano l’acqua al forno.
Come tutti gli impianti, anche il sistema di raffreddamento del vostro forno a vuoto necessita di piccoli accorgimenti per garantire un funzionamento efficiente nel tempo. E voi, monitorate con costanza il sistema di raffreddamento per evitare danni al vostro forno a vuoto?
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