RISPARMIO ENERGETICO NEGLISCAMBIATORI DI CALORE CON

Una presentazione di :

Ahmad FarzanehResearcher

Elce International Corp.Edificio Proconsa Piso once Calle 51 este y Manuel Maria Icaza Campo Alegre - Ciudad de Panama- Republica de Panama

Mario Buzzi+39 348 7357325m.buzzi@elceitaliana.comwww.elceitaliana.com

Representativefor Italy

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Quando si usa l’acqua come come Quando si usa l’acqua come come componente di un sistema di scambio componente di un sistema di scambio

termico, bisognerebbe trattarla termico, bisognerebbe trattarla adeguatamente al fine di evitare la adeguatamente al fine di evitare la

formazione di incrostazioni saline, che formazione di incrostazioni saline, che costituiscono il problema maggiore in costituiscono il problema maggiore in

ogni sistema di questo tipoogni 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

y = 0,1x0,7036

R2 = 0,9698

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13Spessore delle incrostazioni mmCons

umo

di en

ergia

(%)

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 CALDAIESpessore

delle incrostazioniMedia della perdita di

efficienzaSpreco di combustibile ogni

1000 Galloni Spreco di carbone ogni

tonnellata Spreco di gas ogni

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.

QUANTO IL CALCARE CONDIZIONA LA TRASMISSIONE DEL CALOREIl 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.

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 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 significa Electrical Ceramics ELCEELCE è un attivatore d’acqua che sfrutta la è un attivatore d’acqua che sfrutta la fluidizzazione elettrolitica per mezzo di fluidizzazione elettrolitica per mezzo di speciali ceramiche. Questo sistema di speciali ceramiche. Questo sistema di trattamento dell’acqua ne modifica le trattamento dell’acqua ne modifica le proprietà senza togliere o aggiungere proprietà senza togliere o aggiungere impurità chimiche, ioni o minerali. impurità chimiche, ioni o minerali. L’elemento fondamentale del dispositivo di L’elemento fondamentale del dispositivo di attivazione dell’acquaattivazione dell’acqua ELCEELCE si basa sulle si basa sulle proprietà delle sfere ceramiche proprietà delle sfere ceramiche (temperatura di fusione di 1200 (temperatura di fusione di 1200 ooC, durezza C, durezza 6,8 mhos) estratte da rocce naturali.6,8 mhos) estratte da rocce naturali.

ELCEELCE garantisce un’alta resistenza e garantisce un’alta resistenza e durata dei materiali usati nell’unità. Grazie durata dei materiali usati nell’unità. Grazie a queste sue caratteristiche uniche, il a queste sue caratteristiche uniche, il processo di attivazioneprocesso di attivazione ELCEELCE può può raggiungere i massimi risultati in una vasta raggiungere i massimi risultati in una vasta gamma di applicazioni.gamma di applicazioni.

PRINCIPI DELL’ATTIVATORE D’ACQUA PRINCIPI DELL’ATTIVATORE D’ACQUA ELCEELCEPRINCIPI DELL’ATTIVATORE D’ACQUA PRINCIPI DELL’ATTIVATORE D’ACQUA ELCEELCE

Le sfere di ceramica, collocate all’interno Le sfere di ceramica, collocate all’interno dell’attivatore, ruotano e sfregano l’una contro dell’attivatore, ruotano e sfregano l’una contro l’altra grazie al flusso dell’acqua che passa l’altra grazie al flusso dell’acqua che passa attraverso il dispositivo ELCE. Questo attraverso il dispositivo ELCE. Questo movimento delle sfere genera deboli “correnti movimento delle sfere genera deboli “correnti elettriche” di seguito specificate:elettriche” di seguito specificate:

Piroelettricità: Piroelettricità: Sono correnti elettriche che si Sono correnti elettriche che si generano a causa della differenza di temperatura generano a causa della differenza di temperatura esistente fra la superficie delle sfere di ceramica esistente fra la superficie delle sfere di ceramica e l’acqua, o fra le sfere interne e quelle esterne. e l’acqua, o fra le sfere interne e quelle esterne. Questo flusso di elettroni (corrente elettrica) Questo flusso di elettroni (corrente elettrica) interagisce con l’acqua.interagisce con l’acqua.

Piezoelettricità:Piezoelettricità: Sono correnti elettriche generate Sono correnti elettriche generate dal cambiamento di pressione che avviene al dal cambiamento di pressione che avviene al passaggio dell’acqua attraverso le sfere o passaggio dell’acqua attraverso le sfere o generate dalla differenza di pressione che si generate dalla differenza di pressione che si verifica fra le sfere in movimento.verifica fra le sfere in movimento.

Triboelettricità (elettricità di attrito)Triboelettricità (elettricità di attrito): Queste correnti : Queste correnti elettriche sono generate dagli urti e dallo elettriche sono generate dagli urti e dallo sfregamento delle sfere di ceramica tra di loro e sfregamento delle sfere di ceramica tra di loro e fra le sfere, l’acqua e le pareti dell’attivatore.fra le sfere, l’acqua e le pareti dell’attivatore.

Esami al microscopio hanno mostrato che il carbonato di calcio, Esami al microscopio hanno mostrato che il carbonato di calcio, nell’acqua non trattata, ha una struttura ramificata a bastoncino. nell’acqua non trattata, ha una struttura ramificata a bastoncino. Le prove effettuate con l’attivatore d’acqua ELCE ci consentono Le prove effettuate con l’attivatore d’acqua ELCE ci consentono di dimostrare che i cristalli di carbonato di calcio hanno di dimostrare che i cristalli di carbonato di calcio hanno assunto, nell’acqua attivata, una forma cuboide o quasi assunto, nell’acqua attivata, una forma cuboide o quasi completamente sferica. L’alterazione della struttura impedisce il completamente sferica. L’alterazione della struttura impedisce il legame tra i cristalli, all’origine delle particelle in grado di legame tra i cristalli, all’origine delle particelle in grado di aderire alla superficie dello scambiatore di calore.aderire alla superficie dello scambiatore di calore.

Contemporaneamente, tali nuove strutture hanno effetto Contemporaneamente, tali nuove strutture hanno effetto abrasivo sulla superficie del calcare, riducendone le dimensioni. abrasivo sulla superficie del calcare, riducendone le dimensioni. Per questo l’attivatore d’acqua ELCE è in grado di rimuovere i Per questo l’attivatore d’acqua ELCE è in grado di rimuovere i depositi di calcare e prevenirne l’ulteriore formazione.depositi di calcare e prevenirne l’ulteriore formazione.

L’acqua attivata inoltre previene la corrosione delle superfici L’acqua attivata inoltre previene la corrosione delle superfici con le quali entra in contatto.con le quali entra in contatto.

Confronto fra le strutture delle molecole di Confronto fra le strutture delle molecole di carbonato di calcio prima e dopo il carbonato di calcio prima e dopo il

trattamento con l’attivatore d’acqua ELCE.trattamento con l’attivatore d’acqua ELCE.

La struttura delle La struttura delle molecole di CaCO3 in molecole di CaCO3 in

acqua normaleacqua normale

La struttura delle La struttura delle molecole di CaCO3 in molecole di CaCO3 in acqua attivata ELCE.acqua attivata ELCE.

Effetti Effetti di ELCE sulla tensione superficiale:di ELCE sulla tensione superficiale:

L’attivatore ELCE modifica la tensione L’attivatore ELCE modifica la tensione superficiale dell’acqua. Normalmente al superficiale dell’acqua. Normalmente al rubinetto essa misura 72 dyne/cm. Nell’acqua rubinetto essa misura 72 dyne/cm. Nell’acqua attivata da ELCE la tensione si riduce fra i 50 attivata da ELCE la tensione si riduce fra i 50 e 60 dyne/cm. Come risultato, l’acqua attivata e 60 dyne/cm. Come risultato, l’acqua attivata ha una maggiore attività di superficie, con un ha una maggiore attività di superficie, con un significativo aumento del potere detergente. significativo aumento del potere detergente. Queste superiori caratteristiche detergenti Queste superiori caratteristiche detergenti generano una maggior capacità di generano una maggior capacità di penetrazione, che forza gli interstizi formati penetrazione, che forza gli interstizi formati dalle incrostazioni e dai depositi, dispersi poi dalle incrostazioni e dai depositi, dispersi poi mediante la pressione osmotica.mediante la pressione osmotica.

Modifiche delle Modifiche delle proprietàproprietà fisiche fisiche dell’acqua. Le dell’acqua. Le condizioni dei grappoli condizioni dei grappoli molecolari prima e dopo molecolari prima e dopo l’attivazione.l’attivazione.

L’acqua normale L’acqua normale consiste di 40 grappoli consiste di 40 grappoli all’interno del nucleo.all’interno del nucleo.

L’acqua attivata ha L’acqua attivata ha ridotto a 6 il numero ridotto a 6 il numero dei grappoli all’interno dei grappoli all’interno del nucleo.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 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

52

54

56

58

60

62

64

66

68

70

Acqua fornita Attivazione n° 1 Attivzione n° 2 Attivazione n° 3

Passaggi attraverso l'attivatore

Ten

sione

super

fici

ale

(dyn

/cm

)

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

HH22OO22 + Fe + Fe2+2+ Fe Fe3+3+ + OH + OH-- + •OH + •OH

Una volta che l’acqua attivata ha rimosso le Una volta che l’acqua attivata ha rimosso le incrostazioni esistenti, essa crea un processo ossido-incrostazioni esistenti, essa crea un processo ossido-riduttivo all’interno della struttura metallica. riduttivo all’interno della struttura metallica. L’equazione di Fenton spiega l’ossidazione del ferro che L’equazione di Fenton spiega l’ossidazione del ferro che si trasforma da Fesi trasforma da Fe2+2+ a Fe a Fe3+3+. .

IlIl processo di ossidazione non si esaurisce in questa fase. Il processo di ossidazione non si esaurisce in questa fase. Il flusso costante di elettroni, prodotto dall’attività delle flusso costante di elettroni, prodotto dall’attività delle ceramiche, avvia una reazione che normalmente inizia a ceramiche, avvia una reazione che normalmente inizia a 100° C e termina a 200° C. Con ELCE l’ossidazione può 100° C e termina a 200° C. Con ELCE l’ossidazione può avvenire a temperatura ambiente, convertendo Fe2 in avvenire a temperatura ambiente, convertendo Fe2 in magnetite. La magnetite costituisce una robusta barriera magnetite. La magnetite costituisce una robusta barriera alla corrosione, proteggendo le superfici metalliche.alla corrosione, proteggendo le superfici metalliche.

• 3 Fe (OH)3 Fe (OH)22 FeFe

33 O O44 + H + H22 + 2 H + 2 H

22OO

In aggiunta alla prevenzione permanente dalle incrostazioni sulla superficie di apparecchiature e tubazioni, ELCEELCE 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). ELCEELCE 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 provaAll’inizio della prova Dopo 17 giorniDopo 17 giorni

Dopo 30 giorniDopo 30 giorni 49 giorni sono bastati a ripulire tutto49 giorni sono bastati a ripulire tutto

Gli effetti dell’acqua attivata con ELCEELCE su tubature e strutture di condensatori già colpiti da rilevanti depositi calcarei.

Prima di Prima di installare installare ELCEELCE

30 giorni dopo 30 giorni dopo l’installazione di l’installazione di

ELCEELCE

I risultati di ELCEELCE nei condensatori evaporativi

La tecnologia ELCEELCE 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 L’installazione di ELCEELCE in torri di in torri di

raffreddamento che raffreddamento che usano condensatori può usano condensatori può

essere progettata sia essere progettata sia come sistema come sistema

indipendente, sia indipendente, sia accoppiato ad un sistema accoppiato ad un sistema di ricircolo già esistente. di ricircolo già esistente. Questo significa che un Questo significa che un

piccolo, compatto piccolo, compatto attivatore d’acqua attivatore d’acqua ELCEELCE

riesce a soddisfare le riesce a soddisfare le necessità di un efficace necessità di un efficace

schema di ricircolo.schema di ricircolo.

Con Con ELCEELCE la concentrazione totale di solidi nell’acqua la concentrazione totale di solidi nell’acqua delle torri di raffreddamento può arrivare sino a 1500 delle torri di raffreddamento può arrivare sino a 1500 mg/l. Il sistema mg/l. Il sistema ELCEELCE può consentire risparmi nei può consentire risparmi nei consumi d’acqua variabili tra il 40 e il 60%consumi d’acqua variabili tra il 40 e il 60%

Una valvola di controllo Una valvola di controllo assicura un corretto flusso assicura un corretto flusso nell’apparato di nell’apparato di attivazione. attivazione.

Il flusso può essere Il flusso può essere istantaneamente istantaneamente visualizzato e controllato visualizzato e controllato manualmente.manualmente.

Una volta stabilito il Una volta stabilito il corretto flusso, non servono corretto flusso, non servono altri controlli o altre altri controlli o altre misurazioni. 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

0

20

40

60

80

100

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)

Perc

en

tuale

perd

ita d

i eff

icie

nza

MATERIALEConduttività termica, Btu/

ft2 hr of

Fosfato di Calcio 25Solfato di calcio 16Fosfato di magnesio 15Ossido di magnetite 20Deposito di silicato ( poroso ) 0,6Acciaio della caldaia 310Mattone refrattario 7Mattone isolante 0,7

Conduttività termica dei depositi

Processo tecnologico (fase)

Variazione delle caratteristiche del liquido Effetti economici e tecnici

Riscaldamento delle acque. Produzione di energia termica.

RaffreddamentoCambiamento della struttura dell’acqua raffreddata.

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 delle proprietà fisiche dell’acqua.

Risparmio energetico:La prevenzione dei depositi di sali riduce il consumo specifico di combustibile dell’8 - 15 %.Riduzione dei costi generali per l’energia.

Alcuni esempi di applicazione del sistema ELCEELCE in processi industriali

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 I benefici ambientali ed economici della tecnologia economici della tecnologia

ELCEELCE si possono così si possono così riassumere: riassumere:

ELCE ELCE garantisce:garantisce: Massima efficacia nell’eliminazione e Massima efficacia nell’eliminazione e

nella prevenzione dei depositi nella prevenzione dei depositi sedimentari.sedimentari.

Una tecnologia amica dell’ambiente.Una tecnologia amica dell’ambiente.

La totale eliminazione della perdita di La totale eliminazione della perdita di energia.energia.

Un risparmio d’acqua tra il 40 e il 60% Un risparmio d’acqua tra il 40 e il 60% rispetto ai sistemi a scambio ionico. rispetto ai sistemi a scambio ionico.

Non sono necessari agenti chimici per la Non sono necessari agenti chimici per la rigenerazione.rigenerazione.

Requisiti minimi di manutenzione.Requisiti minimi di manutenzione.

Facile assemblaggio e installazione con Facile assemblaggio e installazione con requisiti minimi di spazio e risorse.requisiti minimi di spazio e risorse.

Un periodo medio di recupero Un periodo medio di recupero dell’investimento inferiore a 12 mesi.dell’investimento inferiore a 12 mesi.

10 anni di garanzia dei ricambi.10 anni di garanzia dei ricambi.

La tecnologia La tecnologia ELCE ELCE offre una soluzione concreta offre una soluzione concreta ed economica per l’efficienza dei sistemi di ed economica per l’efficienza dei sistemi di raffreddamento a torre e condensatori raffreddamento a torre e condensatori evaporativi. L’armonica integrazione del sistema evaporativi. L’armonica integrazione del sistema ELCEELCE, i benefici derivanti dal risparmio , i benefici derivanti dal risparmio energetico, la riduzione dei costi aggiuntivi, i energetico, la riduzione dei costi aggiuntivi, i minimi costi operativi e di manutenzione minimi costi operativi e di manutenzione richiesti, il rapido ammortamento, l’ampio richiesti, il rapido ammortamento, l’ampio periodo di garanzia e la compatibilità con periodo di garanzia e la compatibilità con l’ambiente, ci consentono di raccomandarne l’uso l’ambiente, ci consentono di raccomandarne l’uso come ideale sistema di trattamento delle acque. come ideale sistema di trattamento delle acque.

Apr. 12, 2007

Grazie.