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Sistemi di raffreddamento ad acqua

Proteggere l'investimento in un forno a vuoto con la giusta attrezzatura

L'acqua è uno dei conduttori di calore meno costosi e più facilmente disponibili sulla Terra ed è fondamentale per la protezione e il funzionamento delle apparecchiature di trattamento termico. La scelta del giusto sistema di raffreddamento ad acqua, la conoscenza delle impurità presenti nell'acqua e la corretta manutenzione del sistema di raffreddamento ad acqua possono prevenire costosi danni al vostro forno a vuoto.

Ipsen Vacuum Furnace with water system

Caratteristiche dell'acqua e del sistema

Sono disponibili diverse configurazioni per i sistemi di raffreddamento esterni. Se l'acqua e il sistema soddisfano le specifiche di seguito riportate per il trasferimento di energia termica, dovrebbero funzionare come previsto, evitando problemi di funzionalità del forno e del sistema idrico.

Caratteristiche standard dell'acqua

  1. Durezza totale come CaCO3 <100 ppm
  2. Solidi totali disciolti <200ppm
  3. Conduttività - 300 micromhos per centimetro
  4. pH - da 7,0 a 8,0
  5. Solidi in sospensione <10 ppm

*Le caratteristiche dell'acqua devono essere testate prima dell'installazione dell'apparecchiatura.

Caratteristiche del sistema

  1. Temperatura massima di ingresso - 85 °F (29 °C)
  2. Temperatura minima di ingresso: superiore al punto di rugiada per evitare la condensa.
  3. Flusso come specificato nelle istruzioni di installazione dell'apparecchiatura
  4. Pressione tra 40 e 90 psi*
  5. Le tubazioni di alimentazione e di scarico devono essere realizzate in modo tale che, alla portata nominale, sia disponibile una caduta di 30 psi attraverso l'apparecchiatura.

*Dipende dal sistema

Quale sistema di raffreddamento esterno è adatto a voi?

Alcuni elementi da considerare nella scelta del giusto sistema di raffreddamento ad acqua sono:

  • Qual è il budget?
  • Quali sono le dimensioni del serbatoio e dello scambiatore di calore necessari? O quanta acqua sarà necessaria per ogni ciclo di tempra?
  • Il sistema dovrà essere progettato per gestire diverse applicazioni del ciclo di tempra in base ai materiali lavorati?
  • Il sistema deve ospitare più forni?
  • Avete valutato le esigenze attuali e future del vostro sistema idrico?
  • Quali sono le leggi ambientali locali?
  • Quali sono le opzioni locali per l'approvvigionamento idrico?
  • La vostra struttura dispone già di un sistema di raffreddamento ad acqua?

Configurazioni del sistema di raffreddamento ad acqua

I sistemi di raffreddamento ad acqua possono essere a circuito aperto o chiuso. In un sistema aperto, l'acqua di raffreddamento è esposta all'aria tramite scarichi a vista o una torre di raffreddamento, mentre un sistema chiuso non è esposto all'ambiente. La combinazione di sistemi aperti/chiusi è il tipo più comunemente utilizzato negli impianti di trattamento termico, grazie al suo design efficiente che riduce al minimo gli sprechi e i costi di trattamento dell'acqua. Di seguito sono riportati i quattro principali tipi di sistemi di raffreddamento ad acqua da considerare, ciascuno con pro e contro. La scelta dipende dalle esigenze dell'azienda e dall'ubicazione dell'impianto.

Una volta attraverso il sistema

In un sistema a passaggio unico, l'acqua viene fatta passare una volta attraverso l'apparecchiatura del forno a vuoto e poi viene scartata o riutilizzata in altri processi. Questo sistema è il meno costoso da installare, ma richiede l'accesso a una grande quantità di acqua pulita di città o di pozzo. Ciò può essere proibitivo dal punto di vista dei costi, causa un maggior numero di rifiuti e può causare problemi ambientali. L'acqua di questo sistema non viene solitamente trattata per la durezza dell'acqua, il che può creare un accumulo nel tempo e una maggiore necessità di lavaggio e decalcificazione chimica.

Sistema di ricircolo a circuito aperto

Il sistema di ricircolo a circuito aperto pompa continuamente l'acqua attraverso una torre di raffreddamento aperta o una vasca di raccolta. Una grande quantità di calore viene rimossa attraverso la vaporizzazione del calore latente. L'unica acqua persa durante questo processo è quella che viene evaporata. Ciò rende questo sistema meno costoso rispetto a un sistema a flusso continuo. Tuttavia, quando l'acqua evapora, le impurità tendono a concentrarsi nella soluzione acquosa e i detriti possono essere raccolti dall'aria. La concentrazione di impurità può essere controllata regolando adeguatamente la quantità di acqua che viene scaricata dal sistema e trovando un equilibrio che rientri nelle specifiche di funzionamento. Il sistema deve essere monitorato frequentemente, poiché le condizioni ambientali possono modificare la quantità di impurità presenti nell'acqua nel corso del tempo.

Sistema di ricircolo a ciclo chiuso

I sistemi di ricircolo a circuito chiuso con scambiatori di calore acqua-aria o acqua-acqua utilizzano pochissima acqua e hanno costi di trattamento minimi. Questi sistemi sono limitati ai climi più freddi, poiché la temperatura dell'aria ambiente deve essere sufficientemente bassa per raffreddare l'acqua nel sistema. Questo tipo di sistema ha uno scarico d'acqua molto ridotto, ma possono comunque verificarsi problemi di calcare e corrosione a seconda della qualità dell'acqua utilizzata. Per ridurre le incrostazioni e la corrosione, potrebbe essere utile utilizzare acqua distillata o ad osmosi inversa (RO). Se è necessario aggiungere antigelo o inibitori della corrosione all'acqua di ricircolo, si raccomanda l'uso di glicole etilenico e di inibitori a bassa conducibilità (a seconda del luogo).

Closed Loop Recirculating Water System Diagram

Sistema a circuito aperto/chiuso

Il sistema a circuito aperto/chiuso è il tipo di sistema di raffreddamento ad acqua più comune nelle strutture con forni a vuoto. Questo sistema combina un sistema aperto con torre di raffreddamento, bacino di spruzzatura, condensatore evaporativo o pozzetto e un sistema chiuso per il forno. Il sistema chiuso utilizza uno scambiatore di calore per trasferire il calore generato dal forno al sistema aperto. Il design efficiente consente di aggiungere e trattare l'acqua senza influenzare la miscela di acqua e glicole etilenico nel sistema chiuso. Poiché è necessaria meno acqua, i costi di trattamento sono inferiori e la manutenzione è più semplice. Tuttavia, se l'acqua utilizzata nel sistema chiuso presenta impurità, le incrostazioni e la corrosione possono rappresentare un problema.

Open Loop Recirculating Water System Diagram

Prima di scegliere un sistema, Ipsen consiglia di consultare l'ingegnere dell'impianto o l'esperto di trattamento delle acque per conoscere le possibili fonti di acqua e le informazioni sulle analisi; in questo modo si garantisce la scelta dell'apparecchiatura adeguata e l'attuazione di un programma efficace di trattamento delle acque.

Impurità dell'acqua e sistemi di raffreddamento ad acqua

In quanto solvente universale, l'acqua presenta molte impurità, tra cui gas e solidi organici o inorganici. Queste impurità possono danneggiare il sistema idrico se non si prendono le dovute precauzioni.

  1. Durezza: L'acqua scioglie i sali di magnesio e calcio presenti nel terreno creando acqua dura. Quando l'acqua dura si muove nel sistema idrico, può depositare questi sali e creare accumuli. Un'elevata concentrazione di questi sali può anche aumentare la conduttività dell'acqua.
  2. Solidi in sospensione: I solidi (ad esempio la sabbia) non sono effettivamente disciolti nell'acqua. A causa del movimento turbolento dell'acqua, i solidi possono rimanere in sospensione e quindi depositarsi nel sistema idrico. Ciò può causare intasamenti e ridurre il trasferimento di calore. I solidi sospesi possono essere rimossi mediante filtrazione.
  3. Acidità: L'acqua può contenere una grande quantità di acido minerale libero. Con il tempo, questo acido corrode le parti dell'impianto idrico. Potrebbe essere necessario un trattamento con un agente alcalino.
  4. Alcalinità: L'alcalinità è la capacità dell'acqua di resistere alle variazioni del pH neutralizzando gli acidi. Se l'acqua ha un'alcalinità elevata, può causare la formazione di calcare. Potrebbe essere necessario un trattamento con un acido.
  5. Melma e alghe: La melma e le alghe possono formarsi nei sistemi aperti. La melma e le alghe sono piccoli materiali biologici (alghe, funghi e batteri) che si formano sulle superfici che entrano frequentemente in contatto con l'acqua. La crescita di organismi nelle tubature crea celle di concentrazione differenziale di ossigeno che possono provocare una grave corrosione delle superfici metalliche. Di solito si consiglia un trattamento chimico con cloro.
  6. Ossigeno disciolto: L'ossigeno è di solito il principale responsabile della corrosione grave. Tutta l'acqua che è entrata in contatto con l'atmosfera contiene ossigeno disciolto. I sistemi chiusi limitano l'esposizione dell'acqua all'aria, ma i sistemi aperti possono avere problemi di eccesso di ossigeno. La disaerazione diretta può essere realizzata meccanicamente o con l'aggiunta di sostanze chimiche come il solfato di sodio. In genere, la soluzione più economica è l'aggiunta di inibitori di corrosione.
  7. Corrosione: La corrosione è causata dal trasferimento di elettroni dall'acqua di raffreddamento alle parti metalliche, provocando vaiolatura e ossidazione. I gas disciolti, come l'ossigeno o l'anidride carbonica, possono accelerare questo processo. Di solito si consiglia di utilizzare degli inibitori di corrosione, i più comuni dei quali sono i sali di cromato.

Consigli per la manutenzione del sistema di raffreddamento ad acqua

  1. Cercare le macchie all'esterno della camera. Ciò potrebbe indicare un precedente trattamento di accumulo di acqua dura, che potrebbe essere nuovamente necessario.
  2. Monitorare settimanalmente la temperatura dell'acqua in ingresso e in uscita per verificare che il sistema di raffreddamento ad acqua rispetti le temperature specificate.
  3. Controllare settimanalmente ogni percorso del refrigerante.
  4. Eseguire due volte l'anno un lavaggio completo del sistema.
  5. Verificare la presenza di altri punti di ruggine, che potrebbero indicare una perdita lenta nella camicia d'acqua.
  6. Controllare se il recipiente del forno a vuoto è troppo caldo. La maggior parte dei forni a vuoto deve funzionare con una temperatura pari o inferiore a 140 gradi sulla parete esterna. Qualsiasi temperatura superiore a 140 gradi indica un problema di flusso dell'acqua.
  7. Se si nota che l'acqua di raffreddamento diminuisce quando esce dal sistema, ciò può essere dovuto a un accumulo di ruggine e calcare. È possibile utilizzare un lavaggio chimico per eliminare l'accumulo.
  8. Se lo scambiatore di calore è installato all'esterno, è importante svernare l'impianto idrico. È possibile aggiungere una concentrazione di glicole etilenico/propilenico per proteggere dalle temperature di congelamento.
Vacuum furnace water pipe with buildup
Gli accumuli nel sistema idrico possono causare costosi danni al forno a vuoto.

    Per ulteriori consigli utili sulla manutenzione preventiva dei forni a vuoto, Scarica qui le nostre liste di controllo.

    Se avete problemi con il vostro sistema di raffreddamento ad acqua o avete bisogno di una consulenza per un nuovo forno, vi invitiamo a contattate il nostro team di Ipsen. Possiamo aiutarvi con tutte le vostre esigenze di forni a vuoto.