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Development of fouling mitigation methodology at the heat exchanger design stage

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Un colpo di spugna alle incrostazioni

Le preoccupazioni ambientali e i costi di produzione complessivi hanno costretto le industrie e i produttori di scambiatori di calore a riconsiderare le prestazioni e la progettazione di questi macchinari ampiamente utilizzati. Le considerazioni giuridiche relative al controllo dell'inquinamento hanno fatto sorgere la necessità di produrre scambiatori di calore più efficienti, che comportino un minor consumo di materiali e un ridotto utilizzo di agenti pulenti, garantendo livelli di prestazione più elevati e una maggiore resistenza alla formazione di incrostazioni (fouling).

Energia

Il fenomeno del fouling, ovvero la formazione di incrostazioni, provoca la graduale perdita di qualità funzionale degli scambiatori di calore, a causa dell'accumulo di inquinanti come sostanze corrosive o chimiche, della cristallizzazione e della sedimentazione. Gli scambiatori di calore sono impiegati in una vasta gamma di applicazioni: dalla pastorizzazione del latte, alla raffinazione del petrolio, fino alla produzione di polimeri. La formazione di incrostazioni costituisce un costoso inconveniente, la cui eliminazione comporta una spesa annuale di svariati miliardi di euro. Nella maggior parte dei casi, le temperature assolute, la portata, i tempi operativi e altri aspetti funzionali relativi a questo tipo di apparecchiature sono mantenuti sotto controllo costante. Le incrostazioni stravolgono questi fondamentali criteri di funzionamento, ripercuotendosi, di conseguenza, sulla quantità e la qualità della produzione. Nell'ambito del processo di pastorizzazione del latte, per esempio, le incrostazioni possono essere responsabili della mancata distruzione di tutti i batteri patogeni. Lo sviluppo di una metodologia di riduzione del fouling, pertanto, può risultare estremamente importante poiché permette di migliorare aspetti economici come la produttività nel tempo, nonché di ridurre la spesa relativa all'acquisto di materiali e agenti pulenti, diminuendo così l'impatto ambientale complessivo. Nell'ambito del presente progetto, è stata sviluppata una metodologia di questo tipo, basata su un nuovo sistema multifunzionale assistito da computer, in grado di valutare e mitigare il fenomeno del fouling. I responsabili del progetto, inoltre, hanno preso in esame gli aspetti relativi alla progettazione degli scambiatori, al fine di migliorarne le prestazioni. Molto spesso, come nel caso del fouling provocato dall'acqua, si è notato che l'impiego di materiali di superficie migliorati (ovvero non inclini alla formazione di incrostazioni) non solo consentiva di ridurre l'adesione superficiale, ma, se abbinato a sostanze anticorrosive potenziate, garantiva un considerevole aumento della produzione. Oltre allo studio di materiali migliori, quest'innovativa tecnologia offre un modello fluido in grado di descrivere sia il comportamento reologico che il processo di formazione delle incrostazioni, nonché configurazioni geometriche della progettazione, atte a rendere i macchinari meno soggetti al fouling. Sebbene tale metodologia si sia già dimostrata efficace, generando un aumento dei livelli di produzione pari al 10 per cento, una riduzione del consumo energetico e un minor ricorso all'acqua e ad altri agenti pulenti, i vari di consorzi partecipanti al progetto sono tuttora impegnati in ulteriori attività di ricerca e sviluppo.

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