Perché gli ugelli di nebulizzazione sono fondamentali per un processo di raffreddamento efficiente

Gli spruzzi vengono utilizzati per raffreddare numerosi processi industriali, dalle presse di stampaggio all’acciaio appena forgiato, dalle prese d’aria delle turbine a gas ai flussi di scarico delle centrali elettriche. Ma cosa rende gli spruzzi una soluzione di raffreddamento così interessante? Tutto dipende dalla quantità di moto, dalla superficie e dalla vaporizzazione.

L’importanza della vaporizzazione

La vaporizzazione dei liquidi richiede molta energia. Per l’acqua, l’energia necessaria per la vaporizzazione (passaggio dallo stato liquido a quello gassoso) è circa cinque volte superiore a quella necessaria per riscaldarla da ghiaccio appena sciolto (a 0 °C) a liquido in procinto di bollire (a 100 °C). Naturalmente, anche se un liquido non evapora, può comunque raffreddare una superficie. Spruzzare olio lubrificante su una pressa per stampaggio la raffredderà. Ma possiamo raffreddare le cose in modo molto più efficace se lasciamo che il liquido evapori. Allora, perché gli spray favoriscono la vaporizzazione? Creando lo spruzzo, aumentiamo notevolmente la superficie di contatto tra il liquido e il mezzo che stiamo cercando di raffreddare.

Superficie di contatto e trasferimento di calore (raffreddamento) 

Perché non inondare semplicemente le superfici con acqua per raffreddarle? C’è un limite alla quantità di trasferimento di calore (raffreddamento) che si può ottenere con una semplice pozza di liquido bollente. Quando l’acqua bolle (evapora), si espande trasformandosi in gas. Se questa espansione è sufficiente in prossimità della superficie calda, si raggiunge un punto in cui il liquido non entra mai direttamente in contatto con la superficie. A questo punto si forma uno strato di gas che isola la superficie calda. Le goccioline dello spruzzo volano nell’aria con una certa quantità di moto. Anche se è presente uno strato di gas che isola la superficie, la quantità di moto può far passare le goccioline attraverso di esso.

Raffreddamento di un flusso di gas caldo

Naturalmente, gli spruzzi non vengono utilizzati solo per raffreddare le superfici. Possono essere impiegati anche per raffreddare i flussi di gas. In molte applicazioni industriali, come gli scarichi delle centrali elettriche, un flusso di gas caldo deve essere raffreddato prima di poter entrare in altre apparecchiature o di essere rilasciato nell’atmosfera. Gli spruzzi rappresentano un’ottima scelta per questo tipo di applicazioni. Poiché gli spruzzi hanno una propria velocità, è sufficiente posizionarne pochi in punti strategici per riempire comunque il condotto di goccioline, raffreddando così tutto il gas . Il posizionamento strategico degli spruzzatori nei flussi di gas è fondamentale per impedire che le goccioline di liquido colpiscano le apparecchiature calde, causando una rapida evaporazione. La superficie delle goccioline in un flusso di gas è fondamentale per un raffreddamento efficace del gas.

Infine, non è necessario superare il punto di ebollizione dell’acqua per trarre vantaggio dal raffreddamento a spruzzo. I nebulizzatori per esterni sfruttano la vaporizzazione per raffreddare l’aria del deserto pur rimanendo ben al di sotto del punto di ebollizione. Questo principio viene utilizzato per aumentare la potenza erogata dalle turbine a gas per la produzione di energia. L’aria più fredda è più densa. Di conseguenza, una maggiore quantità di ossigeno può entrare nella presa d’aria e quindi è possibile bruciare più combustibile.  

Tecnologia di raffreddamento a spruzzo 

Il raffreddamento svolge un ruolo fondamentale in un’ampia gamma di applicazioni in molti settori industriali. La tecnologia a spruzzo viene ampiamente utilizzata e molti dei nostri ugelli forniscono il raffreddamento a spruzzo necessario.  

• • Ugelli a spruzzo a cono cavo WhirlJet® – raffreddamento evaporativo in bacini di nebulizzazione e torri di raffreddamento, lavaggio dei gas, lavaggio e raffreddamento, aerazione dell’acqua e raffreddamento ad acqua.
• • Ugelli a spruzzo piatto VeeJet® – raffreddamento e tempra, estinzione/prevenzione incendi, lavaggio dei gas, lavaggio/risciacquo e raffreddamento ad acqua. 
• • Ugelli FullJet® a cono pieno e CasterJet® – raffreddamento per trasferimento di calore nelle operazioni delle acciaierie. 
• • Ugelli FloMax® ad atomizzazione d’aria e HP FogJet® – operazioni di raffreddamento e condizionamento dei gas. 
• • Lance e iniettori a spruzzo di precisione – raffreddamento dei gas.

Soluzioni di ottimizzazione in laboratorio

Per ottenere un’efficienza di raffreddamento ottimale di solidi o gas, la nostra competenza nei nostri laboratori all’avanguardia fornisce soluzioni in materia di trasferimento di calore, analisi delle dimensioni delle gocce e modellazione dei processi per simulare l’ambiente operativo dei nostri clienti. 

Vi invitiamo a indirizzare i vostri clienti al nostro team di analisi degli spruzzi affinché possiamo assisterli in caso di sfide o esigenze relative ad applicazioni di raffreddamento specializzate. 

Applicazioni di raffreddamento – soluzioni sostenibili

Raffreddamento di solidi

Gli oggetti solidi vengono in genere raffreddati utilizzando ugelli di nebulizzazione e collettori, specialmente nell’industria alimentare e nella lavorazione dei metalli. Tra gli esempi figurano il raffreddamento di vasetti di marmellata e gelatina dopo la sterilizzazione a vapore, il raffreddamento e la stagionatura di blocchi di calcestruzzo e il raffreddamento dei capannoni di allevamento del pollame. Ecco un paio di esempi di prodotti che richiedono il raffreddamento per ottimizzare la copertura e ridurre al minimo gli sprechi. 

• • Soluzione del caso di studio 1: un produttore di tubi in ghisa elimina le rilavorazioni e risparmia 40.000 dollari al mese grazie a un nuovo sistema di nebulizzazione
• • Caratteristiche del prodotto: gli ugelli a cono pieno HHX FullJet® garantiscono una distribuzione uniforme del getto per assicurare un raffreddamento omogeneo e un elevato trasferimento di calore nell’industria siderurgica. Sono ideali per operazioni di raffreddamento secondario quali billette, blumi, tondini e bramme.
• • Soluzione del caso di studio 2: i nuovi ugelli di nebulizzazione consentono a un’azienda di lavorazione della carne bovina di risparmiare 2,7 milioni di galloni d’acqua.
• • Caratteristiche del prodotto: gli ugelli a spruzzo piatto Quick FloodJet® formano un getto piatto distribuito uniformemente dal centro dello spruzzo. La superficie deflettrice consente angoli di spruzzo più ampi rispetto ad altri ugelli a spruzzo piatto.

Raffreddamento a gas

Il raffreddamento dei gas può risultare complesso e impegnativo a causa delle alte temperature e delle condizioni ambientali estreme. È fondamentale determinare l’esatta dimensione delle gocce necessaria per ottenere l’effetto di raffreddamento desiderato senza bagnare il materiale. Il flusso di processo e le condizioni operative hanno un forte impatto sulle prestazioni di nebulizzazione, pertanto la fluidodinamica computazionale (CFD) viene spesso utilizzata per identificare il miglior tipo di ugello, la dimensione delle gocce, il posizionamento nel flusso di gas e la direzione di nebulizzazione. 

Il raffreddamento dei gas è ampiamente utilizzato nelle raffinerie, nelle centrali elettriche e nei processi chimici. Le applicazioni tipiche includono il raffreddamento in condotto, l’abbattimento dell’inquinamento, il raffreddamento di emergenza e altro ancora.  

• • Soluzione del caso di studio 1: un impianto di etilene raddoppia la produzione e aumenta la redditività grazie ai nuovi iniettori per il raffreddamento dei gas. 
• • Caratteristiche del prodotto: gli iniettori a spruzzo di precisione sono costituiti da un tubo dotato di uno o più ugelli di spruzzo personalizzabili, che possono essere adattati per erogare un volume specifico di fluido a una caduta di pressione prestabilita. L’uso degli ugelli di spruzzo sull’iniettore consente un controllo preciso sulla distribuzione del liquido iniettato nel fluido di processo ricevente.  
• • Soluzione del caso di studio 2: gli ugelli commutabili consentono a un impianto di termovalorizzazione di risparmiare 100.000 dollari all’anno. 
• • Caratteristiche del prodotto: gli ugelli atomizzatori ad aria FloMax® producono gocce molto piccole con un’efficienza eccezionale. Gli ugelli offrono rapporti di regolazione significativamente più elevati rispetto agli ugelli a due fluidi standard, garantendo la massima flessibilità operativa. 

Esistono molte altre applicazioni di raffreddamento a spruzzo che testiamo e per le quali forniamo soluzioni ai nostri clienti che si trovano ad affrontare delle sfide:

• • Raffreddamento dell’acciaio nelle colate continue 
• • Tempra dei metalli dopo il trattamento termico 
• • Raffreddamento dei rulli nelle acciaierie 
• • Raffreddamento di barattoli alimentari dopo la lavorazione 
• • Raffreddamento a zone dei materiali per coperture 
• • Raffreddamento evaporativo per bestiame e pollame 
• • Raffreddamento di tubi in PVC estrusi 
• • Bacini di nebulizzazione per raffreddare l’acqua proveniente dagli scambiatori di calore

Se desiderate saperne di più sulle nostre applicazioni di raffreddamento o volete discutere di un’applicazione specifica, contattate il vostro esperto locale di sistemi a spruzzo.