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Le prestazioni del locale macchine hanno superato l'epoca in cui ci si limitava a misurare il carburante consumato per miglio nautico. L'efficienza del locale macchine oggi comprende molto di più di questo parametro: ottimizzazione termica, riduzione dell'energia assorbita dalle pompe, diminuzione dei tempi di fermo per manutenzione e notevoli progressi nell'integrazione dei macchinari con l'automazione di bordo. Un elemento cruciale nel calcolo dell'efficienza ottimale del locale macchine è il sistema di raffreddamento, il cui cuore è lo scambiatore di calore a piastre (PHE). Un PHE veramente efficiente estrae il calore in modo efficace con il minimo carico parassita e la massima affidabilità, ed è in grado di adattarsi a diverse condizioni operative. I più di vent'anni di esperienza del gruppo SME nell'ingegneria marittima, uniti al suo ampio portafoglio di prodotti — tra cui sistemi ICCP, MGPS, SED e apparecchiature PHE — hanno permesso al team di definire i principi giusti per trasformare un dispositivo efficiente, come un PHE, in un vero e proprio protagonista del locale macchine.
1. Ottimizzazione della progettazione termica per un consumo energetico minimo
Il criterio principale delle prestazioni dei PHE è l’efficacia termica, ovvero il trasferimento di calore effettivo rispetto alla massima possibilità teorica. Il processo SME prevede una progettazione termica che bilancia con precisione i carichi termici: in tal modo non si sovradimensiona, evitando sprechi di spazio utile nell’impianto e lavoro inutile delle pompe, né si sottodimensiona, lasciando il cliente con difficoltà nel raffreddamento. L’impiego efficace di angoli ottimali a zigzag e di corrugazioni delle piastre genera una turbolenza elevata anche a velocità relativamente basse, garantendo alti coefficienti di scambio termico e basse perdite di carico.
È un principio fondamentale di progettazione che contribuisce direttamente all’efficienza energetica. Ogni caduta di pressione di 1 kPa attraverso lo scambiatore di calore a piastre (PHE) richiede che la pompa eroghi potenza aggiuntiva. Ciò, a sua volta, aumenta il carico sull’ausiliario del motore, causando un maggiore consumo di carburante. Il processo di progettazione di SME utilizza simulazioni CFD all’avanguardia del flusso attraverso il pacchetto di piastre del PHE. Questo consente di ottenere una distribuzione uniforme della velocità attraverso il pacchetto di piastre, eliminando le «zone morte» e riducendo al minimo la probabilità di incrostazioni. Il risultato è uno scambiatore di calore a piastre in grado di assolvere il proprio compito designato con la minima caduta di pressione possibile: risparmi che si accumulano nel corso dell’intera vita utile di una nave.
2. Riduzione delle incrostazioni e prolungamento degli intervalli di pulizia
Il ladro invisibile delle prestazioni PHE: l’incrostazione. L’incrostazione (biofilm, incrostazioni e deposizione di particelle sulle superfici di scambio termico) aumenta la resistenza termica delle piastre, causando un maggiore consumo energetico per il pompaggio e temperature operative più elevate del motore. Le soluzioni SME per contrastare l’incrostazione: le nostre piastre presentano finiture superficiali speciali e ottimizzate che riducono la capacità di adesione dei depositi biologici e minerali. Il profilo corrugato a zigzag è progettato per generare forze di taglio locali nella zona di ingresso della piastra, favorendo la rottura degli strati di incrostazione.
Inoltre, i nostri scambiatori di calore a piastre (PHE) progettati per le PMI includono portelli di pulizia facilmente accessibili e finestre di ispezione per controlli visivi dell’incrostazione, nonché procedure di pulizia complete con agenti chimici compatibili (che rispettano piastre e guarnizioni). Abbinati al nostro sistema di prevenzione della crescita marina (MGPS), gli organismi marini non si depositano più negli aspiratori d’acqua di mare, riducendo al minimo il tasso di incrostazione. Ciò comporta cicli di pulizia più lunghi, tempi di fermo minimi, costi di manutenzione ridotti e prestazioni termiche superiori in ogni fase della vita della nave.
3. Configurazioni modulari per adattabilità al carico
Le navi moderne non operano a un solo livello di potenza per tutta la giornata. Il carico del motore principale aumenta significativamente durante le manovre, diminuisce notevolmente in condizioni di navigazione lenta (slow steaming) e viene interrotto in porto. Ciò comporta un sovradimensionamento dello scambiatore di calore a piastre (PHE) a carico parziale, con conseguente consumo eccessivo di energia da parte delle pompe e una scarsa stabilità termica a carico ridotto. Un sistema PHE dotato di piastre individuali e/o modulari, o "sezioni", consente una maggiore flessibilità. Il sistema SME può quindi essere configurato in modo che tutte le sezioni siano in servizio oppure che alcune sezioni vengano isolate o bypassate in base al carico termico istantaneo, offrendo soluzioni di raffreddamento più economiche ed energeticamente efficienti.
Ad esempio, uno scambiatore di calore a piastre (PHE) che alimenta un sistema di raffreddamento centrale può disporre di una sezione principale e di una sezione di regolazione. A carico ridotto viene attivata soltanto la sezione di regolazione, per soddisfare il fabbisogno termico con una portata d’acqua di mare ridotta. A pieno carico operano entrambe le sezioni. Questa funzionalità non richiede alcuna modifica fisica allo scambiatore di calore a piastre (PHE), ma si basa esclusivamente sulla logica di controllo e sulla disposizione delle valvole. Il pacchetto completo di interfaccia documentale fornito da SME per l’integrazione nell’automazione della nave garantisce che il sistema possa essere controllato e monitorato da posizione remota e con caricamento completamente automatico. Insieme ai sistemi SME SED per la protezione contro le correnti vaganti e all’ICCP per la protezione dello scafo, offriamo sistemi integrati per locali macchine.
4. Integrazione senza soluzione di continuità con l’automazione e la gestione degli asset
L’attuale sala macchine è un «ambiente digitale». Il responsabile dell’impianto termico (PHE) non deve essere un semplice spettatore, ma deve fornire attivamente dati. SME progetta i nostri scambiatori di calore con aperture per le connessioni già predisposte in officina, nelle quali possono essere installati direttamente in fabbrica trasmettitori di temperatura, sensori di pressione e interruttori di pressione differenziale. Questi dispositivi inviano al sistema di automazione della nave parametri prestazionali quali il coefficiente di scambio termico, le temperature di avvicinamento e i fattori di intasamento.
Questo metodo di servizio basato sui dati trasforma un sistema da una manutenzione programmata su base temporale a una manutenzione basata sulle condizioni. Ad esempio, se l’efficienza dello scambio termico peggiora del 10%, il sistema di automazione può avviare automaticamente una chiamata di manutenzione completa, con misure di intervento consigliate e ricambi necessari. I dati raccolti nel tempo forniscono agli ispettori tecnici informazioni utili per identificare tendenze e confrontare le prestazioni, al fine di definire un piano ideale di pulizia o di iniezione chimica, oppure persino un piano di aggiornamento. SME facilita il processo di integrazione con tutti i principali standard aperti di comunicazione e può fornire anche tutta la documentazione tecnica completa. Con oltre 500 progetti annui di retrofit e manutenzione, realizzati da un team di 100 tecnici e ingegneri, SME Group fornisce soluzioni PHE che raffreddano i vostri motori, ma contribuiscono anche a migliorare efficienza, affidabilità e prontezza digitale della nave. Con SME raggiungerete il livello successivo, andando oltre la semplice preoccupazione.