Rendere più rigoroso il controllo della camera a secco di appena 2 °C sul punto di rugiada/brina potrebbe far risparmiare ai produttori di batterie fino al 30% di energia.

Antti Viitanen, Product Line Manager di Vaisala

Antti Viitanen, Product Line Manager di Vaisala, spiega perché sensori del punto di rugiada accurati e stabili possono consentire notevoli risparmi energetici nella misurazione e nella gestione della deumidificazione nella produzione di batterie.

Mantenere condizioni del punto di rugiada pari a -40 °C o inferiori richiede una notevole quantità di energia per la deumidificazione continua nella produzione di batterie. Questo requisito è una conseguenza inevitabile delle composizioni chimiche delle batterie e una necessità per mantenere sicure le condizioni del processo, ma Mona ritiene che esista un fattore che può contribuire a ridurre il consumo energetico e che viene spesso trascurato: la precisione del sensore del punto di rugiada che controlla la deumidificazione.

Le camere asciutte nella produzione di batterie sono tra gli ambienti industriali a maggiore intensità energetica. Mantenere condizioni del punto di rugiada pari a -40 °C o inferiori richiede una notevole quantità di energia per la deumidificazione continua. Questo requisito è una conseguenza inevitabile delle composizioni chimiche delle batterie e una necessità per mantenere sicure le condizioni del processo, ma esiste un fattore che può contribuire a ridurre il consumo energetico e che viene spesso trascurato: la precisione del sensore del punto di rugiada che controlla la deumidificazione.

Se i sensori del punto di rugiada sono soggetti a deriva e vengono sottoposti a manutenzione solo una volta all’anno, i controlli della deumidificazione dovranno utilizzare un set point conservativo per compensare tale incertezza di misura; di conseguenza, una camera asciutta spesso opera a un punto di rugiada inferiore di diversi gradi rispetto al necessario. Una deumidificazione aggiuntiva di 2 °C può comportare un consumo energetico superiore di circa il 30% rispetto al necessario. La buona notizia è che questi stessi 2 gradi di essiccazione eccessiva possono essere recuperati grazie a una misurazione del punto di rugiada accurata e stabile, traducendosi direttamente in un risparmio energetico del 30% —senza alcuna modifica alle condizioni obiettivo della camera asciutta o alla qualità del prodotto.

Perché 2 °C hanno un effetto così rilevante

La relazione tra il punto di rugiada obiettivo e l’energia necessaria per la deumidificazione non è lineare. Quando il punto di rugiada obiettivo diminuisce, l’energia necessaria per rimuovere l’umidità dall’aria aumenta in modo esponenziale. A un punto di rugiada di -40 °C, anche piccole deviazioni comportano conseguenze energetiche sproporzionate. Spostare il punto operativo pratico di soli 2 °C, da -42 °C a -40 °C, riduce il carico termico di riattivazione sul deumidificatore in misura sufficiente a generare un risparmio. A set point inferiori, come -45 °C o -50 °C, i risparmi derivanti da un controllo più preciso sono ancora maggiori.

Per questo il sensore del punto di rugiada dovrebbe essere al centro del circuito di controllo della deumidificazione. Se il sensore indica un valore di 2 °C più umido rispetto alla realtà, il deumidificatore lavora più del necessario. Se il sensore indica un valore di 2 °C più secco rispetto alla realtà, l’operatore rischia di lavorare fuori specifica. In entrambi i casi, una misurazione imprecisa rappresenta un potenziale costo in termini di energia, resa, qualità del prodotto e sicurezza del processo.

Come i sensori accurati colmano il divario

La tecnologia DRYCAP® di Vaisala affronta la deriva a livello del sensore attraverso due meccanismi integrati. Il primo è una funzione di autocalibrazione che applica calore periodicamente al sensore e utilizza la curva di raffreddamento risultante per applicare un offset di correzione, ripristinando automaticamente il riferimento del sensore prima che possa accumularsi una deriva significativa. Il secondo è una funzione di spurgo del sensore che fa evaporare i contaminanti chimici prima che possano alterare la misurazione. Insieme, queste funzioni garantiscono una stabilità di misura che consente di estendere a due anni gli intervalli di calibrazione nelle applicazioni in ambienti puliti. Questo livello di affidabilità riduce significativamente l’incertezza che spinge i progettisti ad aggiungere un margine di sicurezza ai set point.

Il posizionamento del sensore rafforza ulteriormente questo aspetto. I sistemi di controllo che si basano principalmente su una sonda del punto di rugiada che misura l’aria di ritorno dalla camera asciutta, anziché l’aria di mandata proveniente dal deumidificatore, forniscono la rappresentazione più diretta e stabile delle condizioni effettive della camera. La misurazione dell’aria di ritorno tiene conto del carico reale di umidità all’interno della camera, anche quando variano i contributi delle persone e del processo, e fornisce al circuito di controllo del deumidificatore il segnale più utile per le azioni da intraprendere. Con un sensore stabile, calibrato e correttamente posizionato sul condotto dell’aria di ritorno, il deumidificatore può essere regolato in base all’effettiva necessità di essiccazione, anziché all’ipotesi dello scenario peggiore.

La precisione come strategia energetica

Il costo energetico della gestione delle camere asciutte per batterie non diminuirà con la crescita del settore. Le gigafactory fanno funzionare continuamente più deumidificatori di grandi dimensioni, 24 ore su 24. L’effetto cumulativo di un’essiccazione eccessiva su questa base installata è significativo. Una riduzione del 30% dell’energia utilizzata per la deumidificazione in un intero stabilimento produttivo rappresenta un valore importante sia in termini di costi operativi sia di CO2. Per ottenere questa riduzione non sono necessarie nuove specifiche di processo né modifiche alla composizione chimica delle batterie. È possibile ottenerla attraverso sensori accurati, stabili e sottoposti a corretta manutenzione. Per i produttori che non hanno recentemente riesaminato il proprio programma di calibrazione dei sensori, o che non sono sicuri che i set point attuali includano un margine di sicurezza non necessario, questo è il punto di partenza.

Una misurazione accurata del punto di rugiada non riguarda solo il controllo qualità. Nella camera asciutta, è uno dei fattori più diretti disponibili per migliorare l’efficienza energetica.