Autore: Luciano Guida, Automation Engineer.
Data aggiornamento: ottobre 2026.
Benvenuto su questo sito dedicato all’automazione industriale, oggi parliamo di una delle funzioni più importanti e diffuse nell’automazione industriale, ovvero il riscaldamento dei fluidi. Scopriremo come avviene il riscaldamento negli impianti automatici, e utilizzeremo anche un tool di calcolo per il dimensionamento dei sistemi.
1. Il riscaldamento nell’automazione industriale.
1.1. Riscaldamento nei diversi settori industriali.
Il riscaldamento nell’industria automatizzata è qualcosa che non sempre si palesa facilmente, eppure difficilmente ci sono settori di produzione che non sfruttano questa trasformazione di energia.
Tanto per fare qualche esempio, il riscaldamento viene utilizzato nei seguenti settori:
a) Industria delle materie plastiche: stampaggio a iniezione, estrusione, termoformatura, soffiaggio e sistemi hot runner.
b) Industria alimentare e delle bevande: pastorizzazione, sterilizzazione, cottura, essiccazione e mantenimento della temperatura di prodotti e serbatoi.
c) Industria chimica e farmaceutica: reattori, distillazione, evaporazione, sterilizzazione e controllo della temperatura nei processi produttivi.
d) Oil & Gas e petrolchimico: riscaldamento di tubazioni e serbatoi, mantenimento della fluidità di oli, bitumi e combustibili pesanti, protezione antigelo.
e) Metallurgia e lavorazione dei metalli: fusione, trattamenti termici, tempra, ricottura e preriscaldo di stampi e semilavorati.
f) Vetro, ceramica e materiali da costruzione: fusione, cottura, essiccazione e ricottura dei materiali.
h) Packaging, carta e stampa: sigillatura a caldo, laminazione, essiccazione degli inchiostri e produzione di imballaggi.
i) Tessile, legno e gomma: essiccazione, vulcanizzazione, pressatura, termofissaggio e incollaggio.
Dall’elenco sopra si denota ci devono essere diversi metodi di riscaldamento, adatti per ogni tipo di esigenza. Per esempio, riscaldare un serbatoio d’acqua non è come scaldare un foglio termoplastico, oppure fondere del metallo: i fluidi di servizio, i mezzi per riscaldare, e i macchinari cambiano.
1.2. Mezzi per riscaldare.
Riscaldare implica trasformare l’energia, e per farlo ci sono molteplici mezzi, tra questi:
a) Resistenze elettriche.
b) Vapore.
c) Acqua surriscaldata.
d) Olio diatermico.
e) Gas combustibili.
f) Aria calda.
Ci sono poi tecniche che sfruttano raggi infrarossi, microonde, e radiofrequenza.
In questo articolo ci concentriamo sui primi due mezzi di riscaldamento, ovvero le resistenze elettriche e il vapore. La scelta deriva dal fatto che sono tra i mezzi più utilizzati nell’industria alimentare, e i concetti che si applicano sono relativamente semplici da comprendere.
Su questa pagina, in fondo, è disponibile un calcolatore per calcolare il dimensionamento e l’energia necessaria a riscaldare un fluido in diversi scenari (a batch o in continuo), sfruttando proprio le resistenze elettriche, oppure il vapore (attraverso uno scambiatore a piastre).
2. Tipi di processo da riscaldare.
2.1. Riscaldamento a lotto (batch) e in continuo.
Quando si progetta un riscaldamento, bisogna considerare se è necessario scaldare qualcosa di una quantità definita, oppure in continuo. Nel nostro esempio, potremmo voler riscaldare un serbatoio contenente dell’acqua, oppure riscaldare l’acqua direttamente durante l’invio all’utilizzo.
A seconda della dinamica del processo, possiamo optare per il mezzo più adeguato, oltre che scegliere le necessarie apparecchiature.
2.2 Riscaldamento a lotti.
Vediamo adesso il primo tipo di riscaldamento, quello a lotti, ecco lo schema dell’impianto nella figura che segue.
Nello schema P&ID abbiamo un serbatoio contenente acqua, assumiamo che siano mille litri. Il serbatoio è equipaggiato con due livelli per gestirne il carico e lo scarico, e una trasmettitore di temperatura PT100, chiamato TT1.
In verde sono evidenziate sia la PT100 che la resistenza R1 posta in basso sul serbatoio, questi sono i due elementi utilizzati per controllare il riscaldamento.
Troviamo nello schema alcune valvole, e la pompa M1 necessaria per far ricircolare l’acqua all’interno del serbatoio, oppure inviarla all’utilizzo.
In questo scenario si può anche scaldare l’acqua senza fare il ricircolo, tuttavia questa funzione garantisce una miscelazione del fluido, in modo da non creare stratificazione della temperatura all’interno del serbatoio.
Con il riscaldamento a lotto tutto il contenuto del serbatoio viene portato in temperatura, e quando questa raggiunge il preset, il riscaldamento si disattiva.
Nella figura che segue troviamo una resistenza elettrica industriale da 6KW. Il modello si chiama Acim Jouanin, ha una lunghezza di 480 millimetri, ed è alimentata a 400V in corrente alternata.
2.3 Riscaldamento in continuo.
Ecco nella figura che segue lo schema dell’impianto che sfrutta la modalità di riscaldamento in continuo.
Con questa soluzione l’acqua arriva direttamente alla pompa, che la spinge attraverso lo scambiatore a piastre. Il riscaldamento avviene per mezzo del vapore, il quale cede calore durante l’attraversamento delle piastre, e diventa condensa che solitamente viene recuperata.
In questo scenario, la sonda di temperatura PT100 è posta sul tubo di uscita dello scambiatore, non essendo presente un serbatoio di accumulo.
Notiamo che il flusso del fluido di servizio (in questo caso il vapore), viene messo in contro corrente rispetto al flusso del fluido da scaldare; questo migliora lo scambio termico.
Ecco nella figura che segue uno scambiatore di calore a piastre. Il modello è Lowara LBP400-020, con 20 piastre brasate alte 214.5mm e larghe 80.7mm. Lo spessore delle piastre è di 24.1mm, e la superficie di scambio totale di circa 0.6 metri quadrati.
2.4. Soluzione di riscaldamento con doppia possibilità: a lotti e in continuo.
Esiste una terza soluzione, che prevede la possibilità di riscaldare a batch, e anche in continuo, la vediamo nello schema che segue.
A differenza della soluzione a batch con resistenze elettriche, in questo impianto è presente una sonda di temperatura anche sul tubo di uscita dello scambiatore, in modo da poter scaldare direttamente durante l’invio del fluido all’impianto utilizzatore.
Volendo si potrebbe eliminare il trasmettitore di temperatura presente nel serbatoio, tuttavia lasciarla permette di rilevare il raffreddamento del prodotto senza doverlo fare riciclare per mezzo della pompa.
3. Formule e calcoli per dimensionare i sistemi di riscaldamento.
Indipendentemente dal tipo di soluzione adottata per riscaldare, è sempre necessario dimensionare correttamente gli impianti; ecco come avviene questo processo per i nostri esempi:
a) Il punto di partenza, comune a entrambe le tecnologie, è la determinazione della potenza termica utile: questa si ricava moltiplicando la massa (o la portata) dell'acqua per il suo calore specifico (pari a 4186 kJ/kg x °C), e anche per il salto termico desiderato, ovvero la differenza tra temperatura di ingresso e di uscita. Il risultato viene poi diviso per il tempo di riscaldamento desiderato.
b) Nel caso in cui si adotti una soluzione elettrica, si procede calcolando la potenza elettrica richiesta, ottenuta dividendo la potenza utile per il rendimento dell'impianto. Moltiplicando tale valore per le ore di funzionamento, si definisce infine il consumo elettrico totale espresso in kWh.
c) Se si opta invece per una soluzione a vapore, la potenza richiesta allo scambiatore viene calcolata dividendo la potenza utile per il rendimento specifico dello scambiatore a piastre. Da qui, si ottiene il consumo di vapore espresso in kg, determinato dividendo l'energia utile totale per il prodotto tra il calore latente di vaporizzazione (che varia in base alla pressione del vapore), e il rendimento dello scambiatore.
L'ultimo passaggio, specifico per gli impianti a vapore, consiste nel dimensionare fisicamente la superficie di scambio necessaria in metri quadri: questo valore si ottiene dividendo la potenza richiesta convertita in Watt, per il prodotto tra il coefficiente di scambio termico (U), e la differenza di temperatura media logaritmica calcolata tra il vapore e l'acqua.
Tutti questi calcoli rappresentano la base di qualsiasi dimensionamento reale dei sistemi di riscaldamento. Quando si progetta un vero impianto si prendono in considerazione anche altre variabili, e si consultano di datasheet delle apparecchiature e degli scambiatori. Questi ultimi in particolare hanno un rendimento che varia anche in base al tipo di prodotto da riscaldare, il materiale delle piastre, e il grado di incrostazione della macchina.
3.1 Il tool calcolatore per i sistemi di riscaldamento.
Di seguito troviamo il tool per dimensionare il riscaldamento elettrico e con vapore sfruttando lo scambiatore a piastre, ecco come utilizzarlo:
a) Si sceglie se progettare un riscaldamento di tipo batch o in continuo.
b) Si imposta la dimensione del batch o la portata in litri/ora.
c) Si impostano la temperatura di partenza del fluido da riscaldare e quella finale desiderata.
d) Per il riscaldamento a lotto si imposta il tempo desiderato per concludere il riscaldamento.
Per entrambi i sistemi il tool calcola la potenza termica utile in kW e la potenza effettiva richiesta, considerando i rispettivi rendimenti.
Per il sistema elettrico si ottiene il consumo, indicato come totale in kWh per i sistemi ad accumulo, o orario in kWh/h per quelli a flusso continuo.
Per il sistema a vapore calcola il consumo in kg o in kg/h a seconda del processo, ottenendo anche il valore della superficie di scambio totale in metri quadri necessaria per lo scambiatore a piastre.
| Parametro Termodinamico | Resistenza Elettrica | Scambiatore a Piastre con Vapore |
|---|---|---|
| Potenza Termica Utile | 0.00 kW | 0.00 kW |
| Potenza Richiesta | 0.00 kW | 0.00 kW |
| Consumo Energetico Totale | 0.00 kWh | 0.0 kg |
| Portata Energetica Oraria | 0.00 kWh/h | 0.0 kg/h |
| Superficie Scambio Totale | N.D. (Immersione) | 0.000 m² |