CONSUMI D`ACQUA laboratorio

CONSUMI D'ACQUA
laboratorio
I consumi d’acqua,
una riflessione.
Nulla si crea e nulla si distrugge,
tutto si trasforma.
a cura di Roberto Giacobbi
Quando pensiamo all’acqua ci viene in mente qualche cosa di grandioso, la mente vola
subito ai mari, ai fiumi, ai ghiacciai delle montagne immacolate.
L’acqua è la vita, è uno degli elementi che fanno la storia (e le economie) dei popoli.
Associata all’acqua prende forma una visione etica del mondo, senza colore politico ma
con intenso calore umano.
Non è necessario essere iscritti ad una associazione ambientalista per essere paladini
della battaglia in difesa di quest’elemento fondamentale della nostra vita. Ma perché si
parla di difesa dell’acqua? Per il semplice motivo che l’acqua a cui si fa riferimento è
l’acqua “dolce”, non quella dei mari, la cui quantità (non purezza) per ora non desta
problemi pressanti, essendo legata, nel suo ciclo, all’andamento della temperatura del
pianeta. Se quest’ultimo si surriscalderà oltre la soglia di guardia, significherà che anche
questo tipo di acqua ha subito un attacco mortale, nel senso che la sua enorme quantità
non servirà a proteggerla. "L’altra” acqua, che subisce anch’essa il surriscaldamento del
pianeta, è molto più “sensibile” alle azioni dell’uomo, stante la sua limitata capacità di
autoriprodursi.
Al di là delle dichiarazioni d’intenti, sempre più questo essenziale elemento è piegato ai
voleri d’un’economia “assetata” di pulire “i panni sporchi” senza alcun ritegno e senza
alcuna salvaguardia per le generazioni future. Inquinamento, innalzamento termico,
convogliamenti forzati e tante altre azioni fanno dell’ acqua un entità fisica malata che è
necessario curare. Questi fenomeni sono, oggi, ancor più evidenti perché l’innalzamento
della temperatura del pianeta produce, di fatto, una ulteriore scarsità d’acqua.
Purtroppo, questi discorsi sono condivisi quando non si è toccati, in prima persona, da
eventuali sacrifici: chi di noi si è mai preoccupato di conoscere quanto consumano una
lavatrice od una lavastoviglie domestiche? A noi, ed alle nostre famiglie, basta che ci
alleviino da lavoro e fastidi. Sempre di più, nel prossimo futuro, occorrerà porre maggiore
attenzione all’acqua nelle sue funzioni “lavorative”. Già in alcuni paesi d’Europa è
operativo un meccanismo di tariffazione dei consumi dell’acqua sia in entrata, sia in
uscita, vale a dire si paga per il consumo vero e proprio e per lo smaltimento; si badi
bene, non per lo smaltimento fognario (le cosiddette acque nere), ma per uno
smaltimento pressoché “pulito” ma con temperature diverse rispetto all’acqua richiesta in
entrata.
Questo è il punto che c’interessa sviluppare in rapporto al lavoro dell’artigiano gelatiere,
in particolar modo l’acqua di condensazione, cioè l’acqua che è necessaria per raffreddare
il calore sottratto al gelato (e/o miscela) attraverso il lavoro del compressore e degli
elementi che, comunque, generano calore durante il processo. In quest’analisi non
prenderemo in considerazione altri impieghi (seppur importanti) d’acqua, ma solo il
consumo legato alla produzione del gelato.
Come sappiamo per la produzione di gelato occorrono due cicli fondamentali a monte
della conservazione: la pastorizzazione e la mantecazione. Ora, nella fase di
riscaldamento del ciclo di pastorizzazione non si ha consumo d’acqua, una fonte d’energia
provvede a sciogliere ed a miscelare gli ingredienti solidi e liquidi. Raggiunta la
temperatura per la propria miscela (mediamente +85°C), inizia il ciclo di raffreddamento
per portare la miscela a 4°C per il successivo ciclo di maturazione. Occorre sottrarre
calore alla miscela, per cui ci vuole un elemento (sempre) più freddo della miscela per
assicurare lo scambio termico.
Questo lavoro è svolto dal compressore che toglie calore alla miscela.
Il compressore, a sua volta, ha bisogno d’un altro elemento che gli permetta di
continuare il ciclo a mo’ di moto perpetuo (anche se non lo è, perchè alimentato da
energia elettrica): questo elemento è l’acqua.
I primi pastorizzatori immessi sul mercato, tanti anni fa, utilizzavano l’acqua
dell’acquedotto fino a quando non era più possibile lo scambio termico, quindi, si
connetteva, automaticamente, il compressore.
In quel caso era privilegiato il risparmio d’energia elettrica rispetto a quella idrica, in
quanto l’acqua costava poco o niente. Nel ciclo di mantecazione occorre portare la
miscela da +4°C alla temperatura o consistenza desiderata in funzione della ricetta, vale
a dire, approssimativamente, dai -7°C ai -15°C (le macchine multifunzione che scaldano
e gelano la miscela non sono oggetto di questa trattazione). La trasformazione della
miscela in gelato è assicurata da un compressore (ed un motore agitatore) che necessita
ancora d’uno scambio termico con un elemento raffreddante.
La quantità d’acqua necessaria è in funzione della potenza dei compressori utilizzati e dei
tempi di ciclo. Purtroppo non è tutto, infatti, come abbiamo detto all’inizio, l’acqua di
condensazione si deve far carico non solo del calore da sottrarre alla miscela, sia nella
sua fase di composizione, sia in quella di trasformazione in gelato, ma, anche, di tutto il
calore che nasce dal ciclo di riferimento: pastorizzazione e mantecazione. La funzione
dell’agitatore, nel pastorizzatore, è indispensabile per ottenere una miscela con polveri ed
ingredienti disciolti e dispersi finemente; nel mantecatore un buon agitatore,
opportunamente conformato, consentirà d’avere una buona struttura del gelato finito.
Ebbene, l’agitatore produce, nel suo lavoro, calore che si va ad aggiungere al calore da
sottrarre al prodotto. Quanto calore produce un agitatore? Vi invito a fare un
esperimento: provate, alla sera, a versare acqua a 4°C nel vostro pastorizzatore;
premete il pulsante “Agitazione” ed andate a dormire.
Il mattino seguente, troverete la temperatura dell’acqua intorno ai 35°C, pur se nel
vostro laboratorio la temperatura non supera i 15°C.
Che cosa è successo? Il calore sviluppato dal motore agitatore, in 12/15 ore, si è
trasferito nell’acqua elevandone la temperatura. L’esperienza consiglia, in generale, di
considerare circa dal 10% al 20% della potenza del motore agitatore, come potenza da
aggiungere alla potenza del calore da dissipare riferita al compressore che, a sua volta,
fornisce un indice del calore da dissipare mediamente intorno al 40/50% della sua
potenza. In totale, quindi, l’esperienza suggerisce di considerare un fabbisogno totale di
circa 100lt per CV (0.74569KW) per ora. Un’eccezione riguarda i mantecatori potenti ad
alta capacità di gelatura; infatti, per questi modelli, stante la potenza installata ed il ciclo
molto breve, la percentuale da assumere come calore da dissipare, dal compressore, può
raggiungere anche l’80%. All’inizio del ciclo (pastorizzazione e/o mantecazione) il lavoro
del compressore per scambiare è maggiore rispetto a fine ciclo (esattamente l’opposto, in
mantecazione, per il motore agitatore, che produrrà uno sforzo più rilevante per vincere
la resistenza della miscela che si trasforma in gelato), per cui, di solito, si calcola un
valore medio dimensionato per macchina.
Nei manuali d’uso è riportato un valore di consumo d’acqua legato al ciclo, del quale
viene indicato il tempo di riferimento. Un esempio chiarirà meglio il concetto. Prendiamo
un pastorizzatore da 60lt e 60kg di miscela base da trattare, con un compressore da
3.5KW di potenza ed un motore agitatore da 0.8KW, tutti a 50HZ (a 60HZ cambiano i
valori). Ad inizio ciclo il calore da dissipare si attesta all’incirca ad un valore di poco
inferiore ai 12KW/h; a fine ciclo è poco meno della metà, quasi 5,6KW/h.
Si assumono, quindi, un valore massimo intorno ai 13KW, ed uno medio intorno ai 9.9KW
(8512.468Kcal.).
L’acqua in entrata è considerata a 18°C ed in uscita a 32°C.
Con questi dati nominali, per un ciclo di raffreddamento di 60’ (il ciclo intero è due ore) i
consumi d’acqua sono circa 130/160lt.
Prendiamo ora in considerazione un mantecatore orizzontale (con il verticale cambia) da
50kg/h con una carica per gelata di 8kg di base (con altri gusti “estremi”come sorbetti
etc. i dati finali cambiano), con un compressore da 2.5KW ed un motore agitatore da
2,8KW di potenza a 50HZ. Ad inizio ciclo di mantecazione, a macchina a regime (è
importante sottolinearlo), il calore da dissipare è circa 10KW/h, mentre a fine ciclo è,
anche in questo caso, poco meno della metà, circa 4,2KW/h. Le temperature dell’acqua
in entrata ed in uscita sono, come riferimento, le stesse, 18°C e 32°C. I valori massimi e
medi si assumono in 11KW/h e 8,0KW/h (6878.762KCal.). Il tempo di ciclo è preso,
come riferimento, a 10’: il consumo d’acqua è 40/50lt per ciclo.
Se varia uno dei due fattori primari, che influenzano maggiormente lo scambio termico,
vale a dire potenza compressore o tempo di ciclo, varia il consumo d’acqua.
Un elemento che può influenzare il carico termico e che non viene preso in
considerazione, è l’ambiente intorno alle macchine, in quanto si dà per scontato che la
coibentazione sia del cilindro del mantecatore, sia della vasca (e coperchio) del
pastorizzatore, sia perfetta senza dispersioni significative. La tendenza odierna ad avere
molti gusti da offrire, comporta, spesso, la necessità d’avere più compressori per moduli
differenziati in funzione dei gusti di gelato da conservare. Anche queste potenze entrano
in gioco ed influenzano la necessità d’acqua globale. Ovviamente, ci sono tante altre
attrezzature in una gelateria (Bar-Gelateria-Pasticceria) “bisognose” d’acqua, per cui il
dimensionamento di questo fenomeno è complesso e deve tener conto di tutto.
È fin troppo evidente, a questo punto, che i consumi d’acqua sono molto importanti ai fini
dell’economia nella produzione di gelato.
Da un’indagine condotta qualche anno fa da FIPE Cogel, risultava che la produzione
media annua di gelato si collocava intorno agli 8500Kg, con un 20% che non arrivava ai
2000Kg ed un corrispondente 20% che superava abbondantemente i 10000Kg.
La vendita giornaliera era intorno ai 29 Kg. Dalla stessa ricerca si può rilevare che le
gelaterie stagionali aprono non meno di 200 giorni l’anno, mentre le più diffuse, le BarGelaterie (50% del totale) stanno aperte per 290 giorni l’anno. In assenza di dati più
aggiornati, e/o precisi, si possono assumere questi valori come attuali, considerando un
aumento dei volumi di produzione dovuto alle nuove aperture. Se si considerano circa
9000 Kg/anno per 220 giorni d’apertura, si può affermare che la produzione “giornaliera”
è assimilabile, mediamente, ad un ciclo di pastorizzazione e mantecazione per giorno,
vale a dire entro i 60 kg. È ovvio che non è così.
Si tende, per meglio organizzare il lavoro, a separare il momento della
pastorizzazione/maturazione dalla mantecazione/conservazione.
Ai fini del problema che stiamo affrontando il risultato non cambia. Le due/quattro ore di
lavoro/giorno (prese come esempio teorico) comportano un consumo d’acqua di circa
4000/5000lt. Quanto costa l’acqua? Considerando la città di Milano dove le tariffe sono
molto basse (il costo è 45 centesimi al m3 comprensivo della tassa di depurazione), 4 ore
di produzione, con lavori accessori, comportano un costo che è, più o meno, 2 ?/giorno.
Non è ovunque così.
Si va da euro0,72 ogni 1000litri a Bergamo (con consumo procapite di 269lt), 1,48 a
Livorno (con 268lt/abitante), Torino 0,82 (226lt/abitante), Palermo 1,13 (168lt/abitante),
Venezia 0.76 (401lt/abitante), Sassari e Nuoro 0,89 (204lt/abitante). Si va, in pratica, da
mezzo euro a 1,5, al massimo, per 1000litri, con un consumo pro capite che è fra i più
alti in Europa. Infatti, in altri Paesi, come la Germania, per esempio, il costo al m3 è oltre
4euro, vale a dire quattro volte il costo medio in Italia, con consumi pro capite
decisamente inferiori.
Un gelatiere di Berlino paga l’acqua 4,30 per 1000 litri,(consumo pro capite 117lt),
mentre il suo collega di Amsterdam la paga 1,47 (148lt pro capite), un gelatiere ad
Alicante paga 1,30 (280lt pro capite), a Marsiglia 2,58 (194lt pro capite).
È prevista la valutazione per un aumento delle tariffe in futuro, per garantire una migliore
copertura del territorio ed una migliore depurazione (soprattutto le isole sono molto
carenti in questo) da una tariffa media attuale dello 0,93 al m3 si dovrebbe passare ad
una di 0,96 al m3 al primo anno di affidamento del servizio, per poi continuare a
crescere, per quindici anni, fino ad arrivare a 1,38% per m3 (il 48,4% in più rispetto alle
tariffe preesistenti e il 42,2% in più sulla tariffa del primo anno).
È importante, in sintesi, acquisire il concetto del risparmio dell’acqua anche in presenza
di tariffe basse per garantirsi in futuro costi di gestione limitati.
Per una gelateria di medie dimensioni e, nel caso, ancora più grosse, i valori in gioco
diventano fortemente incisivi. Che possibilità ci sono per risparmiare acqua, visto che non
possiamo pagarla di meno? Le proposte sul mercato sono di due tipi: attrezzature
condensate ad aria ed attrezzature che limitano i consumi d’acqua. Ambedue le soluzioni
presentano dei vantaggi e degli svantaggi. Proviamo ad analizzarne qualcuno.
Nei laboratori e nei punti vendita delle gelaterie sono già presenti attrezzature
condensate ad aria di serie, solitamente con potenze installate relativamente modeste,
ad esempio, tavoli da lavoro refrigerati sia positivi che negativi, armadi verticali di
conservazione TN e BT, montapanna, produttori di ghiaccio, granitori, macchine soft-ice,
e, molto spesso, vetrine espositive.
A parte le macchine soft-ice, tutte le altre attrezzature sono definibili “statiche” cioè prive
di meccanismi termodinamici che ne appesantirebbero il funzionamento. Non sono
queste, logicamente, le macchine oggetto del nostro risparmio d’acqua, ma le stesse
macchine utilizzate per la produzione (e conservazione) del gelato che, di serie, sono
costruite condensate ad acqua, e, finalizzate ad un risparmio dei consumi idrici, sono
proposte, a richiesta, condensate ad aria. Il vantaggio principale, innegabilmente, è
quello di non consumare acqua (più o meno) se non quella necessaria al lavaggio della
macchina stessa.
Gli svantaggi, però, sono innumerevoli, se non si realizza una condensazione remota:
1. Essendo non di serie, ci potrebbe essere il problema d’un più lungo,
approvvigionamento della macchina, se la si compra nuova
2. Cambiano le dimensioni ed i pesi, dovuti alla necessità d’una
notevole portata d’aria in rapporto ad uno scarto di temperatura
medio, inoltre, le superfici di scambio indiretto aumentano
considerevolmente per un basso coefficiente di scambio termico.
3. Aumenta il prezzo d’acquisto di una percentuale dal (+4%/+15%)
4. Aumenta il rumore all’interno del laboratorio
5. Il condensatore, essendo posizionato in basso nella parte posteriore
della macchina, produce, tramite il ventilatore, una sollevazione
della polvere dal pavimento, al di là del volume spostato legato al
calore da smaltire
6. Per effettuare le operazioni di pulizia del condensatore, occorre
spostare la macchina
7. Aumenta il calore nel laboratorio e, soprattutto, in certi ambienti, si
allunga il tempo del ciclo di produzione del gelato (raffreddamento
del ciclo di pastorizzazione) o, meglio, diminuisce la resa della
macchina in mantecazione, continuando a spendere energia per il
compressore ed il motore agitatore.
Per quest’ultimo problema si può fare qualcosa richiedendo il condensatore tropicalizzato:
il rendimento migliora, ma rimangono aperti tutti gli altri problemi.
Ci sono sul mercato anche macchine a doppia condensazione, ma risolvono il problema
“opposto”, vale a dire quello della mancanza d’acqua, che non è il nostro caso.
L’altra categoria che affronta il consumo d’acqua è definibile come categoria di
macchine/attrezzature da aggiungere alle macchine di produzione che necessitano
d’acqua, utilizzando una quantità più o meno definita d’acqua (anche “trattata”) e/o
ghiaccio, che serve ad alimentare stabilmente le attrezzature.
Il concetto è semplice, invece d’ utilizzare l’acqua dell’acquedotto a temperatura costante
(circa 14°C a seconda delle zone), si raffredda continuamente lo stesso volume d’acqua
(o ghiaccio) dimensionato per tutto l’impianto, tramite l’impiego d’un circuito frigorifero.
Ci sono anche proposte che non utilizzano il compressore ma ventilatori.
In sintesi: si risparmia quasi totalmente il costo dell’acqua necessaria all’impianto di
produzione, ma si deve aggiungere il costo dell’energia supplementare che si deve
applicare all’acqua, più o meno sempre la stessa, a parte i rabbocchi per evaporazione,
utilizzata per raffreddare l’impianto. A volte è necessario, per alcuni modelli, aggiungere
un addolcitore contro la formazione del calcare.
Certe installazioni consentono anche un accumulo d’acqua a +35°C da aggiungere a
quella calda normalmente stoccata per i lavaggi delle minuterie.
In commercio ci sono diverse tipologie di attrezzature per il risparmio dell’acqua: le Torri
di raffreddamento, gli Economizzatori, i Chiller, sono le principali, oltre, appunto, ad altre
soluzioni più mirate secondo i dettami dei costruttori. Anche per queste categorie ci sono
vantaggi e svantaggi all’interno d’ognuna.
Cerchiamo d’affrontare, al di là dei singoli produttori, il concetto d’ognuna, lasciando poi
al lettore la scelta, il più possibile oggettiva.
Per prima cosa parliamo d’una macchina aggiuntiva a quelle in dotazione nel laboratorio
e, eventualmente, nel punto vendita. In alcuni casi è come se si installasse una macchina
condensata ad aria, con tutti i problemi che ciò comporta.
Se l’unità condensante è posizionata fuori dal locale (condensazione remota), occorre il
permesso del “vicinato” e, in ogni caso, non deve fare troppo rumore e calore.
Le Torri di raffreddamento, largamente impiegate in campo civile ed industriale, si
basano sull’utilizzo dell’evaporazione forzata d’una quantità limitata d’acqua per
raffreddare l’acqua di condensazione (massa ben più corposa) delle macchine che, a sua
volta, raffreddata, viene rimessa in circolo per continuare la sua funzione scambiatrice.
Se installate in laboratori, di piccole dimensioni, le torri, raffreddate ad aria, necessitano
di un foro verso l’esterno per il ricambio dell’aria umida. Il Chiller è un’attrezzatura che si
basa sul principio dell’accumulo di acqua che viene raffreddata da un compressore e
rinviata in circolo per condensare le macchine da gelato ed, eventualmente, altri impianti,
vetrine, etc. Anche in questo caso l’installazione può essere fatta sia all’interno che
all’esterno del laboratorio. Ci sono, sul mercato, anche versioni che si basano sulla
possibilità di sfruttare una grande riserva d'acqua fredda: in pratica, si crea un reticolo di
ghiaccio (circa il 90% della quantità totale d’acqua di accumulo) durante le ore di non
utilizzo delle macchine (es. di notte) e poi, quando esse riprendono a lavorare, l’acqua
calda di condensazione attraversa il reticolo di ghiaccio, venendo in questo modo
raffreddata, ed il ciclo riprende.
Per questi modelli, è necessario installare la parte refrigerante all’esterno o comunque in
un luogo dove sia assicurato un notevole ricambio d’aria. Ci sono, poi, gli Economizzatori
che si basano sul principio del raffreddamento differenziato dell’acqua calda di
condensazione proveniente dai macchinari. Un primo scambio termico avviene a contatto
con dei pacchi attraverso l’esposizione all’aria. L’acqua è raccolta in una vasca
sottostante e convogliata da una pompa, sull’evaporatore del compressore interno, quindi
è rinviata al circuito di condensazione delle macchine.
Sinteticamente, le principali categorie di risparmio d’acqua, sono ora, dopo una breve
descrizione di principio, confrontabili secondo il rapporto “Energia spesa/ Risparmio
acqua” in unità di misura KW, poi raffrontabili in euro.
Quanto devo spendere per ogni ora di lavoro dei miei macchinari alfine di
risparmiarne il consumo d’acqua?
Proviamo a fare un esempio pratico, sulla base dei dati indicati sopra. Prendiamo un
pastorizzatore da 60lt/h, un mantecatore da 60lt/h.
Le potenze da considerare, secondo valori medi, sono quindi:
Pastorizzatore compressore 3,5 KW
da 60lt
agitatore 0,8 KW
totale 4,3 KW
Mantecatore
da 50kg/h
compressore 2,5 KW
agitatore 2,8 KW
totale 5,6 KW
Totale 9,9 KW
Come abbiamo visto, il calore da dissipare è, circa, 18,0KW/h per un funzionamento
contemporaneo.
Il consumo d’acqua sarebbe, approssimativamente, di 370/460lt/h.
Come si può procedere nell’analisi?
1. Si prendono i depliant dei modelli disponibili sul mercato.
2. Si ricava il consumo degli stessi in KW/h per l’assorbimento delle
potenze in gioco (18,0Kw/h).
3. Si somma la potenza da smaltire a quella necessaria alla produzione
4. Si confrontano le due potenze: della macchina in rapporto ai
consumi totali.
5. Si calcola la spesa complessiva
6. Si sottrae la spesa per il consumo d’acqua.
7. Si calcola l’ammortamento del nuovo macchinario (Chiller, Torre od
Economizzatore) in rapporto al risparmio dell’acqua.
8. Si decide o meno all’acquisto considerando i suggerimenti sotto
indicati:
• Rivolgersi al concessionario di fiducia che possa anche intervenire
in caso di problemi tecnici.
• Leggere attentamente la documentazione tecnica che deve essere
la più esauriente possibile, in modo da permettere raffronti obiettivi.
• Valutare attentamente le proprie esigenze, sia produttive, sia
conservative, sia di vendita. Molto spesso, in base alle risorse
disponibili, un fattore può influenzare fortemente gli altri due.
• Determinare il costo “complessivo” (nel tempo) dovuto
all’introduzione di una nuova macchina e non solo il costo iniziale.