Appunti Impianti Navali [parte sugli impianti a bordo]

Q

Tf

l 2

L

Tc & Liquido caldo Tc

Tc

& S

Q 2

Tf Q = scambio di calore

z N

2 A piastre

•

Osserviamo due tipologie di scambiatori: A mantello a fascio tubiero

•

Facendo un’analogia con elettrotecnica.. FLUSSO

u

↑ · Flusso termico (dato)

φ

R per noi la resistenza termica

è I

T T

ΔV 2 1

=

R

=

Dove

R

I

= φ

ΔT

φ

ΔT ~

ΔV ΔT

-

Area di scambio

R = 1

↑ A

u

&

u A

· Coefficiente di scambio termico

S 2

A il parametro che voglio calcolare (m di area di scambio). u un valore tabulato, per esempio

è è

2

per uno scambiatore a piastre liquido-liquido u = 1-8 KW/m K. (1 rappresenta il caso peggiore)

Come calcolo Si utilizza il metodo LMTD cioè Logarithmic Mean Temperature Difference

ΔΤ?

(differenza di temperatura media logaritmica).

S Tc = Tf - Tf = T c - T f

posso anche

ΔTf ΔT

2 2

1 ΔTc ΔT definire:

= Tc - Tc = T c - T f Foto di uno

Δtc ΔT

2

.. 2 i

Q Tf

S

Tc scambiatore

2

· & a piastre.

ΔTf

ΔT LMTD = -

& ΔT ΔT

2

Tf ln /ΔT A =

ΔT φ

2

N u LMTD

2

c: caldo |φ| = mc Cpc = mf Cpf

- ΔTc ΔTf

f: freddo

A questo punto con area e con la portata possiamo entrare nel catalogo.

La perdita di carico concentrata 10-60.

è ξ ≈

SCHEMA SEA WATER COOLING:

Scarico S

fuori bordo Scavanging Air

i

Jacket Water (JW) JW SA aria

LO

Lub Oil (LO)

Presa a

mare Abbiamo un

sistema di pompe

LEGENDA:

LO: Scambiatore d’acqua salata-olio lubrificante.

• JW: Scambiatore acqua salata-acqua dolce (l'acqua

• dolce di raffreddamento dei cilindri del motore).

è

SA: Scambiatore d’acqua salata-aria.

•

Abbiamo una presa a mare seguita da un sistema di pompe, successivamente entro all'interno

dello scambiatore di calore Lube oil (all'interno del quale entra e esce olio) e a seguire in serie

un secondo scambiatore JW (all'interno del quale passa acqua di raffreddamento camicie).

Infine si scarica fuori bordo. Parallelamente ho un terzo scambiatore nel quale raffreddo aria.

Questo oggetto qua economico ma ho come svantaggio quello della corrosione (causata dalla

è

presenza di acqua salata all’interno degli scambiatori), quindi economico da costruire ma non

è

da mantenere. Per questo motivo lo schema di raffreddamento più usato non questo qua.

è

SCHEMA CENTRAL COOLING (il più usato):

Questo uno scambiatore

è

acqua mare -acqua dolce FWHT (Fresh Water High Temperature)

Butto fuori

bordo I

- Acqua

JW dolce

Central SA

cooler LO FWLT (Fresh Water Low Temperature)

a

Presa - Sea Water

mare Pompe Acqua dolce (Fresh water).

Tutti i sistemi di bordo sono asserviti da un unico circuito chiuso

ad acqua dolce, fatta circolare da una pompa di circolazione.

SCHEMA CENTRALE COOLING: Scambiatore

Cassa di espansione dell’aria lavaggio

Fresh Water circulation pumps (expansions tank) per tenere (sovralimentazione

il circuito sottobattente

Sea water circulation pumps FWHT SA

* JW

Cassetta di Motore

deareazione principale

(deareating

Valvola di non ritorno tank).

a LO

Central

CC ·

Queste servono per poter Cooling *

fare manutenzione alla Asse

FWLT

pompa

Presa a mare un

è Pompe in parallelo stand-by significa

cassone con una che funziona una delle due.

S

griglia (sea chest) Filtro (filter)

7x Traversa delle prese a mare X

Valve

Abbiamo le prese a mare con delle valvole in modo che la presa a mare rimanga chiusa se non ci

interessa aprirla. A valle della presa abbiamo un filtro (per evitare che le schifezze vadano in giro)

che a sua volta isoliamo con una valvola. La traversa delle prese a mare di fatto un condotto che

è

le collega, a questo si collegano tutti gli impianti che hanno bisogno di acqua di mare (es. central

cooling). Vicino al filtro ho due valvole per poter pulire il filtro (chiudo le valvole e tolgo il filtro per

la pulizia). Abbiamo il central cooling con valvole in modo da poterlo isolare. Abbiamo poi una

valvola di non ritorno per lo scarico fuori bordo. Nel circuito ad acqua dolce ho l'impianto esterno

allo scambiatore dell'aria, dopodiché ho una seconda diramazione che va allo scambiatore dell'olio

lubrificante e scambiatore dell'acqua di raffreddamento cilindri, finendo allo scarico. La cassa di

espansione serve a mantenere l'impianto sotto battente e ad assorbire eventuali variazioni di

densità e volume dell'acqua all'interno dell'impianto.

Spieghiamo bene lo schema del FWHT

Cassa di espansione Perché ho una terza

pompa? Per riscaldare

FWLT il motore (usiamo

Motore l’acqua riscaldata).

principale

JW u

Cassetta di m

areazione

(deareating tank). Heater

DIMENSIONAMENTO COMPONENTI PARTE ACQUA MARE

a Dimensionamento:

CC pompa: abbiamo portata Q e prevalenza H, da cui si può

• derivare una potenza elettrica per il motore della pompa P

el

tubolature : diametro D e spessore

•

ci

fatto

Di Scambiatore : area di scambio, portata (ma anche potenza

•

occuperemo e temperatura)

una

di

solo

pompa X Abbiamo tutto un insieme di dati (relativi ad un esame del 07/21):

Dalla P.J. Del motore avevamo i flussi termini, portate negli

a

Presa scambiatori e alcune temperature.

mare

Nel Central cooler l'acqua in ingresso entra ad una temperatura massima di 32°C (la cosiddetta

acqua tropicale). Dopodiché abbiamo un circuito con il fresh Water con gli scambiatori e la

temperatura nella parte fredda nel circuito di 36°C

è

a I

3

185 m/h 1210 KW

M

4970 -

JW scambia 3140 KW Questi dati me li

a

Central

KW 3

75 m/h con una portata di dice tutti la guida

SA

cooler

Mu 620 KW 3

110 m / h

LO ef

3 3

240 m /h 75 m/h

de - &

- 36°C

32°C [i

↳ temperatura massima che deve avere

Tropicali

p il punto piu freddo (è un requisito)

Cp della FW = 4.186 KJ/Kg

Cp della SW = 3.925 KJ/kg

Guardando il Central Cooler: = UA LMTD

Φ ↑

Ho bisogno delle altre due temperature che però non so.

?

? T2C

d Considero lato SW: kW

3 4970

185

T2F m/h -

0

par msw 18

T

3 Ferm

. 5

= = =

psu ,

Isu' Qu

Central ↓ C

am

eg

cooler Y 23 KJ

SsuP 925

m

4970 KW 10251

su , k

d 240Mh

32 1

240 3600

m /h : m

m3/5

0666

0

par = .

Tef TrC

36°C

32°C = 17/18 un numero sensato per una differenza di temperatura, piu

è

o meno in uno scambio termico i devono essere tra 10-20.

ΔT

Lato FW: ° 59 °

50 C

Cu

MFw ° ge

T C

T Tz

23

O Cpfw = =

= . par

Central

cooler

d

en m2

10 814

A

IMTD 0

= =

= =

. U CMTD

* . d

40 1

T1

tra 1 e 8, lo

è = par

ipotizzo circa 1 Tef TrC

36°C

32°C =

DIMENSIONAMENTO DELLE TUBOLATURE Q

Significa calcolare il diametro D e lo spessore t. Il dato di ⑳

partenza di cui tendenzialmente abbiamo bisogno sono le portate. d

Sezione an

~

Quella che usiamo noi l'equazione di continuità: Q = A v πD2

è 2x

portata o

↓ g

velocità

la = 4

media

volumetrica

3

Per noi lato mare Q=240 m /h

meglio scegliere un tubo piccolo con una velocità alta oppure un tubo grande con una velocità

È

piccola? A parità di portata, velocità alta significa un tubo più piccolo e una velocità bassa significa

un tubo più grande. Il tubo piccolo ovviamente occupa meno spazio quindi meglio. Il problema

è

di avere una velocità alta che ho più perdite per attrito. Quindi le velocità vengono ipotizzate, per

è

l'acqua la velocità tra 2-4 m/s.

è 3-4 m/s per il funzionamento intermittente.

Na

U

Per impianti a funzionamento continuativo

Non sempre però, ci sono alcuni vincoli. Ho delle normative che impongono una velocità del fluido,

un esempio l'impianto di sentina che un impianto a funzionamento non continuativo ma la

è è

normativa mi dice di dimensionarlo con 2 m/s. Un altro vincolo la cavitazione, questa dipende

è

dalle perdite concentrate distribuite nel tratto di aspirazione alla pompa (il tratto di aspirazione

deve avere velocità basse quindi uguali o minore di 2 m/s).

#D2 T

q

Nel nostro caso SW: A a AvA

= = =

=

4

= 28

4 Nota: il diametro dei tubi tipicamente si da in mm

D 200mm

.

= =

2 it

Per lo spessore:

Lo spessore dal punto di vista fisico dipende dalla pressione interna , nella pratica noi

faremo riferimento le formule che ci fornisce il registro RINA (Part C Chapter 1 sec. 10).

spessore minimo bending (è una maggiorazione di t0 per piegatura)

# -

di riferimento

to b c7

+ +

La formula che fornisce il registro è: t corrosion

= a

1007

l Dipende dal metodo di produzione del tubo

PD diametro esterno

to

con = ke Pressione di progetto (di

P

2 + dimensionamento dell'impianto)

coefficiente di efficienza delle saldature

tensione ammissibile del materiale po

L'equivalente forma del calcolo diretto: t 20 Amm .

Nota: il diametro da portata calcolato prima interno!

è

Din

Dex 2t

+

=

Il problema che lo spessore in funzione del diametro esterno. Di solito si procede con interazione.

è è

t > t minimo , che tabulato sul Rina.

è

Deve essere maggiore di uno spessore minimo, il problema che il criterio di dimensionamento

è

non più resistenza al carico della pressione interna ma resistenza a stress meccanici incidentali.

è

Calcolo prevalenza pompa:

a Ho un impianto con una sezione di uscita d'ingresso e

Sezione 2 CC sappiamo che la prevalenza richiesta la pompa pari a:

è

2 .

P2 P1 v

-

- perdite

H 22 2 t t

t M

1

= - 29

9g

H

ad termine geodetico termine cinetico