Impianti meccanici

RETI IDRICHE

All’interno degli stabilimenti industriali, l’acqua può essere usata per impieghi industriali, potabili e antincendio.

È bene che le reti di distribuzione rimangano distinte perché si possono conseguire dei risparmi di esercizio, la

portata dell’acquedotto può essere insufficiente, le disposizioni normative sull’uso dell’acqua potabile e

eventuali problemi di contaminazione.

L’acqua industriale è destinata ai seguenti impieghi: mezzo di raffreddamento, materia prima nelle lavorazioni

che richiedono acqua, mezzo di lavaggio o solvente, agente meccanico negli impianti, transfer termico,

produzione di vapore, trasporto di materie (prime o di scarto), raffrescamento aria ambiente.

APPROVVIGIONAMENTO IDRICO

DIAGRAMMA REGOLARE Si allaccia direttamente alla fonte di

approvvigionamento con una pompa avente

capacità e portata uguale a . Quando la

portata raggiunge il valore ≅ 0.8

inserisco una valvola che regola la portata.

DIAGRAMMA REGOLARE CON PRESENZA DI PICCHI ACCENTUATI

Si possono usare due pompe in parallelo, che

1

lavora a portata e la pompa che

=

1 2

lavora a portata . Le due pompe

=

2

funzionano in maniera alternata e mai in

contemporanea (la portata comunque non

raddoppierebbe). Quando la portata è elevata,

lavora la pompa che lavora a portate maggiori,

2

mentre per portate basse, lavora la pompa che

1

lavora a portate maggiori. Si utilizza questo

schema per evitare un funzionamento

continuamente regolato delle pompe. 18

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DIAGRAMMA IRREGOLARE Quando la richiesta dell’utenza è fortemente

irregolare, l’impianto richiede l’impiego di un

serbatoio di accumulo, dove si accumula acqua

quando la richiesta è bassa, e che fornisce acqua

quando la richiesta è elevata.

VERIFICA ECONOMICA

In genere si utilizza la soluzione con serbatoio per ragioni di sicurezza (servizi antincendio) e per sopperire a

eventuali picchi di richiesta non previsti.

ACCUMULO

Si ricorre all’accumulo dell’acqua per affrontare la variazione di consumo e di portata. Tramite questa

operazione ci posso essere sensibili risparmi sull’approvvigionamento. La capacità del serbatoio deve quindi

essere tale da garantire l’alimentazione delle utenze e la raccolta dell’acqua. I serbatoi di accumulo hanno

quindi il compito di evitare un costante funzionamento in regolazione delle pompe, per farle invece funzionare in

condizioni di massimo rendimento.

I sistemi di accumulo possono essere di accumulo (o di

compenso), oppure di accumulo pressurizzati.

SERBATOI DI ACCUMULO O DI COMPENSO

Lavorano a pressione atmosferica. I serbatoi posso essere:

• SOPRAELEVATI: garantisce il più alto livello di affidabilità nella

fornitura del servizio idrico. Costituisce sia una riserva di acqua

che una riserva di energia potenziale. Tali serbatoi possono

essere di acciaio o calcestruzzo, avere varie forme (cilindrica,

sferica e a fungo) e un’altezza variabile: se usato nella rete

antincendio ha un’altezza di almeno 35m, mentre negli altri casi

solitamente intorno ai 25m. Questi serbatoi hanno un forte

impatto visivo. Il dimensionamento del serbatoio richiede la

definizione del suo volume utile, la minima altezza di

posizionamento e la scelta della pompa di carico.

• INTERRATI O SEMI-INTERRATI: usati nel caso in cui la pressione di mandata richiesta sia troppo elevata

per fare un serbatoio sopraelevato. Questo serbatoio ha un adatto sistema di pompaggio per

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l’alimentazione delle utenze. Sono generalmente realizzati con vasche in cemento armato. La linea

antincendio è collegata a una motopompa, in modo da poter fornire acqua anche quando non c’è

disponibilità di energia elettrica.

• FUORI TERRA: rappresentano una soluzione più economica rispetto ai serbatoi aerei. Lo schema

impiantistico è simile a quello dei serbatoi interrati. Normalmente c’è anche una serpentina di

riscaldamento per evitare il congelamento dell’acqua.

SERBATOIO DI ACCUMULO PRESSURIZZATO - AUTOCLAVE

L’autoclave si usa quando è necessario

incrementare la pressione dell’acqua.

Un generico impianto è costituito da un serbatoio

di accumulo, una pompa elettrica (centrifuga), in

contenitore a pressione (chiamato polmone) che

contiene una camera d’aria, un pressostato

(interruttore in grado di accendere la pompa in

funzione della pressione dell’acqua.

L’acqua viene spinta nel polmone con una

pressione maggiore a quella di rete. Qui dentro la

camera d’aria, per effetto della pressione,

comprime l’acqua al suo interno. La camera

d’aria agisce come una molla, in modo da tenere

l’acqua in pressione, senza che la pompa si

accenda e spenga continuamente. Il pressostato

avvia la pompa quando la pressione è inferiore a

un determinato valore. La presenza dell’aria nel

contenitore evita una rapida caduta di pressione

nel momento di prelevamento del liquido. Il

serbatoio pneumatico agisce come

accumulatore e consente alla pompa di dilatare il

periodo di funzionamento su un periodo di tempo maggiore.

La bolla d’aria può essere a contatto DIRETTO con l’acqua (l’aria solubilizza nell’acqua, per cui è necessario

ripristinarne periodicamente il volume con un compressore) o separata dall’acqua con una MEMBRANA

ELASTICA (previene il problema della perdita di aria, ma limita le dimensioni dell’impianto e riduce l’affidabilità).

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DIMENSIONAMENTO

Il volume effettivo del serbatoio è dato dalla somma del volume utile, del volume antincendio, del volume di

sicurezza (tiene conto della domanda non prevista o di eventuali espansioni dell’impianto), del volume franco

superiore (tiene conto del galleggiante) e il volume franco inferiore (tiene conto di eventuale deposito di fanghi

che non devono essere pescati dalla rete)

= + + + +

PIPING

INTRODUZIONE

La progettazione di un impianto di distribuzione di fluidi deve essere improntata all’economicità (di installazione

e di gestione), al risparmio energetico, alla sicurezza, all’espandibilità, alla manutenibilità e all’affidabilità.

Con l’ANALISI FUNZIONALE si formalizzano i requisiti di business e vincoli progettuali, si elaborano soluzioni di

alto livello comprensibili all’utente finale e si forniscono indicazioni agli sviluppatori per poter redigere l’analisi

tecnica. Con l’ANALISI TECNICA si fa il progetto vero e proprio delle funzionalità. Essa dipende dalla tecnologia

usata.

Il piping è l’insieme connesso di tubazioni, giunti, valvole e altri accessori atti al trasferimento di un fluido dalla

sorgente all’utenza. Apposite normative regolano la scelta e l’utilizzo degli elementi del piping.

Per definire compiutamente una componente di piping occorre specificare le caratteristiche dimensionali, il

materiale e lo stato di fornitura e la normativa di riferimento (quelle internazionali (ISO (internazionale) e EN

(europeo)) emettono delle normative generali recepite dai vari enti normatori nazionali (ad esempio in Italia UNI,

in Germania DIN e negli Stati Uniti ANSI).

PROGETTAZIONE DELL’IMPIANTO

Dovendo immaginare di collegare tra di loro

tre cisterne, per prima cosa scegliamo le

tubazioni (pipes). Successivamente diventa

necessario quindi scegliere gli accessori

(pipe fittings) che permettono il raccordo tra

due o più tubi, anche di diametri differenti:

gomiti, riduttori, raccordi a T, connessioni

terminali, ecc.). Si valuta poi l’installazione

di valvole (diverse in base alla costruzione e

alla loro funzione), che fermano il flusso

quando necessario. Nel caso in cui potrebbe

esserci una espansione del fluido, si

utilizzano i giunti di espansione, che

permettono l’espansione mantenendo la

loro funzionalità e integrità strutturale. Si

possono poi inserire degli strumenti di misura per il controllo del flusso all’interno dell’impianto. L’impianto

delle tubazioni deve essere sostenuto da supporti, che in base al posizionamento dei tubi possono essere aerei

(cavi), da terra o da parete) e dipendono anche dalla scelta compiuta dal progettista.

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Le reti di distribuzione devono essere visibili, ispezionabili e chiaramente individuabili. Mentre non devono

essere di intralcio, poter essere danneggiate dal transito di veicoli, occupare spazi di lavoro e costituire barriera

alla luce naturale.

ELEMENTI CARATTERIZZANTI DI UNA TUBAZIONE

Gli elementi di designazione di una tubazione dipendono dagli enti preposti alla normazione:

• Per UNI EN, ISO e DIN EN sono:

1) Diametro nominale DN: indicazione convenzionale che rappresenta approssimativamente il

diametro interno [mm] della tubazione. La norma unifica i valori di DN da 1 a 2500 attraverso la

10

serie di Renard R10 ( ). Identifica tutti gli elementi di una tubazione (tubi,

= ∗ √10

+1

flange, saracinesche, ecc.)

2) Pressione nominale PN: pressione convenzionale [bar] utilizzata per la scelta della tubazione

idonea alle condizioni di esercizio ed è legata allo spessore della tubazione. La normativa

unifica i valori da 1 a 1000. Dalla pressione nominale sono definite tre condizioni di esercizio:

I. Pressione di esercizio pari al 100% della pressione nominale: fluidi non pericolosi e

con temperature inferiori a 120°C

II. Pressione di esercizio pari al 80% della pressione nominale: fluidi non pericolosi con

temperature comprese tra i 120°C e i 300°C oppure con fluidi pericolosi a

temperatura non superiore a 120°C

III. Pressione di esercizio pari al 64% della pressione nominale: fluidi non pericolosi con

temperature comprese tra 300°C e 400°C oppure per fluidi molto pericolosi

3) Tipo di materiale: dipende dalle caratteristiche chimico-fisiche del fluido da trasportare e dalle

condizioni ambientali esterne. I materiali normalmente usati sono acciaio, cemento

(acquedotti e acque tecnologiche inquinate), plastica (resistente alla corrosione e leggera, ma

PN<16 e difficoltà di tenuta per fluidi caldi). Il materiale ideale presenta corrosione non

superiore a 0.05 mm a