Appunti Impianti Termotecnici

Leggi fisiche dello stato e norme

1. Leggi fisiche - Permettono di realizzare l'impianto sfruttando i principi della fisica.
2. Leggi dello stato ed enti locali riguardano:
   • criteri di sicurezza
   • condizioni di risparmio energetico
   • tutela dell'ambiente
   • qualità del prodotto
3. Norme tecniche:
   • UNI raggruppa le CTI per la termotecnica e le CIG per il gas, ovvero il comitato italiano gas.
   • CEI raggruppa le norme per l'elettrotecnica.
   • CEN è la corrispondente europea dell'UNI.
   • CENELEC è la corrispondente europea del CEI.
   • ETSI raggruppa le norme europee per la telecomunicazione.
   • ISO è la corrispondente mondiale dell'UNI per tutti i settori tranne quello elettrotecnico.
   • IEC raggruppa le norme mondiali per l'elettrotecnica.

È possibile armonizzare la normativa a livello europeo, mondiale e nazionale, ovvero fare propria a livello nazionale una norma europea o mondiale riportandola la suddetta norma con la dicitura UNI-EN (NUMERO) oppure UNI-ISO (NUMERO) se a livello europeo o mondiale rispettivamente.

Per quanto riguarda le leggi della fisica, dobbiamo applicarle all'impianto termotecnico come una centrale di produzione fluido caldo o freddo che sarebbe il nostro fluido termovettore; in generali punti servono una centrale di caldo o freddo che può essere propria.

una caldaia o una macchina frigorifera e una rete di distribuzione nella quale sono “inviati” e “si muovera” il nostro fluido termovettore, ed un utilizzatore che si solito sono scambiatori di calore che utilizzano l’energia trasportata dal fluido termovettore per un impiego preciso come per esempio calore nelle abitazioni madiante l’impianto in alcune casi potrebbe essere una bocchetta di fuori-uscita come per impianti di aria condizionata nei quali invece e il fluido che assorbe in uscita e anche questa tipologia di utilizzatore può essere considerato come uno scambio tra di calore a miscela, ovvero tra aria/ambiente e il fluido.

Molto spesso il fluido sono acqua o al massimo aria con la quale però possiamo considerare il modello dei gas perfetti per aria fresca. In generale l’aria contiene vapori d’acqua che giocano un ruolo importante a livello termoginamico, quindi è importante trattare aria umida ovvero una miscela di due componenti: aria secca e vapori d’acqua. La concentrazione del vapore d’acqua però è molto ridotta e ciò ci permette di trattarla come gas perfetto. Il problema fondamentale però è che il vapore d’acqua è una sostanza condensabile sotto forma di liquido e ciò porta a variare la composizione chimica dell’aria umida durante le trasformazioni.

In generale quindi avremo due tipologie di impianti: impianti di riscaldamenti dell’aria e impianti di condizionamento dell’aria.

centrale coldo/freddo

rete di distribuzione

utilizzatore

du = c_vdT

dh = d(u + pv) = du + pdv + vdp = du + vdp = c_vdT + vdp

Il termine vdp è molto piccolo rispetto a c_vdT e quindi possiamo trascurarlo → dh ≃ c_pdT

Per una trasformazione isentropica ds = 0 avremo che dT = 0

quindi isotermica e di conseguenza T₂ = T₁

Una isentropica coincide con una isoterma.

Il rendimento isentropico in una turbina è pari a

η_is,t = ^l/_lis < 1 dove l è il lavoro reale della turbina

mentre l_is è quello ideale. In questa trasformazione

adiabatica la non reversibilità riduce il lavoro reale.

Nel caso di un compressore invece la reversibilità fa

aumentare il lavoro da fornire.

η_is,c = ^l_is/_l < 1

TRASMISSIONE DEL CALORE

Il calore si può trasmettere in tre modi differenti ovvero

per conduzione, tipica dei solidi, convezione, tipica dei

liquidi e dei gas, e irraggiamento.

- CONDUZIONE

Q R assume una forma diversa e seonda della forma del corpo.

R

T₁ T₂

→ PARETE PIANA

T₁ T₂

S

R = ^S/_{λ A}

S: spessore

λ: conducibilità del materiale

A: sezione di scambio termico

• capacità o vasi di espansione
• valvole di scarico o sfiato
• scambiatori di condensa
• compensatori di dilatazione: permettono di scaricare le forze che si generano quando le tubazioni si dilatano. Infatti, queste sono ancorate e quindi devono scaricare le loro forze altrove ovvero sui soffitti che si dilatano; oppure sarebbe necessario usare tubazioni a omega sagomato in questo modo:

strumentazione di misura come manometri, strumenti di misura della portata, misuratori di temperatura

opportune macchine di movimentazione fluido

Le tubazioni sono caratterizzate da un diametro nominale e da una pressione nominale: il primo espresso in mm ci indica il diametro interno delle tubazioni ed è una misura convenzionale che serve a scegliere gli elementi di raccordo e i giunti.

La pressione nominale misurata in bar indica la massima pressione alla quale può funzionare l’impianto ovvero corrisponde alla massima pressione di esercizio e dipende dalla temperatura.

I materiali più usati sono PVC, polietilene, cemento armato, rame, acciaio; viene scelto in funzione del fluido delle sue caratteristiche aggressive, pressione e temperature, ma anche delle condizioni ambientali. I tubi d'acciaio devono essere protetti poiché soggetti a corrosione; se sono in aria con vernici di rivestimento, se sotto terra con protezione catodica e bitume. Abbiamo proteggere, delle correnti vaganti nelle zone di minore resistenza poichè corrosive. Si usano giunti dielettrici per ridurre la resistenza.

Nella zona in cui λ è costante, avremo un flusso puramente turbolento.

La scabrezza viene tabellata per diverse tipologie di tubazioni:

• tubazioni acciaio verniciato ε ≤ 0,05 mm
• tubazioni bitumate ε: 0,10 ÷ 0,15 mm
• tubazioni gres smaltate ε: 0,2 ÷ 0,4 mm
• tubazioni con catrame a mano ε: 0,6 mm
• tubazioni in cemento ε: 1 mm

K dipende dalla particolare tipologia di resistenza concentrata o localizzata e dipende dal particolare elemento che produce resistenza.

• K = 0,9 per gomiti a 90° e curva stretta
• K = 0,6 per gomiti a 90° e curva ampia
• K = 0,4 per gomiti a 45°
• K = 0,1 per diramazioni a T per passaggio diritto
• K = 1,8 per diramazioni a T per passaggio a 90°
• K = 0,2 per valvole tutte aperte
• K = 1,6 per valvole aperte a 3/4
• K = 3,5 per valvole aperte a 1/2
• K = 4,0 per valvole aperte a 1/4

Quello che ci rimane da risolvere ora è il lavoro tecnico: dobbiamo distinguere il caso in cui si tratti di liquido o si tratti di gas.

Liquidi

Considereremo il Δh_c in base alle caratteristiche della nostra macchina fornite dal costruttore.

Qualora si trattasse di una pompa avremo l’andamento della caratteristica di quest’ultima fornitaci dal costruttore che avrà il seguente andamento qualitativo:

N_P L_f L_e L_f 2H_u ── = ── = ── = l³ l² l² N_P

Per ottenere la potenza basta moltiplicare il lavoro per la portata avremo l_e in le [ W ]

Facciamo l'ipotesi di fluido incomprimibile e che ci sia solo traspiemento gli mosse senza che ci sia un aumento della sua energia; in pratica vogliamo vincere solo le resistenze passive che sono bene qualora la rete non sia lunga. In questo caso è accettabile l'ipotesi, di fluido incomprimibile mentre nel caso il fluido si trsferisca da serbatoi a diverse pressione e la rete è molto lunga, dell'ordine dei km, questa ipotesi non è più accettabile poichè è necessario fornire energia al fluido e la sua densità non rimanerà costante.

Consideriamo il caso di due serbatoi alla medesima pressione con un ventilatore che spinge soltanto il fluido.

Scriviamo l'equazione di Bernoulli tra le due sezioni (1) e (2) nell'ipotesi che ρ=cost.

l_e= ∫₁² vdp + ΔL_e + ΔL_g

l_e = V (P₂-P₁) + W₂²-W₁² + g(Z₂-Z₁)

La caratteristica di un ventilatore ci sarà finita dal costruzione ed ha la seguente andamento qualitativo