Gestione impianti industriali

STIMA CONSUMO ANNUO COMBUSTIBILE

18ARIA UMIDA: aria è una miscela di aria secca (insieme di gas, principalmente ossigeno e azoto) e di vapor d'acqua.

Punto o temperatura di rugiada: temperatura al di sotto della quale il raffreddamento dell'aria umida (a pressione costante) provoca la condensazione del vapore.

Umidità specifica/titolo (x): indica la massa di vapore [g] in 1 kg di aria secca.

Umidità relativa (ϕ): rapporto pressione parziale attuale del vapore e pressione parziale del vapore quando l'aria è satura a stessa temperatura. A T di rugiada UR=100%.

Tabella x, UR e temp.

Entalpia (h): calore scambiato a pressione costante. Nell'ipotesi di miscela ideale: h: ha+x*hv ha= Cpa* (T-T(0)) : entalpia specifica dell'aria secca [J/kg] hv= r(0)+c(pv)*(T-T(0)) : entalpia specifica del vapore d'acqua [J/kg] Cpa= calore specifico dell'aria r(0)= calore di vaporizzazione dell'acqua a 0°C, pari a 2501kJ/kg Cpv= calore specifico a

pressione costante del vapor d'acqua surriscaldato 1,875 kJ/(kgK) h = Cpa(T-T(0)) + x*[r(0)+c(pv) *(T-T(0))] Diagramma ASHRAE e di Mollier Temperatura a bulbo secco Tbs (°C) È la temperatura misurata da un comune termometro a bulbo. La misura di tale temperatura è assolutamente indipendente dall'umidità relativa (U.R.) dell'aria; sul diagramma psicrometrico la scala delle temperature a bulbo secco è indicata sull'asse orizzontale. SERVIZIO ELETTRICO influenza corretto funzionamento stabilimenti, costi di impianto e manutenzione dell'impianto elettrico stesso e costi di esercizio dei sistemi alimentati. Tengo conto anche di affidabilità, sicurezza e costi indiretti (fermate produzione, perdite di energia, infortuni, rischi di incendio) - trasforma la tensione di fornitura dell'energia elettrica in rapporto alle varie utenze - distribuisce l'energia elettrica alle utenze (massima affidabilità e minimo costo)

Considereranno sistemi caratterizzati da corrente sinusoidale alternata:

• Simmetrici: le tensioni sono uguali e ugualmente sfasate
• Equilibrati: le correnti sono uguali e ugualmente sfasate

Vfase: tra fase e neutro ipotetico

Vlinea: tra fase e fase

A bassa tensione:

Vlinea= 380 V

Vfase= 220 V

POTENZA:

1. Apparente (A): totale disponibile per esecuzione lavoro meccanico e generazione di campi elettromagnetici
2. Attiva (P): disponibile per compiere lavoro meccanico
3. Reattiva (Q): disponibile che genera i campi elettromagnetici necessari alle macchine

Per singola fase: Af = Vf * I

Totale: A = 3 * Af = √3 * Vlinea * I

bassa tensione (220/380 V) < 150 kW

media (3-20 kV)

alta (60-120 kV)

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Dimensionamento:

1. Rilievo delle potenze di targa delle macchine e potenze assorbite da servizi: disposizione fisica utenze elettriche, reparti con priorità.
2. Rilievo delle tensioni di alimentazione delle utenze: dimensionare e posizionare le cabine di trasformazione tensione fornita da ente

erogatore, scegliere quali carichi alimentare con una cabina e il sistema di connessione tra cabina di arrivo e cabine secondarie:

1. Radiale (↑ costi inefficienza↓ investimento, semplicità collegamenti)
2. Anello (contrario: ↑ efficienza e disponibilità, ↓ perdite e costi di esercizio)

3) Stima potenza effettivamente richiesta (mediamente assorbita) tenendo conto di fattori di contemporaneità e di utilizzo (coefficienti riduttivi della potenza complessiva installata poiché le utenze non funzionano tutte contemporaneamente e continuativamente a pieno carico

Potenza Richiesta = #motori * potenzaditargamot * coeffcontemp * coeffutilizzo

4) Determinazione della potenza installata e tipo di distribuzione:

• economie di scala
• fattore contemporaneità
• Centralizzare
• costo trasformatore cresce meno di potenzialità
• Non-basso costo cavi frazionamento
• costo di distribuzione
• costo impianti protezione (in caso di corto circuito correnti

Decentralizzare più elevate) Frazionamento

Nel caso di utenze con impegno di potenza non dissimile tra loro, costo minimo di distribuzione (impianto + esercizio) si ha posizionando la cabina nel baricentro dei carichi.

5) Dimensionamento dei cavi di collegamento:

Verifica termica: dissipazione calore e surriscaldamento cavi con passaggio corrente ∆Tmax = k*Q costruttori indicano la corrente massima per ogni tipologia di cavo Q=RI² : potenza dissipata misurata in W/mK resistenza termica del cavo

Verifica a caduta di tensione: lunghezza riduce potenza, utenza potrebbe non funzionare

Formula approssimata di calcolo (se Zcavo<<Zu):

- K=2 per circuiti monofase; √3 per circuiti trifase

- r,x = resistenza e reattanza delle linea (per singola fase)

- angolo di sfasamento fra tensione e corrente dell'utilizzatore ϕ=

Ricavo I: W = k * V * I * cosϕ

Verifica economica: 21 W = 3*R * I² R = r * lungh cavo X= x * lung cavo I con ∆Vmax

Rifasamento: trasferire potenza attiva con potenza apparente

quindi effetto joule e perdite, minori. Elevato valore disfasamento comporta spreco 1) Induttore ideale: sfasa la corrente in ritardo a 90°, utenze considerate di tipo induttivo 2) Condensatore ideale: sfasa la corrente in anticipo di 90° La POTENZA UTILE è quella attiva: P = √3 *V* I* cos (cos fattore di φ φ=potenza) Risulta quindi evidente che se cosφ=1 (φ=0) corrente e dissipazioni sono minime L'ente erogatore impone cos >0,9 (φ<25,8°) per ridurre le dissipazioni sulle linee di distribuzione Se cosφ si collegano in parallelo alle utenze degli utilizzatori capacitivi φ<0,9 (Batterie di condensatori, Motori sincroni) per ottenere cos 0,9 φ=POTENZA REATTIVA dei condensatori da installare: f è frequenza di rete =50Hz Capacità totale [F], poi devo dividerla per # condensatori Li inserisco con 2 metodi: Preferisco a triangolo se costo dei condensatori, che dipende dalla capacità e in misura inferiore dalla tensione applicata.

è alto. Se tensione molto elevata piùeconomica l’installazione a stella.

CORTO CIRCUITO: diminuzione anomala dell’impedenza complessiva di uncircuito, a causa di guasti o di manovre errate, con conseguente aumento dellecorrenti circolanti

23 Legge di conservazioneZtot = √(R² + X²) potenza:MT BT: Z fornit BT= Vbt²/Pcc =Xfornit bt (Zfornit=V²prim/Pcc) P=Vp²/Zap= Vs²/Xas

CON CAVO: R=r*lung X=x*lung + Xprim Z=√(R² + X²)

CON TRASF: Ztrasf = Vsecon²*Vcc/Anom =XtrasfZdopotrasf=√(R² + X²) con R=Rprima(Vs/Vp)²X=Xprima(Vs/Vp)² + Xtrasf

Oltre ad adeguata prevenzione, CC combattuto anche in ogni caso in cui siverifichi. C’è anche problema sovraccarico di corrente.

Esistono 3 temperature limite:

1. T di corto circuito: temperatura si innalza rapidamente e interrotta in pochisecondi
2. T di sovraccarico: determina il rapido deterioramento dell’isolante
3. T di regime permanente:

che il conduttore può sopportare per un tempo indefinito Sistemi di protezione: - Fusibili: filamento elettrico metallico che fonde per effetto joule quando corrente supera il valore nominale (non riparabili, economici, facilmente sostituibili) - Interruttori: aprire un circuito. Possono essere termici o magnetici Tensione nominale - Corrente nominale: valore di corrente che i contatti possono sopportare per un tempo indefinito - Potere di rottura: massimo valore di corrente che l'interruttore è in grado di interrompere - Tempo totale di apertura - Protezione in cascata, selettiva o mista FOLGORAZIONE: condizione in cui una corrente elettrica attraversi il corpo umano, pericolosa a causa degli effetti sul muscolo cardiaco, oltre ad altri effetti secondari. - Contatto diretto (A): si verifica con parti dell'impianto normalmente in tensione diventato accidentalmente accessibile - Contatto indiretto (B): si verifica nel contatto con masse o parti metalliche che, a causa di un guasto,

si trovano in tensione. È il contatto più pericoloso

Inom=P/(kVcosϕ) IgCondiz: Req * Ig =50V

Rterra= Ruomo*Req/(Ruomo-Req) con Ruomo=3000Ω

Se Rterra fosse molto piccola (al limite 0), per l’uomo non vi sarebbe alcun pericolo.

Impianti di condizionamento: trattamenti attraverso cui si modificano le condizioni termo igrometriche dell’aria (temperatura, umidità, entalpia), filtraggio dell’aria allo scopo di ottenere livelli soddisfacenti di qualità, distribuzione, controllo e regolazione dell’aria e dei fluidi di processo. Obiettivo è mantenimento di condizioni termo igrometriche per il benessere termico o la permanenza in ambienti chiusi in condizioni accettabili delle persone e per lo svolgimento di alcune attività nell’ambito dei processi di produzione.

BILANCIO ENERGETICO (potenza riferita all’unità di superficie corporea)

ORGANISMO UMANO

M – W ± C ± Cres – E – Eres

^± R ^± K = S + energia entrante, - energia uscente Metabolismo, lavoro, convezione e evaporazione (anche per respirazione), radiazione, conduzione, termine di accumulo o cessione Se ambiente non particolarmente freddo/caldo valori degli scambi termici per respirazione risultano trascurabili Uomo deve rimanere a temperatura ottimale costante, condizione di omeotermia (criteri) Ambienti moderati: condizione di benessere termico può essere raggiunta senza o con una minima sollecitazione a carico del sistema di termoregolazione dell'organismo umano. Criterio PMV-PPD (Predicted Mean Vote e Predicted Percentage of Dissatidfied), questo criterio è basato sull'equazione di bilancio termico dell'organismo. Ambienti severi: sistema di termoregolazione molto sollecitato anche oltre le sue possibilità, non è possibile raggiungere benessere termico e i criteri, scopo di valutare l'esposizione ai fini della salvaguardia della salute: Ambienti caldi:

tende a far aumentare temperatura del nucleo; il sistema di termoregolazione sollecitato a cedere maggiore quantità possibile di calore

Criterio WGBT (Wet Bulb Globe Temperature), empirico non basato su equazione. Calcola il tempo massimo di esposizione, sudorazione cede calore per evaporazione

Ambienti freddi: tende a far diminuire la temperatura del nucleo. Danni legati all'ipotermia da raffreddamento localizzato (riduzione della circolazione sanguigna nelle zone periferiche)

Criterio dell'isolamento termico richiesto