Impianti meccanici completo

ANALISI DEL P&ID DI UNA CALDAIA

Viene mandata acqua che entra ed esce, quindi sto conducendo acqua calda ad uso sanitario, riscaldamento,

ecc… quindi lo scambiatore presente nella caldaia è un’utenza. Ho un aspiratore di fumi, quindi tutto il sistema

è in depressione (l’aspiratore può essere posizionato a valle della caldaia per mettere in depressione il sistema

o a monte per metterlo in pressione). Sono presenti due arie di combustione, quella primaria e quella

secondaria: l’aria primaria è quella buttata nel braciere, l’aria secondaria viene immessa successivamente per

completare la combustione; raggiunto il 70/80% della potenza di combustione liberiamo anche le cosiddette

sostanze organiche volatili, le quali se ne vanno nei fumi e non è detto che incontrino tutto l’ossigeno di cui

hanno bisogno; sul braciere quindi inseriamo una seconda quantità di aria (inferiore alla prima) per dare la

combustione. Se invece avessimo immesso tutta l’aria durante la prima

possibilità alle SOV completare la

immissione, avremmo avuto una miscela di combustibile, comburente e inerti (che sono azoto e fumi esausti),

e anche avendo rapporti stechiometrici perfetti, la presenza di inerti porterebbe a soffocare la combustione, in

quanto si comporta come una barriera nell’incontro fra la molecola di combustibile e la molecola di

comburente. Nella caldaia è presente un trasduttore di temperatura TT (temperature transmitter), un elemento

che misura la temperatura e invia un segnale analogico o digitale, che nello schema è indicato con una linea

tratteggiata, a differenza delle altre che invece sono continue; nella lettura di un P&ID in genere le linee

continue sono linee fisiche, oggetti fisicamente presenti; nello schema notiamo una linea tratteggiata dal

trasduttore di temperatura alla valvola di regolazione che rappresenta un collegamento funzionale (e non reale),

in questo caso il trasduttore invia un segnale alla centralina, viene elaborato un segnale e viene inviato un

segnale di potenza alla valvola (non si può pensare di manovrare la valvola direttamente con il trasduttore, in

quanto la potenza necessaria alla misurazione dovrei estrarla dal sistema, quindi il sensore deve prelevare una

potenza bassissima per non perturbare il sistema che sta misurando, ma potenze così basse non bastano, per

Questa regolazione avviene sull’aria primaria. (N.B.: L’eccesso d’aria è

cui la centralina è fondamentale!).

stabilito sul totale dell’aria immessa, quindi sulla somma di aria primaria e secondaria). Dopo aver superato

gli scambiatori di calore, i fumi vengono aspirati e portati al camino.

Posso mantenere costante la caratteristica motrice, variando la caratteristica resistente, semplicemente aprendo

o chiudendo la valvola: aprendo la valvola le perdite diminuiscono e la portata elaborata aumenta; in questo

modo non ho bisogno di un inverter che regoli la soffiante e quindi la portata d’aria. In questo caso la

regolazione viene fatta per strozzamento, il che vuol dire che ho una perdita di carico e quindi lavoro per

dissipazione, mentre con l’inverter ho una regolazione positiva, in cui, facendo girare più o meno veloce la

soffiante, fornisco l’energia strettamente necessaria.

All’aumentare della potenza della caldaia aumenta la temperatura dei fumi, ciò vuol dire che scarico una

potenza elevata a fronte di un’elevata potenza prodotta (quindi i rendimenti rimangono gli stessi), in questi

casi il produttore preferisce aumentare le temperature e quindi il tiraggio.

Le variazioni di calore si regolano variando la portata di aria, quindi se ho temperature troppo elevate in caldaia,

soffoco la combustione diminuendo la portata d’aria. Ho un volume proporzionale alla potenza, più la potenza

è elevata, più il numero di utenze è elevato, più necessità ho di smorzare le oscillazioni. Ci sono dei sistemi,

detti disgiuntori termici, che sostanzialmente servono a scambiare calore con le utenze; talvolta abbiamo anche

dei disgiuntori idraulici: ho dell’acqua che viene prelevata attraverso una pompa dalla caldaia e mandata

all’utente, grazie a questo sistema si fa sì che le perdite di carico vengano sopperite un po’ dall’una e un po’

dall’altro.

La percentuale di CO viene data in funzione di una percentuale di ossigeno ben definita: per diminuire la

percentuale di CO nei fumi basta effettivamente sparare aria in più, quindi magari la percentuale sul totale

diminuisce, ma la quantità di CO che butto nell’ambiente è sempre quella. Allora chi la misura deve riferire

tale misura ad una percentuale di ossigeno (in questo caso del 13%).

Il tiraggio, ovvero la depressione che abbiamo misurato alla base della canna fumaria, è una funzione della

portata che vogliamo avere, e quindi dell’estrazione dei fumi. E’ chiaro che quando si fa un dimensionamento

di una canna fumaria, lo si fa per un tiraggio che è il doppio di quello che dovrebbe essere (per via di

ampliamenti futuri o aumento delle resistenze nel camino, ecc…), quindi quando vado a fare il collaudo di

una caldaia, mettendo dentro un tubo di Pitot per vedere qual è la velocità dei fumi, conoscendo la sezione,

devo regolare la portata in modo tale che questa sia pari alla portata di aria prevista (aria teorica di combustione

più eventuale eccesso d’aria) più combustibile.

Per servire utenze più grandi vengono utilizzate caldaie a caricamento automatico, le quali possono garantire

potenze di diversi MWth (megawatt termici), e sono alimentate principalmente a cippato e a pellet. Per utenti

importanti viene utilizzato il pellet, che costa di più in quanto è il prodotto di una trasformazione industriale,

oppure il cippato, che ha una filiera molto più corta (distanza dalla sorgente della biomassa all’utilizzatore) in

quanto viene raccolto e portato in cippatrici, le quali riducono le pezzature di legno in pezzi di piccole

dimensioni; questi sono caratterizzati da disomogeneità e anisotropia, ma essendo piccoli all’interno del

focolare ne entrano grandissime quantità, per cui ricostituisco l’omogeneità dell’albero che li ha generati.

sostanzialmente il combustibile dev’essere suddiviso in pezzi molto piccoli e la caldaia dev’essere

Quindi

molto grande. Queste caldaie hanno un’ottima regolazione, una discreta flessibilità e sono paragonabili in tutto

e per tutto alle caldaie alimentate da combustibili più pregiati come gasolio e gas.

Un’altra caratteristica fondamentale è rappresentato da un elemento presente in tutte le caldaie di grandi

dimensioni, ovvero la griglia di combustione. La prima classificazione vien fatta fra griglia fissa e mobile: la

griglia fissa è il piano inclinato su cui si poggia il legno, il carbone, il pellet e sul quale la combustione procede,

durante il quale si formano ceneri pesanti, le quali, grazie all’inclinazione della griglia, se ne vanno verso il

basso. Questa tipologia di griglia va bene fino a qualche centinaio di kW perché fino a quelle potenze non

posso permettermi sistemi di griglia più costosi. La griglia mobile è costituita da settori che avanzano, slittano

e fanno in modo sia che venga agevolato lo scarico delle ceneri di fondo (botton ash), sia che vengano rivoltate

continuamente in modo da favorire la combustione. Adatta ad impianti più grandi, la griglia ha, come primo

l’innalzamento

aspetto tecnologico, il rendimento di combustione; inoltre, quando necessita di manutenzione,

pulire una griglia di 100 metri quadri o 500 metri quadrati fa differenza, la sosta dell’impianto è più prolungato,

quindi l’effetto scala è enorme. La combustione si completa in seguito a due aspetti fondamentali: ci dev’essere

una turbolenza, perché se il moto fosse laminare avremmo una stratificazione della temperatura e avremmo

dei settori che bruciano meglio e altri che bruciano peggio. In un termovalorizzatore, l’elemento fondamentale

post-combustione è quello di avere, a valle della griglia, un post-combustore, ovvero un oggetto che tiene la

temperatura molto alta per evitare la formazione di diossine e furani. Quindi ci sono tre fattori fondamentali:

la temperatura, il tempo di residenza e la velocità dei fumi di 10 m/s per cui ci troviamo in regime turbolento

(numeri di Reynold relativamente alti), in cui abbiamo una continua miscelazione e rivoltamento dei filetti

fluidi e si ha il miglior contatto possibile. Mentre la griglia fissa non consente questi rivoltamenti continui e

funziona bene a gradi di umidità relativamente bassi (laddove l’umidità si dovesse concentrare, creerebbe degli

incombusti), la griglia mobile riesce a gestire umidità molto più elevate, anche intorno al 50% (per quanto sia

comunque sconsigliabile utilizzare un materiale con il 50% di umidità in quanto dimezza il suo potere

calorifico).

Uno dei punti fondamentali è quello di evitare che la fiamma risalga attraverso il combustibile e vada ad

incendiare il deposito, e lo si ottiene in due modi differenti: il primo è con un dispositivo dedicato che è la

cosiddetta serranda tagliafuoco (una rama o una rotocella), oppure posso realizzare lo scivolo in modo da avere

la discontinuità del materiale, non vi è quindi il collegamento diretto al deposito e rappresenta dunque esso

stesso un elemento di sicurezza. In tutti questi ambienti è fondamentale un sistema di protezione contro il

ritorno di fiamma. Ogni combustibile ha una velocità di fiamma, ovviamente un combustibile gassoso ha una

velocità elevatissima rispetto al liquido e al solido; è necessario far uscire il combustibile ad una velocità che

Nell’esempio di caldaia a pellet possiamo notare una tramoggia di

sia superiore alla velocità di fiamma.

combustibile, un motore elettrico che fa girare un estrattore di combustibile, quindi ho una prima coclea che

tira fuori il combustibile dal serbatoio; ho inoltre una valvola tagliafuoco, evidentemente non ho uno scivolo

sufficiente a garantire l’assenza del ritorno di fiamma, ho la coclea di alimentazione, ovvero un oggetto che va

a prendere il combustibile per buttarlo direttamente nella camera di combustione; la parte solida si chiude con

la coclea che è il sistema di estrazione automatico delle ceneri. Per quanto riguarda la parte gassosa, ho l’aria

la quale va a produrre un fumo e ad alimentare il circuito dell’utenza. Il motore elettrico è

comburente,

comandato da un inverter che prende il segnale dalla temperatura, dall’ossigeno (nel caso della sonda lambda

che dà indicazioni sul rapporto stechiometrico).

La fiamma è diretta in tutti i casi in cui ho dei combustibili di piccola pezzatura, quando il ciocco è più grande

la portata diminui