Riassunto esame Sistemi Impiantistici a Scala Urbana e degli Edficifi, Prof. Piras

DOMANDE PIRAS, COMPITO 1

1 ) Se in un circuito a corrente alternata è presente una tensione sfalsata in anticipo rispetto alla

corrente, a cosa si deve la causa?

Corrente alternata:

Immaginiamo di mettere una spira in cui circola corrente all’interno di un campo magnetico e di dover

farla ruotare intorno a un asse a. Tenendo conto della regola della mano destra posso dedurre due casi:

Il mio scopo è di continuare a far ruotare la spira, bisogna quindi considerare che nella pratica la spira

ruotando di 90° non si blocca istantaneamente bensì compie delle piccolissime oscillazioni fino a

fermarsi: quindi per permettere alla spira stessa di continuare a ruotare devo cambiare il verso della

corrente quando, oscillando, va oltre i 90°. Infatti succede questo: la spira ruota di 90°, quando oscilla

andando oltre i 90° cambio il verso della corrente, di conseguenza cambiano i versi delle forze che non

si annullano più siccome non si trovano sullo stesso piano, la spira continua a ruotare.

Se invece non facessimo passare corrente all’interno della spira bensì la ruotassimo noi, per definizione

sappiamo che una variazione del flusso del campo magnetico può generare una corrente indotta; ed è

proprio il nostro caso. Infatti la spira ruota, per cui varia l’orientazione del solenoide (si pensi al vettore

superficie) e varia il flusso di campo magnetico. Ciò infatti genera una corrente che automaticamente

ogni metà periodo cambia verso: ciò è definita corrente alternata. La differenza tra la corrente continua

sta proprio in ciò, mentre quest’ultima ha un verso fisso e invariabile, la corrente alternata alterna il

valore della corrente (e quindi anche quello della tensione fem_riprende la formula della corrente

indotta ) ogni π/2, il polo positivo con quello negativo secondo un andamento sinusoidale.

=

Se volessimo infatti studiare il flusso del campo magnetico e la fem otteniamo:

A questo punto possiamo parlare di 3 diversi tipi di circuiti:

La corrente alternata è quindi uno sfasamento tra tensione fem e corrente indotta ed è il tipo di

corrente che viene utilizzata per trasportare l’energia elettrica dal luogo di produzione alle case e alle

industrie. Il verso di tensione e corrente indotta si inverte continuamente fino a raggiungere, in

alternanza, due valori massimi di segno opposto, con andamento sinusoidale.

Lo sfasamento (cioè il ritardo o l’anticipo della corrente rispetto alla tensione fem) si crea solamente in

presenza di componenti reattivi (induttori e condensatori_si veda il circuito induttivo e capacitivo) nel

caso di segnali variali nel tempo. Questo fenomeno è la manifestazione dell’accumulo di energia

(elettrica per i Condensatori e magnetica per le l’Induttore) all’interno di questi componenti. Infatti essi

necessitano del tempo per accumularla opponendo una ‘resistenza’ alle continue variazioni dei valori di

di tensione e corrente.

Perché non si verifica uno sfasamento nel caso dei circuiti ohmici, cioè con un resistore? Perché un

resistore non accumula energia come nel caso dei condensatori o induttori, bensì viene dissipata sotto

forma di calore. Non oppone quindi nessuna resistenza al cambiamento del verso della tensione e

corrente e non crea quindi nessuno sfasamento.

La presenza di una tensione sfalsata in anticipo (1/4 di periodo) rispetto alla corrente è dovuta alla presenza

nel circuito di un Induttore e un Alternatore (Circuito induttivo). Lo sfasamento è difatti legato al fatto che

l’induttore necessita del tempo per accumulare energia magnetica opponendo quindi una ‘resistenza’ alle

variazioni dei valori di tensione e corrente.

2 ) Che cosa indica M-W-E-CRESP (R+C)=0, esplicita tutti i termini e le unità di misura .

Indica l’attività metabolica dell’uomo, se il risultato è uguale a 0, significa che è soddisfatto il benessere

termoigrometrico dell’individuo. Per quanto riguarda il benessere termoigrometrico, In condizioni di

omeotermia l’energia prodotta da un individuo deve essere pari all’energia scambiata con l’ambiente sotto

forma di calore o lavoro.

M: la potenza termica associata al metabolismo, espressa in W/m2 o in met (1met = 58 W/m2)

W: il lavoro meccanico prodotto da un individuo nell’unità di tempo riferito all’unità di superficie corporea

[W/m2]

E: il flusso termico ceduto dal corpo per evaporazione cutanea [W/m2]

Cresp: il flusso termico ceduto dal corpo attraverso la respirazione [W/m2]

R, C: i flussi termici ceduti o ricevuti dal corpo per radiazione e convenzione [W/m2]

3 ) Nella realtà di un unità immobiliare avendo a disposizione : le 3 fasi R, S, T e il neutro N , come si

ottiene una tensione di 400v e di 230 v ?

R 400 V 400 V= 3 cavi in fase (grazie al centro

stella)

S

T 230 V= 1 cavo in fase e un neutro

N 230 V

4 ) Calcolare i Kj (entalpie) delle trasformazioni sul diagramma psicrometrico, estate T 40° C UR 50% -

inverno T O°C UR 50 %.

Il diagramma psicrometrico

La psicrometria ha come oggetto di studio l’aria umida, ossia quell’aria che conosciamo dal punto di

vista termodinamico e che risulta essere composta da: aria secca (intesa come insieme di vari gas, tra i

principali troviamo azoto e ossigeno) e vapore d’acqua.

Per studiare l’aria umida devo innanzitutto capire da quante e quali variabili essa dipende. Partiamo

quindi dalla relazione di Gibs il quale spiega che: v = n + 2 – f. Ossia la varianza è data dal numero dei

componenti della miscela n + 2 – le fasi in cui si trova la miscela. Nel nostro caso risulta quindi: v = 2+2-1

= 3. Le variabili dell’aria umida sono 3: temperatura, umidità e pressione.

È possibile rappresentare graficamente in un diagramma psicrometrico tutte le relazioni matematiche e

gli studi dello stato dell’aria umida in qualsiasi trasformazione. Stiamo parlando però di un diagramma

bidimensionale, cioè che si basa su 2 variabili e non 3 (come nel nostro caso). Per passare quindi a un

diagramma bidimensionale devo rendere costante una delle 3 variabili: in questo caso la pressione

stabilendola a pressione atmosferica costante.

Premettendo quindi che P=1° ottengo il grafico psicrometrico definito come:

H

Dove sull’asse x troviamo la temperatura espressa in gradi centigradi, sull’asse y l’umidità specifica ‘x’

espressa in grammi di vapore su kg di aria: ; il rapporto tra la massa di vapore d’acqua e la

=

massa di aria secca. Abbiamo poi l’asse delle entalpie specifiche H espressa in kJ/kgas, e le curve di

umidità relativa ϕ (o Ur) che, espresse in percentuale, dipendono dal vapore d’acqua e dalla

temperatura dove il numeratore corrisponde alla pressione del numero di molecole, e il

= =

denominatore alla pressione del numero di molecole che ci sono in base alla temperatura.

Per quanto riguarda l’inverno le trasformazioni semplici da considerare sono (devo arrivare a 20°):

- RISCALDAMENTO (PRE) (+ di 20°)

- UMIDIFICAZIONE ADIABATICA fino alla curva di saturazione (Ur = 100%)

- RISCALDAMENTO fino a 20°

Per quanto riguarda l’estate le trasformazioni semplici che devo considerare sono (devo arrivare a

26°):

- RAFFREDDAMENTO fino alla curva di saturazione

- DEUMIDIFICAZIONE lungo la curva di saturazione

- RISCALDAMENTO fino a 26°

Il grafico psicrometrico risulta:

5 ) Rappresentare lo schema funzionale di un impianto

6 ) Fare uno schema di distribuzione dell’energia elettrica all’interno di un edificio con 6 utenze, uso

civile.

7 ) Elencare almeno 10 modalità di intervento finalizzare all’efficientamento energetico negli edifici

esistenti.

Per migliorare l’efficienza energetica è possibile intervenire su fattori come:

(1)migliorare l’impianto di riscaldamento ( rappresenta il 70/80% della spesa energetica ) andando a

sostituire una vecchia caldaia con una di classe energetica migliore.

(2)isolare dal punto di vista termico utilizzando vetrocamera o infissi a taglio termico,

(3)applicare un cappotto interno con pannelli in lana di roccia sui muri perimetrali,

(4)Installare nella doccia un soffione che eroghi la giusta quantità d’acqua per evitare di sprecare acqua

calda.

(5)applicare dei frangi getto su tutti i rubinetti di casa

(6) Installare valvole termostatiche ai termosifoni, per regolare meglio la temperatura di ogni ambiente.

(7) Sostituire le lampadine a incandescenza con quelle a led o a basso consumo.

(8) sostituire i vecchi elettrodomestici con dei nuovi che abbiano classe energetica superiore

(9) installare dei pannelli fotovoltaici per la produzione di corrente elettrica

(10) se si abita in un’abitazione indipendente o ad un ultimo piano isolare termicamente il tetto.

8 ) Indicare i tipi di impianti elettrici di continuità e la loro composizione.

Impianti elettrici di continuità:

L’elettronica per funzionare correttamente ha necessità di disporre dell’energia elettrica con continuità,

senza interruzioni o variazioni sostanziali dei parametri della tensione sulle apparecchiature. Questo ha

portato alla diffusione di dispositivi in grado di garantire la continuità e nei casi più particolari anche di

un vero e proprio “sistema” per l’energia di riserva.

Esistono due tipologie di impianti elettrici di continuità:

1. impianti elettrici di continuità preferenziale: sono formati da uno o più gruppi elettrogeni. Quest’ultimi

sono delle macchine elettromeccaniche in grado di produrre corrente alternata a bassa tensione,

monofase o trifase, con tensioni di uscita generalmente di 230 Volt o di 400 Volt, a partire

dall'accoppiamento fra un motore a combustione e un alternatore. I suoi componenti principali risultano

quindi:

- il motore, che genera l'energia meccanica a partire dal combustibile (benzina, diesel, gas)

- l'alternatore, che converte l'energia meccanica in energia elettrica

- il quadro elettrico, che si occupa di distribuire l'energia elettrica prodotta dall'alternatore in modo

sicuro.

È importante sottolineare che il gruppo elettrogeno impiega mediamente 5-10 s per l’avviamento, per cui

se non sono ammessi interruzioni anche così brevi è necessario adottare gruppi di continuità (impianti

elettrici di continuità assoluta).

2. Impianti elettrici di continuità assoluta: composto da un gruppo di continuità o anche denominato UPS,

non ammette la minima interruzione nel caso in cui la corrente dovesse venir meno. Fondamentalmente è

un'apparecchiatura elettrica basata sull'accumulo di potenza elettrica in forma di corrente

continua tramite batterie. Nello specifico è composta da:

- Un raddrizzatore o convertitore AC: collegato alla rete elettrica principale, converte l’energia alternata

in entrata nel raddrizzatore stesso in energia continua in uscita

- Una o più batterie: in cui viene immagazzinata l’energia proveniente dal raddrizzatore

- Inverter o convertitore CA: nel momento in cui la corrente elettrica principale viene meno l’inverter o

convertitore CA preleva l’energia accumulata all’interno della batteria, la converte da continua ad

alternata e la fornisce alle utenze.

Esistono 2 tipologie principali di impianti elettrici di continuità: impianto elettrico di continuità

preferenziale formato da uno o più gruppi elettrogeni e composto da un motore a combustibile che genera

energia meccanica, l’alternatore che converte energia meccanica in energia elettrica e quadro elettrico. E

l’impianto elettrico di continuità assoluta formato da un gruppo di continuità o UPS e composto da un

raddrizzatore che converte energia alternata in continua alimentando una batteria, e da un inverter che

converte energia continua in alternata.

9 ) scrivere quali sono i componenti principali ed indicare le funzioni, affinché un impianto elettrico di un

unità abitativa sia considerato a norma.

- Interruttore magnetotermico: interrompe il flusso di corrente nel caso di sovraccorrente, ossia

sto adoperando più corrente rispetto al limite posto, o in caso di cortocircuiti (due conduttori

con differenza di potenziale entrano in contatto tra loro producendo un picco di corrente). Per i

sovraccarichi agisce la parte magnetica dell’interruttore; sappiamo che i fili conduttori

smaltiscono calore per effetto Joule, l’interruttore è quindi caratterizzato da una lamina

bimetallica che se sottoposta a un eccessivo calore subisce una dilatazione termica andando ad

aprire l’interruttore. Per i cortocircuiti invece agisce