Appunti Servizi generali di impianto

Piping, valvole e coibentazione

Elementi ed accessori degli impianti per la distribuzione di fluidi “piping”

Gli impianti di piping si suddividono in:

• → Impianti centrifughi il fluido è prodotto in una unità centrale e distribuito alle utenze;
• → Impianti centripeti il fluido viene trasportato dalle utenze verso un punto di raccolta (esempio industria che produce polveri).

Gli elementi costitutivi degli impianti di piping sono:

• Tubi;
• Elementi di raccordo e di tenuta (giunti, flange, guarnizioni);
• Organi di intercettazione e regolazione (valvole);
• Accessori (manometri, misuratori di portata, filtri, scaricatori di condensa, …).

Definizione di DN e PN per le condotte

→ Diametro nominale (DN) Valore convenzionale con cui vengono individuati i diametri dei componenti meccanici assialsimmetrici. Serve come riferimento per individuare componenti accoppiabili. Non ha unità di misura perché non coincide con il valore in mm di nessuna grandezza reale.

I valori normalizzati di DN seguono una serie di Renard di ragione 1,25. 10= ≈ 1,25√10−1

Per i metalli DN si riferisce al Diametro Interno. Per le plastiche DN si riferisce al Diametro Esterno.

→ Pressione nominale (PN) Pressione convenzionale rispetto alla quale sono dimensionati gli elementi della tubazione. Viene determinata in base alla pressione di esercizio e alle condizioni di esercizio. = < 20° per fluidi non pericolosi (acqua) con = 0,8 120 ° < < 300 ° < 120 ° per fluidi non pericolosi con e per fluidi pericolosi con = 0,64 300 ° < < 400 ° > 120 ° per fluidi non pericolosi con e per fluidi pericolosi con.

I valori normalizzati di PN seguono una serie di Renard di ragione 1,6 5= ≈ 1,6√10−1

Per essere accoppiabili nel piping 2 elementi devono avere lo stesso valore di DN e PN.

∗ = Formula di Mariotte per il calcolo dello spessore minimo di tubi soggetti a PN2[] []

Classificazione delle condotte in acciaio

Prove meccaniche. Tutti i tubi commerciali sono sottoposti a prova idraulica con pressione PN50.

I tubi di classe normale e superiore sono sottoposti a prove con PN70.

Durante le prove non devono verificarsi difetti di tenuta.

Altre prove di bordatura e allargatura possono essere richieste dal cliente.

Condotte in materiale plastico

Rispetto alle condotte in acciaio quelle in materiale plastico sono caratterizzate da:

• Peggiori proprietà meccaniche;
• Maggiore leggerezza;
• Costi inferiori;
• Maggiore facilità di messa in opera.

Le condotte in PE (polietilene) si presentano di colore nero esternamente in ragione dell’additivo che viene utilizzato per proteggerle dai raggi solari.

Sono poi colorate con una striscia che ne identifica l’impiego:

Le condotte in PVC (polivinilcloruro) risentono maggiormente dell’azione solare e sono utilizzate per: < 16 , < 60°

Infine, vi sono le tubazioni in vetroresina che presentano numerosi vantaggi:

• Elevata resistenza chimica;
• Elevata resistenza ai raggi UV;
• Limitate perdite di carico.

Esempi di raccordi e collegamenti

Esempi di raccordi e collegamenti Saldatura Fissi Incollaggio Collegamenti piana a flange cieca Rimovibili Giunti a manicotto a collare a bocchettone speciali gibault.

Giunti a flange

Le giunzioni flangiate sono di regola impiegate per l’inserimento di valvole, saracinesche, ecc…

• → Flange piane Per pressioni medie fino a PN10;
• → Flange a collare Per pressioni medio-alto;
• → Flange cieche Servono a chiudere una estremità della tubazione da aprirsi solo in caso di future espansioni del circuito.

Giunti speciali

Sono giunti smontabili che consentono un lieve disassamento e quindi permettono eventuali dilatazioni termiche riscontrabili in tubazioni che lavorano con fluidi ad alte temperature.

Illustrazione dei principali tipi di valvole

Valvola di intercettazione (saracinesca)

Sono valvole di intercettazione utilizzate per intercettare il fluido e permettere interventi di manutenzione sul tratto di condotta bloccato.

Vengono utilizzare nella posizione di Tutto chiuso/Tutto aperto mediante un cuneo di chiusura.

Non devono essere utilizzate per la regolazione della portata per 2 motivi:

• 1) Non consentono una regolazione precisa;
• 2) Se il cuneo di chiusura dovesse rimanere in una posizione intermedia durante il passaggio del fluido andrebbe a vibrare rovinando la sede della valvola.

Valvole a globo / ad angolo / ad Y

A differenza delle valvole di intercettazione le valvole a globo sono utilizzate per la regolazione della portata in condotti nei quali la regolazione è frequente.

Possono essere chiuse e aperte più velocemente rispetto a quelle di intercettazione per la minor corsa che deve fare il disco di chiusura.

Inoltre, sono meno soggette ad usura sulla superficie.

Rubinetti a maschio

Come le valvole a globo sono utilizzati per la regolazione della portata, ma sono preferiti in condotti nei quali la regolazione non è frequente.

Rispetto alle valvole a globo hanno un costo inferiore e si deteriorano di meno.

Valvole di non ritorno / di ritegno

Sono valvole con lo scopo di indurre lo scorrimento del flusso in una sola direzione.

Solitamente queste valvole sono formate da un otturatore, a disco o a sfera, vincolato da una guida e spinto da una molla contro una sede. In condizioni di assenza o di insufficienza di pressione del fluido, tale da vincere la forza della molla, la valvola rimane chiusa. Il passaggio del fluido avviene nel momento in cui la pressione dell’impianto aumenta in modo tale da aprire la valvola vincendo di conseguenza la forza elastica della molla.

Valvole di sicurezza

Le valvole di sicurezza sono previste per interventi automatici di emergenza quando la pressione del fluido contenuto in una tubazione supera un determinato valore.

In condizioni normali la valvola è chiusa, ma quando viene raggiunto il valore critico di pressione questa si apre offrendo una via di fuga al fluido.

Sono valvole a riarmo manuale, ossia il riposizionamento richiede l’intervento di un operatore.

Schemi e caratteristiche delle valvole regolatrici di pressione

Valvola regolatrice autoazionata

La funzione della valvola è quella di mantenere la pressione di mandata alle utenze costante anche a seguito di variazioni nella portata. richiesta ↑ ↑ ↓ Se allora e ↓

Quando la forza della molla prevale sulla resistenza offerta dal soffietto.

Il soffietto tende a scendere e spinge verso il basso l’otturatore che libera quindi la luce di passaggio.

Con l’apertura della luce diminuisco le perdite di carico e torna al valore di equilibrio.

Il registro serve per regolare il precarico della molla.

Semplicità costruttiva Otturatore in continuo movimento Vantaggi Robustezza Svantaggi Affidabilità Ritardo nella risposta.

Valvola regolatrice autoservoazionata

Valvola regolatrice autoservoazionata = portata richiesta dalle utenze P = pressione di mandata alle utenze, pressione del diaframma pilota rete P = pressione nel diaframma principale ingresso.

Al pilota e all’otturatore principale sono collegati dei diaframmi (membrane elastiche che ne regolano la posizione). ↑ ↓

• 1. 2. La forza della molla prevale sulla resistenza del diaframma pilota e spinge verso il basso l’otturatore del pilota;
• 3. La luce 1 viene aperta determinando un leggero aumento di pressione nella camera di controllo;
• 4. L’aumento di pressione nella camera di controllo moltiplicato per l’ampia area del diaframma genera una forza che spinge verso l’alto l’otturatore principale;
• 5. La luce di controllo viene aperta determinando l’aumento della.

Vantaggi/svantaggi della valvola autoservoazionata rispetto a quella autoazionata ↓ ↑ spostamenti otturatore principale complessità costruttiva Vantaggi Svantaggi maggiore precisione nella regolazione utilizzabili solo per vapore o aria compressa.

Schemi e caratteristiche delle valvole regolatrici di temperatura

Valvola regolatrice autoazionata e valvola regolatrice autoservoazionata

Valvola regolatrice autoazionata Valvola regolatrice autoservoazionata.

Le variazioni di temperatura al bulbo (A) si Le variazioni di temperatura al bulbo (A) si Il gruppo termostatico comanda tramite un’asta traducono mediante la dilatazione del fluido traducono mediante la dilatazione del fluido l’otturatore pilota.

Termostatico nel tubicino (B) in spostamenti Quando nel bulbo viene raggiunta la T prefissata la lineari dell’otturatore (D) comandato dal dilatazione del fluido termostatico porta in soffietto (C). chiusura il pilota e viene impedito il passaggio di ↑ Se l’otturatore si sposta verso l’alto vapore.

Chiudendo la luce e fermando il flusso di fluido riscaldante. Sensibilità e prontezza di intervento Vantaggi Semplicità e robustezza Minimo ingombro del gruppo Vantaggi termostatico Versatilità di impiego Necessità di manutenzione maggiore.

La valvola, infatti, può essere utilizzata sia per raffreddamento che per riscaldamento. Svantaggi Funzionamento solo con vapore.

Nel caso di impiego per raffreddamento basterà invertire la posizione dell’otturatore. Sconsigliato l’uso quando le variazioni di richiesta termica sono brusche e molto frequenti.

Definizione del coefficiente di portata per il dimensionamento delle valvole

Definizione del coefficiente di portata per il dimensionamento delle valvole e sua determinazione per via analitica e grafica. 3→ [ ]

Coefficiente volumico di portata Portata di acqua in alla temperatura compresa tra 5°C e 40°C che ℎ passando attraverso la valvola, al massimo grado di apertura (otturatore completamente aperto), determina una perdita di carico pari ad 1 bar. ↑ ↑

Andamento del coefficiente in funzione del grado di apertura dell’otturatore per diversi tipi di valvole. è una indicazione della portata che transita attraverso la valvola.

Nel caso di valvola ideale avrei che per un grado di apertura del 50% transita il 50% della portata transitabile.

La valvola a saracinesca (che non dovrebbe mai avere l’otturatore aperto in condizioni intermedie) si presta male alla regolazione perché raggiunto un grado di apertura del 30% ogni ulteriore aumento non determina significativi cambiamenti nella portata.

Al contrario le valvole a globo e i rubinetti a maschio hanno un andamento che si presta alla regolazione.

Scelta del per via analitica e grafica

Scelta del per via analitica (per fluidi non soggetti a rievaporazione).

Noto vado a dimensionare la valvola scegliendo il DN Scelta del per via grafica Caso valvola attraversata da fluido comprimibile (acqua).

Entriamo nel diagramma con la pressione in entrata e con la pressione in uscita determinando il punto A.

Tracciamo da A la verticale fino ad incrociare le rette orizzontali che definiscono il DN della valvola.

Caso valvola attraversata da vapore saturo o surriscaldato.

Entriamo nella parte alta del grafico conoscendo la pressione di ingresso e la perdita di pressione attraverso la valvola e determiniamo il punto D.

Entriamo nella parte bassa del grafico conoscendo il valore della portata di vapore in ingresso e mi muove lungo le rette inclinate fino al valore di surriscaldamento del vapore (se il vapore è saturo prenderemo 0°C).

Nel caso di vapore surriscaldato a 200°C determino il punto A.

Traccio da A l’orizzontale fino a intersecare la verticale condotta da D in F’.

F’ si trova lungo una linea inclinata che definisce un valore di.

III25MmediamenteQmoltovariabile nellenella condottatransitare1,34 possonononTutti gi fluidi conindicatecondizioni kPasooIl si ariferiscediagramma nelmentre noisuturovapore surriscaldatotesto abbiamovapore la portataDobbiamo correggerequindiPin surriscaldarcivaporeTsarinaaiiapressioneDanKI2972720kdel AtDeterminazione kgF770kDh 5barealle deveIl utenze averevapore710Kek.

Scelta dei rivestimenti delle tubazioni

Sono analizzati i criteri tecnico-economici che presiedono alla scelta dei rivestimenti coibenti. La figura schematizza una tubazione convogliante un fluido caldo ed una convogliante un fluido freddo; entrambe sono dotate di rivestimento isolante.

r isolante involucro termica dissipata Potenza ti isolante te5 spessore.

Siano: r , r = raggi interno ed esterno dell'involucro; i e t = temperatura del fluido all’interno del tubo; i t = temperatura sulla superficie esterna del rivestimento isolante; Èe 2, = coefficiente di adduzione in kcal/h m °C Di convezione coefficiente α α ci e t = temperatura dell'aria ambiente; a ore L = lunghezza dell'involucro (m); coefficiente di conduttività dell'involucro in kcal/h m°C; λ=

E' lecito supporre t ,t , t costanti. Inoltre, in prima approssimazione, consideriamo i e a t = t e identifichiamo con t anche la temperatura sulla superficie interna del e a i rivestimento isolante.

La quantità di calore che nell’unità di tempo passa dall’interno del tubo all’esterno è data dalla: t t til−i aQ L= ⋅R Rove R è la resistenza termica totale X r1 1 1 1 metallott tiselantee R ln= + + IL 2 r r rπ α λ αi i i e e

Si trascura lo scambio per conduzione attraverso il tubo metallico, dato lo spessore piccolo e l’elevato del metallo.λ etIE FanoIIII ir ImbullettiTrascurareessendoServizi generali di impianto 19 fascicolo 2 - Valvole e coibentazioneIfifilmtt RecaldaNel iii aredi tubazionecaso

Lo spessore dell’isolante deve essere tale da rendere minima la somma dei costi annui per il calore disperso e per l’esecuzione del rivestimento.

II costo del calore disperso vale variabileosso C = Qnc (€/anno) QQ = calore disperso attraverso un tratto lungo L di isolante (kcal/h); n= numero di ore annue di funzionamento (h/anno); c = costo unitario del calore disperso (€/kcal).

La quantità di calore Q che attraversa il rivestimento isolante, se si trascura l'adduzione esterna di calore (ciò è lecito fare quando le tubazioni sono installate in atmosfera praticamente calma) è data dall'espressione 2 t t L( )πλ −i aQ = r eln r i Fissocosto

Il costo dell’isolante può essere determinato con dell'isolanteVolume( )2 2C r r Lcπ= −i e i i3c = costo unitario del rivestimento in opera (£/m ); i

Occorre quindi minimizzare il costo totale C +C in funzione del rapporto tra r e r : i Q e i poiché vale 2 t( )lo πλ Δ2 2Minimizziamo ncC C C r r c Lspessore = + = π − +i Q e i i rnulla edell'isolante lnponendo ri    r 1la −derivata i  dC d 1 r r   e i2 r c L 2 tL nc 2 r c L 2 tLnc 0= π + πλ Δ= π + πλ Δ =e i e i   r rdr dr 2e ee e ln ln  r r   i i

Quindi:   1µ  µµcome 2 r c L 2 tLncnonno π = πλ Δe i  r2 er ln èti siccomefisso ei ri perché r iesternoilraggiocoincide con tLncλ Δr c =al condotto e i r2 er lne ri

Servizi generali di impianto 20 fascicolo 2 - Valvole e coibentazioneossia r tLnc [ ]λ Δ2 2 2er ln c m=e ir ci i2

Dividendo entrambi i membri per r si ottiene una funzione del tipo i 2 2y = x ln xavendo posto r tLncλ Δex y= =r ci i limite di convenienza 0000EE+00 ITE+I3, 00 Apunto spessore E+3, 00E+ ottimale3, 00 1yE+, 002E+2, 00E+ no isolante si isolanteQuestazona 2,non 00E+2, 00E+interessaperchéci 2, 00E+1, 01averenonignifica E+ l1, 1-0,Eisolante 1, 1-0,E8 1-0,E6 0 0 0,5 1 1,5 2 2,5-0,E4E+2 x0,E seguito il calcolo dello spessore ottimale si sceglierà il valore com