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Corso di Impianti Meccanici – Laurea Triennale
Modulo 7
Impianti per la produzione di vapore
tecnologico
Prof. Ing. Cesare Saccani
Prof. Ing. Augusto Bianchini
Dott. Ing. Marco Pellegrini
Dott. Ing. Michele Gambuti
Department of Industrial Engineering (DIN) - University of Bologna
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Introduzione
Impianti a vapore
Agenda
Generatore di vapore
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Fluido vettore Rendimento indicativo
dell’impianto [%]
Potenzialità
[kW] Commento
Aria 75 ÷ 80 104 ÷ 105 - Bassi coefficienti di scambio
- Grandi diametri dei tubi
Acqua:
a) calda
b) surriscaldata
80 ÷ 90
85 ÷ 95
105 ÷ 106
I dati si riferiscono ad una caldaia a
tubi di fumo
I dati si riferiscono ad una caldaia
pressurizzata
Oli minerali – –
- Usati fino a circa 350°C
- Dilatazioni circa 7‰ ogni 100°C
- Calore specifico pari a 0,5-0,6
volte quello dell’acqua
- Esistono pericoli di cracking
- Elevato costo della pompa che
deve essere sovradimensionata
per l’avviamento (olio freddo)
Vapore – – Condensa a temperatura costante
con alti coefficienti di scambio
Introduzione
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Esempi di impianti che utilizzano aria come fluido vettore:
essicazione di foraggio, essicazione di laterizi, riscaldamento civile/industriale, …
Gli impianti ad aria hanno limitati rendimenti (75-80%).
Infatti, poiché gli scambiatori di calore fumi-aria sono scambiatori attraversati da fluidi con
grandi volumi specifici, sono scambiatori di grandi dimensioni, con grandi superfici rivolte verso
l’esterno e, quindi, con grandi dispersioni termiche.
Negli ultimi anni, contributi alla ricerca nell’ambito dei nanomateriali sono indirizzati verso lo
sviluppo di scambiatori a microcanali, caratterizzati da elevati rapporti tra superficie di scambio
interna e superficie disperdente esterna.
Dati i bassi rendimenti di questi impianti, anche le potenzialità sono basse, dell’ordine di
qualche decina di MW.
Tali impianti sono talvolta caratterizzati da bassi coefficienti di scambio termico anche per i
grandi diametri delle tubazioni. È pertanto necessario disporre di ampi spazi e sostenere elevati
costi di installazione.
Introduzione
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Esistono 2 categorie di impianti ad acqua: impianti ad acqua calda ed impianti ad acqua
surriscaldata.
Nei primi, l’acqua viene scaldata sotto i 100°C, senza che avvenga l’ebollizione. Una volta
messa in pressione per esser fatta circolare nell’impianto, diventa poi ampiamente
sottoraffreddata.
Negli impianti ad acqua surriscaldata si riscontrano problematiche più importanti. Per produrre
acqua a temperature elevate sono richieste pressioni maggiori: ad esempio, per produrre acqua
a 120°C sono necessari almeno 3 bar di pressione (l’ebollizione avviene intorno ai 130°C si
hanno circa 10°C di sottoraffreddamento).
Si possono utilizzare scambiatori più piccoli dato il maggiore salto di temperatura disponibile.
Rispetto agli impianti ad aria si hanno rendimenti maggiori anche grazie a dispositivi come gli
scambiatori a piastre, che presentano una maggiore efficienza grazie anche ad un maggiore
rapporto tra superficie di scambio interna e superficie disperdente esterna.
Introduzione
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È difficile pensare ad un’acqua surriscaldata a 250°C perché sarebbero necessari più di 40 bar
di pressione (per cui si rientra nella normativa PED).
Una soluzione tipica per queste temperature consiste negli impianti ad oli diatermici. Sono oli
di tipo sintetico o di tipo vegetale che arrivano fino a 340°C senza alterare le proprie
caratteristiche e mantenendo lo stato fluido. Non si superano queste temperature perché le
molecole verrebbero degradate (cracking), perdendo le proprie caratteristiche ed assumendo il
tipico colore nero del carbonio.
L’utilizzo di oli diatermici permette di raggiungere temperature elevate a basse pressioni di
esercizio. L’olio è infiammabile e bisogna adottare un’adeguata impiantistica per tutelarsi dai
rischi di incendio ed esplosione (normativa ATEX)
Un secondo problema riguarda la dilatazione termica. Si hanno dilatazioni dell’ordine del 7‰
ogni 100°C. È necessario utilizzare le giuste precauzioni per l’ancoraggio delle tubazioni,
ricorrendo, ad esempio, a giunti di compensazione e vincoli elastici.
Il calore specifico di questi oli è circa la metà di quello dell’acqua. A parità di salto di
temperatura, occorrerebbe quindi raddoppiare la portata ed utilizzare tubi più grossi.
Con temperature esterne molto basse, è necessario preriscaldare l’olio in fase di avviamento a
causa dell’elevata viscosità.
Introduzione
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Introduzione
Impianti a vapore
Agenda
Generatore di vapore
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Nel campo del riscaldamento tecnologico, il vapore d’acqua, grazie all’ottimo coefficiente di
scambio termico e all’elevato calore di vaporizzazione ed alla temperatura costante nel
cambiamento di fase, è largamente utilizzato.
A seconda della taglia del generatore di vapore, esistono diverse norme che ne regolano
l’esercizio. Sopra una certa potenza è necessario essere in possesso di specifiche
autorizzazioni per la conduzione dell’impianto termico.
PFD semplificato e analisi termodinamica di un impianto a vapore
Impianti a vapore
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Il generatore di vapore produce vapore saturo secco. Comunemente ci si riferisce ad un certo
generatore di vapore tramite l’indicazione delle tonnellate/ora di vapore prodotto, e l’indicazione
della temperatura o della pressione alla quale viene prodotto.
A causa delle dispersioni termiche lungo il circuito a valle del generatore, il vapore saturo secco
tenderebbe a condensare e potrebbero formarsi tappi di acqua molto pericolosi.
È quindi opportuno inserire un riduttore di pressione che, laminando il vapore, gli conferisce
qualche grado di surriscaldamento. In tal modo si tutelano le condotte dalla formazione di
condensa e si abbassano drasticamente i coefficienti di scambio termico, rendendo di
dimensioni accettabili lo spessore economico dell’isolante delle condotte.
All’utilizzatore si avrà una prima fase di scambio termico con de-surriscaldamento del vapore e
la successiva fase di scambio per condensazione.
Impianti a vapore
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Spinta esercitata da un tappo di acqua che percorre una curva
Il vapore si muove a velocità elevate (30÷40 m/s). Se si forma un tappo di acqua e fa una curva
di 90° ad elevata velocità, può esercitare una notevole spinta sui sostegni della tubazione.
Ipotizziamo una tubazione di diametro 200 mm con un tappo di acqua lungo 1m che percorra
una curva dallo sviluppo lineare di 1m, entrando nella curva spinto dal vapore alla velocità di 30
m/s ed uscendo alla velocità di 30 m/s.
Guardando il triangolo delle velocità, si ha una variazione di velocità che in modulo vale 42 m/s.
∆τ =s
v=
1
30 sec a =
∆v
∆τ= 42 ∙ 30 = 1260 m s2
m = ρ ∙ π ∙∅2
4∙ l = 1000 ∙ π ∙
0,22
4∙ 1 = 31,4 kg
La spinta esercitata dal tappo d’acqua è pari a:
F = m ∙ a = 31,4 kg ∙ 1260 m s2 ≃ 40000 N ≃ 4 t
Impianti a vapore
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La presenza di un pozzo caldo, garantendo la presenza di un punto aperto alla pressione
atmosferica, impedisce che si formino sovrappressioni fuori controllo. Nel pozzo caldo, tuttavia,
parte dell’acqua contenuta evapora e ciò rappresenta una fonte di perdita economica poiché
l’acqua circolante nell’impianto è acqua trattata, e quindi costosa.
Lo scaricatore di condensa produce vapore di flash per laminazione. Sul diagramma T-s il punto
5 ha un titolo diverso da zero. Arrivando in queste condizioni al pozzo caldo, si favorirebbe la
perdita di acqua trattata sotto forma di vapore.
Pertanto, le condotte a valle dello scaricatore di condensa sono progettate per disperdere il
calore necessario alla condensazione del vapore di flash prima dell’arrivo nel pozzo caldo.
Disperdendo calore prima di entrare nel pozzo il titolo del vapore si riduce (il punto 6 tende al
punto 8) e si evitano eccessive perdite per evaporazione. L’immissione nel pozzo caldo avviene
da sotto per avere ancora tutto il battente a disposizione per raffreddare ulteriormente. Il
reintegro avviene dall’alto sempre per migliorare il raffreddamento dell’acqua a contatto con
l’aria. La bocca del pozzo caldo è di dimensioni contenute proprio per limitare l’evaporazione.
La pompa di rilancio verso il generatore di vapore è posizionata sotto battente per evitare le
condizioni di cavitazione.
Impianti a vapore
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Scelta del generatore di vapore
Un generatore è caratterizzato dall’avere:
• Un carico massimo discontinuo. Questo può
essere soddisfatto per una durata massima pari
a 30minuti ÷ 2ore e non oltre, per evitare di
scoprire il cielo dello scambiatore.
• Un carico continuo. È il carico al 100% delle
potenzialità e non deve discostarsi troppo dal
carico economico.
• Un carico economico. È il carico di massimo rendimento per cui circola nell’impianto la
portata economica.
• Poiché tutti gli impianti di produzione del vapore sono soggetti a regolazione, è bene fare
attenzione anche al rendimento corrispondente ad un carico al 50%.
Per individuare il costo C di un generatore di vapore, in assenza di una serie di preventivi, si
può fare riferimento alla seguente formula empirica, dove l’esponente n è abbastanza classico e
descrive il livello di sviluppo tecnologico :
C = Qn , n = 0,7 ÷ 0,8
Impianti a vapore
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Diagramma di carico e vapore di flash
Solitamente l’andamento del carico è un andamento di tipo discontinuo. Ci si
riconduce ai carichi di riferimento linearizzando tale curva.
Per sopperire ai picchi di carico fuori produzione, a differenza di altri
impianti, non occorrono serbatoi di compenso o di accumulo. Quando si
hanno picchi momentanei di assorbimento del vapore, significa che l’utenza
sta realizzando una condensazione più rapida. In tutto il sistema a valle
della produzione la pressione si abbassa, il volume specifico del vapore cala
e si genera vapore di flash che sopperisce ai picchi di richiesta. Il sistema
riesce quindi a far fronte ad oscillazioni del carico in modo autonomo.
Il limite tecnologico all’utilizzo di questo vapore di flash è dato dalla necessità di evitare il trascinamento di
gocce da parte del vapore ed inoltre di evitare lo scoprimento dei tubi del fluido caldo. Pertanto è opportuno
non superare la produzione di 2-3 ton/h per m3 di volume d’acqua che sta evaporando e per tempi
relativamente ridotti (da qualche minuto fino a qualche decina di minuti).
Inoltre, nel momento in cui cali la pressione, la portata di vapore aumenterebbe grazie alla produzione di
vapore di flash, ma la temperatura calerebbe, essendo quest’ultima collegata alla pressione di saturazione.
Quindi quando la potenza scambiata all’utilizzatore aumenta, si condensa più rapidamente, di conseguenza
si richiama una porta maggiore di vapore, la temperatura si abbassa e, pertanto, si scambia calore ad una
temperatura inferiore. La potenza scambiata cala e il sistema tenderebbe ad equilibrarsi. Se l’aumento di
carico persiste, diventa necessario l’intervento del bruciatore per fornire una maggiore potenza termica con
conseguente aumento della portata di vapore prodotto.
Impianti a vapore
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Riduttore di pressione
Si utilizza un riduttore di pressione sia come elemento di sicurezza che come elemento di
regolazione:
1) fornisce un certo grado di surriscaldamento al vapore facendo diminuire il coefficiente di
scambio e, conseguentemente, le dispersioni termiche e la formazione di condensa;
2) risponde velocemente alle variazioni di pressione dovute al carico. Se la pressione a valle
cala lui tende ad aprirsi per ripristinarne il valore originario. In tal modo cala anche la pressione
a monte e viene prodotto altro vapore di flash.
Un riduttore di pressione è costituito da una valvola servocomandata con
l’otturatore (o) collegato ad un diaframma (D) sul quale agisce il fluido a
bassa pressione (p2) a contrasto con una molla (m) che può essere
caricata variamente dall’esterno a mezzo di una vite (v). Regolando la
forza della molla si stabilisce il valore della pressione effettiva in uscita
che a regime equilibra tale forza. Se per qualche motivo la pressione a
valle (p2) diminuisce, vince la molla che sposta l’otturatore in modo da
aumentare la superficie di passaggio e quindi ridurre la caduta di
pressione a sostegno di p2. Se la pressione aumenta, il diaframma si
sposta verso l’alto, l’otturatore riduce la luce di passaggio, aumentando
la caduta di pressione per ridurre la p2 al valore desiderato.
Impianti a vapore
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Il vapore primario (0) arriva in un collettore. Dall’alto si staccano prese per utilizzatori secondari
ad alta pressione (1 e 2).
La condensa drena in un pozzetto e viene scaricata dallo scaricatore di condensa.
Il vapore attraversa quindi il riduttore di pressione. È presente un ramo di by-pass per
permettere le operazioni di manutenzione. La valvola di by-pass è una valvola a globo, cioè una
valvola manuale con corpo valvola simile a quello del riduttore di pressione.
Passato il riduttore di pressione, anche se teoricamente si ha un vapore surriscaldato, esistono
punti freddi (coibentazione di curve, valvole,…) che determinano la formazione di condensa. È
quindi necessario scaricare nuovamente la condensa formatasi.
F = filtro
I = indicatore di passaggio
RP = Riduttore di pressione
SA = scaricatore di aria (e di condensa)
SC = scaricatore di condensa
Vs = valvola di sicurezza
Impianti a vapore
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Dimensionamento delle tubazioni di vapore
Le velocità frequentemente tenute in tubazioni di vapore sono:
• per vapore saturo: ≃10 m/s per tubazioni piccole (fino a 5÷6 pollici / DN125÷DN150)
≃ 35÷40 m/s per tubazioni grandi
• per vapore surriscaldato ≃15÷60 m/s
Il vapore surriscaldato può avere velocità più elevate del vapore saturo anche perché il pericolo
di formazione della condensa è minore.
O si fissano le velocità nelle tubazioni come sopra riportato, o, in alternativa, si fissano le perdite
di carico per unità di lunghezza in funzione della pressione di esercizio. A titolo di esempio:
Pressione di esercizio [bar] 0÷2 2÷10 oltre 10
Perdite di carico per 100m di tubazione [bar] 0,1÷0,3 0,3÷1 1÷2 o più
Va poi dimensionato l’isolamento secondo i criteri di economicità visti nelle lezioni precedenti.
Molto importanti, in questi impianti, sono infine i problemi di dilatazione termica, per i quali è
indispensabile studiare attentamente una soluzione adeguata per quanto riguarda i vincoli ed i
giunti.
Impianti a vapore
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b = bruciatore
B = barilotto di separazione aria-condensa
by-pass = valvola di by-pass
F = filtro
G = generatore di vapore
P = pompa
PC = pozzo caldo
PI = indicatore di pressione
PS = pressostato
R = reintegro di acqua (trattata)
RE = rievaporatore
RP = riduttore di pressione
SA = scaricatore di aria
SC = scaricatore di condensa
UAP = utenza di alta pressione
UBP = utenza di bassa pressione
UMP = utenza di media pressione
V I = valvola di intercettazione
VS = valvola di sicurezza
VTS = valvola termostatica
P&I di un impianto a 3 livelli di pressione degli utilizzatori
Impianti a vapore
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Impianti a vapore
Un pressostato regola il bruciatore. La
regolazione può essere a due posizioni o PID
(proporzionale, integrale e derivativa).
Sulla linea del vapore si ha un primo stacco per
gli utilizzatori di alta pressione intercettabile
grazie ad una valvola manuale VI. La regolazione
viene effettuata tramite valvola termostatica. Lo
scambiatore dove viene ceduta potenza alle
utenze, verosimilmente è uno scambiatore che
deve essere attrezzato per la raccolta delle
condense (allagato).
All’uscita dallo scambiatore si raccoglie la
condensa formata (gruppo VI, F, SC, VI, by-
pass). Quando viene raccolta sufficiente
condensa, questa viene scaricata (grazie, ad
esempio, ad un ottiratore a galleggiante). Il
vapore formatosi viene inviato ad un gruppo
rievaporatore e riutilizzata per le utenze a più
bassa pressione.
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Il vapore che invece viene inviato agli
utilizzatori principali di media/bassa pressione,
viene surriscaldato passando attraverso il
gruppo di riduzione della pressione (VI, F, RP,
VI, by-pass), passa attraverso un barilotto per
la separazione della condensa formatasi a
causa di eventuali punti freddi presenti, ed
arrivo all’utenza.
Se la pressione dell’utenza di bassa pressione
è inferiore alla pressione atmosferica, è
necessario inserire una pompa sulla linea di
ritorno delle condense.
Impianti a vapore
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Reti di condense
È bene evitare la seguente architettura:
Infatti, non è detto che ad ogni momento da uno scambiatore esca del condensato. Pertanto
all’unico scaricatore di condensa presente in questa architettura, arrivano sia vapore che
condensa.
Il galleggiante che apre lo scarico dello scaricatore si apre solo se è presente del liquido.
Se un tappo di vapore rimane intrappolato nella camera dello scaricatore, il galleggiante
potrebbe non aprirsi e il deflusso di condensa verrebbe ostacolato. La condensa andrebbe
pertanto ad allagare gli scambiatori ostacolando a sua volta lo scambio termico.
Impianti a vapore
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Scaricatori di condensa e scaricatori di aria
In figura b) è rappresentata un’architettura con soffietto. Se è presente del vapore, il soffietto
viene a trovarsi ad una temperatura elevata (anche per l’elevato coefficiente di scambio
termico) ed essendo dilatato chiude la luce di scarico. Se la camera si allaga di condensa, il
soffietto si raffredda, si contrae e la condensa stessa fuoriesce, non senza trascinare con sé
una certa quantità di vapore.
L’architettura b) è tipica anche degli scaricatori di aria: il vapore saturo secco tiene il soffietto
dilatato e il passaggio chiuso, mentre l’aria, avendo un coefficiente di scambio termico di due
ordini di grandezza inferiore, fa contrarre il soffietto raffreddandolo e fa fuoriuscire il contenuto
della camera (aria + vapore). In effetti la miscela di aria e vapore fa sì che il vapore condensi ad
una temperatura corrispondente alla sua pressione parziale.
È bene non sovradimensionare eccessivamente gli scaricatori perché risulterebbe
sovradimensionata anche la luce di scarico e qualora lo scarico dovesse aprirsi, si
scaricherebbero anche ingenti quantità di vapore. Si utilizzano sovradimensionamenti
nell’intorno del 100%.
In figura a) è rappresentato uno scaricatore di
condensa con galleggiante, munito anche di
scaricatore di aria.
Impianti a vapore
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Avviamento
dove M è la massa da scaldare (tubazioni,…) c è il calore specifico di tale
massa, Δt è il salto di temperatura della massa stessa, r è il calore latente del
vapore e Δτ è il tempo necessario al riscaldamento.
All’avviamento gran parte del calore viene utilizzato per portare l’impianto alla temperatura di
regime, mentre a regime il calore viene utilizzato per la produzione di vapore e per sopperire
alle perdite. La condensa che si forma nei due casi è diversa sia per quantità che per luogo di
formazione. In generale lo scaricatore potrà essere sovradimensionato per tenere conto delle
necessità di avviamento o si può utilizzare un by-pass a controllo manuale.
g =M c ∆t
r ∆τ
All’avviamento la portata media di vapore è pari a:
La portata media è rappresentata in figura dal segmento AB,
mentre quella istantanea della curva AB. Occorre dunque
tenere presente che all’avviamento il valore istantaneo è
maggiore rispetto al valor medio del rapporto α’/α.
Per gli scaricatori di condensa si assumono quindi coefficienti
di sicurezza 2÷3 per funzionamento intermittente, e di circa la
metà per il funzionamento continuo.
Impianti a vapore
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Esercizi
1) Vapore di flash
Supponiamo di avere vapore saturo alla pressione di 11 bar, cui corrisponde una temperatura di
183,2°C. Dopo condensazione, tali condizioni non saranno, ovviamente, variate. Se tale
condensa viene laminata alla pressione di 1 bar, cui corrisponde una temperatura di 99,1°C,
quant’è la quantità di vapore di flash formata?
È noto il calore di vaporizzazione per l’acqua a 99,1°C: r = 2260 kJ/kg.
2) Presenza dell’aria nel circuito
Supponiamo di avere nel circuito una miscela di aria e vapore, in ragione di ¾ di vapore e ¼ di
aria alla pressione di 2,4 bar (rapporti in volume). A che temperatura il vapore comincia a
condensare?
Impianti a vapore
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Soluzioni
1) Vapore di flash
Prendendo lo stato di riferimento alla temperatura di 0°C, possiamo scrivere:
h𝑙,1 = h𝑙,2 + hv,2
c𝑙t1 = c𝑙t2 1 − x + c𝑙t2 + r x
x = c𝑙t1 − t2
r= 4,186
kJ
kg °C
183,2 − 99,1 °C
2260 kJ kg = 0,156
Si formano quindi 156 grammi di vapore per chilogrammo di condensa scaricata.
Per evitare la perdita di vapore al pozzo caldo, il tubo di ritorno delle condense dovrà
disperdere:
q = x ∙ r = 0,156kgvkgc
∙ 2260kJ
kgv= 352
kJ
kgc
Impianti a vapore
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Soluzioni
2) Presenza dell’aria nel circuito
Nella miscela aria-vapore, la pressione parziale del vapore è:
pv = φv ∙ p =3
4∙ 2,4 = 1,8 bar
Il vapore condensa pertanto alla temperatura di saturazione corrispondente a tale pressione, e
cioè 116,3°C.
La temperatura di saturazione del vapore a 2,4 bar è invece 125,5°C.
Siccome lo scambio di calore è affidato al vapore condensante, questo appunto condensa e la
miscela aria-vapore si impoverisce di vapore. La pressione parziale del vapore in miscela cala e
cala sempre più la temperatura di condensazione, portando verso situazioni inaccettabili per lo
scambio termico. Da qui la necessità di scaricatori d’aria.
Si tenga presente che la presenza di aria all’avviamento è inevitabile.
Impianti a vapore
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Video:
Formazione di vapore di flash
Video:
differenze tra esercizio alla pressione di 8
bar e alla pressione di 3,5 bar
Impianti a vapore
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Introduzione
Impianti a vapore
Agenda
Generatore di vapore
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P&I Generatore di vapore
by-pass = valvola di by-pass
C = collettore utenze
D = diaframma
F = filtro
LI = indicatore di livello
P = pompa
PI = indicatore di pressione
PSm = pressostato modulante
PSs = pressostato di sicurezza
R = regolatore
Regolat. pressione = valvola regolatrice di pressione
(valvola di sfioro)
S1 = primo stadio di conversione del segnale
S2 = stadio di estrazione della radice del segnale
SC = scaricatore di condensa
TI = indicatore di temperatura (termometro)
Vc = valvola comandata
VI = valvola di intercettazione
VM = valvola miscelatrice
VNR = valvola di non ritorno
VR = valvola regolatrice di portata
VTS = valvola termostatica
Generatore di vapore
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Generatore di vapore
L’architettura del generatore di vapore raffigurato è a corpo
cilindrico ad asse orizzontale.
Per il controllo della caldaia si utilizza un pressostato
modulante che ha il compito di mantenere la pressione entro
due valori precisi. Un pressostato di sicurezza a riarmo
manuale interviene in caso di sovrappressioni. È comunque
presente una valvola di sicurezza.
Sono misurate temperatura e pressione alla base del camino.
I fumi escono dal camino per ventilazione forzata o natura𝑙𝑒
Qf = Kf S tf − tp
Qv = Kv S tp − tv Qf = Qv →
Kv
Kf=
tf −tp
tp−tv
Generatore di vapore
Il livello dell’acqua nel generatore di vapore deve sempre essere a vista dell’operatore perché
è indispensabile che i tubi di fumo non vengano mai scoperti dal vapore o si raggiungerebbero
temperature troppo elevate essendo il coefficiente di scambio termico del vapore (Kv) due
ordini di grandezza superiore rispetto a quello dei fumi (Kf). Dette tf , tpe tv rispettivamente le
temperature dei fumi, della parete dei tubi e del vapore, risulta:
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Misura della portata di vapore
All’uscita dal generatore, la portata di vapore
prodotta viene contabilizzata. Per farlo si utilizza
un diaframma, ovvero un orificio tarato che
realizza una perdita di carico concentrata. Si
misura la pressione a monte e a valle del
diaframma, ottenendo così un segnale
proporzionale al quadrato della velocità del
vapore, ovvero al quadrato della portata del
vapore. Il segnale viene perciò elaborato in stadi
di conversione che possono essere, ad esempio,
dispositivi pneumatici alimentati dalla rete di aria
compressa tramite un riduttore-regolatore di
pressione R.
Esistono diversi ostacoli normati, che differiscono
tra loro per perdita di carico realizzata e portata di
attraversamento.
Diaframmi Boccagli Tubi di Venturi
Generatore di vapore
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Linea delle condense e controllo del livello
Poiché è sempre indispensabile la presenza di un
adeguato volume d’acqua nel generatore, è
presente un doppio sistema di pompaggio, in
maniera tale che in caso di fuori servizio di una
delle due pompe, intervenga la rimanente pompa.
Essendo pompe centrifughe è necessario inserire
sui due rami delle valvole di non ritorno, per
evitare il reflusso della condensa sul ramo
inattivo.
La portata di condensa viene misurata e, insieme
alla misura di portata di vapore, viene utilizzata
per realizzare una regolazione di retroazione e
previsione del livello nel generatore (feedback e
feed forward).
Generatore di vapore
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Linea del combustibile
Nel caso in esame si è considerata una linea
alimentata da combustibili liquidi (es: gasolio).
Molto spesso si utilizzano generatori di vapore dual
fuel, in grado di utilizzare diversi combustibili in base
alle disponibilità o necessità del momento.
Il gruppo di pompaggio è solitamente costituito da
pompe volumetriche rotative.
L’olio combustibile solitamente deve essere scaldato
per raggiungere una viscosità tale da realizzare il
corretto funzionamento del bruciatore. Per farlo si
utilizza, quando l’impianto è in esercizio, uno
spillamento di vapore, mentre alla partenza possono
essere necessarie delle termoresistenze elettriche.
Un regolatore di pressione (valvola di sfioro) ricircola la portata del combustibile finché non
venga raggiunta la viscosità di progetto. Dalla viscosità dipendono infatti le perdite di carico: se
la pressione è superiore ad un certo valore di set point impostato, la valvola di sfioro riporta il
combustibile al gruppo di pompaggio, se la pressione è uguale o inferiore l’olio combustibile
arriva al bruciatore.
Generatore di vapore
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Generatore di vapore
Layout con generatore secondario
Molto spesso gli utenti del generatore
primario sono generatori secondari che,
se in numero sufficiente, permettono di
stabilizzare la produzione e il consumo
di vapore.
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Generatore di vapore ad asse verticale
Con una sezione di ebollizione più piccola rispetto ad un’installazione orizzontale avvengono
ebollizione con trascinamenti violenti. Tuttavia la quantità di spazio a terra recuperabile, a parità
di potenzialità del generatore, è notevole.
L’architettura raffigurata presenta inoltre uno scambiatore di calore di recupero.
Generatore di vapore
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Qualità del vapore
normativa e regolamentazione
La legislazione è carente sulla definizione della composizione del vapore pulito:
“Il vapore direttamente a contatto con i prodotti alimentari non deve contenere alcuna sostanza che presenti
un rischio per la salute o possa contaminare il prodotto” (Direttiva 93/43 CEE del Consiglio sull’igiene dei
prodotti alimentari del 14 giugno 1993)
Obiettivo:
limitare gli inconvenienti
dovuti alla presenza di:
1) componenti inquinanti
2) componenti corrosivi
sistemi di controllo
Composizione
chimica delle
goccioline trascinate
Portata di goccioline
trascinate
Controllo del TDS
(Tasso Di Salinità)
Trattamento
dell’acqua di alimento
Sistema di
regolazione sulla
portata di goccioline
trascinate
Generatore di vapore
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Sistema di regolazione del generatore
TDS: tasso di salinità.
In funzione del segnale
dato viene controllata la
valvola di spurgo
Tipici valori utilizzati per
i segnali di regolazione:
1) codice pneumatico:
3÷15 psi (0,21÷1 bar)
2) codice in tensione:
0÷10 V
3) codice in corrente:
4÷20 mA
Generatore di vapore
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Generatore di vapore ad asse orizzontale
Prelievo per misurare il TDS: è presente un
piccolo scambiatore di calore che, raffreddando,
permette la fuoriuscita di liquido. In assenza di
esso, per laminazione uscirebbe vapore.
Generatore di vapore
Corso di Impianti Meccanici – Laurea Triennale
Modulo 7
Impianti per la produzione di vapore
tecnologico
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Prof. Ing. Augusto Bianchini
Dott. Ing. Marco Pellegrini
Dott. Ing. Michele Gambuti
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