Corso base idronica

IDRONICA BASE

NOZIONI BASE

2

PRESSIONE

La pressione misura la forza su una determinata superficie

F

S

L’unità di misura nel Sistema Internazionale

(SI) è il Newton su metro quadro N/m2 e

corrisponde al Pascal (Pa)

CONVERSIONE

100.000 Pa = 1 bar

100.000 Pa = 0,98692 atm

100.000 Pa = 750,06 mmHg

100.000 Pa = 10.207 mmH20

NOZIONI BASE

3

FLUSSO

E’ il volume di fluido che

attraversa una superficie

nell’unita’ di tempo, in molti

casi viene chiamato portata. A

seconda del tipo di flusso si

usano diverse unità di misura

PORTATA

Avm * La portata di massa si calcola come la velocità per

l’area attraversata (si esprime in m3/s)

CONVERSIONE

1 m3/s = 2188,89 cfm

1 m3/s = 3600 m3/h

1 m3/s = 1000 l/s

NOZIONI BASE

4

ALTRE CONVERSIONI

1kW = 3413 Btu/h 1kW = 860 frig/h

POTENZA

1ton = 12.000 btu/h

LUNGHEZZA

1” = 25,4 cm1ft = 0,3048 m

ENERGIA

1 Btu = 1055,056 J 1 cal = 4,1868 J

NOZIONI BASE

5

239,0

][*]/[][

CTslmkWP

FORMULA PER IL CALCOLO DELLA POTENZA FRIGORIFERA DATA

DA UNA CERTA PORTATA D’ACQUA SOTTOPOSTA AD UN

DETERMINATO SALTO TERMICO

][*]/[]/[ CThlmhkcalP

NOZIONI BASE

6

NOZIONI BASE

7

NOZIONI BASE

8

NOZIONI BASE

9

NOZIONI BASE

10

NOZIONI BASE

11

NOZIONI BASE

12

IMPIANTO IDRONICO

13

IMPIANTO IDRONICO

14

IMPIANTO A RITORNO DIRETTO:

IMPIANTO IDRONICO

15

IMPIANTO A RITORNO INVERSO:

IMPIANTO IDRONICO

16

IMPIANTO A COLLETTORI:

CHILLER - CALDAIA

17

Cuore dell’impianto:

serve a riscaldare (caldaia) o

raffreddare (chiller) l’acqua che poi

servirà le varie utenze.

Per selezionare la caldaia o il chiller

serve conoscere la potenza massima

richiesta, la potenza minima richiesta

e le temperature di funzionamento.

CHILLER

18

SI DISTINGUONO PER SISTEMA DI CONDENSAZIONE

CONDENSATI AD ACQUA

CONDENSATI AD ARIA

EVAPORATIVI

CHILLER

19


CONDENSATI AD ACQUA

CONDENSATI AD ARIA

EVAPORATIVI

CHILLER

20


CONDENSATI AD ACQUA

CONDENSATI AD ARIA

EVAPORATIVI

CHILLER

21

COMPONENTI DI UN CHILLER:

COMPRESSORE

CONDENSATORE (AD ARIA, AD ACQUA, A PIASTRE, EVAPORATIVI…)

VALVOLA DI ESPANSIONE (CAPILLARE, TERMOSTATICA, ELETTRONICA)

EVAPORATORE (PIASTRE, FASCIO TUBIERO, TUBI CONCENTRICI..)

SICUREZZE (PRESSOSTATI, VALVOLE DI SICUREZZA, KLIXON…)

VARIE (FILTRI, COMPONENTI ELETTRONICI, GRUPPO IDRAULICO…)

CHILLER

22

PER FUNZIONARE L’IMPIANTO RICHIEDE CHE SIA GARANTITA

UNA MINIMA PORTATA D’ACQUA

UN FLUSSO ECCESSIVO D’ACQUA

NELL’EVAPORATORE PUO’ CAUSARE

VIBRAZIONI, EROSIONI, RUMORI.

UN FLUSSO TROPPO BASSO INVECE PUO’

CAUSARE UN CATTIVO SCAMBIO TERMICO,

PERDITA DI EFFICIENZA E POSSIBILI

GHIACCIAMENTI.

CHILLER

23

PER FUNZIONARE EFFICIENTEMENTE L’IMPIANTO RICHIEDE

CHE SIA GARANTITA UNA DETERMINATA PORTATA D’ACQUA

I PRODUTTORI DI CHILLER FORNISCONO LE

TABELLE DI RESA DELLE MACCHINE IN BASE

ALLA TEMPERATURA IN USCITA DELL’ACQUA E AL

SALTO TERMICO DELL’ACQUA ALL’INTERNO

DELL’EVAPORATORE.

IN BASE A TALI DATI SI RICAVA QUAL’E’ LA

PORTATA DA FORNIRE AL CHILLER

TERMINALI

24

Viene definito terminale qualsiasi

scambiatore abbia il compito di

trasferire calore tra l’ ambiente e il

circuito idronico secondario (fan

coil, UTA, cassette, termosifoni).

TUBAZIONI

25

Posso essere di materiale vario,

ferro, acciaio, rame, materiale

plastico o multistrato.

Devono essere dimensionate in

base alla portata d’acqua dei vari

componenti e in modo da tenere la

velocità del fluido a valori corretti.

DILATAZIONE TERMICA

26

Le dimensioni di un corpo aumentano o diminuiscono a

variare della sua temperatura

E’ importante tenere sotto controllo le dilatazioni

termiche lineari dei tubi che trasportano fluidi ad

alta temperatura.

L’acqua aumenta il proprio volume man mano

che la temperatura si discosta dai 4°C, per cui è

sempre necessario prevedere dei vasi di

espansione per compensare le dilatazioni

DILATAZIONE TERMICA

27

Negli impianti “limitati” la dilatazione è assorbita

dall’elasticità naturale dell’impianto stesso

DILATAZIONE TERMICA

28

Negli impianti a grande sviluppo serve inserire dei

compensatori che possono essere naturali (curve dei tubi) o

artificiali (a soffietto, a telescopio, a tubo flessibile)

ISOLANTI PER TUBAZIONI

29

Un buon materiale isolante deve avere le seguenti proprietà:

Basso coefficiente di conducibilità;

Comportamento al fuoco conforme alle norme di sicurezza

Inorganicità

Non aggressività chimica

Basso calore specifico

Durata

Facilità di posa in opera.

VALVOLE

30

Le valvole hanno il

compito di regolare,

bilanciare o chiudere

una parte del circuito

idraulico

ALTRO

31

STRUMENTI DI MISURA

FILTRI

SFIATI

TORRI EVAPORATIVE

INERZIE TERMICHE

POMPE E CIRCOLATORI

32

Qualora si utilizzi un refrigeratore sprovvisto di

modulo idraulico è necessario tenere in stretta

considerazione la portata idrica e la prevalenza

richieste dal sistema per dimensionare

correttamente i circolatori.

Anche in presenza di modulo idraulico è

opportuno verificare la sufficiente portata della

pompa.

POMPE E CIRCOLATORI

33

PREVALENZA

La prevalenza di una pompa è l’incremento di

energia che la pompa è in grado di cedere

alla massa di liquido tra l’ra l’ingresso e

l’uscita della pompa.

Viene di solito espressa, come la pressione, in

bar, in kPa o in metri di colonna d’acqua e fa

riferimento alla formula:

g

cc

g

ppzzH iuiu

iu2

22

POMPE E CIRCOLATORI

34

Girante: con la sua rotazione

crea le condizioni per il moto

del fluido

Chiocciola: raccoglie l’acqua

proveniente dalle varie pale

della girante.

Diffusore: trasforma l’energia

cinetica in energia di pressione

POMPE E CIRCOLATORI

35

Elettropompe: il motore elettrico

è esterno al corpo pompa.

Il motore elettrico è collegato alla

girante per mezzo di un albero di

trasmissione. La tenuta idraulica

fra l’albero e il corpo della pompa

è assicurata da appositi supporti

meccanici o da premistoppa.

Queste pompe lavorano in un

ampio campo di prevalenze e

portate.

POMPE E CIRCOLATORI

36

Circolatori: il motore viene

alloggiato nel corpo della

pompa.

Il motore dei circolatori è

spesso ad avvolgimento

multiplo e quindi queste

pompe possono funzionare a

diverse velocità.

POMPE E CIRCOLATORI

37

Per stabilire il funzionamento di una pompa bisogna

conoscerne la portata e la prevalenza.

Queste due grandezze sono in relazione tra loro e vengono

rappresentate su diagrammi chiamati “curve caratteristiche”.

CARATTERISTICA DI UNA ELETTROPOMPA

38

Le varie curve disegnate

dipendono dal numero di

giri del motore.

POMPE IN SERIE

39

Stessa portata

Prevalenza sommata

POMPE IN PARALLELO

40

Stessa prevalenza

Portata sommata

RENDIMENTO DI UNA POMPA

41

E’ il rapporto fra la potenza resa dalla pompa e la potenza da

essa assorbita.

E’ possibile

individuare

la zona in cui la

pompa funziona

in condizioni

ottimali.

NPSH

42

Net Positive Suction Head

Pressione minima che deve essere garantita, all’ingresso

della pompa, per evitare fenomeni di cavitazione.

I fenomeni di cavitazione sono causa di elevata rumorosità e

possono provocare anche la rottura delle giranti.

POMPA - IMPIANTO

43

Il punto di funzionamento di una pompa applicata ad un

impianto è dato dalla intersezione tra la curva caratteristica

della pompa e la curva di resistenza dell’impianto.

LIQUIDI ANTIGELO

44

MAGGIORAZIONE IN % PERDITE DI CARICO

CONCENTRAZIONE

VOLUMETRICA DI

GLICOLE ETILENICO

TEMPERATURA DI

PROTEZIONE °CTUBI RAME E PLASTICA TUBI IN ACCIAIO

15% -5 1,08 1,06

20% -8 1,11 1,08

25% -12 1,15 1,1

30% -15 1,19 1,12

35% -20 1,23 1,14

40% -25 1,26 1,16

45% -30 1,3 1,18

liquidi che, aggiunti all’acqua, possono abbassarne

sensibilmente il punto di congelamento.

PERDITE DI CARICO

45

Sono le perdite di carico (o di pressione) che un fluido, in moto

attraverso un condotto, subisce a causa delle resistenze

continue; a causa degli attriti dovuti alla rugosità del condotto.

PERDITE DI CARICO CONTINUE

46

Sono le perdite di carico

nei tratti di tubo

rettilinei.

Si possono calcolare

tramite formule oppure si

ricavano da diagrammi.

PERDITE DI CARICO LOCALIZZATE

47

Sono le perdite di carico

date dalle curve,

confluenze, diramazioni

o da tutti i componenti

presenti nell’impianto

che danno una

resistenza specifica al

passaggio dell’acqua. Si possono calcolare tramite formule

oppure si ricavano da diagrammi.

PERDITE DI CARICO TOTALI

48

Sono le perdite di carico (o pressione) che un fluido, in

moto attraverso un condotto, subisce a causa delle

resistenze continue e localizzate.

Il valore così ottenuto dipende da parametri variabili come:

il diametro delle tubazioni

la viscosità

la rugosità

la messa in opera

lo sviluppo della rete di distribuzione

PORTATA DI BILANCIAMENTO

49

E’ la nuova portata che si ottiene variando la prevalenza

applicata ad un circuito.

La portata di bilanciamento si può calcolare, con buona

approssimazione, mediante la formula:

525,0

11

H

HQQ

Q1 = portata di bilanciamento (nuova portata)

H1 = nuova prevalenza del circuito

Q = portata del circuito da bilanciare

H = prevalenza del circuito da bilanciare

VALVOLE DI INTERCETTAZIONE

50

VALVOLE A SARACINESCA

Queste valvole intercettano i fluidi mediante un otturatore

a forma di cuneo che scorre in apposite guide come una

saracinesca.


51

Queste valvole intercettano i fluidi mediante un otturatore

tronco-conico a foro passante.

L’azione di apertura e di chiusura si ottiene ruotando

l’otturatore di un quarto di giro.

VALVOLE A SFERA


52

VALVOLE A FARFALLA

Sono valvole che intercettano i fluidi mediante un

otturatore a disco di forma lenticolare.

L’azione di apertura e di chiusura si ottiene ruotando

l’otturatore di un quarto di giro.

VALVOLE DI RITEGNO

53

VALVOLE A BATTENTE O A CLAPET

Sono caratterizzate dall’avere un

otturatore a battente (o a clapet)

incernierato al corpo valvola.

Il flusso normale mantiene aperto

il battente, mentre il suo peso e il

contro-flusso lo mandano in

chiusura.

VINCOLI DEI TUBI

54

Sono dispositivi meccanici che servono ad equilibrare le forze

che normalmente agiscono sulle reti di distribuzione.

Forze di natura statica sono il peso proprio dei tubi, il peso del

fluido in essi contenuto e il peso di eventuali apparecchiature e

accessori

Forze di natura dinamica sono, invece, quelle che derivano dalle

dilatazioni termiche dei tubi.

PUNTI FISSI

55

Sono vincoli che bloccano le tubazioni in modo da

impedire qualsiasi movimento.

GUIDE

56

Sono vincoli che consentono alle tubazioni di

muoversi solamente lungo una direzione prefissata.

APPOGGI E SOSTEGNI

57

Sono vincoli che lasciano alle tubazioni la possibilità di

muoversi assialmente e lateralmente.

IMPIANTI A COLLETORI

58

Sono costituiti principalmente da:

Chiller o caldaia,

Rete principale con relative derivazioni,

Collettori,

Circuiti interni,

Terminali di climatizzazione.


59

VANTAGGI

1. Possibilità di realizzare impianti a zone.

2. Facile posa in opera dei tubi.

3. Elevata resa termica dei corpi scaldanti.

4. Buon funzionamento delle valvole termostatiche.

5. Uniformità nella messa a regime dei corpi scaldanti e nel

mantenimento della temperatura ambiente.


60

SVANTAGGI

1. L'esigenza di dover realizzare circuiti indipendenti per

ogni terminale.

2. Il maggior impegno richiesto per l'assistenza muraria.

COLLETTORI

61

Disporre i collettori in zona

baricentrica rispetto ai terminali da

servire

Il collettore deve essere posta in una

posizione che permetta interventi di

ispezione, manutenzione e

riparazione

Le cassette dei collettori devono

avere aperture di ventilazione se al

loro interno ci sono componenti

sensibili alle alte temperature

(sonde, valvole elettrotrermiche)

COLLETTORI

62

CIRCUITI INTERNI

Cercare di far passare i tubi dove sono previste le porte

Fare in modo da avere i percorsi dei tubi che non

interferiscano con quelli delle tubazioni sanitarie

DIMENSIONAMENTO

63

PASSI FONDAMENTALI

CALCOLO DEI CARICHI TERMICI

SCELTA DEL TIPO DI IMPIANTO

SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI DI IMPIANTO

DIMENSIONAMENTO DI TUTTTI GLI ALTRI COMPONENTI

VERIFICA E CORREZIONE

SCELTA DEI COMPONENTI FONDAMENTALI

64

UNITA’ TERMINALI

I ventilconvettori sono terminali che cedono o sottraggono

calore all’ambiente per convezione forzata. Sono costituiti

essenzialmente da:

una o due batterie alettate di scambio termico,

uno o due ventilatori centrifughi o tangenziali,

un filtro dell’aria,

una bacinella di raccolta condensa,

un involucro di contenimento.


65

UNITA’ TERMINALI

Una corretta scelta di questi corpi scaldanti, richiede

l’esame dei seguenti fattori:

potenza termica e portata d’aria dei ventilconvettori,

capacità di deumidificazione,

temperatura di uscita dell’aria,

livello sonoro.


66

UNITA’ TERMINALI

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

40% 45% 50% 55% 60% 65% 70%

U.R.

Re

5°C min 5°C med 5°C max 7°C min 7°C med

7°C max 10°C min 10°C med 10°C max


67

UNITA’ TERMINALI

ATTENZIONE:

Ilocali medio o grandi è bene suddividere la potenza totale

su più fancoil;

Se a pavimento è consigliabile installare i fan coil sotto le

finestre;

In fase di riscaldamento è bene che la temperatura di

uscita aria non superi i 50°C


68

CHILLER

La scelta del chiller dipende dal carico massimo e minimo che

deve fornire all’impianto.

E’ importante rispettare la portata minima e massima

indicate dal costruttore in modo da evitare rumori, erosioni o

ghiacciamenti.

DIMENSIONAMENTO

69

CIRCUITO IDRAULICO SEMPLICE

1. Si dimensiona l’ultimo circuito secondario in base alla portata richiesta

2. Si dimensionano gli ultimi tronchi del circuito principale

3. Si dimensiona il penultimo circuito secondario in base alla portata

richiesta

4. Si dimensionano i penultimi tronchi del circuito principale

5. Si dimensionano gli altri circuiti secondari e gli altri tronchi del circuito

principale:

VALVOLE DI TARATURA

70

L’otturatore deve essere in grado

di assicurare un flusso regolare e

uniforme

Lo stelo deve avere riferimenti di

lettura atti a consentire un preciso

posizionamento e controllo

dell’otturatore.

Le prese di pressione devono

essere poste in zone a bassa

turbolenza

AUTOFLOW

71

Tale regolatore - mosso dalla

spinta del fluido e dalla

controspinta di una molla a

spirale - deve assicurare

automaticamente portate

pressoché costanti entro un

ampio campo di pressioni

differenziali

VALVOLE DI SOVRAPRESSIONE

72

Sono valvole che consentono di

realizzare by-pass atti ad

impedire che la pressione

differenziale fra due punti di

un circuito superi un

determinato valore

SCELTA DELLA POMPA

73

La scelta di una elettropompa deve essere fatta in modo

che il suo punto di lavoro risulti:

1. vicino al punto di funzionamento teorico del circuito;

2. interno alla zona di rendimento ottimale della pompa

stessa.

SCELTA DELLA POMPA

74

E’ necessario prevedere la messa in opera delle elettropompe con:

valvole di intercettazione

giunti antivibranti (solo per pompe medio-grandi)

manometri, da installare prima e dopo ogni pompa:

una diminuzione della pressione differenziale segnala che la

girante è logora o che i passaggi tra le palette sono ostruiti

l'oscillazione degli indici è generalmente segno della presenza

di aria nell'impianto.

ALTRI ACCESSORI DI IMPIANTO

75

VASO DI ESPANSIONE

L’acqua espande secondo la formula:

V = V0x(e-e0)

Dove:

V0 è il volume a 4°C

e-e0 sono i coefficienti di espansione

alle temperature iniziale e finale per

l’acqua.


76

VASO DI ESPANSIONE

A membrana

Autopressurizzati

Pressurizzati

Fl

VPP

eeVV

/1

00

Per i vasi di espansione a membrana le norme ISPESL

prevedono l’uso della seguente formula:

VV = volume del vaso di espansione, l

V0 = contenuto di acqua dell’impianto, l

e = coef. di espansione dell’acqua alla temp.

finale,

e0 = coef. di espansione dell’acqua alla

temp. iniziale,

PI = pressione assoluta di carica del vaso, bar

PF = pressione assoluta max di esercizio

riferita al vaso, bar


77

ACCUMULI VOLANI TERMICI

Servono a fornire caldo o

freddo a caldaia o chiller

spento oppure per gestire i

picchi di richiesta termica

ad acqua

a menbrana

a labirinto

a celle

a ghiaccio

a serpentina sommersa

a sfere

turbo

Servono a limitare il numero di

spunti del compressore e si

calcolano valutando la quantità

minima di acqua per l’impianto

Litri impianto = 50 x P[kW]

La formula è per chiller con

1,5°C di isteresi sull’accensione

del compressore e con al

massimo 5 spunti all’ora


78

E’ opportuno rivestire tutte le tubazioni e tutti i

componenti che contengono acqua con materiali termo-

isolanti, in modo da evitare formazioni di condensa e

inutili scambi termici indesiderati.

E’ obbligatorio interporre tra il gruppo

frigorifero e le tubazioni dei giunti elastici

per evitare la propagazione delle

vibrazioni e la conseguente rottura delle

tubazioni. Installare inoltre il gruppo su

supporti antivibranti.


79

Tutti i componenti elettrici del sistema devono

essere adeguatamente protetti da interruttori

magnetotermici dimensionati in base

all’assorbimento del componente specifico.

I cablaggi elettrici devono essere dimensionati

anch’essi in base all’ assorbimento del componente

che collegano.

Nel caso si effettuino collegamenti di pannelli di

controllo remoti, è opportuno utilizzare cavi di

sezione adatta e schermati, evitando di farli passare

dentro guaine contenenti cablaggi di alta tensione.

PREPARAZIONE IMPIANTO

80

Una volta terminati i lavori di assemblaggio

del circuito idronico è opportuno mettere

sotto pressione le tubazioni per verificare

che non ci siano perdite.

Riempire quindi il circuito di acqua ad una

pressione di 4 bar.

Verificare sul manometro che la pressione

rimanga invariata per il maggior tempo

possibile.

PREPARAZIONE IMPIANTO

81

Prima di procedere all’avviamento di un circuito

frigorifero è opportuno accendere tutti i circolatori

e aprire le valvole di sfiato aria per eliminare

eventuali bolle rimaste dentro le tubazioni.

In caso si abbia a che fare con terminali dotati di

valvole deviatrici, è opportuna fare circolare il

fluido sia a terminali disattivati sia a terminali

accesi.

IMPIANTI A PORTATA COSTANTE

82

VALVOLE A DUE VIE

ON - OFF MODULANTI

La valvola chiude

quando viene raggiunta

la temperatura in

ambiente, riapre

quando c’è di nuovo

richiesta dall’ambiente.

Man mano che la

temperatura in ambiente si

avvicina a quella impostata

la valvola chiude

parzialmente il passaggio

all’acqua in modo da

diminuire la potenza del

terminale


83

VALVOLE A DUE VIE


84

VALVOLE A DUE VIE: ATTENZIONE!

Negli impianti piccolI l’incremento delle pressioni

differenziali può essere tenuto sotto controllo con un

limitatore di pressione posto alla base del circuito.

Negli impianti medio-grandi l’incremento delle pressioni

differenziali deve essere tenuto sotto controllo non solo alla

base, ma anche lungo lo sviluppo del circuito.


85

VALVOLA A TRE VIE

ON - OFF MODULANTI

La valvola devia sul by-

pass quando viene

raggiunta in ambiente

temperatura impostata,

il by-pass deve fornire

la stessa perdita di

carico del terminale

Man mano che la

temperatura in ambiente si

avvicina a quella impostata

la valvola devia

parzialmente il flusso

all’acqua in modo da

diminuire la potenza del

terminale


86

VALVOLA A TRE VIE

MISCELATRICI DEVIATRICI

Le valvole a tre vie asservite ad una regolazione on-off

possono lavorare indifferentemente da deviatrici o

miscelatrici, le valvole a tre vie modulanti lavorano

meglio come miscelatrici.

Corso base idronica

Engineering

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