Progetto Open University - Spirax Sarco International rete di... · Nel dimensionamento delle...

Progetto "Open University"

Vapore: Reti di distribuzioneAC/02/01

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F i r s t f o r S t e a m S o l u t i o n s

E X P E R T I S E S O L U T I O N S S U S T A I N A B I L I T Y

AC/02/01Spirax Sarco “Open University” © Copyright 1999 Spirax Sarco s.r.l.2

V a p o r e : R e t i d i d i s t r i b u z i o n e

Prima edizione 1999© Copyright Spirax Sarco s.r.l.

Via per Cinisello, 18 - Nova Milanese (MB)


www.spiraxsarco.com/itSOMMARIO

SEZIONE 1 - INTRODUZIONE ............................................................................................................... 5

1.1 NOZIONI FONDAMENTALI SUL VAPORE ................................................................................................................................ 5Circuito tipico di distribuzione vapore

1.2 SCELTA DELLA PRESSIONE DI ESERCIZIO ......................................................................................................................... 61.2.1 Distribuzione ad alta pressione

1.3 DIMENSIONAMENTO DELLE TUBAZIONI ............................................................................................................................... 71.3.1 Capacità delle tubazioni infunzione della velocità

1.3.2 Spessore delle tubazioni e dimensioni standardCapacità delle tubazioni alle varie velocità

Identificazione delle tubazioni con bande colorate

1.4 PORTATE DELLE TUBAZIONI E PERDITE DI CARICO .......................................................................................................10Esempio 1

Caduta di pressione in funzione della lunghezza della tubazioneCapacità delle tubazioni e coefficienti di ΔP (estratto)Tabella dei coefficienti di pressione

Esempio 2

SEZIONE 2 - DERIVAZIONI E SCARICHI ....................................................................................................162.1 TUBAZIONI DI DERIVAZIONE ...............................................................................................................................16

2.2 MONTAGGIO DEGLI ACCESSORI E LOCALIZZAZIONE DEI PUNTI DI SCARICO ................................................16Separatori

2.2.1 Colpi d’arieteGli effetti dei colpi d’arieteTubazioni di distribuzione del vapore molto lunghe

2.2.2 Punti di scarico della condensaInstallazioni degli scaricatori di condensa

2.2.3 Riduzioni sulle tubazioni del vaporeRaccordi di riduzione sulle tubazioni del vapore

2.2.4 FiltriRistagno di condensa nei filtri e nelle valvole

2.2.5 Derivazioni dalle tubazioniInstallazione delle derivazioni

2.2.6 Prese di vapore e tasche di separazioneCorretta installazione delle prese di vapore

2.3 PERCORRENZE IN SALITA ...................................................................................................................................................... 21Installazione di tubazioni di vapore a superamento di ostacoli

2.4 DRENAGGIO DI TUBAZIONI DI DISTRIBUZIONE ................................................................................................................. 22 Carichi di riscaldamento/Esercizio (kg) di una tubazione di vapore lunga 50 m

2.4.1 Scaricatori di condensa, tipi2.4.1.1 Scaricatori termodinamici (TD)2.4.1.2 Scaricatori a galleggiante2.4.1.3 Scaricatori a secchiello rovesciato2.4.1.4 Scaricatori termostatici

SEZIONE 3 - DILATAZIONI, SUPPORTI E COIBENTAZIONI .................................................................... 263.1 SPAZIO PER LE DILATAZIONI ................................................................................................................................................. 26

Coefficienti di dilatazione (α)3.1.1 Dilatazione delle tubazioni

Diagramma delle dilatazioni di tubazioni di acciaio dolcePretensione delle tubazioni per permettere le dilatazioni



3.2 ACCESSORI PER TUBAZIONI E SUPPORTI ........................................................................................................................ 293.2.1 Giunto a ricciolo completo

Dilatatore a ricciolo completo3.2.2 Giunto ad omega

Dilatetore ad omega3.2.3 Giunto di dilatazione in acciaio

Dilatatore a scorrimento3.2.4 Giunto a soffietto flessibile

Dilatatore a soffietto flessibile3.2.5 Uso dei soffietti di dilatazione

Installazione dei soffietti3.2.6 Punti di ancoraggio

Punti fissi3.2.7 Raccomandazioni sulla distanza di installazione dei supporti delle tubazioni

Supporti delle tubazioni

3.3 SPURGO DELL’ARIA ................................................................................................................................................. 34Terminazione di una tubazione di vapore

3.4 RIDUZIONE DELLE DISPERSIONI TERMICHE .................................................................................................................... 35Emissioni termiche da tubazioni nudeConducibilità termica di materiali di coibentazione

3.5 CALCOLO DELLO SCAMBIO TERMICO ................................................................................................................................ 36

SEZIONE 4 - DOMANDE ......................................................................................................................... 38


www.spiraxsarco.com/itSEZIONE 1 - INTRODUZIONE

In questo manuale sono descritti i metodi usati per la distribuzione del vapore dal luogo diproduzione al punto di utilizzo. Il luogo di produzione può essere una centrale termica oppu-re il punto di consegna di un impianto di cogenerazione. Le caldaie della centrale termicapossono utilizzare combustibili primari (ad es. nafta pesante, gasolio, gas naturale, carboneecc.) oppure essere caldaie a ricupero che utilizzano gas di scarico di processi industriali adalta temperatura, di motori oppure di inceneritori. Qualunque sia il modo di produzione delvapore, un buon sistema di distribuzione è essenziale per assicurare un vapore di appropria-ta qualità e pressione e nella prevista quantità agli apparecchi utilizzatori finali.Discuteremo inoltre alcune delle scelte che devono essere fatte ed alcune applicazioni chepossono presentare problemi arrivando a proporre soluzioni che si sono dimostrate razionalied efficaci.Vedremo inoltre come sia importante mantenere secco il vapore saturo durante la sua distri-buzione per ottenere il massimo risultato nelle applicazioni relative a scambiatori di caloreoppure per riscaldamento di ambienti.

1.1 Nozioni fondamentali sul vaporeA chi non è molto addentro a questi problemi chiediamo di comprendere che cosa sia unsistema di distribuzione vapore ed un circuito vapore/condensa. Il flusso del vapore in uncircuito è dovuto alla condensazione del vapore stesso, la condensazione provoca una ridu-zione di volume ed una caduta di pressione. Questa caduta di pressione causa il flusso delvapore nelle tubazioni.Il vapore generato da una caldaia deve essere distribuito attraverso tubazioni fino al puntonel quale è richiesta la sua energia termica. All’inizio della distribuzione vi possono essereuna o più tubazioni principali le quali convogliano il vapore nella direzione in cui sono localiz-zati gli utilizzatori. Da queste tubazioni principali sono derivate tubazioni secondarie (gene-ralmente di diametro minore) che sono collegate alle singole apparecchiature che utilizzanoil vapore.Allorchè si apre la valvola di caldaia (necessariamente in modo lento) il vapore passa imme-diatamente dalla caldaia nelle tubazioni principali. Queste tubazioni sono inizialmente fred-de per cui il vapore cede parte del suo calore riscaldandole. Anche l’aria circostante letubazioni è inizialmente fredda, cosicchè le tubazioni iniziano a disperdere energia termicanell’aria. Questa dispersione causa una ulteriore condensazione del vapore (chiamata “cari-co o perdita di esercizio”) in aggiunta a quella del vapore condensato per il riscaldamentoiniziale della tubazione stessa (chiamata “carico di avviamento “ oppure “perdita di riscalda-mento”).Il condensato risultante si raccoglie sul fondo della tubazione e viene trascinato sia dal flussodi vapore che per gravità, in virtù di una adeguata pendenza che si assicura alla tubazionelungo la direzione del flusso stesso. Il condensato dovrà quindi essere scaricato dal puntopiù basso della tubazione principale.All’apertura della valvola di intercettazione del vapore dell’apparecchio utilizzatore il vaporeentra nell’apparecchio stesso e viene in contatto con superfici più fredde alle quali cede ilsuo calore (o entalpia) di evaporazione riscaldando l’apparecchio (carico di avviamento)continuando poi a trasferire energia termica al processo (carico di esercizio) e naturalmentediventa condensato.Vi è quindi un flusso continuo di vapore dalla caldaia per alimentare l’apparecchio e permantenere questo flusso si deve generare continuamente vapore. La continuità del processoè ottenuta alimentando proporzionalmente la caldaia sia con combustibile che con acquaper integrare quella che è stata trasformata in vapore.



Fig. 1.1 Circuito tipico di produzione e distribuzione vapore

1.2 Scelta della pressione di esercizioIl sistema di distribuzione del vapore è il collegamento essenziale fra il sistema di produzionee l’utilizzatore del vapore stesso. Esso deve fornire vapore della migliore qualità alla pressio-ne necessaria ed alla portata richiesta, con le minori possibili dispersioni di energia termicae naturalmente dovrà poter essere realizzato a costi contenuti.Noi sappiamo che per i processi industriali e per il riscaldamento si deve usare vapore saturosecco (e non surriscaldato e tantomeno umido) e questo sarà il nostro obiettivo. La pressio-ne nel sistema di distribuzione del vapore è determinata dalla pressione più alta richiestadalle utenze nel punto dell’impianto in cui si trovano; dobbiamo tuttavia ricordare che il vapo-re che fluisce nelle tubazioni perderà parte della sua pressione a causa della resistenza alflusso ed anche perché parte di esso condenserà a causa delle dispersioni di linea. Tuttiquesti fattori devono essere attentamente considerati quando si decide quale deve essere lapressione iniziale del sistema di distribuzione.

Riassumendo, nella scelta della pressione di esercizio dobbiamo considerare la:

• Pressione richiesta dalle utenze nel punto di utilizzo• Caduta di pressione lungo la linea (per attrito)• Dispersione di energia termica della linea

Noi sappiamo che maggiore è la pressione del vapore, minore è il suo volume specifico. Neconsegue che producendo vapore ad una pressione più elevata di quella richiesta dalleutenze e distribuendolo a questa pressione saranno sufficienti tubazioni di diametro più pic-colo a parità di portata richiesta.

Vapore

Apparecchidi scambio termico

Condensa

CondensaSerbatoio dialimentazione

Acqua diintegrazione

Pompaalimento

Vapore

Caldaia

Processo

Scambiatoridi calore

Vapore

Sistema diriscaldamento



1.2.1 Distribuzione ad alta pressioneDistribuendo vapore ad alta pressione dovremo poi ridurre la pressione nel punto di utilizzosecondo le necessità delle utenze e della tecnologia del processo produttivo.I vantaggi che ne conseguono sono i seguenti:1. Sono necessarie tubazioni di minore diametro, la cui minore superficie causerà minore

perdita di energia termica (si veda la sezione “Calcolo dello scambio di energia termica” el’influenza dell’aumento di Δt e di Δp).

2. Si riducono i costi delle tubazioni del vapore, sia dei materiali (tubazioni, flange, raccordi,supporti, ecc.) che della manodopera.

3. Si riducono anche i costi delle coibentazioni.4. Si ottiene vapore più secco nel punto di utilizzo a causa dell’effetto di evaporazione conse-

guente alla riduzione di pressione.5. Il generatore di vapore può funzionare a pressione maggiore, corrispondente al suo mi-

gliore rendimento.6. Si aumenta l’energia latente del generatore di vapore, il che permette al generatore stes-

so di affrontare variazioni di carico senza il pericolo di aumento di pressione oppuredi trascinamenti liquidi (si veda la sezione “Generatori di vapore”).

1.3 Dimensionamento delle tubazioniNel dimensionamento delle tubazioni esiste la tendenza naturale di scegliere il diametrodelle tubazioni pari al diametro degli attacchi delle utenze cui collegare l’adduzione del vapo-re. Si trascura il fatto che spesso queste dimensioni sono previste per condizioni di pressionee di portata diverse da quelle effettivamente usate.

Il delle tubazioni comporta che:

• le tubazioni costeranno più del necessario• si formerà un maggior volume di condensato a causa delle maggiori perdite• si avrà scadente qualità del vapore e di energia termica di scambio dovuta al maggior

volume di condensato (si veda la sezione “Principi fondamentali del vapore”)• si avranno maggiori perdite di energia termica.

Ad esempio si è calcolato che il costo di installazione di una tubazione del diametro di 80mm è superiore del 44% del costo di installazione di una tubazione del diametro di 50 mmche sarebbe stata di capacità adeguata alle necessità. Il costo della coibentazione di unatubazione di 80 mm è del 21% maggiore di quello di una tubazione di 50 mm ed inoltre leperdite di energia termica sono maggiori del 50%.



Il delle tubazioni comporta:

• maggiore velocità del vapore, maggiore caduta di pressione e quindi pressione più bassadi quella richiesta al punto di utilizzo

• insufficiente volume di vapore al punto di utilizzo• maggiori rischi di erosione e di colpi d’ariete (quindi inquinamento acustico) dovuti

alla maggiore velocità del vapore.

Le dimensioni delle tubazioni possono essere scelte sulla base di:• velocità del fluido• caduta di pressione.In ciascuno dei casi sopracitati è buona cosa verificare sia la velocità del fluido sia la cadutadi pressione in modo da assicurarsi che i limiti relativi non siano stati superati.Il dimensionamento delle tubazioni secondo la velocità del fluido è basato sul volume totaledel vapore fluente nella tubazione (si ricordi che il volume specifico varia al variare dellapressione), essendo uguale all’area della sezione della tubazione per la velocità:

Se conosciamo la portata massica e la pressione del vapore possiamo facilmente calcolarela corrispondente portata volumica (m3/s). Adottando una accettabile velocità del vapore(m/s) possiamo calcolare la sezione della tubazione (e quindi il diametro) richiesta per laportata considerata.

1.3.1 Capacità delle tubazioni alle velocità specificheUn esempio tipico dell’aumento di capacità delle tubazioni vapore è mostrato a pag. 9 (por-tate delle tubazioni alle velocità specifiche) dove viene indicato che la capacità delle tubazio-ni aumenta con l’aumentare di:• Velocità, per le ragioni evidenziate.• Pressione, poiché con l’aumentare della pressione si ha una diminuzione del volume specifico

(il vapore quindi occupa meno volume della tubazione).Il diagramma della capacità delle tubazioni è pertanto una guida utile quale primo approccio,essendo basato soltanto sulla velocità del vapore: il campo da 25 a 40 m/s è generalmenteadatto a linee di derivazione corte ed una velocità attorno a 15-20 m/s è generalmenteadatta alle tubazioni principali di distribuzione.

1.3.2 Spessore delle tubazioni e diametri standardLo spessore delle tubazioni comunemente usate è basato su quelli formulati dall’American

m3 = m2 • m

s s



t = p • D20S+p

Fig. 1.3.2.1 Tabella delle portate vapore in kg/ora delle tubazioni alle velocità specifiche

Pressione Velocità Diametro nominale / diametro interno

Bar m/s 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 15015,8 20,93 26,64 35,04 40,9 52,5 62,7 77,92 102,26 128,2 154,05

15 9 15 2 43 58 95 136 201 362 569 8220,4 25 14 25 41 71 97 159 227 350 603 948 1369

40 23 40 66 113 154 254 363 561 965 1517 219115 10 18 29 51 69 114 163 251 433 681 983

0,7 25 17 30 49 85 115 190 271 419 722 1135 163840 28 48 78 136 185 304 434 671 1155 1815 262115 12 21 34 59 81 133 189 292 503 791 1142

1 25 20 35 57 99 134 221 315 487 839 1319 190440 32 56 91 158 215 354 505 779 1342 2110 304615 18 31 50 86 118 194 277 427 735 1156 1669

2 25 29 51 83 144 196 323 461 712 1226 1927 278240 47 82 133 230 314 517 737 1139 1961 3083 445115 23 40 65 113 154 254 362 559 962 1512 2183

3 25 38 67 109 188 256 423 603 931 1603 2520 363940 61 107 174 301 410 6761 964 1490 2565 4032 582215 28 50 80 139 190 313 446 689 1186 1864 2691

4 25 47 83 134 232 316 521 743 1148 1976 3106 448540 75 132 215 371 506 833 1189 1836 3162 4970 717615 34 59 96 165 225 371 529 817 1408 2213 3195

5 25 56 98 159 276 375 619 882 1362 2347 3688 532540 90 157 255 441 601 990 1411 2180 3755 5901 852115 39 68 111 191 261 430 613 947 1631 563 3700

6 25 65 114 184 319 435 716 1022 1578 2718 4271 616740 104 182 295 511 696 1146 1635 2525 4348 6834 986715 44 77 125 217 296 487 695 1073 1848 2904 4194

7 25 74 129 209 362 493 812 1158 1788 3080 4841 698940 118 206 334 579 788 1299 1853 2861 4928 7745 1118315 49 86 140 242 330 544 775 1198 2063 3242 4681

8 25 82 144 233 404 550 906 1292 1996 3438 5403 780240 131 230 373 646 880 1450 2068 3194 5501 8645 1248415 60 105 170 294 401 660 942 1455 2506 3938 5686

10 25 100 175 283 490 668 1101 1570 2425 4176 6563 947740 160 280 453 785 1069 1761 2512 3880 6682 10502 1516415 80 141 228 394 537 886 1263 1951 3360 5281 7625

14 25 134 235 380 657 896 1476 2105 3251 5600 8801 1270840 214 375 608 1052 1433 2362 3368 5202 8960 14082 20333

Petroleum Institute (API), secondo il quale allo spessore è associato un numero di “schedula”.Queste “schedule” corrispondono alle pressioni nominali delle tubazioni; sono undici: 5, 10, 20,30, 40, 60, 80, 100, 120, 140 e 160. Ad esempio, per una tubazione di diametro nominale di150 mm (6 inches) o di diametro minore è specificata la “schedula 40”. Solamente le “schedule40” e “80” coprono interamente i diametri nominali da 15 mm (1/2 inches) a 600 mm (24 inches).La “schedula” più comunemente usata nelle installazioni di tubazioni di vapore è la “schedula40” oppure la “schedula 80”. Le norme internazionali riportano le tabelle delle “schedule” met-tendo a disposizione del progettista diametri nominali e spessori in millimetri delle tubazioni dautilizzare. Lo spessore delle tubazioni deve essere calcolato usando l’equazione:

dove:t = spessore in millimetri relativo alla pressione interna di progettop = pressione interna di progetto in bar (105 N/mm2)D = diametro esterno della tubazione in millimetriS = carico di sicurezza di progetto in N/mm2 (MN/m2)



Il materiale delle tubazioni comunemente usato è l’acciaio dolce (grado 620), ma il gradopuò variare in conformità delle esigenze delle applicazioni. Il carico specifico di progettodeve essere calcolato con l’equazione sopra indicata per avere un’indicazione dello spesso-re della tubazione, ma può essere reperito sulle norme di unificazione DIN-BS-ecc. riferentesialle tubazioni per impieghi termici ed in connessione con caldaie.Gli sforzi variano grandemente con la temperatura e questa è un parametro importante perla scelta del carico specifico di progetto.Occorre anche considerare gli sforzi che possono concentrarsi nei punti di ancoraggio delletubazioni ma, se il progetto è fatto in modo adeguato, ciò può essere trascurato, scegliendo peril progetto dei carichi specifici conservativi. La tubazione inoltre dovrebbe avere uno spessoresufficiente per resistere a stress occasionali oppure per sopportare usi erronei, quale ad es.essere di supporto per pompe/parti di impianto ecc. Spesso è sufficiente il buon senso per valu-tare se la tubazione da adottare è delle corrette dimensioni!Un sistema comunemente usato per la identificazione dello spessore delle tubazioni è quello dimarcare le estremità con bande colorate, come previsto dalle tabelle internazionali di unificazio-ne applicabili a tubazioni di acciaio di grado specifico, con banda rossa per quelle di spessoremaggiore e banda blu per quelle di spessore medio. Le tubazioni con banda rossa sono quellepiù comunemente usate per la distribuzione del vapore, mentre quelle con banda blu sono piùcomunemente usate per la distribuzione di aria compressa. I tubi di lunghezza minore di 4 m hannosoltanto una banda colorata mentre quelli di lunghezza compresa tra 4 e 7 m hanno due bandecolorate, ognuna delle quali vicina alle due estremità. Le bande colorate sono larghe circa 50 mm.

Fig. 1.3.2.2 Tubazioni con bande colorate

1.4 Portate delle tubazioni e perdite di caricoDobbiamo considerare le perdite di carico o di pressione che si verificano nelle tubazionicome conseguenza del flusso. E’ consigliabile l’uso delle tabelle di pag. 12 che permettono diottenere al riguardo informazioni più accurate e complete. Nelle pagine successive faremopoi alcuni esempi teorici e pratici in modo che si possano capire i criteri usati per ildimensionamento delle tubazioni.

Esempio 1Supponiamo di avere una pressione iniziale di 7 bar ed una pressione di 6,4 bar al terminedella tubazione. Il fattore di pressione (P1) rilevabile dalle tabelle per il dimensionamentodelle tubazioni è di 56,38 corrispondente alla pressione iniziale e di 48,48 (P2) in corrispon-denza della pressione finale.



Senso del flusso

L

P1 P2

Fig. 1.4.1 Caduta di pressione in funzione della lunghezza della tubazione

Se supponiamo che la lunghezza della tubazione (comprensiva di curve e derivazioni ) sia di263 metri, avremo:

Nota per il docente: I calcoli relativi saranno meglio comprensibili se fatti sulla lava-gna con la relativa diapositiva proiettata. I fattori di pressione mostrati sono calcolaticon equazioni teoriche (guida CIBSE-C4-67) che usano numeri di Reynolds, viscositàe rugosità delle tubazioni di acciaio. Questi valori sono calcolati entro un certo campodi pressioni e di velocità e quindi sono sufficientemente accurati per l’uso deldimensionamento delle tubazioni di distribuzione vapore.Per esempio, usando la tabella delle portate e dei fattori di caduta di pressione, par-tendo dalla colonna (F) di sinistra per 0,030 e andando sulla colonna di destra corri-spondente vediamo che, per una tubazione di diametro di 65 mm, si ha una portata divapore di 919 kg (x) con un fattore di velocità (y) di 80,6 m/s.Il fattore di velocità (y) è basato su un volume di vapore di 1 m3/kg e quindi può esserefacilmente convertito per avere la velocità reale corrispondete ad altri volumi specifici.

Pertanto, se il fattore di velocità (y) = 80,6 m/s e la pressione del vapore è di 7 bar, conun volume specifico di 0,240 m3/kg con il metodo di sostituzione avremo che la velocitàreale è di

80,6 • 0,24 = 19,3 m/s

P1 - P2

L= F (Fattore di perdita di carico)

P1 - P2 = F = (56,38 - 48,48)

= 0,03 L 263

y =velocità reale

volume specifico attuale



Pressione ba r g Volume m / kg Fattore di pressione6 0.2 72 43.54

6.1 0.2 69 44.766.2 0.2 65 45.986.3 0.2 61 47.236.4 0.2 58 48.486.5 0.2 55 49.766.6 0.2 52 51.056.7 0.2 49 52.366.8 0.2 46 53.686.9 0.2 43 55.027 0.2 4 56.38

7.1 0.2 37 57.757.2 0.2 35 59.137.3 0.2 32 60.547.4 0.2 29 61.967.5 0.2 27 63.397.6 0.2 24 64.847.7 0.2 22 66.317.8 0.2 19 67.797.9 0.2 17 69.298 0.2 15 70.8

3

Diametro nominale (mm)

F 15 20 25 32 40 50 65 80 100 125 150 175 200 225 250 300

0.020 x 9.8 30.16 63.75 114.7 189.3 411 760.1 1226 2697 4904 7993 12014 17163 23538 31384 50508

y 20.51 29.55 36.07 39.62 46.36 58.27 66.67 75.01 92.41 107.5 122.3 135.6 147.3 160 172 193.3

0.025 x 10.99 33.48 70.73 127.3 209.8 459.7 834.6 1367 2970 5422 8817 13296 19332 26357 34750 56581

y 23 32.8 40.02 43.97 51.39 65.03 73.2 83.7 101.7 118.9 135 150.1 165.9 179.3 190.5 216.5

0.030 x 12 36.78 77.23 137.9 229.9 501.1 919.4 1480 3624 5884 9792 14481 20917 28595 37967 62522

y 25.11 36.03 43.7 47.63 56.31 70.89 80.64 90.62 111.8 129 149.9 163.5 179.5 194.5 206.6 239.3

0.08 x 21.1 62.3 135 245 402 873 1594 2599 5688 10249 16672 24518 36532

y 44.1 61 76.3 86.7 98.5 124 140 159 195 225 255 277 314

Fig. 1.4.2 Portate e fattori di perdita di carico delle tubazioni (estratto)

Fig. 1.4.3 Tabella dei fattori di pressione (estratto)



195 m + 10% = 214 mlunghezza equivalente della tubazione

Caldaia7 bar g 289 kg/h

Batteria di riscaldamento6,6 bar g 270 kg/h

Esempio 2Come esempio pratico usiamo il calcolo della caduta di pressione per determinare il diame-tro della tubazione principale del vapore di cui alla figura 1.4.4.

Fig. 1.4.4

LunghezzaConoscendo la distanza fra una caldaia ed una batteria di scambio termico, noi dobbiamotener conto della resistenza relativa ai componenti ed agli accessori montati sulla tubazioneche li collega. E’ conveniente esprimere il valore di tale resistenza in metri di lunghezzaequivalente di tubazione, per cui, ad esempio, una valvola a globo presenta una resistenzaal flusso corrispondente a x metri di tubazione diritta.Se fosse conosciuto il diametro della tubazione principale, la lunghezza equivalente da ag-giungere alla lunghezza corrispondente alla distanza, relativa ai componenti, sarebbecalcolabile, mentre per il nostro caso è necessario fare delle supposizioni.Se la lunghezza della tubazione fosse maggiore di 100 m ed altresì rettilinea, allora la lun-ghezza equivalente proporzionale da aggiungere per la raccorderia ed accessori vari po-trebbe verosimilmente essere del 10%.Per una tubazione simile, ma di lunghezza inferiore, la lunghezza equivalente da aggiungerepotrebbe essere attorno al 20%.Poiché il nostro esempio è relativo al primo caso, alla lunghezza di 195 m aggiungeremo il10% (19 m) = 214 m.

Portata vaporeUn’ulteriore supposizione deve essere fatta relativamente alle dispersioni di energia termicadella tubazione principale.La batteria di scambio richiede una portata vapore di 270 kg/h, per cui al flusso nella tubazio-ne principale a questa quantità dobbiamo aggiungere la quantità di vapore condensato rela-tiva alle dispersioni. Il diametro della tubazione principale non è ancora stato determinato percui non è possibile fare un calcolo definitivo della dispersione e quindi della portata vaporenecessaria, ma se supponiamo che la tubazione sia coibentata, è ragionevole ritenere suffi-



ciente l’aggiunta per perdite corrispondenti all’1% della portata ogni 30 m di tubazione.Nel nostro esempio

portata vapore all’uscita caldaia = 270 + 7,1 % = 289 kg/h

Dalla tabella ricaviamo che i fattori di pressione sono:a 7,0 bar P1 = 56,38a 6,6 bar P2 = 51,05

elunghezza equivalente L = 214 m

quindi:

Dalle tabelle della capacità delle tubazioni e delle cadute di pressione ricaviamo, per unfattore F = 0,025, che:una tubazione da 40 mm di diametro avrebbe una portata di 209,8 kg/huna tubazione da 50 mm di diametro avrebbe una portata di 459,7 kg/h.Ne consegue che, per il nostro caso, utilizzeremo il diametro di 50 mm.

• E’ cattiva abitudine dimensionare una tubazione al limite assoluto della sua capacità,mentre è meglio lasciare un certo margine per compensare sia ogni eventuale erro-re di progetto che una possibile espansione dell’impianto.

• Qualora il valore calcolato di F sia compreso tra due di quelli indicati nella tabella, saràpossibile fare una interpolazione con discreta precisione anche se l’espressione di calcolodei valori tabulati non è perfettamente lineare. Inoltre, va tenuto conto che le tubazioni sonoprodotte soltanto nelle dimensioni standard (come mostrato nella tabella), per cui approssima-zioni sono comunque inevitabili.

Effettuiamo ora la verifica della velocità.Abbiamo visto precedentemente che i dati di cui alla linea “y” rappresentano i fattori divelocità riferiti ad un volume di vapore di 1 m3/kg.Per una tubazione di diametro di 50 mm la tabella dà un valore “y” di 65 ed una portata di459,7 kg/h di vapore. Dal momento che la nostra portata è di 289 kg/h di vapore il valore di“y” può essere determinato proporzionalmente, cioè

y = 40,86

Poiché il vapore a 7 bar ha un volume (ricavato dalla tabella dei fattori di pressione) di 0,24m3/kg la velocità reale dell’esempio sopra riportato per una tubazione di 50 mm sarà:

214 m •

1 = 7,1%

30 m 100

F = P1 - P2 =

(56,38 - 51,05) = 0,025

L 214

65 =

y

459,7 289



Si può credere che la velocità di cui sopra sia bassa in confronto con la massima velocitàpossibile, bisogna però ricordare che la tubazione del vapore è stata dimensionata in mododa limitare la caduta di pressione, poiché alla massima velocità possibile è associata unacaduta di pressione molto alta. Vediamo pertanto come avremmo determinato il diametrodella tubazione se avessimo invece usato una velocità di 21 m/s.Le pressioni intermedie e le velocità possono essere calcolate in questo modo:

Per una velocità di 21 m/s ed una pressione del vapore a 7 bar (volume di 0,24 m3/kg)

Possiamo ora scorrere la tabella delle capacità delle tubazioni e dei fattori di caduta di pres-sione deducendo in quali condizioni 289 kg di vapore possono essere gestiti con un fattore divelocità di 87,5.Le condizioni più prossime sono quelle dalla colonna della tubazione da 40 mm in corrispon-denza di un fattore F di 0,08. Usando una tubazione di diametro 40 mm, dato che P1 ed Lsono invariati, mediante la formula

determiniamo P2 = P1 – (F • L) = 56,38 – (0,08 • 214)

P2 = 39,26Dalla tabella dei fattori di pressione ricaviamo che quanto precede è equivalente ad unapressione leggermente inferiore a 5,7 bar.Se si fosse installata una tubazione da 40 mm anziché una da 50 mm la pressione delvapore alla batteria di scambio termico sarebbe stata ben inferiore alla pressione diprogetto!

y = velocità reale


40,86 = velocità reale

0,24

velocità reale = 9,8 m/s

y = velocità reale


y = 21

= 87,5 0,24

P1- P2 = F L



SEZIONE 2 - DERIVAZIONI E SCARICHI

2.1 Tubazioni di derivazioneE’ importante ricordare che le tubazioni di derivazione sono normalmente più corte delle tubazio-ni principali, perciò è meno necessario determinare il diametro delle derivazioni sulla base dellacaduta di pressione. Con una tubazione principale di 250 m di lunghezza, una caduta di pressio-ne limitata a 0,5 bar può essere perfettamente valida perfino se comporta velocità più basse diquelle previste. Con una tubazione di derivazione di 5 oppure 10 m di lunghezza lo stesso criteriodi dimensionamento porterebbe a valori di 0,01 oppure di 0,02 bar solamente. Questi valori sonochiaramente insignificanti per cui usualmente si dimensionano le tubazioni di derivazione in mododa avere velocità maggiori anche se ciò può portare a maggiori cadute di pressione che pertubazioni di lunghezza limitata sono certamente accettabili.Spesso si scelgono i diametri delle tubazioni usando tabelle simili a quella riportata a fig. 1.3.2.1“Capacità delle tubazioni e velocità specifiche del vapore”.Le velocità di 25/30 m/s si utilizzano esclusivamente con tratti di collegamento agli utilizzi moltocorti in quanto presuppongono una alta perdita di carico unitaria.La caduta di pressione aumenta sensibilmente quando ci sia una sensibile presenza di raccorderia,giunti, gomiti, ecc. La perdita di carico è variabile in modo più che proporzionale (potenziale) conil diametro di tubazione per cui contenere la velocità in presenza di diametri piccoli od aumentarlacon l’aumento del diametro di tubazione.Per lunghezze sensibili limitare la velocità entro i 15 m/s oppure effettuare il dimensionamentocon la determinazione delle perdite di carico.

2.2 Montaggio degli accessori e localizzazione dei punti di scaricoE’ necessario fare alcune considerazioni sull’appropriato posizionamento ed allineamento delle tuba-zioni di derivazione e di servizio delle apparecchiature accessorie nonché sugli scarichi o gli sfoghid’aria. Le tubazioni del vapore non sono un’eccezione.Il vapore in uscita da una caldaia o da altro generatore è spesso più umido di quanto si creda, e nelcaso che non si provveda all’eliminazione di questa condensa, nel punto d’utilizzo del vapore si avràun fluido vettore con una più bassa capacità di scambio termico rispetto a quella che ci si aspettereb-be dal vapore saturo secco.L’uso di un separatore per la rimozione della condensa è indispensabile ed è mostrato nella figura 2.2.

Fig. 2.2 Gruppo per separazione e scarico condensa

Flusso

Separatore

Flusso

SeparatoreSeparatore

Flusso



Cedimento lineaper inadeguata supportazione

Tappo costituito dal condensato

Vibrazioni e rumorositàcausati dai colpi d’ariete

Il dimensionamento dei separatori non è difficile in quanto generalmente si sceglie lo stessodiametro della tubazione sulla quale vanno installati. Il separatore deve essere corredato di unoscaricatore automatico di condensa di tipo meccanico, ad esempio a galleggiante, adeguata-mente dimensionato.Il vapore in uscita dalla caldaia condenserà in ragione dell’energia termica dispersa dalla tubazio-ne. La coibentazione ridurrà queste perdite ma anche se la condensazione fosse ridotta al minimoessa rappresenta comunque una quantità finita che, se non rimossa andrà progressivamenteaccumulandosi. Il condensato si formerà in goccioline le quali, unendosi, diventaranno una pelli-cola sulla parete della tubazione trascinata dal flusso del vapore.Il condensato si porterà per gravità sul fondo della tubazione, creando in questa zona uno spes-sore maggiore ed a causa del flusso del vapore si formeranno perfino delle piccole onde, la cuicresta potrebbe essere trascinata dal vapore sotto forma di spruzzi e gocce. Il risultato finale èche l’alimentazione delle apparecchiature di scambio viene effettuata con vapore saturo umidoanziché con vapore saturo secco.

2.2.1 Colpi d’arieteL’acqua formatasi per condensazione si raccoglie e ristagna in tutti i punti più bassi della tubazio-ne: ai piedi delle risalite, in corrispondenza di accessori o raccordi male installati ed in ogniavvallamento della tubazione creatosi vuoi per inadeguatezza dei supporti o per il cedimento dipunti di ancoraggio. Si forma quindi una ostruzione che viene messa in movimento, sospinta dalvapore, e scagliata violentemente contro il primo ostacolo incontrato a valle, valvola od altroapparecchio o componente come illustrato a fig. 2.2.1.1.Questa massa, in movimento a velocità fino a 30 m/s ed anche più, acquista una considerevolequantità di energia cinetica che viene rilasciata durante l’impatto causando sovrappressioni istan-tanee, elevata rumorosità e vibrazione: l’insieme è denominato e noto come “colpo d’ariete” cheè in grado di danneggiare, spesso anche gravemente, le tubazioni e le apparecchiature connesse.

Fig. 2.2.1.1 Gli effetti del colpo d’ariete



Fig. 2.2.1.2 Installazione di una lunga tubazione di vapore

Pendenza 1/250

Ritornoin quota

Punti di scarico30 - 50m

Vapore

Flusso del vapore

Nei punti più bassi, ovvero ad intervalli di circa 30-50 m di lunghe tubazioni “orizzonta-li”, bisogna creare dei punti di drenaggio ed installare degli scaricatori di condensa. Sidovrà inoltre assicurare una minima pendenza dei tubi in senso concorde al movimentodel vapore in modo da facilitare il movimento del condensato verso i punti di drenaggio.In alcuni casi, con tubazioni di una certa lunghezza, la pendenza necessaria imponedegli abbassamenti progressivi di percorso non accettabili; si dovranno così prevede-re dei punti di risalita in quota come indicato in figura 2.2.1.2.Le pendenze utilizzate sono molto variabili e comprese in un campo tra il 30/00 e 1,5%;possono essere variamente influenzate dal tipo e dal percorso della distribuzione: unvalore medio standard suggerito è tra il 4 ed il 50/00. Con queste precauzioni si faciliteràil trascinamento del condensato verso i punti di drenaggio effettuato dal movimento delvapore lungo la tubazione.

2.2.2 Punti di scarico

I punti di scarico costituiti da piccoli fori praticati sul fondo della tubazione vapore digrande diametro ai quali collegare la tubazione di scarico hanno un effetto limitato. Ilfilm di condensa che scorre sul fondo è trascinato dal vapore oltre questi fori. Occorrepredisporre dei tronchetti di scarico costituiti da raccordi a T di eguali dimensioni dellatubazione principale che si dimostrano molto più efficaci. Essi sono di grande effettopratico per tubazioni fino a 100 mm di diametro. Per tubazioni di diametro maggiore itronchetti di scarico possono essere previsti di due o tre misure più piccole fino agiungere a metà del diametro della tubazione principale per le tubazioni di oltre 200 mmdi diametro. La lunghezza di questi tronchetti di scarico è generalmente 1,5 volte ildiametro ma non inferiore a 200 mm anche con tubazioni di piccolo diametro. La figura2.2.2 dimostra come sia più efficace lo scarico di condensa con un tronchetto di scaricodi grande diametro rispetto ad un tronchetto di piccolo diametro per il quale è evidentel’insufficienza allo scopo.



L’attacco per lo scarico della condensa è generalmente effettuato a 25/30 mm sopra il fondodel tronchetto di scarico per evitare il trascinamento di scorie nello scaricatore. Inoltre, ilfondo del tronchetto può essere flangiato o chiuso con un fondello provvisto di tappo dispurgo. Questo consente alla manutenzione di provvedere alla rimozione delle scorie duran-te le fermate dell’impianto. Il tronchetto di scarico può anche essere usato per la pulizia e lospurgo delle tubazioni dopo una fermata dell’impianto.

2.2.3 Riduzioni sulle tubazioni del vapore

Dopo le derivazioni dalla linea principale e le relative riduzioni di portata del vapore associate,può risultare economico proseguire la linea principale con un diametro ridotto rispetto alprecedente. Le comuni riduzioni concentriche non sono adatte allo scopo perché formanoun ostacolo contro il quale si raccoglie il condensato. La figura 2.2.3 mostra come sia preferibileusare una riduzione eccentrica in virtù della quale il condensato può proseguire naturalmenteverso il punto di scarico.

Sezionetrasversale

Sezionetrasversale

Condensa

Gruppo di scarico

Gruppo di scarico

25/30cm

Corretto

Sbagliato

Fig. 2.2.2 Installazione di scaricatori di condensa

Sacca

Flusso del vapore

Flusso del vapore

Condensa

Condensa

Fig. 2.2.3 Riduzioni di diametro su tubazioni di vapore

Vapore

Vapore Corretto

Sbagliato



2.2.4 Filtri

I filtri sono accessori necessari per proteggere le valvole di regolazione dall’ingresso di scoriee detriti. Come mostrato dalla figura 2.2.4 i filtri installati con il cestello di filtraggio inferior-mente alla tubazione si riempiono di condensa specialmente quando le valvole di regolazionesono chiuse. L’apertura della valvola di regolazione, richiesta dalle variate condizioni di caricodall’apparecchio, provoca il trascinamento della condensa giacente nel filtro verso gli organidi otturazione della valvola stessa; la miscela condensa/vapore a queste alte velocità risultamolto erosiva e può quindi usurare la valvola e comprometterne la tenuta. È questo un veroe proprio fenomeno erosivo causato dalla presenza dell’acqua nel vapore che si muove adaltissima velocità tra sede ed otturatore. Questo fenomeno è esaltato in modo particolarenelle valvole sovradimensionate e spesso è erroneamente imputato all’azione del vaporeanziché al condensato. Ciò può essere evitato semplicemente montando il filtro rivolto nonsotto la tubazione ma orizzontalmente. D’altro canto però se il vapore è molto umido causapunti di scarico insufficienti “l’erosione” può ugualmente avvenire.

Fig. 2.2.4 Condensato non scaricato nei filtri e nelle valvole di regolazione

Anche le valvole a globo montate “normali” rispetto una tubazione orizzontale costituisconoun punto di raccolta della condensa che impedisce al condensato di fluire verso il successivopunto di scarico. Le valvole quindi dovranno essere montate con asse orizzontale od inclinatocosì che la raccolta di condensa potrà essere notevolmente ridotta o addirittura evitata.

2.2.5 Collegamento delle derivazioni

Filtro

Valvola diregolazione

Vapore Vapore

Condensa

Sbagliato Corretto

Fig. 2.2.5 Installazione di derivazioni



Le derivazioni effettuate dalla parte superiore della tubazione principale permettono di prele-vare vapore il più secco possibile. Se la derivazione fosse installata su un lato della tubazioneo, peggio, sul lato inferiore essa diventerebbe punto di raccolta della condensa. Il risultatosarebbe quindi che l’apparecchiatura dell’impianto verrebbe alimentata con vapore umido.

2.2.6 Derivazione verso il basso

Fig. 2.2.6 Corretta derivazione da una tubazione di vapore

Ovviamente si possono avere punti bassi anche nelle linee derivate. La situazione più comu-ne è uno stacco verso una valvola di intercettazione o di regolazione. Il condensato che siaccumula a monte di queste valvole sarà, alla loro apertura, trascinato e si mischierà con ilvapore.E’ pertanto necessario costituire un punto di drenaggio con relativo scaricatore automaticocome mostrato dalla figura 2.2.6.Si noti che la derivazione è stata effettuata dal punto superiore della tubazione principale;siccome l’acqua è più pesante rimarrà sul fondo della tubazione principale proseguendo ilproprio cammino e sarà quindi derivato vapore il più secco possibile.

2.3 Percorrenze in salitaNon è infrequente dover installare una tubazione di vapore nel percorso della quale si incon-trano ostacoli causati dalla conformazione del terreno, costruzioni o strutture da superare percui non è possibile installare una tubazione orizzontale od in pendenza verso la direzione delflusso come precedentemente visto. Nei casi meno critici può essere sufficiente creare unatubazione di raccordo verticale la cui altezza sia riferita al punto più alto da superare e di quiproseguire con pendenza verso il basso. Vi sono tuttavia casi in cui è solo possibile installarela tubazione con pendenza verso l’alto (piuttosto che verso il basso) in opposizione al flusso

Valvoladiintercettazione

Tubazioneprincipale

Gruppo di filtraggio e scarico



Velocità del vaporefino a 40 m/s

30-50 m

Aumento del diametro della tubazionedi modo che la velocità del vapore

sia ridotta a 15 m/s

30-50 m

15 m

Fig. 2.3 Installazione di una tubazione di vapore con superamento di ostacoli

creato dal movimento del vapore. E’ opportuno quindi mantenere bassa la velocità ed assi-curarsi che la tubazione sia di diametro tale, almeno nella parte in pendenza, da limitare lavelocità del vapore a non più di 15 m/s.Similmente nel tratto in contropendenza anche la distanza tra due punti successivi di scaricodella condensa dovrà essere ridotta a circa 15 m. Lo scopo è quello di evitare l’aumento dispessore della pellicola di condensato entro la tubazione fino al punto in cui il vapore, che simuove in contro corrente, possa trascinare le gocce di condensato (come abbiamo vistosuccedere nel caso in cui vapore e condensato fluiscano nella medesima direzione).

2.4 Drenaggio di tubazioni di distribuzioneGli scaricatori di condensa usati per le tubazioni di distribuzione vapore devono essere adattialla massima pressione prevista ed avere una capacità di scarico sufficiente per scaricare ilcondensato presente nelle varie situazioni con le pressioni differenziali attuali nelle varie fasi.Il primo requisito non è un problema: la massima pressione prevista se non è un dato già notopuò essere facilmente trovato. La quantità di condensato che lo scaricatore deve eliminare nellecondizioni di esercizio (cioè considerando solo le dispersioni di energia termica della tubazione)possono essere calcolate o rilevate con sufficiente precisione dalla tabella “Energia termica perriscaldamento iniziale / esercizio di tubazioni vapore” di cui all’estratto di fig. 2.4.Si deve tener presente che gli scaricatori previsti per il drenaggio del collettore di caldaiaspesso sono chiamati a scaricare anche l’acqua trascinata dal vapore in fase di generazione.In questo caso è ragionevole considerare la capacità di scarico dello scaricatore pari a circail 10% della portata nominale di vapore prodotto dalla caldaia. Per gli altri scaricatori localiz-zati lungo la linea, mantenendo valido l’intervallo di circa 50 m tra di essi precedentementeraccomandato, la quantità di condensato da scaricare è normalmente coperta dalla portata diuno scaricatore da 1/2" del tipo a bassa capacità. Solo in caso di applicazioni (abbastanzarare) con alte pressioni (oltre i 70 bar) combinate con grandi diametri di tubazione sarannonecessari scaricatori con maggiore capacità di scarico.Il problema deve essere considerato con maggiore attenzione quando il sistema venga avvia-to ed arrestato con una certa frequenza. Le tabelle riportano altresì le quantità di condensato



Pressione vapore

Tubazione principale del vapore (mm)

(bar g) 50 65 80 100 125 150 200 250 300 350 400 450 500 600

9 9.5 15.1 19.7 28.1 38.1 49.4 71 105 139 164 216 272 320 436

9.3 11.3 14.1 16.5 20.6 24.5 31.5 39 46.5 51.5 60 64 72 88

10 9.9 15.7 20.4 29.2 39.6 51.3 77 109 144 171 224 282 332 463

9.8 11.9 14.6 16.9 21.3 25 33 41 49 54 62 67 75 90

11 10.4 16.5 21.6 30.7 41.7 54.1 81.1 115 152 180 236 298 350 488

10.9 13 15.7 17.7 22.5 26 36 45 53 59 67 73 81 97

formatosi per il riscaldamento della tubazione da freddo alla temperatura di esercizio. Poichéqueste cifre sono espresse in unità di massa e non in portata, bisogna tenere conto anchedel tempo necessario al riscaldamento del processo. Per esempio se una tubazione è portataalla pressione di esercizio in 20 minuti, la quantità oraria da considerare sarà il triplo dellecifre indicate in tabella (60/20 = 3 volte).Durante la prima fase del riscaldamento la formazione di condensa sarà almeno uguale allaquantità media di cui sopra. Tuttavia la pressione all’interno della tubazione sarà di pocosuperiore alla pressione atmosferica, forse 0,05 bar. Questo significa che la capacità delloscaricatore sarà corrispondentemente ridotta. Nei casi in cui si hanno frequenti avviamentidel processo la scelta più appropriata può essere quella di uno scaricatore da 1/2" concapacità di scarico normale. Scaricatori più grossi sono inutilmente più costosi e quando siguastano hanno la possibilità potenziale di maggiori perdite di vapore.

Fig. 2.4 Energia per riscaldamento iniziale / esercizio di tubazioni vapore(kg di vapore per 50 m di tubazione)

2.4.1. Tipi di scaricatori di condensa

Nella scelta delle caratteristiche degli scaricatori di condensa per le tubazioni di distribu-zione vapore si devono tenere presenti tutti i vari aspetti inerenti l’installazione specifica.Lo scaricatore è destinato a scaricare condensato alla temperatura di saturazione o aduna molto prossima, a meno che non si sia previsto il montaggio con lunghe tasche diraccolta e raffreddamento.Ciò significa che la scelta del tipo di scaricatore è spesso fatta tra quelli di tipo meccanicoquali quelli a galleggiante/termostatico od a secchiello rovesciato oppure tra quelli di tipotermodinamico.

2.4.1.1. Scaricatori di tipo termodinamico (TD)

Nei casi in cui le tubazioni principali sono installate all’esterno ed esiste quindi la possibi-lità di danni derivanti dal gelo, è conveniente la scelta di scaricatori di tipo termodinamicopoiché anche se l’installazione è tale da lasciare del condensato nello scaricatore allafermata dell’impianto ed anche nell’eventualità che questo condensato dovesse gelare lo



Fig. 2.4.1.2

scaricatore può essere sgelato e posto in funzionamento senza danni o precauzioni par-ticolari. Lo scaricatore di tipo termodinamico scaricherà più facilmente l’aria se installatocon la testa di comando verso il basso, e se è previsto lo scarico per gravità, in questaposizione eliminerà più facilmente il condensato alla fermata dell’impianto. Gli svantaggiin questo caso sono inerenti alla pulizia del filtro, poiché vi è il pericolo che le sostanzetrattenute dal filtro ricadano nella tubazione, ed alla possibilità di maggiori usure del seg-gio poiché per richiudersi lo scaricatore necessita di una più alta velocità del fluido. E’quindi consigliabile l’installazione degli scaricatori nella posizione normale anziché quellarovesciata utilizzando modelli provvisti di dispositivi che ne potenziano la sensibilitàall’aria che saranno particolarmente utili all’avviamento dell’impianto.

Fig. 2.4.1.1

2.4.1.2. Scaricatori a galleggiante sferico

Gli scaricatori di questo tipo utilizzano l’azione del galleggiante per azionare una valvola a spillo.Si è detto che il galleggiante può schiacciarsi o danneggiarsi a causa di eventuali colpi d’ariete,questo fenomeno è ormai abbastanza raro grazie all’impiego di materiali più adatti e ad unacostruzione volta allo scopo.Gli scaricatori di questo tipo sono particolarmente adatti quali scarichi automatici di separatoriinstallati all’uscita delle caldaie od in linea su tubazioni vapore o per altri servizi.Le alte capacità di scarico possibili e la quasi istantanea risposta alle variazioni di carico sono lecaratteristiche apprezzate di questo tipo di scaricatore, la cui versatilità di applicazione è moltovasta, dagli scambiatori alle batterie di riscaldamento alle varie apparecchiature di processo, ecc.La funzione dell’elemento termostatico nello scaricatore è di permettere lo scarico dei gasincondensabili contenuti nel vapore.



2.4.1.3. Scaricatori a secchiello rovesciato

Per la loro robusta costruzione e specialmente per lunghe tubazioni di grande diametro ed inservizio continuo, gli scaricatori a secchiello rovesciato sono i più adatti allo scopo. Specialeattenzione va rivolta all’impiego di questi scaricatori su tubazioni vapore corte e di piccolodiametro poiché si portebbero verificare condizioni di basso carico che portano alla perditadella condensa di tenuta, cosa che causa in definitiva perdite di vapore vivo. La figura 2.4.1.3mostra uno scaricatore tipicamente usato per lo scarico di condensa dalle tubazioni di distri-buzione vapore.

Fig. 2.4.1.3

2.4.1.4. Scaricatori di tipo termostatico

La figura 2.4.1.4 illustra un tipico scaricatore di condensa termostatico a pressioniequilibrate.Questi apparecchi sono di piccole dimensioni, sono inoltre leggeri e, rispetto alla lorodimensione, hanno grande capacità di scarico. La valvola è completamente aperta afreddo permettendo quindi lo scarico dell’aria all’avviamento ed il massimo scarico dicondensato nel momento di maggior carico.Questo tipo di scaricatore non è soggetto a congelamento se montato all’aperto, ameno che la tubazione a valle non sia in risalita formando una colonna di condensache allagherà lo scaricatore nel momento in cui il vapore verrà intercettato.

Fig. 2.4.1.4



SEZIONE 3 - DILATAZIONI, SUPPORTI E COIBENTAZIONI

Campo di variazionedella temperatura

-30 - 0 0 - 100 0 - 200 0 - 315 0 - 400 0 - 485 0 - 600 0 - 700

Acciaio dolce0,1 - 0,2 % C

12.8 14 15 15.6 16.2 17.8 17.5 -

Acciaio legato1% Cr ½% Mo

13.8 14.4 15.1 15.8 16.6 17.3 17.6 -

Acciaio inox18% Cr 8% Ni 9.4 20 20.9 21.2 21.8 22.3 22.7 23

1000

m • °C

3.1 Spazio per le dilatazioniSebbene tutte le tubazioni siano installate a temperatura ambiente, al passaggio di fluidicaldi quali acqua, vapore od altro si riscaldano assumendo una temperatura prossima aquella del fluido convogliato; a causa dell’innalzamento di temperatura, i tubi sono soggettia dilatazioni, specialmente in lunghezza. L’entità della dilatazione può essere facilmentecalcolata per mezzo della equazione sotto riportata oppure può essere desunta da appo-site tabelle.Nei casi in cui uno scaricatore di condensa scarica condensato in una tubazione che èparallela alla tubazione del vapore si deve considerare la differenza delle dilatazioni tra ledue tubazioni poiché le temperature del vapore e del condensato saranno molto diverse, inspecial modo all’avviamento dell’impianto: si verificheranno dei movimenti relativi tra i di-versi punti. Il problema della dilatazione è affrontato prevedendo l’ancoraggio delle tuba-zioni a “punti fissi” ed interponendo elementi flessibili sagomati oppure predisponendol’inserimento di soffietti, dilatatori, ecc. La sagomatura delle tubazioni consiste nel creareuna forma elastica generalmente ad omega (Ω) e comunque dipendente dal diametro edalla lunghezza della tubazione, in modo che sia possibile assorbire le dilatazioni senzacompromettere l’integrità della tubazione stessa.Il problema delle dilatazioni è di particolare importanza nei lunghi percorsi rettilinei mentreè meno pressante per le piccole diramazioni in cui i percorsi sono spezzati da curve ecambiamenti di direzione.Per le installazioni all’interno di edifici, in genere le tubazioni sono costrette a così tantecurve o percorsi poco rettilinei per cui possono senz’altro assorbire le dilatazioni che sigenerano per effetto delle variazioni di temperatura del fluido.La tabella di seguito riportata indica i coefficienti di dilatazione validi per i metalli più comu-ni usati nella fabbricazione delle tubazioni.

Calcolo della dilatazione lineare di una tubazione:Dilatazione (ΔL) = Lo • Δt • α (mm)

in cui: Lo = lunghezza della tubazione tra due “punti fissi” (m)Δt = differenza di temperatura, caldo - freddo in (°C)α = coefficiente di dilatazione, funzione del tipo di metallo 10-6 ( m )

Fig. 3.1 Coefficenti di dilatazione lineare (α)α)α)α)α)



3.1.1. Dilatazioni delle tubazioni

In alternativa al calcolo della dilatazione sopra riportato può essere usato il diagrammadi fig. 3.1.1.1 che, note la temperatura ambiente e la temperatura del fluido, fornisce ivalori di dilatazione in modo sufficientemente accurato. Il diagramma si riferisce a tuba-zioni in acciaio dolce che è quello più comunemente usato per le tubazioni vapore abassa/media pressione e temperatura.La geometria di installazione delle tubazioni dovrebbe sempre essere tale da garantireuna flessibilità sufficiente ad assorbire le dilatazioni che si generano con il riscaldamen-to. Nella maggioranza dei casi il percorso di progetto delle tubazioni è tale da garantireuna flessibilità sufficiente ad evitare sforzi meccanici indesiderati ma è bene verificareattentamente caso per caso. Per alcune realizzazioni è necessario introdurre artifici odadottare percorsi particolari per acquisire la necessaria flessibilità.

Fig. 3.1.1.1

Accorgimenti simili devono essere previsti anche per le tubazioni di scarico condensatoin modo che la derivazione sulla tubazione principale effettuata per il montaggio delloscaricatore non sia soggetta a sforzi meccanici indesiderati.

Differenza di temperatura °C

Lung

hezz

a de

lla t

ubaz

ione

(m

m)

Dilatazione della tubazione (mm)

Temperatura del vapore saturo

220200

100

4030

20

5

10

50

10 20 30 40 50 100 200 300 400 500 1000 2000

50 100 200 300 400 500

bar g 1 2 3 4 5 7,5 10 15 20 25 30

oC 120 133 143 152 158 162 183 200 214 225 235



Fig. 3.1.1.2 Pre-tensione a freddo

L’entità del movimento di una tubazione, che con la dilatazione trascina anche gli ap-parecchi su di essa montati, può essere ridotta applicando una “pre-tensione a fred-do”. Prima di tutto si calcola la dilatazione lineare della tubazione che avviene tra“punti fissi” successivi in funzione delle possibili variazioni di temperatura del fluido. “Afreddo”, cioè a temperatura ambiente, è effettuata una pre-tensione alla struttura ela-stica creata dalla sagomatura della tubazione pari a metà di quella che si verificheràper effetto dell’aumento di temperatura. Nel caso in cui la temperatura di montaggio siasuperiore od inferiore alla minima di lavoro occorrerà adeguare di conseguenza la pre-tensione. La pre-tensione sarà in direzione contraria a quella che si verificherà “a cal-do” e si può realizzare agendo sulle flangiature poste fra i vari tronchi della tubazione.In questo modo con metà dell’aumento di temperatura previsto si avrà anche metàdella dilatazione e quindi la tubazione assumerà una posizione esente da sforzi mec-canici.Alla temperatura di esercizio la tubazione si sarà poi dilatata completamente ed assu-merà una posizione corrispondente a metà della dilatazione che si sarebbe verificatasenza la pre-tensione iniziale. Ne risulta pertanto che la dilatazione della tubazionenon sarà da 0 a 100% in una direzione ma per effetto della pre-tensione iniziale saràda -50% a + 50% con conseguente riduzione degli sforzi meccanici che la dila-tazione comporta.Nella pratica delle installazioni la pre-tensione si realizza interponendo nel giuntoflangiato visto precedentemente un tronchetto di larghezza pari a metà della dilatazio-ne prevista. Quando la tubazione è definitivamente installata ed ancorata ai “punti fis-si” si toglie questo tronchetto e si serra il giunto flangiato. Se la dilatazione risultantenon potrà essere assorbita dalla flessibilità della tubazione si dovranno adottare ac-corgimenti diversi quali ad es. l’inserimento di appositi “giunti di dilatazione”.

Posizionepretensione a freddo

posizione naturale

posizione a caldo

DistanziatoreL

Semidilatazionecalcolata sullalunghezza L



3.2. Accessori per tubazioni e supporti3.2.1. Giunti elastici a riccioloQuesti giunti sono semplicemente spezzoni di tubazione sagomati a cerchio e dovrebberoessere impiegati preferibilmente per tubazioni orizzontali per evitare il ristagno e l’accumu-larsi del condensato.Con riferimento alla direzione del flusso, la parte a valle del ricciolo dovrebbe passare sottola parte a monte; è importante ordinare esattamente ciò che è richiesto dalla conformazionedell’impianto per non trovarsi poi con un pezzo non adatto e/o di verso contrario.Il giunto a ricciolo non produce una forza in opposizione a quella generata dalla dilatazionelineare come avviene in altri tipi di giunti, bensì la pressione interna del fluido tende ad aprireil ricciolo aggiungendo un carico meccanico alle flange.

Fig. 3.2.1 Giunti elastici a ricciolo

3.2.2. Giunti elastici ad omegaQuesto tipo di giunto elastico è spesso usato quando vi sia sufficiente spazio disponibile.Similmente al giunto a ricciolo è buona norma limitarne l’uso a tubazioni orizzontali.

Fig. 3.2.2 Giunti elastici ad omega

La pressione del fluido nella tubazione non tende a divaricare le estremità del giunto, vi èsolo una debole tendenza a raddrizzare il giunto stesso dovuta alla sua forma, cosa che perònon provoca disallineamento delle flange. Quando questo tipo di giunto viene montato sutubazione verticale si deve provvedere a scaricare la condensa che si raccoglie nella partesuperiore del giunto.



3.2.3. Giunti di dilatazione saldatiÈ possibile realizzare dei giunti di dilatazione utilizzando e saldando tra loro spezzoni di tuboe curve preformate.

Fig. 3.2.3 Diagramma delle dilatazioni assorbibili

Il diagramma indica i movimenti possibili relativamente al diametro delle tubazioni considera-te e nel campo di pressioni fino a 17 bar e temperature fino a 260°C; non viene consideratala “pre-tensione a freddo”.

3.2.3. Giunti scorrevoli (a bicchiere)Questi tipi di giunti sono spesso usati perché richiedono poco spazio ma è essenziale che latubazione sia rigidamente ancorata ai “punti fissi” ed opportunamente guidata.

Fig. 3.2.3 Giunto scorrevole

Raggio dicurvatura= 1,5diametri

W2W

W. Metri

Dia

met

ro n

omin

ale

tuba

zion

e (m

m)

Dilatazione dalla posizione neutrale (mm)

Pressione massima 17 barTemperatura 260°C

Area di azione della pressione

Movimento dovutoalla dilatazione della tubazione

25 50 75 100 125 150 175 200400

300

200

10090807060

50

40

30

250,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0

3,5 4,0 4,5 5,0



Le guide assumono importanza fondamentale poiché la pressione del vapore agisce sul-l’area circolare costituita dalla sezione della tubazione, (tendendo a sfilare e dividere le particomponenti) in opposizione alla forza esercitata dalla dilatazione lineare; un disallineamentodella tubazione provocherebbe la piegatura del giunto. E’ richiesta inoltre la regolare manu-tenzione delle guarnizioni di tenuta.

3.2.4. Giunti a soffiettoIl giunto a soffietto ha il vantaggio di essere montato in linea con la tubazione e di nonrichiedere guarnizioni di tenuta ma ha anche lo svantaggio che la pressione tende ad allun-garlo, come avviene col giunto scorrevole. Pertanto i “punti fissi” e le guide devono essere ingrado di contrastare questa forza e mantenere l’allineamento.

Fig. 3.2.4 Giunto elastico a soffietto (assiale od angolare)

3.2.5. Utilizzo dei giunti a soffiettoLa figura 3.2.5 mostra come con l’idoneo tipo di giunto e con un adatto montaggio si possanorisolvere problemi di dilatazione e di disallineamento delle tubazioni.

Fig. 3.2.5 Installazione di giunti a soffietto (tipo angolare)

Movimento assiale

Disallineamento

Flusso del vapore



Si noti che in queste applicazioni i giunti devono essere appositamente previsti e costruiti perassorbire le dilatazioni assiali e gli spostamenti angolari o laterali della tubazione. E’ altresìimportante che la tubazione sia “guidata” in modo tale che ogni spostamento non alteri lapendenza prevista per la raccolta del condensato ed il suo movimento verso il punto di scarico.

3.2.6. Punti di ancoraggio o “punti fissi”Benché il progetto degli ancoraggi non riguardi lo scopo di queste note riportiamo a figura3.2.6 due esempi di realizzazione di “punti fissi” o di ancoraggio di tubazioni utilizzando lestesse flange della tubazione oppure piastre saldate sulla stessa.

Fig. 3.2.6 Punti di ancoraggio

3.2.7. Raccomandazioni circa la distanza tra i supporti delle tubazioniE’ ovvio che sia le tubazioni del vapore che quelle del condensato devono essere adeguatamentesupportate. Il numero dei supporti necessari varia in funzione del diametro delle tubazioni, delmateriale di cui sono costituite (es. acciaio oppure rame) e del fatto che l’installazione sia orizzon-tale oppure verticale.Generalmente i supporti per le tubazioni dovrebbero essere previsti in accordo con la normativae l’unificazione impiegata nella nazione di installazione e/o adottata per lo specifico impianto.Riportiamo alcuni dei punti più importanti:• I supporti delle tubazioni dovrebbero essere predisposti nei punti di giunzione delle tuba-

zioni, cioè curve, raccordi a T, valvole, flange ad intervalli non superiori a quelli indicatinella tabella di cui a fig. 3.2.7.1: raccomandazioni circa la distanza tra i supporti per tuba-zioni in acciaio. Il tipo di giunto installato può richiedere l’adozione di minori distanze; inquesto caso fanno testo le norme di installazione e le prescrizioni fornite dal costruttore.

• Lo scopo del montaggio nei punti giunzione è di eliminare gli sforzi meccanici nei giuntiflangiati o filettati.

Piastra di unionePiastra di fermo Piastra di fermo

Flange delle tubazioni



• Se due o più tubazioni sono ancorate da una staffa comune, la distanza tra i supporti deveessere quella necessaria per la tubazione di diametro minore.

• Nel caso in cui è prevista una notevole dilatazione, ad es. con lunghezza di tubazionediritta superiore ai 15 m e con tubazioni di un certo peso, i supporti, come mostrato dallafigura seguente, dovrebbero essere del tipo a rulli con i “punti fissi” dislocati adeguatamente.

Tubazioni verticali: Le tubazioni verticali dovrebbero essere supportate alla base in mododa resistere al peso totale della parte verticale. I tronchetti di derivazione non devono essereusati quali attacchi dei supporti poiché ciò causerebbe degli sforzi meccanici inopportuni suiraccordi a T.Dilatazioni: E’ importante che i supporti delle tubazioni possano permettere la libera dilata-zione e contrazione delle tubazioni stesse ed il loro punto di montaggio non interferisca contronchetti di derivazione, raccordi, valvole, ecc. durante la dilatazione.I supporti a rulli per le tubazioni in acciaio dovrebbero essere costruiti con materiale ferroso,mentre quelli per le tubazioni in rame dovrebbero essere costruiti con materiali non ferrosi.Per le tubazioni con supporti a rulli è buona pratica prevedere ad intervalli non superiori a 6m una sella ancorata alla staffa di supporto dei rulli per evitare il sollevamento della tubazione.NON è certamente buona pratica, per due tubazioni sovrapposte, usare dei supporti del tipomostrato dalla figura di destra.

Fig. 3.2.7.1 Distanze raccomandate tra i supportiper tubazioni in acciaio od in rame

Diametro nominale Acciaio/Rame

Tubazione orizzontale (m)

Tubazione verticale(m)

Diametro Diam.esterno Acciaio dolce Rame Acciaio dolce Rame12 15 - 1 - 1.215 18 2 1.2 2.4 1.420 22 2.4 1.4 3 1.725 28 2.7 1.7 3 232 35 2.7 1.7 3 240 42 3 2 3.6 2.450 54 3.4 2 4.1 2.465 67 3.7 2 4.4 2.480 76 3.7 2.4 4.4 2.9100 108 4.1 2.7 4.9 3.2125 133 4.4 3 5.3 3.6150 159 4.8 3.4 5.7 4.1200 194 5.1 - 6 -250 267 5.8 - 5.9 -



Fig. 3.2.7.2 Supporti per tubazioni

Tutti i supporti delle tubazioni dovrebbero essere adeguati al diametro esterno della tubazio-ne da supportare. NON è buona pratica usare staffe sovradimensionate che non possonoassicurare il corretto allineamento.

3.3 Spurgo dell’ariaSpesso viene trascurato il fatto che all’apertura del vapore, quando si avvia l’impianto,dopo un periodo di fermo, le tubazioni sono piene d’aria. Non solo, con l’alimentazionedel vapore si introducono ulteriori quantitativi di aria e gas incondensabili che si trova-no disciolti nel vapore stesso. Questi gas, anche se in quantità modesta, se non scari-cati, si accumuleranno nella tubazione, negli scambiatori e nelle apparecchiature discambio man mano che il vapore condenserà. Negli impianti a vapore l’eliminazionedell’aria è effettuata con scaricatori di condensa termostatici installati superiormenteal massimo livello raggiungibile dal condensato in modo che possano essere raggiuntisolo da vapore, aria, o miscele aria/vapore. Il punto di applicazione migliore è ai termi-nali delle tubazioni principali del vapore e sulle principali diramazioni. La figura 3.3mostra come creare un punto di drenaggio della condensa e di eliminazione dell’ariasu un terminale.Lo scarico dell’aria può essere convogliato in luogo sicuro con una tubazione dedicataoppure convogliato nella tubazione del condensato purché sia a ricupero atmosfericoper gravità ed equipaggiato con un serbatoio ventilato.

Staffa consupporto a rulli

Staffa a brigliacon supporto a rulli

Staffa di supporto a rulliper due tubazioni

sovrapposte



Fig. 3.3 Terminale di una tubazione di distribuzione vapore

L’argomento “Eliminazione dell’aria dal vapore” è appositamente descritto nel manuale “Sca-rico della condensa e spurgo dell’aria”.

3.4 Riduzione delle dispersioni termicheE’ evidente che per ottenere la massima efficienza da un sistema di distribuzione vapore sidevono prevedere tutti quegli accorgimenti atti a ridurre al minimo economico le dispersionitermiche. Lo spessore della coibentazione più economicamente conveniente dipende dai

Eliminazione d’ariaa pressioni equilibrate

Scaricatoretermodinamico

Aria

Tubazione di distribuzione del vapore

Differenzatemperaturavapore/aria

Diametro nominale tubazione (mm)

15 20 25 32 40 50 65 80 100 150oC W/m50 48 58 71 92 96 118 138 168 208 28960 61 73 90 109 122 150 177 211 265 36770 74 90 109 134 149 182 216 267 323 44980 89 108 131 161 184 221 260 311 417 540

100100 121 148 181 207 249 292 350 469 608

110116 140 169 208 234 285 337 400 501 696

120133 163 196 239 269 331 338 465 593 809

140153 183 224 274 308 378 445 533 670 930

160185 226 274 335 376 461 544 626 821 1.141

180231 280 342 419 469 557 683 803 1.047 1.429

200274 329 408 494 556 676 808 959 1.190 1.660

90

319 384 475 584 654 781 937 1.113 1.343 1.909

Fig. 3.4.1 Emissioni termiche da tubazioni non isolate



costi d’installazione, dalla quantità di energia termica trasportata dal vapore, dalle dimensionidella tubazione e dalla sua temperatura.I fattori da considerare nella quantificazione e che possono influenzare le dispersioni dienergia termica sono: posizione di installazione, all’aperto o meno, velocità dell’aria checirconda le tubazioni, presenza di umidità che può aumentare lo scambio termico.Molte società elaborano e tabulano l’entità più economicamente conveniente dello spessoredella coibentazione con riferimento sia al diametro delle tubazioni usate che alla temperatu-ra di esercizio, applicando i propri costi relativi a impianti specifici. La tabella di fig. 3.4.1indica le emissioni di energia termica specifica (W/m) di tubazioni nude.

3.4.1 Materiali per coibentazioneMateriali tipici usati per le coibentazione: Lana di vetro e alluminio

Lana di roccia e alluminioSilicato di calcio

La tabella seguente fornisce i coefficienti di conducibilità termica dei materiali usati per lacoibentazione.

Fig. 3.4.2 Conducibilità termica dei materiali per coibentazione

3.5 Calcolo dello scambio termicoL’entità della dispersione termica (W) è calcolata usando l’equazione:

Q = U • A • ΔΔΔΔΔtDove:

Q = Entità dell’energia dispersa (W)U = Coefficiente totale di trasmissione termica (W/m2 K)A = Superficie media (m2)Δt = Differenza tra temperatura del fluido e la temperatura ambiente (K)

Materiale DensitàConducibilità termica

kg/m3

W/(m.K)Temperatura °C

50 100 300

Silicato di calcio 210 0,055 0,058 0,083

Gomma espansa 65 - 90 0,039 - -

Lana di vetro16 0,047 0,06548 0,035 0,044 -

Lana di roccia 100 0,037 0,043 0,88

Ossido 190 0,055 0,058 0,082di magnesioSchiuma di 50 0,023 0,026 -poli-isocianuro



Il coefficiente totale di trasmissione termica (U) si può ricavare dalle tabelle oppure si puòcalcolare (usando i coefficienti relativi ai materiali di cui alla tabella sopraindicata) in relazionealle dimensioni della tubazione ed ai materiali di isolamento termico impiegati.

dove:k = conducibilità termica (W / m2 K)x = spessore del materiale (m)

Per la tubazione e la coibentazione la superficie media viene calcolata usando il raggio medio(rm) della sezione interna (r1) e della sezione esterna (r2) da cui:

Con questa formula l’uso della media aritmetica dei raggi anziché la media logaritmica è dipoco maggiore del 4% per un rapporto r2 / r1 = 2. Per le tubazioni del vapore e la coibentazioneraramente questo rapporto è maggiore di 2 per cui l’errore commesso è trascurabile.Per rapporti maggiori di 2 usare:

I fattori che maggiormente influenzano il calcolo delle tubazioni vapore per la determinazio-ne della pressione di distribuzione sono:• Superficie media (A). Ovviamente maggiore è il diametro della tubazione maggio-

re sarà l’area media per cui anche lo scambio termico saràmaggiore.

• Differenza di temperatura (Δt). Maggiore è la differenza di temperatura fra l’ambiente el’interno della tubazione maggiore sarà il coefficiente discambio. Sappiamo che la temperatura di saturazionedel vapore aumenta con l’aumentare della pressione percui lo scambio termico sarà maggiore con l’aumentaredella pressione.

Sembra che questi due fattori portino a conclusioni opposte, ma i calcoli dimostrano che ladispersione termica aumenta con l’aumento della superficie in modo più che proporzionalerispetto l’aumento della differenza di temperatura; questa è la ragione principale per cui ilvapore viene distribuito a pressione più elevata che permette l’uso di tubazioni di diametro piùpiccolo.

U = Σ k x

rm = (r2 + r1)

2

rm = r2 + r1

loge

r2

r1



1. Spiegate in termini semplici gli svantaggi derivanti dall’impiego di una tubazione vaporesovradimensionata.

2. Una tubazione vapore deve essere installata inclinata verso l’alto, cioè con il condensatoin controcorrente. Qual’è la velocità massima del vapore che dovrebbe essere previstaed a quale intervallo devono essere installati i dispositivi di scarico condensa?

3. Nel dimensionamento di una tubazione come viene considerato il termine “lunghezzaequivalente” della tubazione?

4. Qual’è la caduta di pressione in una tubazione di vapore da 50 mm, di lunghezza equiva-lente di 50 m con una portata di 785 kg/h ad una pressione iniziale di 7 bar relativi?

5. Quale caduta di pressione si avrebbe nell’esempio del punto 4 se la lunghezza equiva-lente fosse di 300 m anziché di 50 m?

6. Una tubazione vapore di 100 mm di diametro deve essere dotata di scaricatori di con-densa. Che dimensioni deve avere il tronchetto per l’installazione degli scaricatori e qua-le tipo di scaricatore dovrebbe essere impiegato?

7. Approssimativamente qual’è l’energia termica occorrente per il riscaldamento iniziale el’esercizio di una tubazione vapore di diametro nominale di 200 mm e di lunghezza di 100 mcon vapore saturo a 10 bar g ed una temperatura ambiente di 20°C?

8. Stabilire il diametro nominale di una tubazione vapore con una portata di 15.000 kg/h divapore saturo a 15 bar g la cui lunghezza equivalente è di 700 m.

9. La tubazione principale del vapore è installata all’esterno di un edificio. La temperaturaambiente può raggiungere valori inferiori a 0°C. Che tipo di scaricatori di condensadovrebbero essere previsti?

10. Descrivere brevemente cosa occorre prevedere su una tubazione vapore in modoche essa possa dilatarsi senza produrre danneggiamenti alla tubazione stessa ed airelativi supporti.

11. Una tubazione vapore a 5 bar g è lunga 100 m; che dilatazione è prevista per unavviamento da freddo?

12. Indicare a quale distanza dovrebbero essere installati i supporti per le tubazioni sottoindicate:diametro nominale 40 mm - tubazione in acciaiodiametro nominale 100 mm - tubazione in acciaio

diametro esterno 28 mm - tubazione in ramediametro esterno 108 mm - tubazione in rame

13. Che cosa si può prevedere di fare per ridurre le perdite di energia termica su flange evalvole di tubazioni per vapore e per condensato?

SEZIONE 4 - DOMANDE

Pressione Volume Fattorerelativa m3/kg di

bar pressione

2,95 0,466 14,413,00 0,461 14,76

3,10 0,451 15,483,20 0,440 16,223,30 0,431 16,98

3,40 0,422 17,753,50 0,413 18,543,60 0,405 19,34

3,70 0,396 20,163,80 0,389 21,003,90 0,381 21,85

4,00 0,374 22,724,10 0,367 23,614,20 0,361 24,51

4,30 0,355 25,434,40 0,348 26,364,50 0,342 27,32

4,60 0,336 28,284,70 0,330 29,274,80 0,325 30,27

4,90 0,320 31,295,00 0,315 32,325,10 0,310 33,37

5,20 0,305 34,445,30 0,301 35,525,40 0,296 36,62

5,50 0,292 37,735,60 0,288 38,865,70 0,284 40,01

5,80 0,280 41,175,90 0,276 42,356,00 0,272 43,54

6,10 0,269 44,766,20 0,265 45,986,30 0,261 47,23

6,40 0,258 48,486,50 0,255 49,766,60 0,252 51,05

6,70 0,249 52,366,80 0,246 53,68

PressioneVolume

Fattoreassoluta

m3/kgdi

bar pressione

0,05 28,192 0,0301

0,10 14,674 0,01150,15 10,022 0,02530,20 7,649 0,0442

0,25 6,204 0,06810,30 5,229 0,09700,35 4,530 0,1308

0,40 3,993 0,16940,45 3,580 0,21280,50 3,240 0,2610

0,55 2,964 0,31400,60 2,732 0,37160,65 2,535 0,4340

0,70 2,365 0,50100,75 2,217 0,57270,80 2,087 0,6489

0,85 1,972 0,72980,90 1,869 0,81530,95 1,777 0,9053

1,013 1,673 1,025

Pressionerelat. bar

0 1,673 1,0250,05 1,601 1,1260,10 1,533 1,230

0,15 1,471 1,3390,20 1,414 1,4530,25 1,361 1,572

0,30 1,312 1,6940,35 1,268 1,8220,40 1,225 1,953

0,45 1,186 2,0900,50 1,149 2,2300,55 1,115 2,375

0,60 1,083 2,5250,65 1,051 2,6790,70 1,024 2,837

0,75 0,997 2,9990,80 0,971 3,1660,85 0,946 3,338

0,90 0,923 3,514

Pressione Volume Fattorerelativa

m3/kgdi

bar pressione

0,95 0,901 3,6941,00 0,881 3,878

1,05 0,860 4,0671,10 0,841 4,2601,15 0,823 4,458

1,20 0,806 4,6601,25 0,788 4,8661,30 0,773 5,076

1,35 0,757 5,2911,40 0,743 5,5101,45 0,728 5,734

1,50 0,714 5,9611,55 0,701 6,1931,60 0,689 6,429

1,65 0,677 6,6701,70 0,665 6,9151,75 0,654 7,164

1,80 0,643 7,4171,85 0,632 7,6751,90 0,622 7,937

1,95 0,612 8,2032,00 0,603 8,4732,05 0,594 8,748

2,10 0,585 9,0262,15 0,576 9,3092,20 0,568 9,597

2,25 0,560 9,8882,30 0,552 10,182,35 0,544 10,48

2,40 0,536 10,792,45 0,529 11,102,50 0,522 11,41

2,55 0,515 11,722,60 0,509 12,052,65 0,502 12,37

2,70 0,496 12,702,75 0,489 13,032,80 0,483 13,37

2,85 0,477 13,712,90 0,471 14,06

Tabella A - Fattori di pressione (P) per dimensionamento tubazioni (unità SI)

Spirax Sarco “Open University” AC/02/01

PressioneVolume

Fattorerelativa

m3/kgdi

bar pressione

13,40 0,135 175,8313,60 0,133 180,58

13,80 0,132 185,4014,00 0,130 190,2914,20 0,128 195,23

14,40 0,127 200,2314,60 0,125 205,3014,80 0,124 210,42

15,00 0,122 215,6115,20 0,121 220,8615,40 0,119 226,17

15,60 0,118 231,5415,80 0,117 236,9716,00 0,115 242,46

16,20 0,114 248,0116,40 0,113 253,6216,60 0,111 259,30

16,80 0,110 265,0317,00 0,109 270,8317,20 0,108 276,69

17,40 0,107 282,6017,60 0,106 288,5817,80 0,105 294,6218,00 0,104 300,72

PressioneVolume

Fattorerelativa

m3/kgdi

bar pressione

6,90 0,243 55,02

7,00 0,240 56,387,10 0,237 57,757,20 0,235 59,13

7,30 0,232 60,547,40 0,229 61,967,50 0,227 63,39

7,60 0,224 64,847,70 0,222 66,317,80 0,219 67,79

7,90 0,217 69,298,00 0,215 70,808,10 0,212 72,33

8,20 0,210 73,888,30 0,208 75,448,40 0,206 77,02

8,50 0,204 78,618,60 0,202 80,228,70 0,200 81,84

8,80 0,198 83,498,90 0,196 85,149,00 0,194 86,81

9,10 0,192 88,509,20 0,191 90,90

PressioneVolume

Fattorerelativa

m3/kgdi

bar pressione

9,30 0,189 91,92

9,40 0,187 93,669,50 0,185 95,419,60 0,184 97,18

9,70 0,182 98,629,80 0,182 100,759,90 0,179 102,57

10,00 0,177 104,4010,20 0,174 108,1010,40 0,172 111,87

10,60 0,169 115,7010,80 0,166 119,5911,00 0,163 123,54

11,20 0,161 127,5611,40 0,158 131,6411,60 0,156 135,78

11,80 0,153 139,9812,00 0,151 144,2512,20 0,149 148,57

12,40 0,147 152,9612,60 0,145 157,4112,80 0,143 161,92

13,00 0,141 166,5013,20 0,139 171,13

Spirax Sarco “Open University” AC/02/01

Tabella A - Fattori di pressione (P) per dimensionamento tubazioni (unità SI seguito)

Diametro tubazione

F 15 mm 20 mm 25 mm 32 mm 40 mm 50 mm 65 mm 80 mm 100 mm 125 mm 150 mm 175 mm 200 mm 225 mm 250 mm 300 mm½” ¾” 1” 1 ¼” 1 ½” 2” 2 ½” 3” 4” 5” 6” 7” 8” 9” 10” 12”

x 30,40 55,41 90,72 199,1 360,4 598,2 890,0 1275 1755 2329 38000,00016 y 4,30 4,86 5,55 6,82 7,90 9,16 10,05 10,94 11,94 12,77 14,54

x 16,18 34,32 62,77 103,0 225,6 407,0 662,0 1005 1437 1966 2623 42760,00020 y 3,96 4,85 5,51 6,31 7,72 8,92 10,13 11,34 12,33 13,37 14,38 16,36

x 10,84 17,92 38,19 69,31 113,2 249,9 450,3 735,5 1108 1678 2183 2904 47150,00025 y 3,74 4,39 5,40 6,08 6,92 8,56 9,87 11,26 12,51 14,40 14,85 15,92 18,04

x 11,95 19,31 41,83 75,85 124,1 271,2 491,9 804,5 1209 1733 2390 4172 51490,00030 y 4,13 4,73 5,92 6,65 7,60 9,29 10,79 12,31 13,65 14,87 16,26 17,39 19,07

x 6,86 12,44 20,59 43,76 80,24 130,01 285,3 519,2 845,3 1279 1823 2497 3346 54060,00035 y 3,88 4,30 5,04 6,21 7,04 7,96 9,77 11,38 12,94 14,44 15,64 17,00 18,34 20,69

x 3,62 7,94 14,56 23,39 50,75 92,68 150,9 333,2 604,6 979,7 1478 2118 2913 3884 62670,00045 y 3,54 4,49 5,03 5,73 7,18 8,13 9,24 11,42 13,26 15,00 16,68 18,18 19,82 21,29 23,99

x 4,04 8,99 16,18 26,52 57,09 103,8 170,8 373,1 674,2 1101 1663 2382 3281 4338 70570,00055 y 3,96 5,09 5,59 6,49 8,08 9,10 10,46 12,79 14,78 16,85 18,77 20,44 22,32 23,78 27,01

x 4,46 9,56 17,76 29,14 62,38 113,8 186,7 409,8 739,9 1207 1823 2595 3597 4781 77410,00065 y 4,37 5,41 6,13 7,14 8,82 9,98 11,43 14,04 16,22 18,48 20,58 22,27 24,47 26,21 29,62

x 4,87 10,57 19,31 31,72 68,04 124,1 203,2 445,9 804,5 1315 1977 2836 3908 5172 83670,00075 y 4,77 5,98 6,67 7,77 9,62 10,88 12,44 15,28 17,64 20,13 22,32 24,34 26,59 28,35 32,02

x 5,52 11,98 21,88 35,95 77,11 140,7 230,2 505,4 911,8 1490 2240 3215 4429 5861 94820,00085 y 5,41 6,78 7,56 8,80 10,91 12,34 14,09 17,32 19,99 22,81 25,29 27,59 30,13 32,13 36,29

x 1,96 5,84 12,75 23,50 38,25 81,89 148,6 245,2 539,4 968,5 1579 2403 3383 4707 6228 100520,00100 y 4,10 5,72 7,21 8,12 9,37 11,58 13,03 15,01 18,48 21,24 24,17 27,13 29,03 32,02 34,14 38,47

x 2,10 6,26 13,57 24,96 40,72 87,57 159,8 261,8 577,9 1038 1699 2544 3634 5035 6655 106390,00125 y 4,39 6,13 7,68 8,62 9,97 12,39 14,02 16,03 19,80 22,76 26,01 28,72 31,19 34,26 36,48 40,71

x 2,39 7,35 15,17 28,04 45,97 98,84 179,3 295,1 652,8 1172 1908 2896 4091 5631 7493 119990,00150 y 5,00 7,20 8,58 9,68 11,26 13,98 15,72 18,07 22,37 25,70 29,21 32,69 35,11 38,31 41,08 45,92

x 2,48 7,51 16,30 29,61 49,34 103,4 188,8 311,1 686,5 1270 2017 3046 4291 5921 7852 130870,00175 y 5,19 7,36 9,22 10,23 12,08 14,63 16,56 19,05 23,52 27,85 30,88 34,39 36,83 40,28 43,04 50,08

x 2,84 8,58 18,63 33,83 56,39 118,2 215,8 355,5 784,6 1451 2305 3482 4904 6767 8974 149560,0020 y 5,94 8,40 10,54 11,68 13,81 16,72 18,93 21,77 26,88 31,82 35,28 39,31 42,09 46,04 49,19 57,24

x 3,16 9,48 20,75 37,25 61,30 132,0 240,5 391,3 881,7 1556 2456 3819 5422 7544 10090 165030,0025 y 6,61 9,29 11,74 12,86 15,01 18,67 21,09 23,96 30,21 34,12 38,97 43,11 46,53 51,33 55,31 63,16

x 3,44 10,34 22,5 40,45 66,66 143,4 262,0 429,8 924,4 1701 2767 4183 6068 8275 11033 180210,0030 y 7,20 10,13 12,73 13,97 16,33 20,29 22,98 26,32 32,29 37,30 42,36 47,22 52,08 56,30 60,48 68,97

x 4,17 12,50 26,97 48,55 80,91 173,1 313,8 514,9 1128 2040 3330 5051 7208 9905 13240 216250,0040 y 8,73 12,25 15,26 16,77 19,82 24,49 27,52 31,53 38,65 44,73 50,97 57,02 61,86 67,39 72,58 82,76

x 4,71 14,12 30,40 54,92 90,23 196,1 354,0 578,6 1275 2305 3727 5757 8189 11278 14858 244690,0050 y 9,86 13,83 17,20 18,97 20,10 27,74 31,05 35,43 43,69 50,54 57,05 64,76 70,28 76,73 81,45 93,64

x 5,25 15,69 35,80 60,31 99,05 215,8 392,3 647,3 1412 2250 4148 6277 9072 12406 16476 269700,0060 y 10,99 15,37 20,26 20,83 24,26 30,53 34,41 39,63 48,38 55,92 63,50 70,86 77,86 84,40 90,82 103,21

x 6,08 18,34 39,23 70,12 116,2 251,5 456,0 750,3 1648 2976 4879 7355 10543 14417 19173 313840,0080 y 12,72 17,97 22,20 24,22 28,46 35,58 40,00 45,95 56,46 65,26 74,69 83,03 90,48 98,09 105,1 120,1

x 6,86 20,64 44,13 79,44 130,4 283,9 514,9 845,9 1863 3334 5492 8336 11867 16280 21576 353070,0100 y 14,36 20,22 24,97 27,44 31,94 40,16 45,16 51,80 63,83 73,11 84,07 94,11 101,8 110,8 118,28 135,1

Tabella B - Portate delle tubazioni e fattori di perdita di carico (unità SI)

x 7,35 22,20 47,28 81,00 140,1 302,1 547,3 901,9 1983 3589 5867 8844 12697 17426 23074 377850,0125 y 15,38 21,75 26,75 27,98 34,31 42,74 48,00 55,22 67,94 78,70 89,81 99,84 109,0 118,5 1215,5 144,6

x 8,27 25,00 53,33 95,62 157,2 342,0 620,6 1020 2230 4045 6620 10022 14251 19584 25974 426160,0150 y 17,31 24,49 30,18 33,03 38,50 43,38 54,43 62,46 76,40 88,70 101,3 113,1 122,3 133,2 142,4 163,09

x 8,58 26,39 55,78 100,4 165,6 360,4 665,1 1073 2360 4291 6994 10512 15017 20595 27461 441940,0175 y 17,95 25,85 31,56 34,68 40,65 50,99 58,34 65,70 80,52 94,09 107,1 118,7 128,9 140,1 150,5 169,1

x 9,80 30,16 63,75 114,7 189,3 411,9 760,1 1226 2697 4904 7993 12014 17163 23538 31384 505080,020 y 20,51 29,55 36,07 39,62 46,36 58,27 66,67 75,01 92,41 107,5 122,3 135,6 147,3 160,01 172,0 193,3

x 10,99 33,48 70,73 127,3 209,8 459,7 834,6 1367 2970 54,22 8817 13296 19332 26357 34750 565810,025 y 23,00 32,80 40,02 43,97 51,39 65,03 73,20 83,70 101,7 118,9 135,0 150,1 165,9 179,3 190,5 216,5

x 12,00 36,78 77,23 137,9 229,9 501,1 919,4 1480 3264 5884 9792 14481 20917 28595 37697 625220,030 y 25,11 36,03 43,70 47,63 56,31 70,89 80,64 90,62 111,8 129,0 149,9 163,5 179,5 194,5 206,6 239,3

x 14,46 44,16 93,17 169,2 279,5 600,7 1093 1790 3923 7710 11622 17457 25254 34571 45604 750260,040 y 30,26 43,23 52,72 58,44 68,46 84,98 95,87 109,6 134,4 155,9 177,9 1971,1 216,7 235,2 250,0 287,1

x 16,43 49,53 104,4 191,2 313,8 676,7 1231 2020 4413 8042 13044 19370 28441 39229 51489 853240,050 y 34,38 48,52 59,08 66,04 76,86 95,73 108,0 123,7 151,2 176,3 199,7 218,7 244,1 266,9 282,3 326,5

x 18,14 52,91 115,7 210,8 343,2 750,3 1373 2231 4855 8827 14368 21282 31384 43152 573730,06 y 37,96 51,88 65,47 72,81 84,06 106,1 120,4 136,6 166,3 193,5 219,9 240,2 269,3 293,6 814,5

x 21,08 62,28 134,8 245,2 402,1 872,8 1594 2599 5688 10249 16672 24518 365320,08 y 44,11 61,02 76,28 86,69 98,49 123,5 139,8 159,1 194,9 224,7 255,2 276,8 313,5

x 24,03 70,12 152,0 277,0 456,0 990,7 1804 2942 6424 11524 18879 274610,10 y 50,29 68,70 86,01 95,67 111,7 138,7 158,2 180,1 220,1 252,7 289,0 310,0

x 25,99 77,48 167,7 306,5 500,2 1079 1986 3236 7110 12700 208410,12 y 54,39 75,91 94,90 105,9 122,5 152,6 174,2 198,1 243,6 278,5 319,0

x 28,50 84,13 183,9 334,2 551,7 1195 2161 3494 77690,15 y 59,64 82,42 104,1 115,4 135,1 169,0 189,5 213,9 266,2

x 34,32 102,0 220,7 402,1 622,0 1427 2599 4217 93170,20 y 71,82 99,93 124,9 138,9 162,1 201,9 228,0 258,2 319,2

x 37,72 112,7 245,2 447,9 735,5 1565 2876 46680,25 y 78,94 110,4 138,7 154,7 180,1 221,4 252,3 285,8

x 41,37 122,7 266,6 487,3 804,5 1710 3126 50570,30 y 86,58 120,2 150,9 168,3 197,0 241,9 274,2 309,6

x 43,34 128,7 283,2 514,9 841,0 1802 32610,35 y 90,70 126,1 160,2 177,8 206,0 254,9 286,0

x 49,93 147,1 323,6 588,4 961,1 2059 37270,40 y 104,5 144,1 183,1 203,2 235,4 291,3 326,9

x 50,31 150,0 326,6 600,2 979,7 20830,45 y 105,3 146,9 184,8 207,3 239,9 294,7

x 55,90 166,7 362,9 666,9 1089 232140,5 y 117,0 163,3 205,3 230,3 266,7 327,4

x 62,28 185,3 402,1 735,5 12010,6 y 130,3 181,5 227,5 254,0 294,1

x 63,07 188,8 407,6 750,90,7 y 132,0 185,0 230,6 259,3

x 72,08 215,8 465,8 858,10,8 y 150,8 211,4 263,6 296,4

x 73,28 218,4 476,60,9 y 153,3 214,0 269,7

x = kg/h - portatay = m/s - velocità con volume di 1 m3/kg

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