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Tutti noi abbiamo esempi quotidiani e conosciamo in modo intuitivo i fenomeni più

evidenti legati al calore ed alle sue applicazioni, tuttavia converrà rivedere in modo più

approfondito i concetti che sono alla base di tale fenomeno e le unità di misura che si

usano in questo campo della tecnica.

CALORE E TEMPERATURA

Si può anzitutto dire che il calore è una forma di energia e che esso è tanto più “NOBILE”,

ovvero tanto più sfruttabile, quanto più alta è la sua temperatura. La TEMPERATURA

possiamo definirla come una specie di indice della attitudine di questa energia ad essere

sfruttata, tanto più alto è l’indice tanto meglio si riesce a sfruttarla. Volendo fare una

similitudine si potrebbe paragonare la temperatura alla altezza, rispetto a terra, a cui si

trova un peso, magari collegato con una carrucola; allora è intuitivo osservare che il peso

cadendo può compiere del lavoro, e che tanto più in alto parte tanto maggiore sarà il

lavoro che riuscirà a compiere prima di arriva- re a terra; un peso posto a 10 metri di

altezza farà sicuramente più lavoro di uno posto a 10 millimetri. Però la altezza a cui il

peso è, non dice quanto lavoro potrà… essere fatto, infat- ti un conto è che si abbia un

peso di un quintale, un altro è che si abbia il peso di un grammo.

Si osservi poi che il CALORE passa spontaneamente dai corpi più caldi a quelli più freddi,

ossia dai corpi a temperatura più elevata a quelli con temperatura meno elevata; questo

fenomeno è estremamente importante perché è alla base del funzionamento delle

macchine e degli impianti oggetto di queste considera- zioni.

La unità di misura delle temperature è il Grado Centigrado °C e la differenza tra due

temperature si chiama normalmente (DELTA T) ΔT

LA QUANTITA’ di CALORE

La energia termica, si indica in genere con Q, che è contenuta in un oggetto, può essere

quindi sfruttata o trasferita (almeno in parte), e ciò dipende da vari fattori:

- La massa del corpo; tanto più grande è il corpo tanto maggiore sarà l’energia in esso

contenuta.

- La sostanza di cui il corpo è costituito; ad esempio l’aria, a parità di massa è capace di

immagazzinare meno calore della identica quantità di acqua; si parla cioè del calore

specifico.

2

LA COMBUSTIONE

La combustione é in realtà un processo di ossidazione, ed è l'interazione tra due

componenti, denominati rispettivamente COMBUSTIBILE E COMBURENTE, che danno

luogo ad una certa temperatura appunto alla combustione. La temperatura a cui avviene

il fenomeno si chiama TEMPERATURA DI ACCENSIONE. La combustione può avvenire

mediante due modalità dette rispettivamente DEFLAGRAZIONE E DETONAZIONE.

Nella combustione definiamo come CALORE SPECIFICO, il calore che è in grado di

sviluppare una certa quantità unitaria di combustibile.

c=m∙Hi

Definiamo inoltre:

- CALORE SENSIBILE il calore che consente un aumento di un grado una quantità unitaria

di combustibile.

- CALORE LATENTE il calore che permette il cambiamento di stato di una sostanza.

- CAPACITA' TERMICA l'espressione

Q= m c Δt.

M = massa del combustibile i gas in metri cubi e i solidi in Kg.

c = Calore specifico.

Δt = Variazione di temperatura.

Per la misura di queste caratteristiche, denominate vengono effettuate con delle prove di

laboratorio denominate:

Standard/Normali

che sono realizzate a pressione di 1,013 mbar, ma a temperature diverse, Standard = 0o -

Normali a 15o.

Definiamo poi:

- POTERE CALORIFICO INFERIORE - HI,

la combustione in presenza anche di vapore acqueo.

- POTERE CALORIFICO SUPERIORE - HS,

la combustione ove c'è il recupero del vapore condensato.

Importante è L'INDICE di WOBBE normalmente non si utilizza, ma diventa importante

quando dobbiamo cambiare combustibile, in altre parole l' indice di Wobbe (WI) è il

principale indicatore dell'interscambiabilità dei gas carburanti come il gas naturale, il GPL.

È definito come il rapporto tra il Potere Calorifico Superiore del Gas per unità di volume e

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la radice quadrata della sua densità relativa nelle stesse condizioni di riferimento, ed è

pari a :

W= H√❑

=¿

In sostanza è il rapporto tra il potere calorifico superiore (o inferiore) del gas e la radice

quadrata della densità del gas rispetto all’aria. È una misura del calore che viene prodotto

da un gas quando viene bruciato a pressione costante di fornitura. Il calore prodotto è

quindi direttamente proporzionale all’indice di Wobbe (e all’area dell’orifizio da cui esce il

gas). È detto anche Wobbe number. È importante per determinare l’intercambiabilità di

gas proveniente da diverse fonti negli usi finali.

I residui dentro i camini possono essere:

FUMI NEUTRI quando la combustione è completa.

FUMI RIDUCENTI quando la combustione è incompleta

FUMI OSSIDANTI quando nella combustione vi è un eccesso di aria.

Il calore per soddisfare le necessità di riscaldamento,delle nostre abitazioni, ci viene dato

dalle caldaie (Gruppo Termico) che possono essere di vario tipo e con varie

caratteristiche, ma tutte costruite secondo una sequenza di blocchi fissa ovvero:

Camera di combustione - qui all'interno troviamo il focolare ove si brucia il combustibile

che produce calore. Il calore prodotto viene ceduto al fluido termovettore, generalmente

acqua. Poi troviamo - il circuito di alimentazione del combustibile, il camino, gli

apparecchi di regolazione e controllo e sicurezza. Il tutto é racchiuso nel mantello che

normalmente è coibentato, per ridurre le perdite. Il linea generale un generatore di calore

ha un rendimento che altro non è che il rapporto tra la potenza prodotta e la potenza

perduta.

¿ PuPp

=¿

Le perdite sono dovute a varie cause:

- Incompleta combustione

- Perdite di irraggiamento Pi

- Perdite di calore sensibile Pc

Si definiscono ora i seguenti parametri:

Pf = potenza termica del focolare

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" la quantità di calore fornito nel l'unità di tempo dal combustibile effettivamente

utilizzato":

Pf = q Hi = Kcal/h

Dove: q = portata del combustibile, Hi = potere calorifico inferiore.

Potenza resa al fluido termovettore:

Pr = Pf-Pc-Pi =

Poi abbiamo:

-Potenza termica nominale

Potenza fornita dall'apparecchio in funzionamento continuativo.

-Potenza termica utile nominale

Potenza resa trasferita al fluido termovettore.

-Potenza termica convenzionale.

Pconv= Pf-Pc

Dove Pf potenza del focolare, Pc potenza dispersa nel camino.

Dopo aver definito questi parametri possiamo passare al rendimento termico utile:

Eta= Pconv/Pf= Pf-(Pc-Pi)/Pf=

Rendimento di combustione

= (Pf-Pc)/Pf

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CALDAIA A CONDENSAZIONE

Queste caldaie sembrano che presentino un rendimento superiore all’unità, in sfregio agli

ormai assodati principi termodinamici che vedono impossibile un valore superiore al

100%, ma rappresenta anche un dato che viene molto spesso mostrato dai produttori,

infatti è usuale par tali caldaie trovare indicati tali valori del rendimento.

PRINCIPIO di FUNZIONAMENTO.

La caldaia a condensazione è prima di tutto una normale caldaia a gas (in genere GPL o

Metano) nella quale sono presenti i circuiti per la produzione di acqua calda sanitaria (se

prevista) e per il riscaldamento domestico.

Per comprendere la particolarità di questa soluzione è importante prima comprendere il

funzionamento di una caldaia tradizionale.

Durante la combustione le temperature raggiungono valori elevati permettendo la

cessione del calore generato al fluido

dell’impianto di riscaldamento mediante

uno scambiatore di dimensioni opportune,

situato all’interno del corpo della caldaia.

Non tutto il calore sviluppato dalla

combustione è in grado di venire ceduto al

fluido termovettore, in particolare per limiti

nell’estensione dello scambiatore e per la

necessità di esitare condense acide al

camino, infatti i fumi risultano

particolarmente acidi ed aggressivi e per

tale motivo vengono evacuati ad una

temperatura alla quale si è certi dell’assenza

di condensa.

Le temperature alle quali vengono

normalmente evacuati i fumi sono dell’ordine dei 200 ÷ 250°C per caldaie tradizionali a

bassa efficienza e di 140 ÷ 160°C per caldaie tradizionali ad elevata efficienza.

Introducendo un particolare scambiatore in grado di condensare i fumi risulta possibile

ridurre la temperatura degli stessi su valori dell’ordine dei 40°C recuperando oltre alla

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quota di “calore sensibile” tra la temperatura dei fumi e la temperatura di condensazione

degli stessi, anche la parte relativa al cosiddetto “calore latente” dovuto alla

condensazione dei fumi.

Tale recupero di calore è reso possibile dall’impiego di materiali in grado di resistere

all’attacco degli acidi condensati, quali acciai inossidabili e materiali plastici resistenti al

calore, e permette di operare il preriscaldamento dell’acqua del circuito di ritorno

dell’impianto di riscaldamento.

Andiamo ora a vedere schematicamente una caldaia a condensazione:

Seguendo il percorso fumi ed il percorso acqua si può notare come essi siano

controcorrente per massimizzare lo scambio termico.

L’EQUIVOCO SUL RENDIMENTO – PCI E PCS

Indicando con PCI e PCS rispettivamente il potere calorifico inferiore e superiore del

combustibile, e valutando il rendimento secondo l’usuale equazione:

ηcomb = Qcomb / (mcomb · PCI)

si ottiene un valore del rendimento superiore all’unita (od al 100%) in quanto valutando

l’energia chimica primaria ci si riferisce al PCI, potere calorifico che viene misurato senza

condensare i prodotti della combustione, mentre sarebbe opportuno impiegare il PCS,

misurato tenendo conto anche della condensazione. In pratica è come se ci si riferisse al

PCI e si aggiungesse un’energia “gratuita” (circa l’11%) e sulla base di questo totale si

valutasse l’efficienza (tenendo conto anche del recupero più spinto). Una buona

schematizzazione di tutto ciò è rappresentata nella seguente figura (tratta da

www.rinnovabili.it):

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Tutto ciò non toglie che le caldaie a condensazione, in virtù del recupero di calore

superiore rispetto ad una equivalente caldaia tradizionale, permettano di ottenere

migliori prestazioni energetiche ed emissioni e consumi inferiori.

La realtà però è sempre più complessa rispetto alla teoria, infatti non basta impiegare una

caldaia a condensazione per essere certi di ottenere tali miglioramenti, ma tutto ciò verrà

esposto nel prossimo post dove discuteremo delle problematiche legate all’impiego reale

di una caldaia a condensazione, tenendo conto dell’interazione con l’impianto di

riscaldamento.

In sintesi, la caldaia "a condensazione" è in grado di utilizzare al meglio il calore della

combustione, minimizzando le dispersioni, e consente pertanto risparmi interessanti.

Nelle caldaie a condensazione il vapore acqueo si condensa in appositi scambiatori di

calore liberando energia termica (calore latente) che viene recuperata. L'idea che sta alla

base della caldaia a condensazione è quella di utilizzare il calore contenuto nei fumi grazie

a tecniche che consentono di trasmetterlo all'acqua, riscaldandola.

Le caldaie a condensazione sono quindi in grado di utilizzare anche questo calore,

raffreddando i fumi fino al "punto di rugiada". I fumi diventano quindi così freddi che è

possibile utilizzare una tubazione di plastica come canna fumaria. Grazie allo sfruttamento

della combustione, nelle migliori caldaie si riescono ad ottenere rendimenti superiori al

100%. Grazie alle caratteristiche costruttive della caldaia a condensazione (modulazione,

sonde, programmi di gestione della temperatura, accumulo di calore all’interno del

serbatoio a stratificazione), quando si sostituisce una caldaia tradizionale con una a

condensazione è possibile sceglierne una di potenza inferiore; si ha quindi una prima

diminuzione dei consumi del 15% c.a. Ad esempio, in un’abitazione dove è installata una

caldaia tradizionale di qualità da 30 kW è possibile la sostituzione con una caldaia a

condensazione da 25 kW. Tenendo conto inoltre del maggior rendimento della caldaia a

condensazione rispetto alla caldaia tradizionale, il risparmio può raggiungere e superare il

30%.

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CORPI SCALDANTI.

Spesso capita, in lavori di ristrutturazioni di abitazioni più o meno grandi, di dover

sostituire i corpi radianti esistenti, perché ormai vecchi o sotto dimensionati.

Il calcolo per il fabbisogno di calorie a volte è un po’complesso e lungo, e non alla portata

di tutti. A volte anche un tecnico non specializzato in impiantistica può avere delle

difficoltà nella giusta scelta dei corpi radianti. Per dimensionare in modo pratico e veloce i

vostri termosifoni, potete procedere in questo modo.

1. Calcolare la cubatura dell’ambiente da riscaldare: un veloce rilievo di larghezza,

lunghezza e altezza dell’ambiente ci permetterà di calcolarne la superficie e poi la

cubatura. Una stanza larga 5 m, lunga 4 m e alta 3 m, ha una superficie di 5×4=20m2 e una

cubatura di 20×3=60m3;

2. Calcolare la potenza necessaria per riscaldare l’ambiente. Solitamente è bene calcolare

30 kcal/37 kcal ogni metro cubo. Pertanto per riscaldare la nostra stanza abbiamo bisogno

di 30kcal x60 = 1800 kcal;

3. A questo punto non ci resta che scegliere il termosifone che meglio si adatta alle nostre

esigenze, e verificare nella scheda tecnica fornita, quanta potenza genera ogni suo

elemento (elemento verticale od orizzontale che compone di solito un termosifone) e

calcolare di conseguenza il numero di elementi di cui abbiamo bisogno.

Ad esempio, se il singolo elemento genera una potenza di 200 kcal, per riscaldare la

nostra stanza di 60 mc avremmo bisogno di 1800/200= 9 elementi. Se la stanza in

questione fosse stata un bagno, nel quale avessimo voluto istallare uno scaldasalviette, il

procedimento sarebbe stato lo stesso, l’unica differenza è che per questo tipo di corpi

radianti esistono delle dimensioni già stabilite dall’azienda produttrice, a noi il compito di

scegliere quello che risponde meglio al nostro fabbisogno energetico.

Un piccola difficoltà nella consultazione delle schede tecniche dei corpi radianti può

essere riscontrata nel fatto che la potenza a volte è espressa in Watt e non in calorie.

La trasformazione è comunque molto semplice, basta moltiplicare il valore delle kcal per il

fattore 1,163. Non ci resta che procedere col dimensionamento e la scelta del

termosifone che più ci piace, senza dimenticare di considerare l’esposizione dell’ambiente

per il quale progettiamo il riscaldamento: se esposto a sud e ha ampie vetrate, forse è

bene arrotondare per difetto i valori ottenuti, dal momento che la radiazione solare può

in parte riscaldare l’ambiente.

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E’ molto importante considerare anche la tipologia di involucro edilizio nel quale andiamo

ad operare e il tipo di infissi: un infisso a tenuta può contenere ulteriormente i consumi

energetici e limitare l’istallazione di grandi termosifoni.

RADIATORI IN GHISA, RADIATORI IN ACCIAIO O RADIATORI IN ALLUMINIO?

RADIATORI IN GHISA

Sono i radiatori tradizionali, ancora oggi competitivi per la grande durata e affidabilità. Si

ri-scaldano lentamente, conservano a lungo il calore e si raffreddano lentamente. Per

questa ragione sono consigliabili nell’abitazione principale: con l’uso continuativo è più

sensibile il risparmio energetico. Sono formati da elementi componibili che, anche nel

tempo, si possono sostituire in caso di rottura o aggiungere.

RADIATORI IN ACCIAIO

Raggiungono velocemente la temperatura desiderata e per contro si raffreddano

rapidamente. Sono quindi consigliabili quando se ne fa un uso saltuario (seconde case o

zone a clima particolarmente mite). Ma in loro favore giocano anche altri pregi: gli

ingombri ridotti a parità di resa e la gamma di forme e misure, adattabili a qualsiasi

spazio.

RADIATORI IN ALLUMINIO

Sono i più nuovi, molto leggeri e hanno forme particolari per soluzioni estetiche

interessanti. Ottenuti per pressofusione o da barre estruse, possono raggiungere altezze

considerevoli. Si scaldano e si raffreddano velocemente.

IL CALORE IDEALE STANZA PER STANZA

Per un vero benessere non tutti gli ambienti della casa devono essere riscaldati allo

stesso modo. Mediamente la temperatura consigliata è di 20° C, ma può cambiare di

qualche grado secondo il tipo di locale e le attività che vi si svolgono.

In cucina bastano 16/18 °C poichè di solito questa stanza si mantiene sempre più

calda grazie all’apporto di piano cottura e forno che contribuiscono a fornire calore in

più. Nelle vicinanze del lavello si può anche installare un tipo particolare di radiatore, lo

scaldasalviette, per asciugare gli strofinacci.

Il soggiorno è il locale dove si sosta più a lungo anche alla sera, meglio mantenere 20

°C. Ideale il radiatore tradizionale in ghisa sotto la finestra o in alluminio accanto alla

porta finestra.

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In camera da letto si dorme meglio se non si superano i 16 °C. Il radiatore deve stare

lontano dal letto, meglio posizionarlo sotto la finestra o dietro la porta.

Nella camera dei bambini, di giorno quando studiano o giocano basta mantenere i 18

°C, mentre la notte ne sono necessari solo 16 °C .

Il bagno è il locale che dovrebbe essere più caldo: 22/24°C. Ideale lo scaldasalviette che

può funzionare anche a corrente, quando il riscaldamento centrale è spento.

Ed infine nei corridoi e nei disimpegni, luoghi di passaggio, dove il calore si disperde più

facilmente, non più di 16 °C, con radiatori non ingombranti.

RADIATORI PER IL RISCALDAMENTO: RISCALDAMENTO PER CONVENZIONE

La convezione, sistema di riscaldamento tipico dei termosifoni, è il moto dell’aria che,

scaldandosi a contatto con la superficie del radiatore diminuisce di densità e diventando

più leggera sale, riscaldando a sua volta gli ambienti. Raggiunto il soffitto, tende a

raffreddarsi e a ridiscendere verso il pavimento, dove viene attratta nuovamente dal

corpo scaldante e rimessa in circolo.

Come si può ben capire la convezione non è così benefica (il moto dell’aria mette in

circolo anche le polveri) e soprattutto non consente un risparmio di calore e quindi una

diminuzione dei costi per il riscaldamento invernale.

RADIATORI PER IL RISCALDAMENTO: RISCALDAMENTO PER IRRAGGIAMENTO

L’irraggiamento è un particolare sistema di propagazione del calore attraverso piastre

radianti o sistemi tubolari a parete o a pavimento. Per intenderci la superficie radiante è

quella che emette il calore necessario a scaldare un ambiente. Più grande è, maggiore è

la quantità di calore che il radiatore cede. Ecco perché se si ha poco spazio, scegliete un

calorifero sviluppato in altezza oppure sfruttate una parete curva, che offre una

maggiore superficie. Ritornando all’irraggiamento il calore si diffonde tramite onde

elettromagnetiche che simulano l’effetto dei raggi solari e si distribuisce in modo

uniforme, senza creare correnti d’aria.

Nuove tecnologie hanno permesso di realizzare radiatori in materiali sintetici brevettati:

grazie a questi, è possibile ottenere una temperatura ambiente più uniforme e quindi un

maggiore comfort termico, oltre a una riduzione dei consumi energetici. In questi

modelli, il calore viene accumulato e diffuso per irraggiamento su tutta la superficie. Il

calore che ne deriva è più salutare. Secca meno l’aria perché la mantiene a una

temperatura notevolmente più bassa.

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I radiatori scaldanti piatti, realizzati in acciaio e in alluminio, riescono a trasferire più del

50% del calore per via radiante cedendolo direttamente alle pareti e all’ambiente, a

differenza del sistema tradizionale a convezione, che scalda l’aria a contatto con il

radiatore. Offrono un elevato risparmio di energia e si possono installare al posto dei

tradizionali termosifoni, senza modifiche all’impianto esistente, tranne nel caso in cui sia

previsto il collegamento elettrico.

LE CANNE FUMARIE

Il dimensionamento delle canne fumarie

Il funzionamento dell’impianto fumario è correlato con quello degli altri elementi che

costituiscono l’impianto di riscaldamento (il generatore di calore e la presa d’aria) e con

essi si inserisce in una situazione di equilibrio instabile da cui dipende l’adeguatezza

dell’impianto a soddisfare gli scopi per cui è stato costruito: benessere ed economicità.

L’instabilità di cui abbiamo fatto cenno non deve essere confusa con l’eventuale

precarietà degli elementi costruttivi o con l’approssimazione della progettazione: significa

semplicemente che sul funzionamento dell’impianto di riscaldamento il repentino

mutamento di alcuni fattori (temperatura dei fumi, quantità dei fumi che attraversano i

condotti, potenza effettivamente dispiegata dal generatore) influisce immediatamente e

direttamente sul risultato dell’esercizio dell’impianto.

In una situazione come quella delineata il problema del dimensionamento delle canne

fumarie assume un’importanza non secondaria per il buon funzionamento dell’impianto.

Si pensi ai costi di esercizio: un errore nel dimensionamento può causare in alternativa un

cattivo funzionamento del generatore, per tiraggio insufficiente, o rendimento

insufficiente per tiraggio eccessivo ; ma che dire del caso in cui gli inconvenienti siano così

gravi da richiedere radicali ristrutturazioni dell’opera o il rifacimento completo di una

canna fumaria? Per il corretto dimensionamento dell’impianto fumario esistono in

commercio adeguati prodotti informatici che si possono raggruppare in due specie:

strumenti tecnici e strumenti tecnico-commerciali. I primi sono forniti a titolo oneroso da

case di software specializzate e fanno riferimento ad elementi costruttivi standard per i

materiali in uso , metallici e non. I secondi sono per lo più gratuiti e consentono

l’abbinamento delle variabili che influenzano la dimensione del camino agli specifici

prodotti dell’Azienda che li fornisce.

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Aspetti normativi.

Il calcolo delle dimensioni interne dei camini è disciplinato dalla norma UNI 9615 che ne

definisce i procedimenti fondamentali. Il risultato del procedimento esprime la sezione e

l’altezza del camino attraverso elementi noti o calcolati di seguito elencati. Il

procedimento si basa sul confronto tra la depressione nella sezione di ingresso dei fumi

nel camino e la depressione necessaria in questo punto. La depressione necessaria è pari

alla somma delle pressioni di alimentazione per il generatore, per il canale da fumo e per

l’aria di combustione, e deve essere inferiore o uguale a quella nella sezione di ingresso.

Occorre inoltre confrontare la temperatura della parete interna allo sbocco del camino

con la temperatura di rugiada dei fumi: il confronto deve soddisfare la condizione per cui

la temperatura di parete interna allo sbocco del camino interna sia maggiore o uguale a

quella di rugiada dei fumi. In caso contrario dobbiamo preparare l’ombrello per ripararci

dalle condense. In tal modo fin dalle prime mosse risulta evidente la correlazione tra

l’ultimo elemento dell’impianto di riscaldamento (l’impianto fumario) con quelli che lo

precedono funzionalmente generatore di calore e presa d’aria). Ne consegue che

l’impianto di evacuazione dei fumi non può da solo porre rimedio ad errori di

progettazione o di conduzione degli altri elementi alfine di ottenere il miglior risultato di

benessere ed economicità. Qui però il calcolo diventa difficile da seguire per il profano.

Per evitare il ricorso a lunghe e complicate formule cerchiamo di riassumere di volta in

volta le relazioni tra le singole grandezze. Per il calcolo delle pressioni e temperature

come sopra determinate occorre determinare la portata in massa dei fumi.

Occorre altresì tenere presente la resistenza termica di parete del canale da fumo e del

camino e la resistenza meccanica opposta dalla rugosità della parete interna al moto dei

fumi in uscita...

La depressione nella sezione di ingresso mette in relazione la portata in massa dei fumi,

l’altezza , la sezione, le caratteristiche fluidodinamiche (rugosità e resistenza termica di

parete) del camino con opportuni fattori di correzione.

La seconda parte della norma, edita nel 1995, riporta un metodo approssimato per camini

a collegamento singolo, che per alcune condizioni di esercizio permette il ricorso a

diagrammi.

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Aspetti applicativi.

A questo punto il profano si chiede che differenza c’è tra l’applicazione della formula

completa di cui alla norma UNI 9615 e l’uso della formula semplificata:

S = P K / H-2

dove S = sezione di passaggio

P = potenza del focolare

H = altezza del camino

K = coefficiente variabile in funzione del combustibile.

La risposta di prammatica fa riferimento alla stessa differenza che corre tra usare un’auto

da corsa ed un’utilitaria. Dipende dallo scopo che si vuole ottenere.

Una formula semplificata come quella di cui sopra ha l’innegabile vantaggio di essere alla

portata di chiunque abbia una minima dimestichezza con operazioni aritmetiche e

l’applicazione del coefficiente variabile semplifica notevolmente il numero di incognite e

con esso la vita dell’utilizzatore. Il problema è che a forza di semplificare si finisce per

trascurare l’influenza della pressione ambientale e delle resistenze che si presentano nel

percorso dell’aria di combustione e dei fumi. Nella formula semplificata l’unico

collegamento con l’impianto retrostante è dato dalla potenza del focolare e l’abuso della

formula semplificata fa perdere di vista le condizioni dell’intero impianto. Inoltre al

crescere di P a parità di altezza aumenta proporzionalmente anche la sezione S con il

pericolo che, per potenzialità molto alte, si finisca per avere dimensionamenti eccessivi.

Si può ovviare a questo inconveniente attraverso coefficienti di correzione di squisita

natura esperienziale, ma a questo punto per voler sfuggire dalla lampada di Aladino del

software finiamo per rinchiudere il proverbiale genio in una pila tascabile.

Con queste avvertenze crediamo di riconoscere al procedimento semplificato l’utilità

propria della pila tascabile per un controllo del risultato finale a mo’ di prova del nove.

Se il raffronto del calcolo complesso e quello semplificato daranno risultati di poco

differenti la bontà del primo ne uscirà rafforzata; se viceversa essi differiscono di molto è

probabile che nel calcolo complesso sia scappata qualche virgola di troppo.

Aspetti economici

Abbiamo sottolineato in apertura il peso economico delle scelte sbagliate in materia di

dimensionamento dei camini. Per fortuna il dato economico non viene in considerazione

solo quando è stata fatta una frittata da record. Il fatto che l’impianto di riscaldamento

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funzioni ad equilibrio instabile consente l’uso di correttivi la cui praticabilità, fatte salve

norme imperative di legge, si risolve in un calcolo di convenienza.

Ecco alcuni esempi

La legge 10/91 e la legge 46/90 prevedono obblighi progettuali che coinvolgono anche il

dimensionamento delle canne fumarie.

In alternativa può risultare più economico aumentare la temperatura dei fumi in uscita

sacrificando qualcosa al rendimento ed alla bolletta energetica. Se sono rispettate le

condizioni di legge circa gli orari di esercizio degli impianti e la temperatura degli

ambienti, questa può essere la soluzione più economica. Per alcuni impianti conviene non

far proprio nulla. E il caso delle stufe la cui evacuazione dei fumi è assicurata dai canali da

fumo dimensionati sui diametri.

L’applicazione del calcolo di dimensionamento secondo UNI 9615 in alcuni casi

indurrebbe a modificare la sezione o la quota di scarico.

Ma le migliori intenzioni di ottimizzazione del funzionamento si scontrano da un lato con

la necessità di raggiungere una canna fumaria il cui collegamento è modificabile solo con

costosi lavori edili, dall’altro cambiare la sezione del canale da fumo in uscita può

comportare la manomissione del generatore con evidenti rischi di decadenza della

garanzia. Considerazioni economiche di segno opposto valgono nel caso di impiego di

accessori quali gli estrattori di fumi e le valvole di regolazione di tiraggio. Per gli impianti a

gas la norma UNI 7129 ne vieta l’installazione per evidenti ragioni di sicurezza ed il

relativo divieto è contemplato dalle norme giuridiche di recepimento. Per gli impianti non

alimentati a gas tale divieto non esiste ma il concorso di regole di buonsenso e di

economia di gestione fanno sorgere qualche perplessità nell’utilizzo indiscriminato.

Nessun problema se le valvole e gli estrattori si inseriscono su un impianto funzionante

allo scopo di migliorarne le prestazioni. Ma è pura velleità pretendere che un impianto

male dimensionato per insufficiente tiraggio diventi idoneo per il solo impiego di un

estrattore meccanico o elettrico. Occorre da chiedersi infatti cosa succeda all’utente nel

caso in cui il meccanismo si guasti o manchi la corrente: se la risposta prevede il blocco

dell’impianto o la sensazione per l’utente di essere divenuto una sardina affumicata si

applica il vecchio adagio secondo cui chi più spende meno spende e, di conseguenza, si

butta all’aria tutto. Quanto alle valvole di regolazione di tiraggio la recente norma UNI

prevede che le serrande siano dotate di adeguata apertura di sicurezza o altro

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meccanismo idoneo ad evitare la completa rotazione della valvola in posizione chiusa; la

relativa superficie minima dell’apertura di sicurezza deve essere del 3% della sezione di

passaggio e non minore di 10 centimetri quadrati per le stufe e di 20 centimetri quadrati

per i caminetti.

Linea tubi in acciaio (Apros)

Prospettive evolutive.

Un cenno del tutto peculiare meritano le norme UNI 10640 e UNI 10641 che disciplinano

il dimensionamento degli impianti fumari che accolgono rispettivamente apparecchi con

prelievo dell’aria dall’ambiente riscaldato (cd apparecchi di tipo B) e apparecchi con

prelievo d’aria all’esterno del locale ( cd apparecchi di tipo C) a tiraggio forzato. Si tratta di

norme elaborate dopo specifica sperimentazione delle condizioni di funzionamento di un

impianto di caldaiette costruito appositamente in laboratorio e con rilevazione dei

parametri di rendimento ripetuta in diversi punti al variare delle condizioni di esercizio,

cioè del numero di impianti attivi contemporaneamente. Si tratta infatti non solo di

assicurare un’efficace evacuazione dei prodotti della combustione, ma anche di evitare il

ritorno degli stessi in altri ambienti circostanti collegati dalla stessa canna collettiva.

Qui le condizioni di esercizio sono rese ancora più instabili dal comportamento di

apparecchi che finiscono per essere interdipendenti; tuttavia la norma individua

correttamente parametri di progettazione e verifica il cui rispetto garantisce quanto meno

la sicurezza dell’esercizio ed un rendimento accettabile dei singoli generatori di calore

asserviti al manufatto collettivo. Mai come in questo caso il meglio è nemico del bene.

L’unico difetto di queste norme, che deriva dalla complessità dei parametri trattati, è che

lo sviluppo dei calcoli richiede per necessità l’impiego del computer. Una volta tanto

conviene, dopo aver compreso il principio di funzionamento, lasciare lavorare la lampada

di Aladino piuttosto che continuare per ore a sfregare zolfanelli sotto forma di matite per

calcoli manuali.

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Le VALVOLE IN TERMOTECNICA.

La valvola termostatica si utilizza per il controllo della temperatura di un singolo radiatore

o termosifone. La possibilità di limitare la temperatura ambiente differenziandola da

locale a locale, oltre a favorire il confort, si tramuta in un risparmio di energia. La valvola

termostatica è composta da due parti: la valvola e il termostato o comando termostatico.

La valvola (valvola termostatizzabile).

Non necessariamente deve essere abbinata al termostato, ma può funzionare anche nel

modo classico manuale. In queste valvole non c'è una differenza meccanica e di forma tra

valvola e detentore. Sarà l'accessorio esternamente applicato a destinarne l'uso. Infatti se

montata in alto del termosifone dovrà assolvere la funzione di

valvola e verrà equipaggiata con l'accessorio manopola per la

chiusura e apertura manuale, oppure con il comando

termostatico. Se montata in basso del termosifone fungerà da

detentore e verrà equipaggiata con l'accessorio tappo.

Il comando termostatico. Il comando termostatico è

l'accessorio esterno che comanda la valvola, regolando il

flusso dell'acqua nel termosifone in base alla temperatura

ambiente rilevata. In base alla regolazione impostata il

termostato se rileva una temperatura troppo bassa reagisce

aprendo di più la valvola, al contrario, il rilevamento di una temperatura ambiente alta

costringe la valvola a strozzare il flusso dell'acqua nel radiatore.

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A sinistra: una valvola accessoriata con la manopola per un uso manuale. Ruotando la

manopola (1) in senso orario l'asta (2) viene spinta comprimendo la rispettiva molla (3),

l'otturatore (4) a sua volta ostruisce sempre più l'ingresso dell'acqua anche fino alla totale

chiusura.

A destra: una valvola termostatica completa. L'elemento sensibile che permette di

generare l'energia necessaria per il funzionamento della valvola è un liquido termostatico

il cui volume aumenta o diminuisce in base ai cambiamenti di temperatura. Questo

liquido contenuto in un cuscinetto (A) espandendosi comprime la molla (B) che spinge a

sua volta l'asta (C). L'asta (C) agisce sull'asta (2) della precedente figura proseguendo nella

regolazione come li descrito. Note: le valvole termostatizzabili quando a riposo, ossia

prive della manopola, del termostato o del tappo, sono aperte. Le valvole

termostatizzabili quando utilizzate come detentori sono chiuse con il tappo avvitato fino

in fondo.

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Valvole Di Ritegno.

La valvola di ritegno o di non ritorno permette il flusso di un fluido in una sola direzione,

si parla di fluido e non di liquido in quanto le valvole di ritegno sono progettate per

permettere il passaggio unidirezionale sia per i liquidi che per i gas, i campi di applicazione

sono diversi e le caratteristiche costruttive vengono studiate in virtù delle necessità.

La più comune valvola di non ritorno per impianti idraulici è costituita da una sfera ed

una molla, il passaggio dell'acqua è garantito in un solo verso, quando la pressione

dell'acqua segue il verso della freccia sulla valvola il flusso del liquido è continuo mentre

quando la pressione viene bilanciata dall'acqua proveniente dal verso opposto la molla

esercita una forza spingendo la sfera a chiudere la valvola.

La valvola di ritegno si installa per evitare che il fluido percorra il senso inverso a quello

desiderato, negli impianti idraulici si monta subito dopo un autoclave per evitare che

l'acqua che si trova nelle utenze servite torni indietro nel serbatoio di accumulo, negli

impianti civili ed industriali si trova già una valvola di non ritorno a valle ed è del tipo a

Clapet o a battente.

La valvola di ritegno a Clapet o a battente garantisce che l'acqua transiti in un solo verso

ma ciò potrebbe essere vero solo quando la valvola è nuova, gli anelli di tenuta O-rings

essendo in materiale plastico possono usurarsi e la valvola rimanere permanentemente

aperta a causa della presenza di corpi estranei, in tal caso è necessario sostituire tutti gli

anelli di tenuta presente nella valvola.

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Per evitare che una valvola a battente o Clapet perda di efficienza è necessario verificare il

suo stato periodicamente, a causa della presenza di corpi estranei nelle condutture

idriche e della formazione di composti organici sarebbe opportuna la presenza di un

filtro per valvole di ritegno o che la valvola di ritegno sia ispezionabile, in entrambi i casi

è necessario prevedere una chiusura prima della valvola.

L'istallazione di una valvola di ritegno a sfera e molla negli impianti idrici domestici

subito dopo un autoclave non garantisce sempre che l'acqua non torni indietro, infatti

proprio come qualsiasi altra valvola di non ritorno possono usurarsi le parti interne, la

valvola di ritegno bloccata è cosa comune negli impianti con bassa manutenzione, la

sfera e la sua sede si logora nel tempo e la valvola deve essere sostituita.

Richiedere una valvola di ritegno per evitare il colpo d'ariete nell'impianto è cosa

comune ma la stessa non svolge questo principio, per evitare il colpo d'ariete ci sono

diversi altri metodi, uno è quello di installare una cassa d'aria subito dopo la valvola di

non ritorno, un serbatoio con aria compressa ed acqua protegge la condotta di mandata

dal colpo d'ariete, l'arresto della pompa non diminuisce la pressione nelle condutture per

l'aria compressa che provvede a sopperire inviando acqua nell'impianto, le attenuazioni

svolgono benefici sia per le sovrappressioni che per le sottopressioni.

Le valvole di ritegno si trovano un po' ovunque e l'impianto domestico è solo quello più

discusso, i boiler dell'acqua calda possiedono una valvola di ritegno che deve essere

sostituita quando in disuso, per accorgersi del cattivo funzionamento basta toccare con le

mani il flessibile dell'acqua fredda, essendo posizionata in ingresso se il tubo risultasse

caldo ciò significa che l'acqua sta percorrendo il circuito nel verso opposto, ci si accorge di

questo anche aprendo il rubinetto dell'acqua fredda del lavandino.

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Come esiste la valvola di ritegno del boiler esiste anche la valvola di ritegno

dell'impianto di riscaldamento, il principio di funzionamento è il medesimo ma

controllare che non funzioni più bene è più difficile non potendo toccare flessibili di alcun

genere, le valvole di ritegno degli impianti di riscaldamento si usurano anche a causa del

calcare che depositandosi sulle pareti della valvola nei casi più estremi impedisce la

chiusura della stessa. La presenza di una valvola di ritegno nell'impianto di riscaldamento

è una condizione solo necessaria ma non sufficiente, infatti per un corretto

funzionamento dell'impianto di riscaldamento è necessario installare anche un

disconnettore termico, ciò evita la possibile contaminazione dell'acqua potabile a causa

della perdita della valvola di non ritorno.

Valvola a Tre Vie:

La valvola a tre vie, e’ un elemento meccanico che si trova all’interno delle caldaie .

Questa valvola chiamata appunto a tre vie, e’ costituita da parti metalliche che hanno la

funzione di raggruppare i tre tubi dei circuiti dell’acqua . Il primo tubo e’ quello dell’acqua

sanitaria, cioè quella che serve per fare la doccia, per la cucina ed in genere per l’acqua

calda da poter utilizzare in casa. Il secondo tubo e’ quello relativo all’impianto di

riscaldamento, cioè quello dei termosifoni. Il terzo e’ quello che esce dal circuito del

bruciatore della caldaia e che serve per alimentare appunto uno dei due tubi di cui

abbiamo parlato prima . L’acqua calda che esce dal bruciatore dopo essere stata scaldata,

attraverso il tubo di uscita dello stesso e che arriva sulla valvola a tre vie deve prendere

per forza la strada in uno dei due tubi rimasti (sanitaria-riscaldamento) . La priorità la

diamo noi a seconda dell’esigenza. Se apriamo il rubinetto dell’acqua calda, la valvola

automaticamente attraverso la depressione che si crea in quella tubazione a causa del

movimento della membrana si commuta per far transitare l’acqua calda attraverso il tubo

del circuito sanitario, e quindi e quindi come effetto l’acqua arriva sul nostro rubinetto.

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Più e’ lontana la caldaia e più l’acqua impiega tempo per arrivare. Se invece avete acceso

il vs termostato o l’orologio programmatore la valvola instrada l’acqua calda attraverso il

tubo dell’impianto di riscaldamento. Se l’impianto di riscaldamento e’ acceso, e

contemporaneamente aprite un rubinetto dell’acqua calda, la valvola da’ la precedenza al

circuito sanitario. Quindi commuta la valvola e invia l’acqua calda al rubinetto desiderato.

Per tutto il tempo che tenete aperto questo rubinetto la caldaia non sta scaldando l’acqua

dei termosifoni. La stessa però continua a circolare grazie alla pompa che la spinge

attraverso il circuito.

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LE POMPE.

Le pompe sono macchine idrauliche operatrici che, ricevendo energia meccanica da un

qualsiasi motore, la trasmettono, nella misura consentita dal rendimento del gruppo

pompa-motore, al liquido che le attraversa. Analizziamo le caratteristiche piu importanti

delle pompe.

La Portata.

La portata della pompa è definita come il volume utile di liquido erogato dalla pompa

nell'unità di tempo. Generalmente si indica con Q e si misura in m3/s, oppure in m3/h, o in

l/min. La prevalenza (totale) della pompa rappresenta l'incremento di energia acquisito

da 1 kg di liquido fra la sezione di entrata e di uscita della pompa stessa; generalmente si

indica con H e si misura in J/kg oppure in m di liquido trasportato (m C. L.). Molto più

comodo è parlare non di prevalenza bensì di prevalenza manometrica, indicata con Hman

e misurata in m C.A. (metri di colonna d'acqua): affermare che una certa pompa dà una

portata di 3 m3/h con una prevalenza manometrica di 12 m C.A., significa che quella

determinata pompa riesce ad elevare una quantità d'acqua pari a 3 m3/h fino ad

un'altezza massima di 12 m. Vale la relazione: Hman [m C.A.] = H[m C.L.] * ?[kg/dm3], con ?

= massa volumica del liquido trasportato. Tutte le pompe sono fornite di una targhetta

che indica chiaramente, tra l'altro, la portata, la prevalenza manometrica e la loro

interconnessione. Questi due parametri però non sono fissi, ma variano tra loro in modo

inverso: quando aumenta uno, l'altro diminuisce e viceversa. Se i vari punti di

funzionamento di una pompa vengono riportati in un diagramma cartesiano, dove

sull'asse delle ascisse si pone la portata e sull'asse delle ordinate la prevalenza

manometrica, si ottiene la cosiddetta caratteristica Q - Hman della pompa. (fig. 1)

Figura 1 - Curva caratteristica di una pompa centrifuga.

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La curva caratteristica può essere "piatta" o "ripida" a seconda di come la pompa è stata

progettata e a seconda dell'impianto in cui la pompa stessa deve essere inserita. Come si

può notare dalla figura 2, le pompe che presentano una curva caratteristica piatta danno

luogo a deboli variazioni di prevalenza per forti escursioni di portata, mentre le pompe

che presentano una curva caratteristica ripida danno luogo a piccole variazioni di portata

per elevate variazioni di prevalenza. Quindi le pompe del primo tipo saranno da preferire

quando si desidera una prevalenza più o meno costante con una portata variabile entro

ampi margini (è, per esempio, il caso delle pompe per impianti antincendio); viceversa le

pompe del secondo tipo saranno da scegliere quando si vuole una portata pressoché

costante con una prevalenza variabile entro un campo relativamente ampio (per esempio

nel caso di pompaggio da pozzi, in cui si desiderano in genere portate costanti anche in

presenza di elevate variazioni del dislivello geodetico).

Figura 2 - Curve caratteristiche piatta e ripida.

Esiste la potenza fornita al liquido dalla pompa: Pu[W] = g[m/s2] * ?[kg/m3] * Q[m3/s] *

H[m C.L.], essendo g[m/s2] la accelerazione di gravità generalmente pari a 9,81 m/s2.

Esiste poi la potenza Pnom assorbita dalla pompa, ossia, relativamente al caso in oggetto

di elettropompe, la potenza ceduta dal motore elettrico all'asse della pompa.

Esiste infine la potenza elettrica assorbita Pass dal motore elettrico di trascinamento dalla

rete di alimentazione.

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Esiste il rendimento ?p della pompa, definito come il rapporto tra la potenza Pu fornita al

fluido e la potenza Pnom assorbita dalla pompa (ossia la potenza meccanica resa dal

motore elettrico): ?p = Pu / Pnom. Esiste poi il rendimento ?mot del motore elettrico, definito

come il rapporto tra la potenza assorbita dalla pompa e quella assorbita dal motore: ?mot =

Pnom / Pass. Nel caso di elettropompe si parla frequentemente di rendimento del gruppo,

definito come il rapporto tra la potenza fornita al fluido e la potenza assorbita dal motore:

?gr = Pu / Pass = ?p* ?mot. Conviene sottolineare che il rendimento ?gr del gruppo è un

parametro molto importante per una elettropompa: più elevato è il suo valore e minore è

la spesa, in termini di energia elettrica e in definitiva in termini di soldi, che si deve

sostenere affinché la elettropompa compia un determinato lavoro. La velocità di

rotazione è il numero di giri compiuti dalla pompa nell'unità di tempo; generalmente è

indicata con n e misurata in giri/min. Tutte le elettropompe Pentax montano un motore

asincrono a 2 poli; considerando lo scorrimento medio dei motori ed essendo l'energia

elettrica distribuita generalmente su reti con frequenza pari a 50 o 60 Hz, è grossomodo

n(50 Hz) = 2750 - 2950 giri/min e n(60 Hz) = 3300 - 3550 giri/min. Questo parametro

indica l'incapacità della pompa a creare il vuoto assoluto, ossia l'incapacità di tutte le

pompe centrifughe di aspirare ad un'altezza uguale o superiore a 10,33 m (che

corrisponde generalmente al valore della pressione atmosferica a livello del mare). Dal

punto di vista fisico, l'NPSH indica la pressione assoluta che deve esistere all'ingresso della

pompa affinché non insorgano fenomeni di cavitazione. Quando una pompa cerca di

aspirare una certa quantità di liquido da una profondità superiore rispetto a quella

consentita dalle sue caratteristiche, si verifica appunto il fenomeno della cavitazione: la

girante interrompe la vena liquida e, di conseguenza, si formano piccole bolle di vapore;

queste bolle implodono poco dopo essersi formate, generando un notevole rumore simile

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ad un martellio metallico e creando seri danni alle parti idrauliche della pompa. Ecco

quindi perché è importante che ogni costruttore di pompe indichi chiaramente, tra le

caratteristiche delle sue macchine, la massima altezza di aspirazione oppure fornisca la

curva dell'NPSH in funzione della portata. Massima altezza di aspirazione Hmax e NPSH

sono tra loro legate dalla relazione:

Hmax = A - NPSH - Hasp - Hr (m)

dove A = pressione assoluta in m esistente sul pelo libero del fluido nel serbatoio di alla

pressione atmosferica;

Hasp = perdite di carico nella condotta di aspirazione in m;

Hr = tensione di vapore del liquido trasportato in m.

L'NPSH è influenzato dal valore della portata: esso cresce con l'aumentare di quest'ultima;

da ciò ne consegue che per ricondurre la pompa ad un funzionamento regolare è spesso

sufficiente parzializzare opportunamente la saracinesca di mandata per ridurre così la

portata della pompa stessa. Come si può notare dall'espressione appena scritta, per

aumentare la massima altezza di aspirazione di una certa pompa si possono diminuire le

perdite di carico Hasp della condotta di aspirazione: ecco perché è sempre conveniente

montare in aspirazione una tubazione avente un diametro interno il più grande possibile.