Generatori a vapore

7/30/2019 Generatori a vapore

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AVALe a s y l i k e a S u n d a y m o r n i n g

quaderni tecniciNote sulla

teoria del calore


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vapore

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I quaderni tecnici Garioni Naval sono stati pensati per offrire uno strumento utileagli uffici tecnici ed agli utilizzatori di vapore, acqua surriscaldata ed oliodiatermico.

Non abbiamo certo la presunzione di voler insegnare come le cose dovrebberoessere fatte. Vogliamo solamente mettere a disposizione di coloro che desideranoampliare le proprie conoscenze nel settore la nostra esperienza, derivata da tantianni di studio e di duro lavoro.Speriamo vivamente che quanto riportato in questi Quaderni Tecnici consenta ad

ogni lettore di poter lavorare con pi facilit e serenit e di evitare, dove possibile,di cadere in errori che altri prima di lui, hanno involontariamente commesso perarrivare ad un certo livello di conoscenza del settore termotecnica.

Pubblichiamo questa serie di quaderni in due edizioni, una in lingua italiana elaltra in lingua inglese. Abbiamo pensato, al fine di evitare possibili confusioni, chefosse pi pratico, e tecnicamente pi appropriato, non mischiare le due lingue,.

La raccolta dedicata a tutti coloro che hanno contribuito, e stanno tuttoracontribuendo, allo sviluppo ed alla crescita della GARIONI NAVAL.

Se qualcuno fosse interessato a ricevere tutti i numeri, pu richiederli inviandoci iltagliando allegato, via Internet attraverso il nostro sitowww.garioninaval.com oper e-mail allindirizzo [email protected].


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Il vapore, tradizionale ma allo stesso tempo moderno ed efficiente strumento, praticamente fondamentale ed insostituibile per alcuni settori; petrolchimico,chimico, carta, tintura, farmaceutico, alimentare, inscatolamento, gomma edindustrie di plastica ecc., per i quali rappresenta la cosiddetta materia prima.

anche indispensabile nel settore civile per la sterilizzazione in ospedali ecliniche; viene altres utilizzato preferibilmente in mense e lavanderie, inimpianti di aria condizionata (a livello industriale, dove spesso utilizzato perscaldare).Inoltre, ha un largo utilizzo nelle grandi installazioni di riscaldamento a terrae sulle navi per la produzione di energia tramite turbine, pompe ed alternatori.Ovunque ci sia il bisogno di produrre, pompare ed utilizzare energia termicae pressione, il vapore la soluzione ideale.Quali sono i suoi vantaggi e le ragioni per cui il suo utilizzo cos ampiamentediffuso?Innanzitutto, bisogna precisare che il vapore pu essere facilmente prodotto:

deriva dallacqua che, almeno in relazione alla produzione globale di vaporefutura e presente, fortunatamente ancora disponibile in grandi quantit e acondizioni economicamente vantaggiose, senza considerare il fatto che nelleinstallazioni di vapore viene applicato il riciclaggio continuo pertanto puessere recuperato allincirca al cento per cento.Il vapore ha un elevato ma ponderato contenuto di calore, il che significa chei tubi e le unit di utenza devono sostenere un carico leggero ma significaanche unattrezzatura mobile con un eccellente coefficiente di cambiocompatto ed economico.Il vapore circola naturalmente senza richiedere acceleratori, e le temperaturepossono essere alte a pressioni piuttosto basse, pertanto relativamente sicuro

e facile da gestire.Le temperature o le regolamentazioni di pressione possono essere effettuateusando semplicemente le valvole a due vie; soprattutto ha il vantaggio diessere estremamente "flessibile" il che significa che, contrariamente ad altrifluidi come acqua, acqua pressurizzata, olio diatermico, ecc., si adatta benead eventuali variazioni e cambi,Chiaramente quanto sopra detto particolarmente adatto alle installazioni di

vapore disegnate e costruite razionalmente, soprattutto per quanto riguarda ilrecupero di energia.Riteniamo importante tuttavia sottolineare che, in caso di bisogno, i tecnici chehanno una buona conoscenza dellargomento vapore dovrebbero essere

comunque interpellati perch, anche se il vapore non cos complesso comegli altri fluidi, richiede sempre una buona preparazione teorica e l'abilittecnica della pratica.

introduzione


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Unit Simbolo Pa bar at mm Hg kgf/m2 psi bf/ft

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in w. in Hg ft w.di Misura

Pascal Pa 1 10-5 1,0197x10-5 0,0075 0,10197 0,145x10-3 0,02088 0,00401 0,295x10-3 0,335x10-3

Bar bar 105 1 1,0197 750,07 10197 14,505 2088 401,46 29,530 33,456

Atmosfera=kgf/m2

at 98070 0,9807 1 735,56 10000 14,223 2048,16 3 93,71 28,960 32,808

Millimetri di Hg mm Hg 133,32 1,332x10-3 1,3595x10-3 1 13,595 0,0193 1,392 0,5353 0,0394 0,0446

Chilogrammi per m2 kgf/m2 9,807 9,807x10-5 10-4 0,0735 1 0,00142 0,205 0,0394 0,0029 0,0033

Libbre per in2 psi 6894,14 0,06894 0,0703 51,719 703,07 1 144 27,683 2,0362 2,3069

Libbre per ft2 lbf/ft2 47,876 4,7876x10-4 4,8824x10-4 0,7183 4,8824 0,00694 1 0,1922 0,01414 0,01602

Pollici di c.a. in w. 249,09 0,00249 0,00254 1,868 25,4 0,03614 5,203 1 0,07355 0,0833

Pollici di Mercurio in Hg 3386,36 0,03386 0,03453 25,4 345,34 0,4912 70,731 13,595 1 1,1329

Piedi di c.a. ft w. 2989 0,02989 0,03048 22,42 304,8 0,4334 62,43 12 0,8827 1

TABELLA DI CONVERS IONE DAL LE UNIT DI PRESSIONE TRADI ZI ONALI ALLENUOVE UNIT DEL S IS TEMA INTERNAZIONALE

Unit di Simbolo J kgf/m Cal (kcal) Wh CVh ft.lbf BtuMisura

Joule J 1 0,10197 0,2388x10-3 0,2778x10-3 0,378x10-6 0,7375 0,9478x10-3

Chilogrammetro kgf/m 9,807 1 2,342x10-3 2,724x10-3 0,370x10-5 7,233 9,295x10-3

Chilocaloria Cal ( kcal) 4186,80 426,92 1 1,163 1,581x10-3 3087,6 3,9683

Wattora Wh 3600 367,08 0,8605 1 1,360x10-3 2654,87 3,413

Cavallo Vapore Ora CVh 2647,8x103 269,91x103 632,53 735,5 1 1952,92x103 2512,2

Libbra Piede ft.lbf 1,356 0,1383 0,3238x10-3 0,3767x10-3 0,512x10-6 1 1,2853x10-3

Btu (Ist) Btu 1055,06 107,58 0,2520 0,2930 0,398x10-3 778,03 1

Energia

Pressione


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richiami fondamentalisulla teoria del caloreLa temperatura e il calore

La temperatura di un corpo il grado di calore che esso

possiede, ossia lo stato termico proprio di quel corpo inquell'istante. Le misure di temperatura si eseguonomediante termometri. La caloria (Kcal) la quantit dicalore che un corpo possiede. Una caloria la quantitdi calore necessaria per innalzare di 1C (precisamenteda 14C a 15C) la temperatura di 1 Kg. d'acqua.

Differenza fra temperatura e calore

Supponiamo di dover riscaldare l'acqua di 2 vasche a 80C.Una vasca contiene 500 lt d'acqua cio 500 Kg. Una vascacontiene 100 lt d'acqua cio 100 Kg. Entrambe le vascheraggiungeranno la medesima temperatura di 80C.

Tenendo ben presente la definizione di caloria esupponendo di essere partiti da acqua a 10C, perportare 1 Kg di questa acqua da 10C a 80C dobbiamosomministrare: 80-10=70 calorie.Sicch per portare da 10C a 80C 500 Kg d'acquadobbiamo somministrare:80-10=70 70x500=35.000 Kcalorie.L'altra vasca contiene 100 Kg d'acqua, per portarla da10C a 80C occorreranno: 80-10=70 70x100=7.000Kcalorie.

Possiamo dire che le due vasche hanno la stessatemperatura di 80C ma hanno richiesto, una 35.000Kcal, l'altra 7.000 Kcal, cio per portare le due vaschealla stessa temperatura di 80C una ha richiesto 5 voltele calorie dell'altra (35.000:7.000=5).

Calore specifico

Dicesi calore specifico di un corpo la quantit di calorenecessaria per elevare di 1C la temperatura di 1 Kg delcorpo stesso. La quantit di calore necessaria per elevaredi 1C la temperatura di un certo peso di un corpo non

uguale per tutti i corpi.

Esempio: portare 500 Kg d'acqua da20C a 70C. Calore specifico acqua=170-20=50C 50x1x500=25.000 Kcalorie.

Esempio: portare 500 Kg di nafta

da 20C a 70C. Calore specifico=0,570-20=50C 50x0,5x500=12.500 Kcalorie.

CALORE SPECIFICO DI ALCUNI CORPI SOLIDI E LIQUIDI

acqua Kcal/Kg 1,00

nafta 0,50

olio doliva 0,45

mattoni 0,20

legno 0,57

ferro 0,11

piombo 0,03

rame 0,09


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Calore sensibile

Il calore che produce un aumento di temperatura quandopenetra in una sostanza chiamato calore sensibile.Considerando le caldaie, ci significa che il calore chepassa dal focolare all'acqua riscaldandola semprecalore sensibile. La denominazione completa sar: caloresensibile dell'acqua.

Riscaldando 1 Kg d'acqua in una pentola aperta fino a100C otterremo che il suo contenuto termico di 100

Kcal/Kg. Avremo:Temperatura dell'acqua = 100CContenuto termico o calore sensibile dell'acqua = 100 Kcal/Kg.

Calore latente

Se continuamo a somministrare altro calore all'acqua ilcontenuto termico e la temperatura dell'acqua nonaumentano pi ma l'acqua inizia a bollire: essa haraggiunto il proprio punto di ebollizione alla temperatura

di 100C. Somministrando all'acqua dell'altro caloreancora, avverr un cambiamento di stato: essa passerdallo stato liquido allo stato gassoso.

Dall'acqua in ebollizione nasce il vapore, il vapord'acqua. Ci significa che il sovrappi di calore che

stato introdotto nell'acqua dopo che questa ha cominciatoa bollire e che ne ha provocato la trasformazione invapore calore latente (la denominazione completa calore latente di vaporizzazione dell'acqua). La quantitdi calore latente misurata in calorie.

Calore totale del vapore

Quindi, alla pressione atmosferica, per trasformare 1 Kgd'acqua in vapore occorreranno in totale 640 Kcal.

Per portarla all'ebollizione occorrono :100 Kcal + per trasformarla in vapore occorrono :540 Kcal = il calore totale di 1 Kg di vapore di :640 Kcal

La temperatura sia dell'acqua che del vapore rimasta di100C. Abbiamo gi visto che il vapore generato nellanostra pentola aperta contiene due tipi di calorie. Vi presente il calore sensibile dell'acqua, al quale si

venuto ad aggiungere il calore latente che servito aconvertire l'acqua in vapore. Il calore totale contenuto nel

vapore perci costituito dal calore sensibile + il calorelatente. Si pu vedere che la quantit di calore latente considerevolmente pi grande della quantit di caloresensibile. In ogni Kg di vapore, alla temperatura di100C vi sono grosso modo 100 cal di calore sensibile e540 cal di calore latente, con un calore totale di 640 cal.Qualunque sia la quantit di questo vapore leproporzioni restano le stesse. Per esempio, se invece di 1Kg noi avessimo 100 Kg di vapore e prendessimo inesame questi valori, non dovremmo altro che moltiplicareper 100 quanto abbiamo detto prima.

Produzione di vapore in pressione

L'atmosfera esercita una pressione su tutto ci che esistesulla superficie della terra e questa pressione vieneesercitata in tutte le direzioni: essa uguale a 1,033 Kg perogni centimetro di superficie. Se torniamo ora al vaporeche comincia ad uscire dalla pentola vediamo che esso

viene a trovarsi opposto alla pressione atmosferica e cio aquesta pressione che ci circonda; con un valore di 1,033Kg/cm2. La temperatura del vapore a questa pressione

atmosferica, la stessa temperatura dell'acqua inebollizione, pure alla pressione atmosferica e cio 100C.


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Fino a che la pentola rimane aperta sopra la quale ilvapore pu uscire liberamente, tutto resta alla pressione

atmosferica ed alla specifica temperatura che lecorrisponde.

Ripetiamo per maggior chiarezza i valori:

Pressione all'interno della pentola: 1,033 Kg/cm2 Pressione del vapore: 1,033 Kg/cm2 Temperatura dell'acqua nella pentola: 100C Temperatura del vapore: 100C

Ora copriamo e sigliliamo la pentola. Continuiamo a

somministrare calore, si continua a produrre vapore;quanto pi vapore si produce quindi all'interno di questorecipiente, tanto maggiore sar la compressione a cuiesso si assoggetta per trovarsi un posto e, poich compresso, cerca di spingere in tutte le direzioni,esercitando una pressione su tutto ci che lo circonda.Cos oltre ad esercitare una pressione sulle superficiinterne della pentola il vapore crea anche una pressionesulla superficie dell'acqua.

Aumentando la pressione sulla superficie dell'acqua si hacome conseguenza un aumento della temperatura di

ebollizione.Mentre alla pressione atmosferica (1,033 Kg/cm2) l'acquabolle quando ha raggiunto la temperatura di 100C, noitroviamo che ad una pressione, ad esempio, di 10 Kg/cm2la temperatura di ebollizione salita a 184C.Si vede immediatamente che per mantenere l'acqua inebollizionee quindi produrre vapore a questa temperaturapi elevata, bisogner fornirle una quantit maggiore dicalore sensibile.D'altro canto a queste temperature e pressioni elvate, laquantit di calore latente necessaria per trasformare

l'acqua di ebollizione in vapore minore.

Riferendoci ai due esempi sopra riportati avremo:

Calore totale alla pressione atmosferica: 640 Kcal/KgCalore totale alla pressione di 10 Ate: 664 Kcal/Kg

Calore sensibile alla pressione atmosferica: 100 Kcal/KgCalore sensibile alla pressione di 10 Ate: 186 Kcal/Kg

Calore latente alla pressione atmosferica: 540 Kcal/Kg

Calore latente alla pressione di 10 Ate: 478 Kcal/Kg

Temperatura dell'acqua alla pressione atmosferica:100CTemperatura dell'acqua alla pressione di 10 Ate: 184C

Se confrontiamo le due situazioni vediamo che: il caloretotale aumentato ma di poco (+ 24 Kcal/Kg) il caloresensibile aumentato di molto (+ 86 Kcal/Kg) ma il calorelatente diminuito (- 62 Kcal/Kg).Concludendo, quando la pressione del vapore aumenta visar disponibile maggior calore totale, ma non molto (el'aumento diventa sempre minore man mano che lepressioni aumentano), maggior calore sensibile, ma minorcalore latente.Quando le pressioni del vapore diminiuscono vi sardisponibile un minor calore totale, ma solo un poco meno,

minor calore sensibile, maggior calore latente.Le pressioni del vapore sono espresse in Kg/cm2 o bar esono distinte in pressioni relative e pressioni assolute.

Nel campo tecnico usualmente si parla sempre dipressioni relative.Se si vuole trasformare una pressione relativa in unapressione assoluta, occorre aumentare il valore dellapressione relativa del valore della pressione atmosferica.(+1) Le pressioni relative sono le pressioni indicate dainormali manometri installati su ogni caldaia.

Differenza: + 24 Kcal/Kg

Differenza: + 84

Differenza: - 62 Kcal/Kg

Differenza: + 86 Kcal/Kg


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Spazio occupato dal vapore(volume specifico)

Lo spazio occupato da un determinato peso di vaporedipender dalla sua pressione. Se abbiamo 1 Kg d'acquae lo trasformiamo tutto in vapore, noi avremo esattamente1 Kg di vapore.

- Alla pressione relativa di 1 Kg/cm2 il vapore saturo

secco occupa 0,881 m3.- Alla pressione relativa di 10 Kg/cm2 il vapore occupa lo

spazio di 0,177 m3.In entrambi i casi siamo partiti esattamente con la stessaquantit d'acqua e in entrambi i casi abbiamo trasformatol'acqua esattamente nello stesso peso di vapore.Ma con l'aumentare della pressione troviamo che il vaporeoccupa sempre meno spazio dato che esso subisce unacompressione mano a mano che la pressione aumenta.

PRESSIONETEMPERATURA

VOLUME

SPEC.

CALORESENSIBILE

ACQUA

CALORELATENTE

VAPORIZ.

CALORE TOTALE

relativabar kg/cm2 bar kg/cm2 k C m3/kg kJ/kg kcal/kg kJ/kg kcal/kg kJ/kg kcal/kg

assoluta

CARATTERISTICHE FISICHE VAPORE ACQUEO SATURO


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PRESSIONE

TEMPERATURAVOLUME

SPEC.

CALORESENSIBILEACQUA

CALORELATENTE

VAPORIZ.CALORE TOTALE

relativa

bar kg/cm2 bar kg/cm2 k C m3/kg kJ/kg kcal/kg kJ/kg kcal/kg kJ/kg kcal/kg

assoluta

CARATTERISTICHE FISICHE VAPORE ACQUEO SATURO

w w w . g a r i o n i n a v a l . c o m


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ENTALPIA DEL VAPORE ACQUEO SURRISCALDATO

CALORE SPECIFICO DEL VAPORE ACQUEO SURRISCALDATO


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caldaie a tubi di fumo adinversione di fiammaPrincipio di funzionamento

I prodotti della combustione percorrono il focolare dellacaldaia, quindi, essendo il focolare stesso cieco, ciochiuso sul fondo, compiono la prima inversioneripercorrendo in senso inverso circonferenzialmente sullaparete esterna e giungono nella camera d'inversioneanteriore ricavato nel materiale refrattario del portellone.Dalla camera di inversione anteriore imboccano i tubi dafumo sistemati a grappolo attorno al focolare dellacaldaia e da questi giungono alla camera fumi posterioredove vengono convogliati verso il camino. All'interno deitubi da fumo sono inserite delle barre elicoidali in acciaioinossidabile resistenti alla alte temperature. Tali barre

dette "turbolatori" hanno lo scopo di aumentare la

turbolenza dei fumi e quindi di aumentare lo scambio dicalore tra di essi e l'acqua che circola intorno. Lapresenza dei turbolatori ed il particolare percorso dei fumirendono praticamente irrilevante il tiraggio naturale

attraverso la caldaia con bruciatore spento. Le perdite direndimento per intermittenza risultano quindi contenute.Per lo stesso motivo il bruciatore deve essere dimensionatoin modo che il ventilatore fornisca in funzionamento unapressione tale da poter vincere le perdite di carico dellacaldaia indipendentemente dal tiraggio naturale. Perquanto riguarda il lato acqua/vapore, la caldaiapossiede superiormente una camera di vapore dove vienemantenuto un certo livello che ha lo scopo di creare unadeguato "specchio evaporante" che consente laproduzione di vapore.

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Sezione di caldaia a tre giri di fumo ad inversione di fiamma.


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caldaie a tre giri di fumocon focolare passantePrincipio di funzionamento

La caldaia sempre del tipo a tubi di fumo ma anzich

essere dotata di un focolare ad inversione dotata diuna camera di inversione dei fumi posteriore collocataall'uscita del focolare.Tale camera di inversione, definita come "fornello"; perchnei modelli pi perfezionati interamente bagnata dall'acquaallo scopo di diminuire le perdite per irraggiamento e dievitare eccessivi surriscaldamenti delle pareti.Nel fornello i fumi imboccano il fascio di tubi e ritornanosulla parete anteriore della caldaia, qui trovano,ricavata dal refrattario della porta anteriore la secondacamera di inversione dove infilano il secondo fascio

tubiero attraverso cui giungono alla camera fumo

posteriore e da qui vengono convogliati al camino. Ilfocolare in tali tipi di caldaia, sovente di tipo ondulatoper permettere l'assorbimento delle dilatazioni termiche.Questi generatori vengono normalmente usati perproduzioni di vapore oltre le 4/5 Tonn/h quandol'aumento della lunghezza del focolare rende pi difficileuna corretta distribuzione del calore prodotto all'internodello stesso focolare.E' chiaro che in questi casi, essendo il focolare passante,l'unica via d'uscita dei fumi nella parte superiore e siha quindi senz'altro un migliore sfruttamento delle suepareti.Solitamente le superfici di scambio di questi generatori,sono a parit di potenza, superiori a quelledell'inversione di fiamma.

Sezione di caldaia a tre giri di fumo a fondo bagnato.

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caldaie a due giri di fumocon focolare passantePrincipio di funzionamento

La caldaia sempre del tipo a tubi di fumo ma la camera

di inversione fiamma, rivestita di refrattario idoneo peralte temperature, convoglia i fumi, che hannoattraversato completamente il focolare, nei tubi delsecondo ed ultimo giro, prima di essere espulsi al caminoil cui attacco ricavato nella camera fumi anteriore.

Per problemi di lunghezza del focolare, nel qualecomunque viene scambiato il 60/70% del calore prodottodalla combustione, questi generatori vengono normalmenteusati per produzione di vapore fino a 5 tonn/h.

Sezione di caldaia a due giri di fumo con focolare passante.

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Il focolare passante consente comunque di sfruttare tutta

la superficie di scambio del focolare stesso prescindendodal carico a cui sottoposto il generatore.Si ottiene pertanto un ottimo rendimento anche ai carichibassi.


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caldaie a tubi dacquaPrincipio di funzionamento

Quando aumentano le potenze e soprattutto le pressionid'esercizio l'impiego delle caldaie a tubi di fumo diventaproblematico in quanto le alte pressioni comportano fortiaumenti di spessore del fasciame rendendo antieconomicala costruzione di tali caldaie. Si preferisce pertanto in questicasi ricorrere a generatori del tipo a tubi d'acqua dovel'acqua ed il vapore anzich essere confinati sul latomantello sono sul lato tubi consentendo quindi pressionid'esercizio molto pi elevate. La caldaia costituita, nellasua forma classica da due corpi clilindrici, da un camera dicombustione prismatica formata da tubi tra loro tangenti epercorsi dall'acqua. In questa camera di combustione, che

scambia calore per irraggiamento, viene sviluppata lacombustione. L'altra parte costituente la caldaia sono i duecorpi cilindrici orizzontali uno superiore ed uno inferiore.Quello superiore ha la funzione di raccogliere la miscelaacqua/vapore proveniente dai tubi bollitori e di separare il

vapore dall'acqua. Quello inferiore ha la funzione dicollettore d'acqua per i tubi del fascio e della camera dicombustione. I due corpi cilindrici sono collegati tra di loronei seguenti modi:1) da un fascio di tubi verticale che forma la zona di

scambio termico a convenzione;2) da un gruppo di tubi a forma di "D" tangenti e saldati traloro innestati in testa nei corpi cilindrici lungo unageneratrice formando una parte della camera dicombustione per lo scambio termico per irraggiamento;3) da pareti di tubi tangenti verticali saldati tra loro ecollegati a due collettori per realizzare la chiusura frontalee posteriore della camera di combustione, sulla paretefrontale realizzata l'apertura per l'alloggiamento delbruciatore.

Lato acqua

- L'acqua alimento arriva al corpo cilindrico superiore eviene distribuita al suo interno, tramite un tuboopportunamente forato assicurando una uniformit didistribuzione lungo tutto il corpo;- Il flusso termico in camera di combustione e nel fasciotubiero richiama l'acqua che viene cos distribuita in tutti itubi a seconda di quanto il loro contributo allo scambio;- La miscela acqua/vapore che si forma nei tubi, arriva nelcorpo cilindrico superiore in cui il vapore viene separato eprelevato, mentre l'acqua ritorna in circolazione.

Lato fumiLa combustione che avviene nella camera a "D" di tipopressurizzato. In questa camera avviene lo scambio termicoper irraggiamento dovuto all'alta temperatura delle fiammeed alla loro luminosit. I prodotti della combustione esconodalla camera, tramite apposito vano imboccando il fasciotubiero. La turbolenza che deriva dal percorso in mezzo aitubi dei fumi caldi, realizza uno scambio termico prevalentea convenzione con la miscela acqua-vapore che circola neitubi del fascio; ne deriva una diminuzione di temperaturadei fumi all'uscita del generatore. Tali generatori vengonosolitamente impiegati quando le pressioni d'eserciziorichieste superano i 15 bar o quando la produzione di

vapore supera le 10/12 Tonn/h

Versione a Circolazione ControllataPer piccole potenzialit, fino a 8 tonn/h, si utilizzanogeneratori nei quali la circolazione dellacqua nei tubi assicurata da una pompa e nei quali levaporazionedellacqua stessa avviene lungo il percorso nei tubi.Sono i generatori a serpentino a circolazione controllata.


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Sezione di un generatore di vapore a circolazione controllata a tubi dacqua.

Sezione di un generatore di vapore a circolazione naturale.

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alcune informazioni utilisulle caldaieElementi caratteristici dei generatori di vaporeProducibilit o potenza:E la quantit di vapore prodotto in unora;si misura in

Kg/h. E ovviamente necessario precisare lo stato fisicodel vapore (pressione, temperatura). In tal caso, noto ilcontenuto termico del Kg di vapore prodotto pu esserepi convenientemente espressa in unit di potenza Kw oKcal/h.

Producibilit specifica o potenza specifica:E il rapporto tra i chilogrammi di vapore prodotti in unorae la superficie di riscaldamento. Rappresenta i chilogrammidi vapore che si ottengono in unora per ogni metroquadrato di superficie riscaldata; si misura in Kg/m2/h.

Pressione di bollo:E la pressione effettiva massima alla quale il generatorepu funzionare regolarmente. Lunit di misura il bar oil Kg/ cm2 (ate). Il valore della pressione di bollo rilevabile dal libretto matricolare dellaparecchio edallapposito bollo esistente al centro della targa.

Pressione di esercizio:E la pressione, inferiore o al limite uguale a quella dibollo, alla quale in pratica viene fatto funzionare ilgeneratore.

Superficie di riscaldamento:E larea in m2 della superficie lambita da un lato dai fumie dallaltro dallacqua; si misura dalla parte esposta ai fumi.

Produzione di vapore in base alla superficie di riscaldamento

Carico termico volumetrico della camera di combustione

E il rapporto fra la quantit di calore sviluppata dallacombustione nellunit di tempo e il volume della cameradi combustione. Si misura in Kcal/m3/h.

La superficie di riscaldamento ottenuta dalla somma dellasuperficie della camera dicombustione con la superficiedei tubi costituente il fascio

convettivo. Per i tubi bisognaconsiderare la superficieinterna.

TIPO DI CALDAIE PROD. VAPOREKg/h per m2 SUP

CALDAIE CORNOVAGLIA 18

CALDAIE CORNOVAGLIA A RITORNO DI FIALMMA 20

CALDAIE SEMIFISSE ORIZZONTALI 25

CALDAIE SEMIFISSE VERTIVCALI 20

CALDAIE TIPO MARINA 8

CALDAIE PRESSURIZZATE. Pressione da 1 a 5 ATE

da 29-31.000 Kcal/m2/h corrispondente a: 53-58

CALDAIE PRESSURIZZATE. Pressione da 8 a 15 ATE

da 29-31.000 Kcal/m2/h corrispondente a: 48-50

CTV= (G x Pci) : V

CTV= carico termico volumetrico(Kcal/m3/h)

G = portata combustibile(Kg/h m3/h)

Pci = potere cal. inf. delcombustibile (Kcal/Kg Kcal/ m3)

V= volume del focolare (m3)

Esempio:Caldaia con bruciatore metano calibrato per la portata di 258 m3/hPotere calorifico inferiore del metano : 8500 Kcal/m3

Volume camera di combustione : 2 m3

CTV= ( 258 x 8500) : 2 = 1,096,500 Kcal/ m3/h


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Carico termico superficiale della camera di combustione:

E il rapporto fra la quantit di calore sviluppata nellacamera di combustione nellunit di tempo e la superficiedi riscaldamento della camera di combustione; si misurain Kg/m2/h.

Rendimento del generatore:

E il rapporto tra il calore trasmesso al fluido e il caloresviluppato dalla combustione.

Esempio: Caldaia a vapore, pressione bollo: 12 ate.Potenzialit bruciata al focolare: 1.150.000 Kcal/h

Potenzialit resa allacqua: 1.000.000 Kcal/h

Rendimento: 1.000.000 = 0.869 = 86.9%1.150.000

Indice di vaporizzazione

E il rapporto tra la massa di vapore prodotto e la massadi combustibile bruciato nello stesso tempo. Rappresentai Kg di vapore che si ottengono dalla combustione di 1Kgdi combustibile.Per caldaie pressurizzate, con buona approssimazione sipu definire che:1 Kg di nafta (9600 cal)pu produrre: 12-14 Kg vapore1 Kg di gasolio (10200 cal)pu produrre: 13-15 Kg vapore1 Nm3 di metano (8500 cal)

pu produrre: 10-11 Kg vapore

Caratteristiche della pompa alimentocaldaie vapore

P = pressione di esercizio = 1,2 x pressione di bollocaldaiaQ = Portata esercizio pompa = 2 x portata massima

(Kg/h) produzione vapore caldaia

Conversione tra Kcal/h Kg/h Kw - Hp

Kg/h. in Kcal/h=Kg/h x 600 Es. Kg/h 1000 x 600 = 600,000Kcal/hKcal/h. in Kw/h = Kcal/h x 0.001161 Es. Kcal/h 600,000 x 0.001161 = 697 Kw/h

Kw/h. in Hp/h = Kw/h x 1.341 Es. Kw/h 697 x 1.341 = 935 Hp/h

CARICO TERMICO VOLUMETRICO DELLA CAMERADI COMBUSTIONE Kcal/m3/h

PRESSIONE DI BOLLO 1 ate 800.000

CALDAIE A TUBI DI FUMOda 1.000.000

a 1.800.000

CALDAIE A TUBI DACQUAda 800.000a 1.200.000

CARICO TERMICO SUEPERFICIALE DELLA CAMERADI COMBUSTIONE Kg/m2/h.

CALDAIE CORNOVAGLIA E MARINA 10.000CALDAIE A TUBI DI FUMO VERTICALI 11.000CALDAIE SEMIFISSE ORIZZONTALI 15-20.000

CALDAIE PRESSURIZZATE. BOLLO DA 1 A 5 ate 27-35.000CALDAIE PRESSURIZZATE. BOLLO DA 8 A 15 ate 29-31.000

TIPO DI CALDAIE RENDIMENTO %

CORNOVAGLIA 68-72

CORNOVAGLIA A TUBI DI FUMO 76-80

TIPO MARINA 70-75

CALDAIE IN ACC.: SEMIFISSE ORIZZONTALI 77-82

SEMIFISSE VERTICALI 68-72

MULTITUBOLARI A TUBI DACQUA 84-87

PRESSURIZZATE 84-87

A CIRCOLAZIONE CONTROLLATA 90

Kg/h Kcal/h Kw Hp

125 75,000 87 116.6300 180,000 209 280550 330,000 383 514750 450,000 523 701

1,000 600,000 697 9352,000 1,200,000 1,393 1,8683,000 1,800,000 2,090 2,802

Prod. vapore capacit capacit produzione vapore


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GG18


processo inverso

Hp/h in Kw/h. = Hp/h x 1.341 Es. Hp/h 935: 1.341 = 697 Kw

Hp/h. in Kcal/h = Kcal/h: 0.001558 Es. Hp/h 935: 0.001558 = 600,000 Kcal/hKw/h. in Kcal/h = Kw/h: 0.001161 Es. Kw/h 697: 0.001161 = 600,000 Kcal/h

Diagramma per la determinazioneapprossimata del rendimento dei

generatori a vapore

Esempio:TF = 230C TA= 30C CO2 = 12% PCS = 10%Rilevata al temperatura dei fumi alluscita della caldaia(TF), la temperatura ambiente (TA) ed il vapore CO2 alcamino, si determinano le perdite percentuali per caloresensbile (PCS) operando come da esempio sul diagramma.

Assunto come valore medio delle perdite di calore percause varie (PCV) = 2%, il rendimento termicocomplessivo sar dato da:

= 100 PCS PCV = 100 10 2 = 88 (88%)

Calcolo rapido consumo combustibileper caldaieQ= Quantit combustibile consumato. In Nm3/hH = Entalpia del vapore alla pressione corrispondente (Kcal/Kg steam)TAC = Temperatura acqua alimento caldaia (C)P.C.I = Potere calorifico inferiore del metano (Kcal/ Nm3/h (8000-8500) = Rendimento caldaiaP = Quantit di vapore prodotto (Kg/h)

Q= H-TAC xPL.H.C x

Esempio:caldaia con produzione vapore di 1000 Kg/hRendimento = 0.88Pressione vapore: 12 ate.Temperatura acqua alimentazione: 65C.Entalpia o calore totale del vapore a 12 ate = 666 Kcal/Kg

Q =666-16

x1000=92 Nm3

/h8000 x 8000 Esempio:La stessa caldaia di cui sopra alimentata con nafta dar:

P.C.I. = potere calorifico inferiore della nafta (9800 Kcal/Kg)

Q = 666-16 x1000=70 kg/h9800 x 0,88

Esempio:La stessa caldaia di cui sopra alimentata con gasolio dar:

P.C.I. = potere calorifico inferiore della nafta (9800 Kcal/Kg)

Q = 666-16 x1000=68 kg/h10000 x 0,88

Incremento della temperatura dei gas inrelazione allo spessore della fuliggine

Temp

eraturafumiuscitageneratore(TF)

spessore della fuliggine

per

diteneifumia

l13%d

iCO2

incremento

temperatura

fumi

PERC

ENTU

ALEVO

LUMET

RICA

CO2

TEMP

ERAT

URA

AMBIENTE

(TA)

PERDITEPERCALORESENSIBILE(PCS)


19/24

GG19


Cenni sulle caratteristiche dei combustibili

Potere calorifico dei combustibiliIl potere calorifico la quantit di calore espressa incalorie che si sviluppa bruciando 1Kg di combustibilesolido o liquido oppure 1m3 di combustibile gassoso.

Potere calorifico superioreTutti i combustibili non sono mai completamente secchi,ma contengono una certa quantit dacqua sotto formadi umidit; inoltre nella combustione dellidrogenocontenuto si forma altra acqua. Questa acqua, nelfocolare e nei condotti della caldaia si trova allo stato di

vapore. Se i fumi alluscita del camino avessereo unatemperatura inferiore ai 100C questo vapore sicondenserebbe cedendo le calorie di vaporizzazione cheresterebbero cos utilizzate, sarebbe cos utilizzato tutto ilcalore contenuto nel combustibile, si avrebbe cio ilpotere calorifico superiore.

Potere calorifico inferioreSe invece, come si verifica nelle caldaie, i fumi vanno alcamino a temperatura superiore a 100C lumidit va viasotto forma di vapore e il calore di condensazionz viene

disperso nellatmosfera. Pertanto il calore effettivamenteutilizzabile in pratica risulta minore, si ha cos il poterecalorifico inferiore.

Caratteristiche termotecniche deicombustibili liquidi

Caratteristiche termotecniche deicombustibili gassosi

Dimensionamento tubazioni dialimentazione dei bruciatori

H = Dislivello (m)L = Lunghezza tubazioni compreso tratto verticale (m)

La tubazione di ritorno deve arrivare alla stessa altezzadella valvola di fondo altrimenti si facilita il disinnescodella tubazione aspirante.

Esempio:

Bruciatore con portata di 40Kg/h gasolio.Il valore di H sia di1,5m ed L 20m. Viene scelta una tubazione in rame 12X1.(con tali dati il valore L massimo accettabile di 28m)

COMBUSTIBILE POTERE CAL. SUPERIORE POTERE CAL. INFERIORE

GASOLIO 10900 Kcal/Kg 10200 Kcal/Kg

OLIO FLUIDO 10450 Kcal/Kg 9800 Kcal/Kg

METANO 9400K CAL/Nm3 8500 KCAL/Nm3

GPL 26000 K CAL/Nm3 24000 KCAL/Nm3

PETROLIO (KEROSENE) 0,81 / 10300 11050 11,33 NO

GASOLIO 0,84 / 10200 10900 14,24 NO

GASOLIO PESANTE 0,87 / / / / 70-80C

OLIO FLUIDO 0,92 3-5 9800 10450 10,7 100-110C

OLIO SEMIFLUIDO 0,94 5-7 / / / /

OLIO DENSO ATZ 0,97 >7 9600 10200 10,5 120-140C

(alto tenore di zolfo)

OLIO DENSO BTZ 0,97 >7 9600 10200 / 120-140C(basso tenore di zolfo)

DENOMINAZIONECOMMERCIALE

DENSITA15

VISCOSITAa 50CE

POT. CAL.INFERIOREKcal/Kg

POT. CAL.SUPERIORE

Kcal/Kg

ARIATEORICAm3/m3

PRERISC.PER LA

COMBUST.

0 35 70 40 45 70 25 50 25 50

0,5 30 62 36 40 60 20 40 20 40

1 25 55 32 35 50 15 30 15 30

1,5 20 48 28 27 40 10 20 10 20

2 15 40 24 20 30 5 10 5 10

3 8 25 15 10 15 / 5 / 5

3,5 6 10 10 / 7 / / / /

PORTATAGASOLIO

Kg/h

H (m)

da 2a 20

da 15a 30

da 30a 60

da 45a 100

da 70a 140

da 100a 200

da150a 300

10x1 12x1 12x1 14x1 16x1 _ _ _ _Lm Lm Lm Lm Lm Lm Lm Lm Lm

METANO CH4 0,55 5-15 8500 9400 9,56 58

PROPANO C3H8 1,55 2,4 -9,3 22200 24000 24,3 54

BUTANO C4H10 2,09 2-7,6 29500 32000 32,3 53

GPL 1,68 2,1-9,5 24000 26000 26,3 54

ARIA PROPANATA 1,14 7,5-36 5900 6400 5,75 54

GAS CITTA 0,39 5-30 4200 4700 4,33 62

BIOGAS 0,89 7,8-32 5400 6000 6,12 57

DENOMINAZIONECOMMERCIALE

DENSITAA 15C

MISCELAESPLOSIVAIN ARIA %

POT. CAL.INFERIOREKcal/Kg

POT. CAL.SUPERIORE

Kcal/Kg

ARIATEOERICA

m3/m3

PUNTO DIRUGIADA

C


20/24

GG20


Bruciatori a nafta:impianto di alimentazione con serbatoio di servizio

Bruciatori di gasolio:

impianto con alimentazione a caduta

H = Dislivello (m)L = Lunghezza tubazioni compresotratto verticale (m)E opportuno che la quota P non superi i 4m per nonsollecitare eccessivamente lorgano di tenuta della pompa

Esempio :Bruciatore gasolio con portata di 65 Kg/h. Il valore di H sia

di1,5 m ed L di 30 m. Viene scelta una tubazione in rame 14x1(con tali dati il valore di L massimo accettabile di 40 m)

0,5 30 90 90 60 60 20 40 20 40

1 25 80 80 50 50 15 30 15 30

1,5 20 70 70 40 40 12 25 12 25

2 15 58 58 30 30 10 20 10 20

3 8 36 36 15 15 5 10 5 10

3,5 6 25 25 7 7 / 5 / 5

PORTATAGASOLIO

Kg/h

H (m)

da 2a 20

da 15a 30

da 30a 60

da 45a 100

da 70a 140

da 100a 200

da 150a 200

10x1 12x1 12x1 14x1 14x1 _ _ _ _

Lm Lm Lm Lm Lm Lm Lm Lm Lm

Fino a 400.000 300 1 1 1 11/4 1 1 1

Fino a 1.000.000 600 11/4 11/4 11/4 11/2 11/4 11/4 11/4

Fino a 2.000.000 600 11/2 11/4 11/2 11/2 11/4 11/4 11/4Fino a 4.000.000 1000 2 11/2 2 2 11/2 11/2 11/2

Fino a 6.000.000 1500 2 2 2 21/2 11/2 11/2 11/2

KCAL MAXrese

PPompaQl/h

A

B B

VISCOSITA VISCOSITA

3-5 E 7-9 E 15-20 E 3-5 E 7-9 E 15-20 E


21/24


PORTATE UGELLI PER BRUCIATORI A NAFTA

7,50 43 44,1 45,2

8,30 47,6 48,9 50,1

9,50 54,5 55,9 57,3

10,50 60,2 61,8 63,3

12,00 68,9 70,6 72,4

13,80 79,2 81,2 83,2

15,30 87,8 90,1 92,3

17,50 100,4 103 105,6

19,50 111,9 114,8 117,6

21,50 123,4 126,6 129,7

24 137,7 141,3 144,8

28 160,7 164,8 168,9

30 172,1 176,6 181

PRESSIONE POMPA (bar)

19 bar 20 bar 21 bar

Kg/h Kg/h Kg/h

NOME

COGNOME

DITTA

INDIRIZZO

TELEFONO

FAX

E-MAIL

Desidero ricevere il prossimo numero diGARIONI NAVALQUADERNI TECNICI

Firma

PORTATA UGELLO

G.P.H.

0,85 4,9 5 5,1

1 5,7 5,9 6

1,5 8,6 8,8 9

1,75 10 10,3 10,6

2 11,5 11,8 12,1

2,25 12,9 13,2 13,6

2,5 14,3 14,7 15,1

3 17,2 17,7 18,1

4 23 23,5 24,1

5 28,7 29,4 30,2

6 34,4 35,3 36,2

6,50 37,3 38,3 39,2

7 40,2 41,2 42,2

PRESSIONE POMPA (bar)

19 bar 20 bar 21 bar

Kg/h Kg/h Kg/h

PORTATA UGELLO

G.P.H.

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GG22


VISCOSIT

COMBUSTIBILI

Curve

1-gasolio

2-extrafluido

3-fluido3/5

4-fluido5/7

5-denso8

6-denso15-20

7-densoviscosit24englera50C




limitedipompaggio

Campodiviscositpe

rlapolverizzazione

CURVEDIVISCOSIT

TEM

PERATUREPERCOMBUSTIBILI

TEMPERATURA

VISCOSITA


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TABELLA DI CONVERSIONE DALLE UNIT DI PRESSIONE TRADIZIONALIALLE NUOVE UNIT DEL SISTEMA INTERNAZIONALE pag. 4

PRESSIONE/ ENERGIA 4

RICHIAMI FONDAMENTALI SULLA TEORIA DEL CALORE 5LA TEMPERATURA E IL CALORE 5CALORE SPECIF ICO 5CALORE SENSIB ILE 6CALORE LATENTE 6CALORE TOTALE DEL VAPORE 6

PRODUZIONE DI VAPORE IN PRESSIONE 6SPAZIO OCCUPATO DAL VAPORE (VOLUME SPECIFICO) 8CARATTERISTICHE FISICHE DEL VAPORE ACQUEO SATURO 8/9ENTALPIA DEL VAPORE ACQUEO SURRISCALDATO 10CALORE SPECIFICO DEL VAPORE ACQUEO SURRISCALDATO 10

CALDAIE A TUBI DI FUMO AD INVERSIONE DI FIAMMA 11PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 11

CALDAIE A TRE GIRI DI FUMO CON FOCOLARE PASSANTE 12PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 12

CALDAIE A DUE GIRI DI FUMO CON FOCOLARE PASSANTE 13PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 13

CALDAIE A TUBI DACQUA 14PRINCIPIO DI FUNZIONAMENTO 14LATO ACQUA 14LATO FUMI 14

VERSIONE A CIRCOLAZIONE CONTROLLATA 14

ALCUNE INFORMAZIONI UTILI SULLE CALDAIE 16ELEMENTI CARATTERISTICI DEI GENERATORI DI VAPORE 16CARATTERISTICHE DELLA POMPA ALIMENTO CALDAIE A VAPORE 17CONVERSIONE TRAKCAL/H - KG/H - KW- HP 17

DIAGRAMMA PER LA DETERMINAZIONE APPROSSIMATA DEL RENDIMENTODEI GENERATORI A VAPORE 18INCREMENTO DELLA TEMPERATURA DEI GAS IN RELAZIONE ALLO SPESSORE DELLA FULIGGINE 18CALCOLO RAPIDO CONSUMO COMBUSTIBILE PER CALDAIE 18CENNI SULLE CARATTERISTICHE DEI COMBUSTIBILI 19CARATTERISTICHE TERMOTECNICHE DEI COMBUSTIBILI LIQUIDI 19CARATTERISTICHE TERMOTECNICHE DEI COMBUSTIBILI GASSOSI 19DIMENSIONAMENTO TUBAZIONI DI ALIMENTAZIONE DEI BRUCIATORI 19BRUCIATORI DI GASOLIO: IMPIANTO CON ALIMENTAZIONE A CADUTA 20BRUCIATORI DI NAFTA: IMPIANTO DI ALIMENTAZIONE CON SERBATOIO DI SERVIZIO 20

VISCOSIT DEI COMBUSTIBILI 22

indice


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