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Progetto
"Open University"
Vapore: Reti di distribuzione
AC/02/01
First for Steam Solutions
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
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)
2
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AC/02/01
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SOMMARIO
SEZIONE 1 - INTRODUZIONE ............................................................................................................... 5
1.1 NOZIONI FONDAMENTALI SUL VAPORE ................................................................................................................................ 5
Circuito tipico di distribuzione vapore
1.2 SCELTA DELLA PRESSIONE DI ESERCIZIO ......................................................................................................................... 6
1.2.1 Distribuzione ad alta pressione
1.3 DIMENSIONAMENTO DELLE TUBAZIONI ............................................................................................................................... 7
1.3.1 Capacità delle tubazioni infunzione della velocità
1.3.2 Spessore delle tubazioni e dimensioni standard
Capacità delle tubazioni alle varie velocità
Identificazione delle tubazioni con bande colorate
1.4 PORTATE DELLE TUBAZIONI E PERDITE DI CARICO .......................................................................................................10
Esempio 1
Caduta di pressione in funzione della lunghezza della tubazione
Capacità delle tubazioni e coefficienti di ΔP (estratto)
Tabella dei coefficienti di pressione
Esempio 2
SEZIONE 2 - DERIVAZIONI E SCARICHI
2.1 TUBAZIONI DI DERIVAZIONE
....................................................................................................16
...............................................................................................................................16
2.2 MONTAGGIO DEGLI ACCESSORI E LOCALIZZAZIONE DEI PUNTI DI SCARICO
Separatori
2.2.1 Colpi d’ariete
Gli effetti dei colpi d’ariete
Tubazioni di distribuzione del vapore molto lunghe
2.2.2 Punti di scarico della condensa
Installazioni degli scaricatori di condensa
2.2.3 Riduzioni sulle tubazioni del vapore
Raccordi di riduzione sulle tubazioni del vapore
2.2.4 Filtri
Ristagno di condensa nei filtri e nelle valvole
2.2.5 Derivazioni dalle tubazioni
Installazione delle derivazioni
2.2.6 Prese di vapore e tasche di separazione
Corretta installazione delle prese di vapore
................................................16
2.3 PERCORRENZE IN SALITA ...................................................................................................................................................... 21
Installazione 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, tipi
2.4.1.1 Scaricatori termodinamici (TD)
2.4.1.2 Scaricatori a galleggiante
2.4.1.3 Scaricatori a secchiello rovesciato
2.4.1.4 Scaricatori termostatici
SEZIONE 3 - DILATAZIONI, SUPPORTI E COIBENTAZIONI .................................................................... 26
3.1 SPAZIO PER LE DILATAZIONI ................................................................................................................................................. 26
Coefficienti di dilatazione (α)
3.1.1 Dilatazione delle tubazioni
Diagramma delle dilatazioni di tubazioni di acciaio dolce
Pretensione delle tubazioni per permettere le dilatazioni
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3.2 ACCESSORI PER TUBAZIONI E SUPPORTI ........................................................................................................................ 29
3.2.1 Giunto a ricciolo completo
Dilatatore a ricciolo completo
3.2.2 Giunto ad omega
Dilatetore ad omega
3.2.3 Giunto di dilatazione in acciaio
Dilatatore a scorrimento
3.2.4 Giunto a soffietto flessibile
Dilatatore a soffietto flessibile
3.2.5 Uso dei soffietti di dilatazione
Installazione dei soffietti
3.2.6 Punti di ancoraggio
Punti fissi
3.2.7 Raccomandazioni sulla distanza di installazione dei supporti delle tubazioni
Supporti delle tubazioni
3.3 SPURGO DELL’ARIA ................................................................................................................................................. 34
Terminazione di una tubazione di vapore
3.4 RIDUZIONE DELLE DISPERSIONI TERMICHE .................................................................................................................... 35
Emissioni termiche da tubazioni nude
Conducibilità termica di materiali di coibentazione
3.5 CALCOLO DELLO SCAMBIO TERMICO ................................................................................................................................ 36
SEZIONE 4 - DOMANDE ......................................................................................................................... 38
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SEZIONE 1 - INTRODUZIONE
In questo manuale sono descritti i metodi usati per la distribuzione del vapore dal luogo di
produzione al punto di utilizzo. Il luogo di produzione può essere una centrale termica oppure il punto di consegna di un impianto di cogenerazione. Le caldaie della centrale termica
possono utilizzare combustibili primari (ad es. nafta pesante, gasolio, gas naturale, carbone
ecc.) oppure essere caldaie a ricupero che utilizzano gas di scarico di processi industriali ad
alta temperatura, di motori oppure di inceneritori. Qualunque sia il modo di produzione del
vapore, un buon sistema di distribuzione è essenziale per assicurare un vapore di appropriata qualità e pressione e nella prevista quantità agli apparecchi utilizzatori finali.
Discuteremo inoltre alcune delle scelte che devono essere fatte ed alcune applicazioni che
possono presentare problemi arrivando a proporre soluzioni che si sono dimostrate razionali
ed efficaci.
Vedremo inoltre come sia importante mantenere secco il vapore saturo durante la sua distribuzione per ottenere il massimo risultato nelle applicazioni relative a scambiatori di calore
oppure per riscaldamento di ambienti.
1.1 Nozioni fondamentali sul vapore
A chi non è molto addentro a questi problemi chiediamo di comprendere che cosa sia un
sistema di distribuzione vapore ed un circuito vapore/condensa. Il flusso del vapore in un
circuito è dovuto alla condensazione del vapore stesso, la condensazione provoca una riduzione di volume ed una caduta di pressione. Questa caduta di pressione causa il flusso del
vapore nelle tubazioni.
Il vapore generato da una caldaia deve essere distribuito attraverso tubazioni fino al punto
nel quale è richiesta la sua energia termica. All’inizio della distribuzione vi possono essere
una o più tubazioni principali le quali convogliano il vapore nella direzione in cui sono localizzati gli utilizzatori. Da queste tubazioni principali sono derivate tubazioni secondarie (generalmente di diametro minore) che sono collegate alle singole apparecchiature che utilizzano
il vapore.
Allorchè si apre la valvola di caldaia (necessariamente in modo lento) il vapore passa immediatamente dalla caldaia nelle tubazioni principali. Queste tubazioni sono inizialmente fredde per cui il vapore cede parte del suo calore riscaldandole. Anche l’aria circostante le
tubazioni è inizialmente fredda, cosicchè le tubazioni iniziano a disperdere energia termica
nell’aria. Questa dispersione causa una ulteriore condensazione del vapore (chiamata “carico o perdita di esercizio”) in aggiunta a quella del vapore condensato per il riscaldamento
iniziale della tubazione stessa (chiamata “carico di avviamento “ oppure “perdita di riscaldamento”).
Il condensato risultante si raccoglie sul fondo della tubazione e viene trascinato sia dal flusso
di vapore che per gravità, in virtù di una adeguata pendenza che si assicura alla tubazione
lungo la direzione del flusso stesso. Il condensato dovrà quindi essere scaricato dal punto
più basso della tubazione principale.
All’apertura della valvola di intercettazione del vapore dell’apparecchio utilizzatore il vapore
entra nell’apparecchio stesso e viene in contatto con superfici più fredde alle quali cede il
suo calore (o entalpia) di evaporazione riscaldando l’apparecchio (carico di avviamento)
continuando poi a trasferire energia termica al processo (carico di esercizio) e naturalmente
diventa condensato.
Vi è quindi un flusso continuo di vapore dalla caldaia per alimentare l’apparecchio e per
mantenere questo flusso si deve generare continuamente vapore. La continuità del processo
è ottenuta alimentando proporzionalmente la caldaia sia con combustibile che con acqua
per integrare quella che è stata trasformata in vapore.
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Vapore
Apparecchi
di scambio termico
Sistema di
riscaldamento
Condensa
Vapore
Processo
Scambiatori
di calore
Vapore
Acqua di
integrazione
Pompa
alimento
Serbatoio di
alimentazione
Condensa
Caldaia
Fig. 1.1 Circuito tipico di produzione e distribuzione vapore
1.2 Scelta della pressione di esercizio
Il sistema di distribuzione del vapore è il collegamento essenziale fra il sistema di produzione
e l’utilizzatore del vapore stesso. Esso deve fornire vapore della migliore qualità alla pressione necessaria ed alla portata richiesta, con le minori possibili dispersioni di energia termica
e naturalmente dovrà poter essere realizzato a costi contenuti.
Noi sappiamo che per i processi industriali e per il riscaldamento si deve usare vapore saturo
secco (e non surriscaldato e tantomeno umido) e questo sarà il nostro obiettivo. La pressione nel sistema di distribuzione del vapore è determinata dalla pressione più alta richiesta
dalle utenze nel punto dell’impianto in cui si trovano; dobbiamo tuttavia ricordare che il vapore che fluisce nelle tubazioni perderà parte della sua pressione a causa della resistenza al
flusso ed anche perché parte di esso condenserà a causa delle dispersioni di linea. Tutti
questi fattori devono essere attentamente considerati quando si decide quale deve essere la
pressione 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. Ne
consegue che producendo vapore ad una pressione più elevata di quella richiesta dalle
utenze e distribuendolo a questa pressione saranno sufficienti tubazioni di diametro più piccolo a parità di portata richiesta.
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1.2.1 Distribuzione ad alta pressione
Distribuendo vapore ad alta pressione dovremo poi ridurre la pressione nel punto di utilizzo
secondo 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” e
l’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 conseguente alla riduzione di pressione.
5. Il generatore di vapore può funzionare a pressione maggiore, corrispondente al suo migliore rendimento.
6. Si aumenta l’energia latente del generatore di vapore, il che permette al generatore stesso di affrontare variazioni di carico senza il pericolo di aumento di pressione oppure
di trascinamenti liquidi (si veda la sezione “Generatori di vapore”).
1.3 Dimensionamento delle tubazioni
Nel dimensionamento delle tubazioni esiste la tendenza naturale di scegliere il diametro
delle tubazioni pari al diametro degli attacchi delle utenze cui collegare l’adduzione del vapore. Si trascura il fatto che spesso queste dimensioni sono previste per condizioni di pressione
e 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 80
mm è superiore del 44% del costo di installazione di una tubazione del diametro di 50 mm
che sarebbe stata di capacità adeguata alle necessità. Il costo della coibentazione di una
tubazione di 80 mm è del 21% maggiore di quello di una tubazione di 50 mm ed inoltre le
perdite di energia termica sono maggiori del 50%.
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Il
•
•
•
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delle tubazioni comporta:
maggiore velocità del vapore, maggiore caduta di pressione e quindi pressione più bassa
di 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 caduta
di 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 totale
del vapore fluente nella tubazione (si ricordi che il volume specifico varia al variare della
pressione), essendo uguale all’area della sezione della tubazione per la velocità:
m3
m
= m2 •
s
s
Se conosciamo la portata massica e la pressione del vapore possiamo facilmente calcolare
la 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 la
portata considerata.
1.3.1 Capacità delle tubazioni alle velocità specifiche
Un esempio tipico dell’aumento di capacità delle tubazioni vapore è mostrato a pag. 9 (portate delle tubazioni alle velocità specifiche) dove viene indicato che la capacità delle tubazioni 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 generalmente
adatto a linee di derivazione corte ed una velocità attorno a 15-20 m/s è generalmente
adatta alle tubazioni principali di distribuzione.
1.3.2 Spessore delle tubazioni e diametri standard
Lo spessore delle tubazioni comunemente usate è basato su quelli formulati dall’American
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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 di
150 mm (6 inches) o di diametro minore è specificata la “schedula 40”. Solamente le “schedule
40” 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 “schedula
40” oppure la “schedula 80”. Le norme internazionali riportano le tabelle delle “schedule” mettendo a disposizione del progettista diametri nominali e spessori in millimetri delle tubazioni da
utilizzare. Lo spessore delle tubazioni deve essere calcolato usando l’equazione:
p•D
20S+p
t =
dove:
t
p
D
S
=
=
=
=
spessore in millimetri relativo alla pressione interna di progetto
pressione interna di progetto in bar (105 N/mm2)
diametro esterno della tubazione in millimetri
carico di sicurezza di progetto in N/mm2 (MN/m2)
Pressione Velocità
Bar
m/s
0,4
0,7
1
2
3
4
5
6
7
8
10
14
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
15
25
40
Diametro nominale / diametro interno
15
15,8
9
14
23
10
17
28
12
20
32
18
29
47
23
38
61
28
47
75
34
56
90
39
65
104
44
74
118
49
82
131
60
100
160
80
134
214
20
20,93
15
25
40
18
30
48
21
35
56
31
51
82
40
67
107
50
83
132
59
98
157
68
114
182
77
129
206
86
144
230
105
175
280
141
235
375
25
26,64
2
41
66
29
49
78
34
57
91
50
83
133
65
109
174
80
134
215
96
159
255
111
184
295
125
209
334
140
233
373
170
283
453
228
380
608
32
35,04
43
71
113
51
85
136
59
99
158
86
144
230
113
188
301
139
232
371
165
276
441
191
319
511
217
362
579
242
404
646
294
490
785
394
657
1052
40
40,9
58
97
154
69
115
185
81
134
215
118
196
314
154
256
410
190
316
506
225
375
601
261
435
696
296
493
788
330
550
880
401
668
1069
537
896
1433
50
52,5
95
159
254
114
190
304
133
221
354
194
323
517
254
423
6761
313
521
833
371
619
990
430
716
1146
487
812
1299
544
906
1450
660
1101
1761
886
1476
2362
65
62,7
136
227
363
163
271
434
189
315
505
277
461
737
362
603
964
446
743
1189
529
882
1411
613
1022
1635
695
1158
1853
775
1292
2068
942
1570
2512
1263
2105
3368
80
77,92
201
350
561
251
419
671
292
487
779
427
712
1139
559
931
1490
689
1148
1836
817
1362
2180
947
1578
2525
1073
1788
2861
1198
1996
3194
1455
2425
3880
1951
3251
5202
100
102,26
362
603
965
433
722
1155
503
839
1342
735
1226
1961
962
1603
2565
1186
1976
3162
1408
2347
3755
1631
2718
4348
1848
3080
4928
2063
3438
5501
2506
4176
6682
3360
5600
8960
125
128,2
569
948
1517
681
1135
1815
791
1319
2110
1156
1927
3083
1512
2520
4032
1864
3106
4970
2213
3688
5901
563
4271
6834
2904
4841
7745
3242
5403
8645
3938
6563
10502
5281
8801
14082
150
154,05
822
1369
2191
983
1638
2621
1142
1904
3046
1669
2782
4451
2183
3639
5822
2691
4485
7176
3195
5325
8521
3700
6167
9867
4194
6989
11183
4681
7802
12484
5686
9477
15164
7625
12708
20333
Fig. 1.3.2.1 Tabella delle portate vapore in kg/ora delle tubazioni alle velocità specifiche
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Il materiale delle tubazioni comunemente usato è l’acciaio dolce (grado 620), ma il grado
può variare in conformità delle esigenze delle applicazioni. Il carico specifico di progetto
deve essere calcolato con l’equazione sopra indicata per avere un’indicazione dello spessore della tubazione, ma può essere reperito sulle norme di unificazione DIN-BS-ecc. riferentesi
alle tubazioni per impieghi termici ed in connessione con caldaie.
Gli sforzi variano grandemente con la temperatura e questa è un parametro importante per
la scelta del carico specifico di progetto.
Occorre anche considerare gli sforzi che possono concentrarsi nei punti di ancoraggio delle
tubazioni ma, se il progetto è fatto in modo adeguato, ciò può essere trascurato, scegliendo per
il progetto dei carichi specifici conservativi. La tubazione inoltre dovrebbe avere uno spessore
sufficiente 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 valutare se la tubazione da adottare è delle corrette dimensioni!
Un sistema comunemente usato per la identificazione dello spessore delle tubazioni è quello di
marcare le estremità con bande colorate, come previsto dalle tabelle internazionali di unificazione applicabili a tubazioni di acciaio di grado specifico, con banda rossa per quelle di spessore
maggiore e banda blu per quelle di spessore medio. Le tubazioni con banda rossa sono quelle
più comunemente usate per la distribuzione del vapore, mentre quelle con banda blu sono più
comunemente usate per la distribuzione di aria compressa. I tubi di lunghezza minore di 4 m hanno
soltanto una banda colorata mentre quelli di lunghezza compresa tra 4 e 7 m hanno due bande
colorate, 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 carico
Dobbiamo considerare le perdite di carico o di pressione che si verificano nelle tubazioni
come conseguenza del flusso. E’ consigliabile l’uso delle tabelle di pag. 12 che permettono di
ottenere al riguardo informazioni più accurate e complete. Nelle pagine successive faremo
poi alcuni esempi teorici e pratici in modo che si possano capire i criteri usati per il
dimensionamento delle tubazioni.
Esempio 1
Supponiamo di avere una pressione iniziale di 7 bar ed una pressione di 6,4 bar al termine
della tubazione. Il fattore di pressione (P1) rilevabile dalle tabelle per il dimensionamento
delle tubazioni è di 56,38 corrispondente alla pressione iniziale e di 48,48 (P2) in corrispondenza della pressione finale.
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P1
P2
Senso del flusso
L
Fig. 1.4.1 Caduta di pressione in funzione della lunghezza della tubazione
P1 - P2 = F (Fattore di perdita di carico)
L
Se supponiamo che la lunghezza della tubazione (comprensiva di curve e derivazioni ) sia di
263 metri, avremo:
P1 - P2
(56,38 - 48,48)
= F =
= 0,03
L
263
Nota per il docente: I calcoli relativi saranno meglio comprensibili se fatti sulla lavagna con la relativa diapositiva proiettata. I fattori di pressione mostrati sono calcolati
con equazioni teoriche (guida CIBSE-C4-67) che usano numeri di Reynolds, viscosità
e rugosità delle tubazioni di acciaio. Questi valori sono calcolati entro un certo campo
di pressioni e di velocità e quindi sono sufficientemente accurati per l’uso del
dimensionamento delle tubazioni di distribuzione vapore.
Per esempio, usando la tabella delle portate e dei fattori di caduta di pressione, partendo dalla colonna (F) di sinistra per 0,030 e andando sulla colonna di destra corrispondente vediamo che, per una tubazione di diametro di 65 mm, si ha una portata di
vapore 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 essere
facilmente convertito per avere la velocità reale corrispondete ad altri volumi specifici.
y=
velocità reale
volume specifico attuale
Pertanto, se il fattore di velocità (y) = 80,6 m/s e la pressione del vapore è di 7 bar, con
un volume specifico di 0,240 m3/kg con il metodo di sostituzione avremo che la velocità
reale è di
80,6 • 0,24 = 19,3 m/s
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Diametro nominale (mm)
F
15
0.020 x
9.8
20
25
32
40
30.16 63.75 114.7 189.3
50
65
80
100
125
150
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
0.025 x 10.99 33.48 70.73 127.3 209.8 459.7 834.6
y
23
32.8
0.030 x
12
36.78 77.23 137.9 229.9 501.1 919.4
y 25.11 36.03
0.08 x 21.1
y 44.1
40.02 43.97 51.39 65.03
43.7
73.2
175
200
92.41 107.5 122.3 135.6 147.3
160
250
172
300
193.3
1367
2970
83.7
101.7 118.9
135
1480
3624
5884
9792 14481 20917 28595 37967 62522
129
149.9 163.5 179.5
47.63 56.31 70.89 80.64 90.62 111.8
5422
225
8817 13296 19332 26357 34750 56581
150.1 165.9
62.3
135
245
402
873
1594
2599
5688 10249 16672 24518 36532
61
76.3
86.7
98.5
124
140
159
195
225
255
277
179.3
194.5
190.5
206.6
216.5
239.3
314
Fig. 1.4.2 Portate e fattori di perdita di carico delle tubazioni (estratto)
Pressione ba r g
Volume m3 / kg
Fattore di pressione
6
6 .1
6 .2
6 .3
6 .4
6 .5
6 .6
6 .7
6 .8
6 .9
7
7 .1
7 .2
7 .3
7 .4
7 .5
7 .6
7 .7
7 .8
7 .9
8
0 .2 7 2
0 .2 6 9
0 .2 6 5
0 .2 6 1
0 .2 5 8
0 .2 5 5
0 .2 5 2
0 .2 4 9
0 .2 4 6
0 .2 4 3
0 .2 4
0 .2 3 7
0 .2 3 5
0 .2 3 2
0 .2 2 9
0 .2 2 7
0 .2 2 4
0 .2 2 2
0 .2 1 9
0 .2 1 7
0 .2 1 5
43.54
44.76
45.98
47.23
48.48
49.76
51.05
52.36
53.68
55.02
56.38
57.75
59.13
60.54
61.96
63.39
64.84
66.31
67.79
69.29
70.8
Fig. 1.4.3 Tabella dei fattori di pressione (estratto)
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Esempio 2
Come esempio pratico usiamo il calcolo della caduta di pressione per determinare il diametro della tubazione principale del vapore di cui alla figura 1.4.4.
195 m + 10% = 214 m
lunghezza equivalente della tubazione
Batteria di riscaldamento
6,6 bar g 270 kg/h
Caldaia
7 bar g 289 kg/h
Fig. 1.4.4
Lunghezza
Conoscendo la distanza fra una caldaia ed una batteria di scambio termico, noi dobbiamo
tener conto della resistenza relativa ai componenti ed agli accessori montati sulla tubazione
che li collega. E’ conveniente esprimere il valore di tale resistenza in metri di lunghezza
equivalente di tubazione, per cui, ad esempio, una valvola a globo presenta una resistenza
al flusso corrispondente a x metri di tubazione diritta.
Se fosse conosciuto il diametro della tubazione principale, la lunghezza equivalente da aggiungere alla lunghezza corrispondente alla distanza, relativa ai componenti, sarebbe
calcolabile, 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 lunghezza equivalente proporzionale da aggiungere per la raccorderia ed accessori vari potrebbe verosimilmente essere del 10%.
Per una tubazione simile, ma di lunghezza inferiore, la lunghezza equivalente da aggiungere
potrebbe essere attorno al 20%.
Poiché il nostro esempio è relativo al primo caso, alla lunghezza di 195 m aggiungeremo il
10% (19 m) = 214 m.
Portata vapore
Un’ulteriore supposizione deve essere fatta relativamente alle dispersioni di energia termica
della tubazione principale.
La batteria di scambio richiede una portata vapore di 270 kg/h, per cui al flusso nella tubazione principale a questa quantità dobbiamo aggiungere la quantità di vapore condensato relativa alle dispersioni. Il diametro della tubazione principale non è ancora stato determinato per
cui non è possibile fare un calcolo definitivo della dispersione e quindi della portata vapore
necessaria, ma se supponiamo che la tubazione sia coibentata, è ragionevole ritenere suffi-
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ciente l’aggiunta per perdite corrispondenti all’1% della portata ogni 30 m di tubazione.
Nel nostro esempio
214 m
1
•
= 7,1%
30 m
100
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 = 56,38
a 6,6 bar
P2 = 51,05
e
lunghezza equivalente
L = 214 m
quindi:
F=
P1 - P2
L
=
(56,38 - 51,05)
214
= 0,025
Dalle tabelle della capacità delle tubazioni e delle cadute di pressione ricaviamo, per un
fattore F = 0,025, che:
una tubazione da 40 mm di diametro avrebbe una portata di 209,8 kg/h
una 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 errore di progetto
che una possibile espansione dell’impianto.
•
Qualora il valore calcolato di F sia compreso tra due di quelli indicati nella tabella, sarà
possibile fare una interpolazione con discreta precisione anche se l’espressione di calcolo
dei valori tabulati non è perfettamente lineare. Inoltre, va tenuto conto che le tubazioni sono
prodotte soltanto nelle dimensioni standard (come mostrato nella tabella), per cui approssimazioni sono comunque inevitabili.
Effettuiamo ora la verifica della velocità.
Abbiamo visto precedentemente che i dati di cui alla linea “y” rappresentano i fattori di
velocità 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 di
459,7 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
65
=
y
459,7
289
y = 40,86
Poiché il vapore a 7 bar ha un volume (ricavato dalla tabella dei fattori di pressione) di 0,24
m3/kg la velocità reale dell’esempio sopra riportato per una tubazione di 50 mm sarà:
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y=
40,86 =
velocità reale
volume specifico attuale
velocità reale
0,24
velocità reale = 9,8 m/s
Si può credere che la velocità di cui sopra sia bassa in confronto con la massima velocità
possibile, bisogna però ricordare che la tubazione del vapore è stata dimensionata in modo
da limitare la caduta di pressione, poiché alla massima velocità possibile è associata una
caduta di pressione molto alta. Vediamo pertanto come avremmo determinato il diametro
della tubazione se avessimo invece usato una velocità di 21 m/s.
Le pressioni intermedie e le velocità possono essere calcolate in questo modo:
y=
velocità reale
volume specifico attuale
Per una velocità di 21 m/s ed una pressione del vapore a 7 bar (volume di 0,24 m3/kg)
y=
21
0,24
= 87,5
Possiamo ora scorrere la tabella delle capacità delle tubazioni e dei fattori di caduta di pressione deducendo in quali condizioni 289 kg di vapore possono essere gestiti con un fattore di
velocità di 87,5.
Le condizioni più prossime sono quelle dalla colonna della tubazione da 40 mm in corrispondenza di un fattore F di 0,08. Usando una tubazione di diametro 40 mm, dato che P1 ed L
sono invariati, mediante la formula
P1- P2
L
= F
determiniamo
P2 = P1 – (F • L) = 56,38 – (0,08 • 214)
P2 = 39,26
Dalla tabella dei fattori di pressione ricaviamo che quanto precede è equivalente ad una
pressione leggermente inferiore a 5,7 bar.
Se si fosse installata una tubazione da 40 mm anziché una da 50 mm la pressione del
vapore alla batteria di scambio termico sarebbe stata ben inferiore alla pressione di
progetto!
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SEZIONE 2 - DERIVAZIONI E SCARICHI
2.1 Tubazioni di derivazione
E’ importante ricordare che le tubazioni di derivazione sono normalmente più corte delle tubazioni principali, perciò è meno necessario determinare il diametro delle derivazioni sulla base della
caduta di pressione. Con una tubazione principale di 250 m di lunghezza, una caduta di pressione limitata a 0,5 bar può essere perfettamente valida perfino se comporta velocità più basse di
quelle previste. Con una tubazione di derivazione di 5 oppure 10 m di lunghezza lo stesso criterio
di dimensionamento porterebbe a valori di 0,01 oppure di 0,02 bar solamente. Questi valori sono
chiaramente insignificanti per cui usualmente si dimensionano le tubazioni di derivazione in modo
da avere velocità maggiori anche se ciò può portare a maggiori cadute di pressione che per
tubazioni 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 molto
corti 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) con
il diametro di tubazione per cui contenere la velocità in presenza di diametri piccoli od aumentarla
con l’aumento del diametro di tubazione.
Per lunghezze sensibili limitare la velocità entro i 15 m/s oppure effettuare il dimensionamento
con la determinazione delle perdite di carico.
2.2 Montaggio degli accessori e localizzazione dei punti di scarico
E’ necessario fare alcune considerazioni sull’appropriato posizionamento ed allineamento delle tubazioni di derivazione e di servizio delle apparecchiature accessorie nonché sugli scarichi o gli sfoghi
d’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 nel
caso che non si provveda all’eliminazione di questa condensa, nel punto d’utilizzo del vapore si avrà
un fluido vettore con una più bassa capacità di scambio termico rispetto a quella che ci si aspetterebbe dal vapore saturo secco.
L’uso di un separatore per la rimozione della condensa è indispensabile ed è mostrato nella figura 2.2.
Flusso
Flusso

Separatore
Separatore
Fig. 2.2 Gruppo per separazione e scarico condensa
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Il dimensionamento dei separatori non è difficile in quanto generalmente si sceglie lo stesso
diametro della tubazione sulla quale vanno installati. Il separatore deve essere corredato di uno
scaricatore automatico di condensa di tipo meccanico, ad esempio a galleggiante, adeguatamente dimensionato.
Il vapore in uscita dalla caldaia condenserà in ragione dell’energia termica dispersa dalla tubazione. La coibentazione ridurrà queste perdite ma anche se la condensazione fosse ridotta al minimo
essa rappresenta comunque una quantità finita che, se non rimossa andrà progressivamente
accumulandosi. Il condensato si formerà in goccioline le quali, unendosi, diventaranno una pellicola sulla parete della tubazione trascinata dal flusso del vapore.
Il condensato si porterà per gravità sul fondo della tubazione, creando in questa zona uno spessore maggiore ed a causa del flusso del vapore si formeranno perfino delle piccole onde, la cui
cresta potrebbe essere trascinata dal vapore sotto forma di spruzzi e gocce. Il risultato finale è
che l’alimentazione delle apparecchiature di scambio viene effettuata con vapore saturo umido
anziché con vapore saturo secco.
2.2.1 Colpi d’ariete
L’acqua formatasi per condensazione si raccoglie e ristagna in tutti i punti più bassi della tubazione: ai piedi delle risalite, in corrispondenza di accessori o raccordi male installati ed in ogni
avvallamento della tubazione creatosi vuoi per inadeguatezza dei supporti o per il cedimento di
punti di ancoraggio. Si forma quindi una ostruzione che viene messa in movimento, sospinta dal
vapore, e scagliata violentemente contro il primo ostacolo incontrato a valle, valvola od altro
apparecchio 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 considerevole
quantità di energia cinetica che viene rilasciata durante l’impatto causando sovrappressioni istantanee, elevata rumorosità e vibrazione: l’insieme è denominato e noto come “colpo d’ariete” che
è in grado di danneggiare, spesso anche gravemente, le tubazioni e le apparecchiature connesse.
Cedimento linea
per inadeguata supportazione
Tappo costituito
dal condensato
Vibrazioni e rumorosità
causati dai colpi d’ariete
Fig. 2.2.1.1 Gli effetti del colpo d’ariete
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Nei punti più bassi, ovvero ad intervalli di circa 30-50 m di lunghe tubazioni “orizzontali”, bisogna creare dei punti di drenaggio ed installare degli scaricatori di condensa. Si
dovrà inoltre assicurare una minima pendenza dei tubi in senso concorde al movimento
del 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 impone
degli abbassamenti progressivi di percorso non accettabili; si dovranno così prevedere 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 3 0/00 e 1,5%;
possono essere variamente influenzate dal tipo e dal percorso della distribuzione: un
valore medio standard suggerito è tra il 4 ed il 5 0/00. Con queste precauzioni si faciliterà
il trascinamento del condensato verso i punti di drenaggio effettuato dal movimento del
vapore lungo la tubazione.
Pendenza 1/250
Vapore
Ritorno
in quota
30 - 50m
Punti di scarico
Flusso del vapore
Fig. 2.2.1.2 Installazione di una lunga tubazione di vapore
2.2.2 Punti di scarico
I punti di scarico costituiti da piccoli fori praticati sul fondo della tubazione vapore di
grande diametro ai quali collegare la tubazione di scarico hanno un effetto limitato. Il
film di condensa che scorre sul fondo è trascinato dal vapore oltre questi fori. Occorre
predisporre dei tronchetti di scarico costituiti da raccordi a T di eguali dimensioni della
tubazione principale che si dimostrano molto più efficaci. Essi sono di grande effetto
pratico per tubazioni fino a 100 mm di diametro. Per tubazioni di diametro maggiore i
tronchetti di scarico possono essere previsti di due o tre misure più piccole fino a
giungere a metà del diametro della tubazione principale per le tubazioni di oltre 200 mm
di diametro. La lunghezza di questi tronchetti di scarico è generalmente 1,5 volte il
diametro ma non inferiore a 200 mm anche con tubazioni di piccolo diametro. La figura
2.2.2 dimostra come sia più efficace lo scarico di condensa con un tronchetto di scarico
di grande diametro rispetto ad un tronchetto di piccolo diametro per il quale è evidente
l’insufficienza allo scopo.
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Flusso del vapore
Condensa
Corretto

Sezione
trasversale
Sacca
Gruppo di scarico
25/30cm
Flusso del vapore
Sezione
trasversale
Sbagliato
Gruppo di scarico

Fig. 2.2.2 Installazione di scaricatori di condensa
L’attacco per lo scarico della condensa è generalmente effettuato a 25/30 mm sopra il fondo
del tronchetto di scarico per evitare il trascinamento di scorie nello scaricatore. Inoltre, il
fondo del tronchetto può essere flangiato o chiuso con un fondello provvisto di tappo di
spurgo. Questo consente alla manutenzione di provvedere alla rimozione delle scorie durante le fermate dell’impianto. Il tronchetto di scarico può anche essere usato per la pulizia e lo
spurgo 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 al
precedente. Le comuni riduzioni concentriche non sono adatte allo scopo perché formano
un ostacolo contro il quale si raccoglie il condensato. La figura 2.2.3 mostra come sia preferibile
usare una riduzione eccentrica in virtù della quale il condensato può proseguire naturalmente
verso il punto di scarico.
Vapore

Corretto
Condensa
Vapore

Sbagliato
Condensa
Fig. 2.2.3 Riduzioni di diametro su tubazioni di vapore
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2.2.4 Filtri
I filtri sono accessori necessari per proteggere le valvole di regolazione dall’ingresso di scorie
e detriti. Come mostrato dalla figura 2.2.4 i filtri installati con il cestello di filtraggio inferiormente alla tubazione si riempiono di condensa specialmente quando le valvole di regolazione
sono chiuse. L’apertura della valvola di regolazione, richiesta dalle variate condizioni di carico
dall’apparecchio, provoca il trascinamento della condensa giacente nel filtro verso gli organi
di otturazione della valvola stessa; la miscela condensa/vapore a queste alte velocità risulta
molto erosiva e può quindi usurare la valvola e comprometterne la tenuta. È questo un vero
e proprio fenomeno erosivo causato dalla presenza dell’acqua nel vapore che si muove ad
altissima velocità tra sede ed otturatore. Questo fenomeno è esaltato in modo particolare
nelle valvole sovradimensionate e spesso è erroneamente imputato all’azione del vapore
anziché al condensato. Ciò può essere evitato semplicemente montando il filtro rivolto non
sotto la tubazione ma orizzontalmente. D’altro canto però se il vapore è molto umido causa
punti di scarico insufficienti “l’erosione” può ugualmente avvenire.
Valvola di
regolazione
Filtro
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 costituiscono
un punto di raccolta della condensa che impedisce al condensato di fluire verso il successivo
punto di scarico. Le valvole quindi dovranno essere montate con asse orizzontale od inclinato
così che la raccolta di condensa potrà essere notevolmente ridotta o addirittura evitata.
2.2.5 Collegamento delle derivazioni
Vapore
Vapore
Condensa


Sbagliato
Corretto
Fig. 2.2.5 Installazione di derivazioni
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Le derivazioni effettuate dalla parte superiore della tubazione principale permettono di prelevare vapore il più secco possibile. Se la derivazione fosse installata su un lato della tubazione
o, peggio, sul lato inferiore essa diventerebbe punto di raccolta della condensa. Il risultato
sarebbe quindi che l’apparecchiatura dell’impianto verrebbe alimentata con vapore umido.
2.2.6 Derivazione verso il basso
Tubazione
principale
Valvoladi
intercettazione
Gruppo di filtraggio e scarico
Fig. 2.2.6 Corretta derivazione da una tubazione di vapore
Ovviamente si possono avere punti bassi anche nelle linee derivate. La situazione più comune è uno stacco verso una valvola di intercettazione o di regolazione. Il condensato che si
accumula a monte di queste valvole sarà, alla loro apertura, trascinato e si mischierà con il
vapore.
E’ pertanto necessario costituire un punto di drenaggio con relativo scaricatore automatico
come 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 il
proprio cammino e sarà quindi derivato vapore il più secco possibile.
2.3 Percorrenze in salita
Non è infrequente dover installare una tubazione di vapore nel percorso della quale si incontrano ostacoli causati dalla conformazione del terreno, costruzioni o strutture da superare per
cui non è possibile installare una tubazione orizzontale od in pendenza verso la direzione del
flusso come precedentemente visto. Nei casi meno critici può essere sufficiente creare una
tubazione di raccordo verticale la cui altezza sia riferita al punto più alto da superare e di qui
proseguire con pendenza verso il basso. Vi sono tuttavia casi in cui è solo possibile installare
la tubazione con pendenza verso l’alto (piuttosto che verso il basso) in opposizione al flusso
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m
15
30-50 m
Velocità del vapore
fino a 40 m/s
30-50 m
Aumento del diametro della tubazione
di modo che la velocità del vapore
sia ridotta a 15 m/s
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 assicurarsi che la tubazione sia di diametro tale, almeno nella parte in pendenza, da limitare la
velocità del vapore a non più di 15 m/s.
Similmente nel tratto in contropendenza anche la distanza tra due punti successivi di scarico
della condensa dovrà essere ridotta a circa 15 m. Lo scopo è quello di evitare l’aumento di
spessore della pellicola di condensato entro la tubazione fino al punto in cui il vapore, che si
muove in contro corrente, possa trascinare le gocce di condensato (come abbiamo visto
succedere nel caso in cui vapore e condensato fluiscano nella medesima direzione).
2.4 Drenaggio di tubazioni di distribuzione
Gli scaricatori di condensa usati per le tubazioni di distribuzione vapore devono essere adatti
alla massima pressione prevista ed avere una capacità di scarico sufficiente per scaricare il
condensato 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 noto
può essere facilmente trovato. La quantità di condensato che lo scaricatore deve eliminare nelle
condizioni di esercizio (cioè considerando solo le dispersioni di energia termica della tubazione)
possono essere calcolate o rilevate con sufficiente precisione dalla tabella “Energia termica per
riscaldamento 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 caldaia
spesso 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 circa
il 10% della portata nominale di vapore prodotto dalla caldaia. Per gli altri scaricatori localizzati lungo la linea, mantenendo valido l’intervallo di circa 50 m tra di essi precedentemente
raccomandato, la quantità di condensato da scaricare è normalmente coperta dalla portata di
uno scaricatore da 1/2" del tipo a bassa capacità. Solo in caso di applicazioni (abbastanza
rare) con alte pressioni (oltre i 70 bar) combinate con grandi diametri di tubazione saranno
necessari scaricatori con maggiore capacità di scarico.
Il problema deve essere considerato con maggiore attenzione quando il sistema venga avviato ed arrestato con una certa frequenza. Le tabelle riportano altresì le quantità di condensato
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formatosi per il riscaldamento della tubazione da freddo alla temperatura di esercizio. Poiché
queste cifre sono espresse in unità di massa e non in portata, bisogna tenere conto anche
del tempo necessario al riscaldamento del processo. Per esempio se una tubazione è portata
alla pressione di esercizio in 20 minuti, la quantità oraria da considerare sarà il triplo delle
cifre indicate in tabella (60/20 = 3 volte).
Durante la prima fase del riscaldamento la formazione di condensa sarà almeno uguale alla
quantità media di cui sopra. Tuttavia la pressione all’interno della tubazione sarà di poco
superiore alla pressione atmosferica, forse 0,05 bar. Questo significa che la capacità dello
scaricatore sarà corrispondentemente ridotta. Nei casi in cui si hanno frequenti avviamenti
del processo la scelta più appropriata può essere quella di uno scaricatore da 1/2" con
capacità di scarico normale. Scaricatori più grossi sono inutilmente più costosi e quando si
guastano hanno la possibilità potenziale di maggiori perdite di vapore.
Pressione
vapore
(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
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
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
10
11
Tubazione principale del vapore (mm)
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 distribuzione 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 ad
una molto prossima, a meno che non si sia previsto il montaggio con lunghe tasche di
raccolta e raffreddamento.
Ciò significa che la scelta del tipo di scaricatore è spesso fatta tra quelli di tipo meccanico
quali quelli a galleggiante/termostatico od a secchiello rovesciato oppure tra quelli di tipo
termodinamico.
2.4.1.1. Scaricatori di tipo termodinamico (TD)
Nei casi in cui le tubazioni principali sono installate all’esterno ed esiste quindi la possibilità di danni derivanti dal gelo, è conveniente la scelta di scaricatori di tipo termodinamico
poiché anche se l’installazione è tale da lasciare del condensato nello scaricatore alla
fermata dell’impianto ed anche nell’eventualità che questo condensato dovesse gelare lo
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scaricatore può essere sgelato e posto in funzionamento senza danni o precauzioni particolari. Lo scaricatore di tipo termodinamico scaricherà più facilmente l’aria se installato
con la testa di comando verso il basso, e se è previsto lo scarico per gravità, in questa
posizione eliminerà più facilmente il condensato alla fermata dell’impianto. Gli svantaggi
in questo caso sono inerenti alla pulizia del filtro, poiché vi è il pericolo che le sostanze
trattenute dal filtro ricadano nella tubazione, ed alla possibilità di maggiori usure del seggio poiché per richiudersi lo scaricatore necessita di una più alta velocità del fluido. E’
quindi consigliabile l’installazione degli scaricatori nella posizione normale anziché quella
rovesciata utilizzando modelli provvisti di dispositivi che ne potenziano la sensibilità
all’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 una
costruzione volta allo scopo.
Gli scaricatori di questo tipo sono particolarmente adatti quali scarichi automatici di separatori
installati 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 le
caratteristiche apprezzate di questo tipo di scaricatore, la cui versatilità di applicazione è molto
vasta, 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 gas
incondensabili contenuti nel vapore.
Fig. 2.4.1.2
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2.4.1.3. Scaricatori a secchiello rovesciato
Per la loro robusta costruzione e specialmente per lunghe tubazioni di grande diametro ed in
servizio continuo, gli scaricatori a secchiello rovesciato sono i più adatti allo scopo. Speciale
attenzione va rivolta all’impiego di questi scaricatori su tubazioni vapore corte e di piccolo
diametro poiché si portebbero verificare condizioni di basso carico che portano alla perdita
della condensa di tenuta, cosa che causa in definitiva perdite di vapore vivo. La figura 2.4.1.3
mostra uno scaricatore tipicamente usato per lo scarico di condensa dalle tubazioni di distribuzione 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 pressioni
equilibrate.
Questi apparecchi sono di piccole dimensioni, sono inoltre leggeri e, rispetto alla loro
dimensione, hanno grande capacità di scarico. La valvola è completamente aperta a
freddo permettendo quindi lo scarico dell’aria all’avviamento ed il massimo scarico di
condensato nel momento di maggior carico.
Questo tipo di scaricatore non è soggetto a congelamento se montato all’aperto, a
meno che la tubazione a valle non sia in risalita formando una colonna di condensa
che allagherà lo scaricatore nel momento in cui il vapore verrà intercettato.
Fig. 2.4.1.4
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SEZIONE 3 - DILATAZIONI, SUPPORTI E COIBENTAZIONI
3.1 Spazio per le dilatazioni
Sebbene tutte le tubazioni siano installate a temperatura ambiente, al passaggio di fluidi
caldi quali acqua, vapore od altro si riscaldano assumendo una temperatura prossima a
quella del fluido convogliato; a causa dell’innalzamento di temperatura, i tubi sono soggetti
a dilatazioni, specialmente in lunghezza. L’entità della dilatazione può essere facilmente
calcolata per mezzo della equazione sotto riportata oppure può essere desunta da apposite tabelle.
Nei casi in cui uno scaricatore di condensa scarica condensato in una tubazione che è
parallela alla tubazione del vapore si deve considerare la differenza delle dilatazioni tra le
due tubazioni poiché le temperature del vapore e del condensato saranno molto diverse, in
special modo all’avviamento dell’impianto: si verificheranno dei movimenti relativi tra i diversi punti. Il problema della dilatazione è affrontato prevedendo l’ancoraggio delle tubazioni a “punti fissi” ed interponendo elementi flessibili sagomati oppure predisponendo
l’inserimento di soffietti, dilatatori, ecc. La sagomatura delle tubazioni consiste nel creare
una forma elastica generalmente ad omega (Ω) e comunque dipendente dal diametro e
dalla lunghezza della tubazione, in modo che sia possibile assorbire le dilatazioni senza
compromettere l’integrità della tubazione stessa.
Il problema delle dilatazioni è di particolare importanza nei lunghi percorsi rettilinei mentre
è meno pressante per le piccole diramazioni in cui i percorsi sono spezzati da curve e
cambiamenti di direzione.
Per le installazioni all’interno di edifici, in genere le tubazioni sono costrette a così tante
curve o percorsi poco rettilinei per cui possono senz’altro assorbire le dilatazioni che si
generano per effetto delle variazioni di temperatura del fluido.
La tabella di seguito riportata indica i coefficienti di dilatazione validi per i metalli più comuni usati nella fabbricazione delle tubazioni.
Calcolo della dilatazione lineare di una tubazione:
Dilatazione (ΔL) = Lo • Δt • α (mm)
in cui:
Lo
1000
= 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 (
Campo di variazione -30 - 0
della temperatura
m
m • °C
)
0 - 100
0 - 200
0 - 315
0 - 400
0 - 485
0 - 600
0 - 700
Acciaio dolce
0,1 - 0,2 % C
12.8
14
15
15.6
16.2
17.8
17.5
-
Acciaio legato
1% Cr ½% Mo
13.8
14.4
15.1
15.8
16.6
17.3
17.6
-
Acciaio inox
18% Cr 8% Ni
9.4
20
20.9
21.2
21.8
22.3
22.7
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Fig. 3.1 Coefficenti di dilatazione lineare (α)
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3.1.1. Dilatazioni delle tubazioni
In alternativa al calcolo della dilatazione sopra riportato può essere usato il diagramma
di fig. 3.1.1.1 che, note la temperatura ambiente e la temperatura del fluido, fornisce i
valori di dilatazione in modo sufficientemente accurato. Il diagramma si riferisce a tubazioni in acciaio dolce che è quello più comunemente usato per le tubazioni vapore a
bassa/media pressione e temperatura.
La geometria di installazione delle tubazioni dovrebbe sempre essere tale da garantire
una flessibilità sufficiente ad assorbire le dilatazioni che si generano con il riscaldamento. Nella maggioranza dei casi il percorso di progetto delle tubazioni è tale da garantire
una flessibilità sufficiente ad evitare sforzi meccanici indesiderati ma è bene verificare
attentamente caso per caso. Per alcune realizzazioni è necessario introdurre artifici od
adottare percorsi particolari per acquisire la necessaria flessibilità.
Differenza di temperatura °C
Lunghezza della tubazione (mm)
100
50
220
200
200
300
400 500
100
50
40
30
20
10
5
10
20
30
40
50
100
200
300
1000
400 500
2000
Dilatazione della tubazione (mm)
bar g
o
C
1
2
3
4
5
7,5
10
15
20
25
30
120 133 143 152 158 162 183 200 214 225 235
Temperatura del vapore saturo
Fig. 3.1.1.1
Accorgimenti simili devono essere previsti anche per le tubazioni di scarico condensato
in modo che la derivazione sulla tubazione principale effettuata per il montaggio dello
scaricatore non sia soggetta a sforzi meccanici indesiderati.
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L
Distanziatore
Semidilatazione
calcolata sulla
lunghezza L
Posizione
pretensione a freddo
posizione naturale
posizione a caldo
Fig. 3.1.1.2 Pre-tensione a freddo
L’entità del movimento di una tubazione, che con la dilatazione trascina anche gli apparecchi su di essa montati, può essere ridotta applicando una “pre-tensione a freddo”. 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. “A
freddo”, cioè a temperatura ambiente, è effettuata una pre-tensione alla struttura elastica creata dalla sagomatura della tubazione pari a metà di quella che si verificherà
per effetto dell’aumento di temperatura. Nel caso in cui la temperatura di montaggio sia
superiore od inferiore alla minima di lavoro occorrerà adeguare di conseguenza la pretensione. La pre-tensione sarà in direzione contraria a quella che si verificherà “a caldo” 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 metà
della dilatazione e quindi la tubazione assumerà una posizione esente da sforzi meccanici.
Alla temperatura di esercizio la tubazione si sarà poi dilatata completamente ed assumerà una posizione corrispondente a metà della dilatazione che si sarebbe verificata
senza la pre-tensione iniziale. Ne risulta pertanto che la dilatazione della tubazione
non sarà da 0 a 100% in una direzione ma per effetto della pre-tensione iniziale sarà
da -50% a + 50% con conseguente riduzione degli sforzi meccanici che la dilatazione comporta.
Nella pratica delle installazioni la pre-tensione si realizza interponendo nel giunto
flangiato visto precedentemente un tronchetto di larghezza pari a metà della dilatazione prevista. Quando la tubazione è definitivamente installata ed ancorata ai “punti fissi” si toglie questo tronchetto e si serra il giunto flangiato. Se la dilatazione risultante
non potrà essere assorbita dalla flessibilità della tubazione si dovranno adottare accorgimenti diversi quali ad es. l’inserimento di appositi “giunti di dilatazione”.
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3.2. Accessori per tubazioni e supporti
3.2.1. Giunti elastici a ricciolo
Questi giunti sono semplicemente spezzoni di tubazione sagomati a cerchio e dovrebbero
essere impiegati preferibilmente per tubazioni orizzontali per evitare il ristagno e l’accumularsi del condensato.
Con riferimento alla direzione del flusso, la parte a valle del ricciolo dovrebbe passare sotto
la parte a monte; è importante ordinare esattamente ciò che è richiesto dalla conformazione
dell’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 dilatazione
lineare come avviene in altri tipi di giunti, bensì la pressione interna del fluido tende ad aprire
il ricciolo aggiungendo un carico meccanico alle flange.
Fig. 3.2.1 Giunti elastici a ricciolo
3.2.2. Giunti elastici ad omega
Questo 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 è
solo una debole tendenza a raddrizzare il giunto stesso dovuta alla sua forma, cosa che però
non provoca disallineamento delle flange. Quando questo tipo di giunto viene montato su
tubazione verticale si deve provvedere a scaricare la condensa che si raccoglie nella parte
superiore del giunto.
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3.2.3. Giunti di dilatazione saldati
È possibile realizzare dei giunti di dilatazione utilizzando e saldando tra loro spezzoni di tubo
e curve preformate.
Dilatazione dalla posizione neutrale (mm)
25
400
50
75
125
100
150
175
200
Diametro nominale tubazione (mm)
300
200
100
90
80
70
60
3,5
4,0
4,5
Raggio di
curvatura
= 1,5
diametri
50
40
2W
W
30
25
5,0
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
Pressione massima 17 bar
Temperatura 260°C
W. Metri
Fig. 3.2.3 Diagramma delle dilatazioni assorbibili
Il diagramma indica i movimenti possibili relativamente al diametro delle tubazioni considerate e nel campo di pressioni fino a 17 bar e temperature fino a 260°C; non viene considerata
la “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 la
tubazione sia rigidamente ancorata ai “punti fissi” ed opportunamente guidata.
Area di azione della pressione
Movimento dovuto
alla dilatazione della tubazione
Fig. 3.2.3 Giunto scorrevole
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Le guide assumono importanza fondamentale poiché la pressione del vapore agisce sull’area circolare costituita dalla sezione della tubazione, (tendendo a sfilare e dividere le parti
componenti) in opposizione alla forza esercitata dalla dilatazione lineare; un disallineamento
della tubazione provocherebbe la piegatura del giunto. E’ richiesta inoltre la regolare manutenzione delle guarnizioni di tenuta.
3.2.4. Giunti a soffietto
Il giunto a soffietto ha il vantaggio di essere montato in linea con la tubazione e di non
richiedere guarnizioni di tenuta ma ha anche lo svantaggio che la pressione tende ad allungarlo, come avviene col giunto scorrevole. Pertanto i “punti fissi” e le guide devono essere in
grado 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 soffietto
La figura 3.2.5 mostra come con l’idoneo tipo di giunto e con un adatto montaggio si possano
risolvere problemi di dilatazione e di disallineamento delle tubazioni.
Disallineamento
Flusso del vapore
Movimento assiale
Fig. 3.2.5 Installazione di giunti a soffietto (tipo angolare)
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Si noti che in queste applicazioni i giunti devono essere appositamente previsti e costruiti per
assorbire le dilatazioni assiali e gli spostamenti angolari o laterali della tubazione. E’ altresì
importante che la tubazione sia “guidata” in modo tale che ogni spostamento non alteri la
pendenza 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 figura
3.2.6 due esempi di realizzazione di “punti fissi” o di ancoraggio di tubazioni utilizzando le
stesse flange della tubazione oppure piastre saldate sulla stessa.
Piastra di unione
Piastra di fermo
Piastra di fermo
Flange delle tubazioni
Fig. 3.2.6 Punti di ancoraggio
3.2.7. Raccomandazioni circa la distanza tra i supporti delle tubazioni
E’ ovvio che sia le tubazioni del vapore che quelle del condensato devono essere adeguatamente
supportate. Il numero dei supporti necessari varia in funzione del diametro delle tubazioni, del
materiale di cui sono costituite (es. acciaio oppure rame) e del fatto che l’installazione sia orizzontale oppure verticale.
Generalmente i supporti per le tubazioni dovrebbero essere previsti in accordo con la normativa
e 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 tubazioni, cioè curve, raccordi a T, valvole, flange ad intervalli non superiori a quelli indicati
nella tabella di cui a fig. 3.2.7.1: raccomandazioni circa la distanza tra i supporti per tubazioni in acciaio. Il tipo di giunto installato può richiedere l’adozione di minori distanze; in
questo 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 giunti
flangiati o filettati.
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• Se due o più tubazioni sono ancorate da una staffa comune, la distanza tra i supporti deve
essere quella necessaria per la tubazione di diametro minore.
• Nel caso in cui è prevista una notevole dilatazione, ad es. con lunghezza di tubazione
diritta superiore ai 15 m e con tubazioni di un certo peso, i supporti, come mostrato dalla
figura seguente, dovrebbero essere del tipo a rulli con i “punti fissi” dislocati adeguatamente.
Diametro nominale
Acciaio/Rame
Diametro Diam.esterno
Tubazione orizzontale
(m)
Acciaio dolce
Rame
Tubazione verticale
(m)
Acciaio dolce
Rame
12
15
-
1
-
1.2
15
18
2
1.2
2.4
1.4
20
22
2.4
1.4
3
1.7
25
28
2.7
1.7
3
2
32
35
2.7
1.7
3
2
40
42
3
2
3.6
2.4
50
54
3.4
2
4.1
2.4
65
67
3.7
2
4.4
2.4
80
76
3.7
2.4
4.4
2.9
100
108
4.1
2.7
4.9
3.2
125
133
4.4
3
5.3
3.6
150
159
4.8
3.4
5.7
4.1
200
194
5.1
-
6
-
250
267
5.8
-
5.9
-
Fig. 3.2.7.1 Distanze raccomandate tra i supporti
per tubazioni in acciaio od in rame
Tubazioni verticali: Le tubazioni verticali dovrebbero essere supportate alla base in modo
da resistere al peso totale della parte verticale. I tronchetti di derivazione non devono essere
usati quali attacchi dei supporti poiché ciò causerebbe degli sforzi meccanici inopportuni sui
raccordi a T.
Dilatazioni: E’ importante che i supporti delle tubazioni possano permettere la libera dilatazione e contrazione delle tubazioni stesse ed il loro punto di montaggio non interferisca con
tronchetti 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 6
m 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 tipo
mostrato dalla figura di destra.
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Staffa con
supporto a rulli

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Staffa a briglia
con supporto a rulli
Staffa di supporto a rulli
per due tubazioni
sovrapposte


Fig. 3.2.7.2 Supporti per tubazioni
Tutti i supporti delle tubazioni dovrebbero essere adeguati al diametro esterno della tubazione da supportare. NON è buona pratica usare staffe sovradimensionate che non possono
assicurare il corretto allineamento.
3.3 Spurgo dell’aria
Spesso 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’alimentazione
del vapore si introducono ulteriori quantitativi di aria e gas incondensabili che si trovano disciolti nel vapore stesso. Questi gas, anche se in quantità modesta, se non scaricati, si accumuleranno nella tubazione, negli scambiatori e nelle apparecchiature di
scambio man mano che il vapore condenserà. Negli impianti a vapore l’eliminazione
dell’aria è effettuata con scaricatori di condensa termostatici installati superiormente
al massimo livello raggiungibile dal condensato in modo che possano essere raggiunti
solo da vapore, aria, o miscele aria/vapore. Il punto di applicazione migliore è ai terminali delle tubazioni principali del vapore e sulle principali diramazioni. La figura 3.3
mostra come creare un punto di drenaggio della condensa e di eliminazione dell’aria
su un terminale.
Lo scarico dell’aria può essere convogliato in luogo sicuro con una tubazione dedicata
oppure convogliato nella tubazione del condensato purché sia a ricupero atmosferico
per gravità ed equipaggiato con un serbatoio ventilato.
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Eliminazione d’aria
a pressioni equilibrate
Tubazione di distribuzione del vapore
Aria
Scaricatore
termodinamico
Fig. 3.3 Terminale di una tubazione di distribuzione vapore
L’argomento “Eliminazione dell’aria dal vapore” è appositamente descritto nel manuale “Scarico della condensa e spurgo dell’aria”.
3.4 Riduzione delle dispersioni termiche
E’ evidente che per ottenere la massima efficienza da un sistema di distribuzione vapore si
devono prevedere tutti quegli accorgimenti atti a ridurre al minimo economico le dispersioni
termiche. Lo spessore della coibentazione più economicamente conveniente dipende dai
Differenza
temperatura
vapore/aria
Diametro nominale tubazione (mm)
15
20
25
32
40
o
50
65
80
100
150
W/m
C
50
48
58
71
92
96
118
138
168
208
289
60
61
90
109
109
122
150
177
211
265
70
74
73
90
134
149
182
216
267
323
367
449
80
89
108
131
161
184
221
260
311
417
540
90
100
100
121
148
181
207
249
292
350
469
608
116
140
169
208
234
285
337
400
501
696
110
133
163
196
239
269
331
338
465
593
809
120
153
183
224
274
308
378
445
533
670
140
185
226
274
335
376
461
544
626
821
930
1.141
160
231
280
342
419
469
557
683
803
1.047
1.429
180
274
329
408
494
556
676
808
959
1.190
1.660
200
319
384
475
584
654
781
937
1.113
1.343
1.909
Fig. 3.4.1 Emissioni termiche da tubazioni non isolate
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costi d’installazione, dalla quantità di energia termica trasportata dal vapore, dalle dimensioni
della tubazione e dalla sua temperatura.
I fattori da considerare nella quantificazione e che possono influenzare le dispersioni di
energia termica sono: posizione di installazione, all’aperto o meno, velocità dell’aria che
circonda le tubazioni, presenza di umidità che può aumentare lo scambio termico.
Molte società elaborano e tabulano l’entità più economicamente conveniente dello spessore
della coibentazione con riferimento sia al diametro delle tubazioni usate che alla temperatura di esercizio, applicando i propri costi relativi a impianti specifici. La tabella di fig. 3.4.1
indica le emissioni di energia termica specifica (W/m) di tubazioni nude.
3.4.1 Materiali per coibentazione
Materiali tipici usati per le coibentazione: Lana di vetro e alluminio
Lana di roccia e alluminio
Silicato di calcio
La tabella seguente fornisce i coefficienti di conducibilità termica dei materiali usati per la
coibentazione.
Materiale
Conducibilità termica
W/(m.K)
Temperatura °C
Densità
kg/m3
50
100
300
Silicato di calcio
210
0,055
0,058
0,083
Gomma espansa
65 - 90
0,039
-
-
Lana di vetro
16
48
0,047
0,035
0,065
0,044
-
Lana di roccia
100
0,037
0,043
0,88
190
0,055
0,058
0,082
50
0,023
0,026
-
Ossido
di magnesio
Schiuma di
poli-isocianuro
Fig. 3.4.2 Conducibilità termica dei materiali per coibentazione
3.5 Calcolo dello scambio termico
L’entità della dispersione termica (W) è calcolata usando l’equazione:
Q = U • A • Δt
Dove:
Q =
U =
A =
Δt =
Entità dell’energia dispersa (W)
Coefficiente totale di trasmissione termica (W/m2 K)
Superficie media (m2)
Differenza tra temperatura del fluido e la temperatura ambiente (K)
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Il coefficiente totale di trasmissione termica (U) si può ricavare dalle tabelle oppure si può
calcolare (usando i coefficienti relativi ai materiali di cui alla tabella sopraindicata) in relazione
alle dimensioni della tubazione ed ai materiali di isolamento termico impiegati.
U =Σ k
x
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:
rm =
(r2 + r1)
2
Con questa formula l’uso della media aritmetica dei raggi anziché la media logaritmica è di
poco maggiore del 4% per un rapporto r2 / r1 = 2. Per le tubazioni del vapore e la coibentazione
raramente questo rapporto è maggiore di 2 per cui l’errore commesso è trascurabile.
Per rapporti maggiori di 2 usare:
r2 + r1
rm =
r2
loge
r1
I fattori che maggiormente influenzano il calcolo delle tubazioni vapore per la determinazione della pressione di distribuzione sono:
• Superficie media (A).
Ovviamente maggiore è il diametro della tubazione maggiore sarà l’area media per cui anche lo scambio termico sarà
maggiore.
• Differenza di temperatura (Δt). Maggiore è la differenza di temperatura fra l’ambiente e
l’interno della tubazione maggiore sarà il coefficiente di
scambio. Sappiamo che la temperatura di saturazione
del vapore aumenta con l’aumentare della pressione per
cui lo scambio termico sarà maggiore con l’aumentare
della pressione.
Sembra che questi due fattori portino a conclusioni opposte, ma i calcoli dimostrano che la
dispersione termica aumenta con l’aumento della superficie in modo più che proporzionale
rispetto l’aumento della differenza di temperatura; questa è la ragione principale per cui il
vapore viene distribuito a pressione più elevata che permette l’uso di tubazioni di diametro più
piccolo.
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SEZIONE 4 - DOMANDE
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
Spiegate in termini semplici gli svantaggi derivanti dall’impiego di una tubazione vapore
sovradimensionata.
Una tubazione vapore deve essere installata inclinata verso l’alto, cioè con il condensato
in controcorrente. Qual’è la velocità massima del vapore che dovrebbe essere prevista
ed a quale intervallo devono essere installati i dispositivi di scarico condensa?
Nel dimensionamento di una tubazione come viene considerato il termine “lunghezza
equivalente” della tubazione?
Qual’è la caduta di pressione in una tubazione di vapore da 50 mm, di lunghezza equivalente di 50 m con una portata di 785 kg/h ad una pressione iniziale di 7 bar relativi?
Quale caduta di pressione si avrebbe nell’esempio del punto 4 se la lunghezza equivalente fosse di 300 m anziché di 50 m?
Una tubazione vapore di 100 mm di diametro deve essere dotata di scaricatori di condensa. Che dimensioni deve avere il tronchetto per l’installazione degli scaricatori e quale tipo di scaricatore dovrebbe essere impiegato?
Approssimativamente qual’è l’energia termica occorrente per il riscaldamento iniziale e
l’esercizio di una tubazione vapore di diametro nominale di 200 mm e di lunghezza di 100 m
con vapore saturo a 10 bar g ed una temperatura ambiente di 20°C?
Stabilire il diametro nominale di una tubazione vapore con una portata di 15.000 kg/h di
vapore saturo a 15 bar g la cui lunghezza equivalente è di 700 m.
La tubazione principale del vapore è installata all’esterno di un edificio. La temperatura
ambiente può raggiungere valori inferiori a 0°C. Che tipo di scaricatori di condensa
dovrebbero essere previsti?
Descrivere brevemente cosa occorre prevedere su una tubazione vapore in modo
che essa possa dilatarsi senza produrre danneggiamenti alla tubazione stessa ed ai
relativi supporti.
Una tubazione vapore a 5 bar g è lunga 100 m; che dilatazione è prevista per un
avviamento da freddo?
Indicare a quale distanza dovrebbero essere installati i supporti per le tubazioni sottoindicate:
diametro nominale 40 mm - tubazione in acciaio
diametro nominale 100 mm - tubazione in acciaio
diametro esterno 28 mm - tubazione in rame
diametro esterno 108 mm - tubazione in rame
Che cosa si può prevedere di fare per ridurre le perdite di energia termica su flange e
valvole di tubazioni per vapore e per condensato?
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Tabella A - Fattori di pressione (P) per dimensionamento tubazioni (unità SI)
Pressione
assoluta
bar
Volume
m3/kg
Fattore
di
pressione
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
0,95
1,013
28,192
14,674
10,022
7,649
6,204
5,229
4,530
3,993
3,580
3,240
2,964
2,732
2,535
2,365
2,217
2,087
1,972
1,869
1,777
1,673
0,0301
0,0115
0,0253
0,0442
0,0681
0,0970
0,1308
0,1694
0,2128
0,2610
0,3140
0,3716
0,4340
0,5010
0,5727
0,6489
0,7298
0,8153
0,9053
1,025
1,673
1,601
1,533
1,471
1,414
1,361
1,312
1,268
1,225
1,186
1,149
1,115
1,083
1,051
1,024
0,997
0,971
0,946
0,923
1,025
1,126
1,230
1,339
1,453
1,572
1,694
1,822
1,953
2,090
2,230
2,375
2,525
2,679
2,837
2,999
3,166
3,338
3,514
Pressione
relat. bar
0
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0,55
0,60
0,65
0,70
0,75
0,80
0,85
0,90
Pressione
relativa
bar
0,95
1,00
1,05
1,10
1,15
1,20
1,25
1,30
1,35
1,40
1,45
1,50
1,55
1,60
1,65
1,70
1,75
1,80
1,85
1,90
1,95
2,00
2,05
2,10
2,15
2,20
2,25
2,30
2,35
2,40
2,45
2,50
2,55
2,60
2,65
2,70
2,75
2,80
2,85
2,90
Tabella A - Fattori di pressione (P) per dimensionamento tubazioni (unità SI seguito)
Volume
m3/kg
Fattore
di
pressione
Pressione
relativa
bar
Volume
m3/kg
Fattore
di
pressione
0,901
0,881
0,860
0,841
0,823
0,806
0,788
0,773
0,757
0,743
0,728
0,714
0,701
0,689
0,677
0,665
0,654
0,643
0,632
0,622
0,612
0,603
0,594
0,585
0,576
0,568
0,560
0,552
0,544
0,536
0,529
0,522
0,515
0,509
0,502
0,496
0,489
0,483
0,477
0,471
3,694
3,878
4,067
4,260
4,458
4,660
4,866
5,076
5,291
5,510
5,734
5,961
6,193
6,429
6,670
6,915
7,164
7,417
7,675
7,937
8,203
8,473
8,748
9,026
9,309
9,597
9,888
10,18
10,48
10,79
11,10
11,41
11,72
12,05
12,37
12,70
13,03
13,37
13,71
14,06
2,95
3,00
3,10
3,20
3,30
3,40
3,50
3,60
3,70
3,80
3,90
4,00
4,10
4,20
4,30
4,40
4,50
4,60
4,70
4,80
4,90
5,00
5,10
5,20
5,30
5,40
5,50
5,60
5,70
5,80
5,90
6,00
6,10
6,20
6,30
6,40
6,50
6,60
6,70
6,80
0,466
0,461
0,451
0,440
0,431
0,422
0,413
0,405
0,396
0,389
0,381
0,374
0,367
0,361
0,355
0,348
0,342
0,336
0,330
0,325
0,320
0,315
0,310
0,305
0,301
0,296
0,292
0,288
0,284
0,280
0,276
0,272
0,269
0,265
0,261
0,258
0,255
0,252
0,249
0,246
14,41
14,76
15,48
16,22
16,98
17,75
18,54
19,34
20,16
21,00
21,85
22,72
23,61
24,51
25,43
26,36
27,32
28,28
29,27
30,27
31,29
32,32
33,37
34,44
35,52
36,62
37,73
38,86
40,01
41,17
42,35
43,54
44,76
45,98
47,23
48,48
49,76
51,05
52,36
53,68
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AC/02/01
Pressione
relativa
bar
Volume
m3/kg
Fattore
di
pressione
Pressione
relativa
bar
Volume
m3/kg
Fattore
di
pressione
Pressione
relativa
bar
Volume
m3/kg
Fattore
di
pressione
6,90
7,00
7,10
7,20
7,30
7,40
7,50
7,60
7,70
7,80
7,90
8,00
8,10
8,20
8,30
8,40
8,50
8,60
8,70
8,80
8,90
9,00
9,10
9,20
0,243
0,240
0,237
0,235
0,232
0,229
0,227
0,224
0,222
0,219
0,217
0,215
0,212
0,210
0,208
0,206
0,204
0,202
0,200
0,198
0,196
0,194
0,192
0,191
55,02
56,38
57,75
59,13
60,54
61,96
63,39
64,84
66,31
67,79
69,29
70,80
72,33
73,88
75,44
77,02
78,61
80,22
81,84
83,49
85,14
86,81
88,50
90,90
9,30
9,40
9,50
9,60
9,70
9,80
9,90
10,00
10,20
10,40
10,60
10,80
11,00
11,20
11,40
11,60
11,80
12,00
12,20
12,40
12,60
12,80
13,00
13,20
0,189
0,187
0,185
0,184
0,182
0,182
0,179
0,177
0,174
0,172
0,169
0,166
0,163
0,161
0,158
0,156
0,153
0,151
0,149
0,147
0,145
0,143
0,141
0,139
91,92
93,66
95,41
97,18
98,62
100,75
102,57
104,40
108,10
111,87
115,70
119,59
123,54
127,56
131,64
135,78
139,98
144,25
148,57
152,96
157,41
161,92
166,50
171,13
13,40
13,60
13,80
14,00
14,20
14,40
14,60
14,80
15,00
15,20
15,40
15,60
15,80
16,00
16,20
16,40
16,60
16,80
17,00
17,20
17,40
17,60
17,80
18,00
0,135
0,133
0,132
0,130
0,128
0,127
0,125
0,124
0,122
0,121
0,119
0,118
0,117
0,115
0,114
0,113
0,111
0,110
0,109
0,108
0,107
0,106
0,105
0,104
175,83
180,58
185,40
190,29
195,23
200,23
205,30
210,42
215,61
220,86
226,17
231,54
236,97
242,46
248,01
253,62
259,30
265,03
270,83
276,69
282,60
288,58
294,62
300,72
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Tabella B - Portate delle tubazioni e fattori di perdita di carico (unità SI)
Diametro tubazione
F
0,00016
0,00020
0,00025
0,00030
0,00035
0,00045
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2020
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1983
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287,1
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326,5
x = kg/h - portata
y = m/s - velocità con volume di 1 m3/kg
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