6. OTTIMIZZARE LE TRASFORMAZIONI DELL`ENERGIA AI

6. OTTIMIZZARE LE
TRASFORMAZIONI DELL'ENERGIA
AI CONFINI DEL SITO
LE CENTRALI TERMICHE E I
TRASFORMATORI ELETTRICI
CSE SRL
VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
FAX 0382 528851
* e.mail [email protected]
sito internet: www. cseit.it
CSE SRL
LE CENTRALI ELETTRICHE-GENERALITÀ
LA MAGGIOR PARTE DELL'ENERGIA ELETTRICA ACQUISTATA DA UNA
AZIENDA IN MEDIA TENSIONE MT O IN ALTA TENSIONE AT VIENE
TRASFORMATA
AI
CONFINI
DI
STABILIMENTO
MEDIANTE
TRASFORMATORI (AT/MT; MT/BT). ESISTONO UTENZE PARTICOLARI CHE
VENGONO ALIMENTATE DIRETTAMENTE IN MT (MOTORI DI GRANDE
POTENZA, FORNI, ETC.)
FORNITURE
IN
BASSA
TENSIONE
ESISTONO
SOLO
PER
UTENZE
MODESTE, INFERIORI A 100 kW
IL RENDIMENTO DEI TRASFORMATORI È SEMPRE SUPERIORE A 95-96%
LE PERDITE NEI TRASFORMATORI SONO DI DUE TIPI:
PERDITE A VUOTO
PERDITE A CARICO
CSE SRL
1
LE PERDITE NEI TRASFORMATORI
PERDITE A VUOTO/SONO DOVUTE ALLE PERDITE NEL FERRO, DIPENDONO
DAL QUADRATO DELLA TENSIONE E SONO PRATICAMENTE INDIPENDENTI DAL
CARICO. ESISTONO OGNIQUALVOLTA IL TRASFORMATORE È ALIMENTATO.
POSSONO ESSERE RIDOTTE MIGLIORANDO LA QUALITÀ DEI LAMIERINI
MAGNETICI
PERDITE A CARICO/SONO DOVUTE ALLE PERDITE PER EFFETTO JOULE NEI
CONDUTTORI, DIPENDONO DAL QUADRATO DELLA CORRENTE DI CARICO (O
DELLA POTENZA APPARENTE) ED ESISTONO QUINDI SOLO SE CIRCOLA UNA
CORRENTE DI CARICO.
POSSONO ESSERE RIDOTTE AUMENTANDO LA SEZIONE DEI CONDUTTORI E
CON UNA OPPORTUNA DISPOSIZIONE DEGLI AVVOLGIMENTI IN MODO DA
RIDURRE LE PERDITE ADDIZIONALI
SI EVIDENZIA CHE NEL FUNZIONAMENTO A CARICO SONO PRESENTI SIA LE
PERDITE A VUOTO SIA QUELLE DEFINITE A CARICO (PERDITE NEL RAME)
SECONDO QUANTO SOPRA INDICATO
CSE SRL
LE PERDITE A VUOTO A TENSIONE NOMINALE E LE PERDITE A CARICO A
CORRENTE NOMINALE SONO STABILITE DURANTE IL PROGETTO DEL
TRASFORMATORE.
SI DEFINISCE r IL RAPPORTO TRA PERDITE A CARICO NOMINALE Pcn E
PERDITE A VUOTO A TENSIONE NOMINALE Po
RAPPORTO r = Pcn / Po
VALORI TIPICI DEL RAPPORTO r VARIANO TRA 5 E 8
ESISTONO VALORI STANDARD FISSATI DALLE NORME PER LE PERDITE
NEI TRASFORMATORI CHE SONO CLASSIFICATI COME TRASFORMATORI
A PERDITE NORMALI E TRASFORMATORI A PERDITE RIDOTTE
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2
Parametri standard per trasformatori ad olio MT/BT (perdite normali e ridotte)
Potenza Nominale
Perdite a vuoto
An[kVA]
Trasformatore a perdite normali
Perdite a carico
( cortocircuito)
r =Pcn/P 0
P 0[W]
50
100
160
250
400
600
1000
1600
2000
2500
190
320
460
650
930
1300
1700
2600
3200
3800
Potenza Nominale
Perdite a vuoto
An[kVA]
5,8
5,5
5,1
5,0
4,9
5,0
6,2
6,5
6,9
7,0
%
2,9
2,5
2,3
2,1
1,9
1,8
1,5
1,3
1,2
1,1
Corrente a vuoto
i0
Pcn [W]
150
250
360
520
740
1040
1300
2000
2400
2900
Tensione di cortocircuito
Vcc
%
1100
1750
2350
3250
4600
6500
10500
17000
22000
26500
Trasformatore a perdite ridotte
Perdite a carico
r =Pcn/P 0
P 0[W]
50
100
160
250
400
600
1000
1600
2000
2500
Corrente a vuoto
i0
Pcn [W]
Tensione di cortocircuito
Vcc
%
850
1400
1850
2600
3650
5200
9000
13000
16000
21000
5,7
5,6
5,1
5,0
4,9
5,0
6,9
6,5
6,7
7,2
4
4
4
4
4
4
6
6
6
6
%
1,9
1,5
1,3
1,1
0,9
0,8
0,7
0,5
0,5
0,5
4
4
4
4
4
4
6
6
6
6
CSE SRL
TRASFORMATORI/RENDIMENTO
IL RENDIMENTO DI UN TRASFORMATORE È DEFINITO COME RAPPORTO TRA
LA POTENZA RESA E QUELLA ASSORBITA
RENDIMENTO
= POTENZA RESA / POTENZA ASSORBITA =
= POTENZA RESA / (POTENZA RESA + PERDITE)
= x · Pn / (x · Pn + x2 · Pcn + Po)
DOVE
x=
=
Pn=
Po=
Pcn=
FATTORE DI CARICO =
100 · POTENZA RESA / POTENZA RESA NOMINALE Pn (IN %)
POTENZA RESA NOMINALE (kW A FATTORE DI POTENZA cos ϕ PREFISSATO)
PERDITE A VUOTO A TENSIONE NOMINALE (kW)
PERDITE A CARICO NOMINALI (kW) PER x = 100%
IL RENDIMENTO DI UN DETERMINATO TRASFORMATORE (CON RAPPORTO r
PREFISSATO) VARIA CON IL CARICO. IL RENDIMENTO RAGGIUNGE IL VALORE
MASSIMO NELLA SITUAZIONE DI CARICO IN CUI SI VERIFICA LA SEGUENTE
CONDIZIONE (PERDITE A CARICO UGUALI ALLE PERDITE A VUOTO)
x M2 × Pcn = Po
x M2 = Po / Pcn
x M= √1 / r
DOVE XM E’ IL VALORE DEL FATTORE DI CARICO PER IL QUALE SI
HA IL MASSIMO RENDIMENTO
CSE SRL
3
SE SI CONSIDERA UN GRUPPO DI TRASFORMATORI CARATTERIZZATI DA UGU ALI
PERDITE TOTALI A CARICO NOMINALE E QUINDI DA PARI RENDIMENTO A CARICO
NOMINALE È POSSIBILE COSTRUIRE DELLE CURVA CHE EVIDENZIANO COME
VARIA IL VALORE DEL FATTORE DI CARICO x CHE ASSICURA IL MASSIMO
RENDIMENTO AL VARIARE DEL RAPPORTO r
SI NOTI CHE ALL'AUMENTARE DEL VALORE DI r IL RENDIMENTO MASSIMO SI
RAGGIUNGE PER VALORI SEMPRE PI Ù BASSI DEL PARAMETRO x
PER r VARIABILE TRA 4 E 7 IL RENDIMENTO RISULTA MASSIMO PER x VARIABILE
TRA 55% E 35%
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CSE SRL
4
DIVERSE CONDIZIONI DI LAVORO DI TRASFORMATORI A PERDITE NORMALI SONO
RIPORTATE NELLE TABELLE SEGUENTI
SI NOTI CHE DIVERSE CONDIZIONI DI LAVORO DIFFERISCONO PER FRAZIONI DI
PUNTO DI RENDIMENTO (QUINDI LE VARIAZIONI DI RENDIMENTO SONO INFERIORI
A 1%)
SI
NOTI
CHE
CONSIDERAZIONI
DI
RISPARMIO
ENERGETICO
NON
SONO
VINCOLANTI AI FINI DELLA SCELTA DI UN TRASFORMATORE, MA, UNA VOLTA
DEFINITO
IL
IMPIANTISTICO
TRASFORMATORE
E
DI
SICUREZZA
IN
BASE
DI
A
CONSIDERAZIONI
ESERCIZIO,
È COMUNQUE
DI
TIPO
SEMPRE
OPPORTUNO RISPETTARE PER QUANTO POSSIBILE LE CONDIZIONI DI MASSI MO
RENDIMENTO
CSE SRL
Perdite a carico e a vuoto di un trasformatore a perdite normali al variare di X
(il fattore di carico X varia fra 1,2 e 0,1)
Potenza Nominale 1000kVA; fattore di potenza pari a 0,9; r = 10500/1700 = 6,2
Fattore di carico X
Perdite a vuoto
Perdite a carico
Rendimento
P0[W]
P cn[W]
%
%
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
1700
1700
1700
1700
1700
1700
1700
1700
1700
1700
1700
1700
15120
12705
10500
8505
6720
5145
3780
2625
1680
945
420
105
98,47
98,57
98,66
98,76
98,84
98,93
99,00
99,05
99,07
99,03
98,84
98,03
CSE SRL
5
Variazione del rendimento di un trasformatore a perdite normali per differenti valori di carico
Potenza Nominale
r =Pcn/P0
An [kVA]
Carico medio 400 kW; fattore di potenza 0,85
Fattore di carico X
Perdite a vuoto
Perdite a carico
( cortocircuito)
P0 [W]
%
400
600
1000
1600
4,9
5
6,2
6,5
117,65
78,43
47,06
29,41
Rendimento
Pcn [W]
930
1300
1700
2600
%
6367
3998
2325
1470
97,62
99,07
99,45
99,32
CSE SRL
LE CENTRALI TERMICHE-GENERALITÀ
LA
MAGGIOR
PARTE
DELL'ENERGIA
ACQUISTATA
SOTTO
FORMA
DI
COMBUSTIBILE DA UNA AZIENDA VIENE TRASFERITA NELLE CENTRALI TERMICHE
A FLUIDI TERMOVETTORI (ACQUA CALDA, VAPORE, OLIO DIATERMICO, ETC .)
IL RENDIMENTO DELLE CENTRALI TERMICHE VARIA MEDIAMENTE DA 80% A 90%.
CIÒ SIGNIFICA CHE IL 10-20% DELLA TOTALE SPESA ENERGETICA È DISSIPATA IN
CENTRALE TERMICA
IL CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE ASSUME QUINDI UNA IMPORTANZA
FONDAMENTALE AI FINI DEL RISPARMIO ENERGETICO.
SI EVIDENZIA LO STRETTO LEGAME TRA RISPARMIO ENERGETICO E FATTOR I
AMBIENTALI
CSE SRL
6
CENTRALE TERMICA/COMBUSTIONE
LA COMBUSTIONE È UNA REAZIONE ESOTERMICA DEL CARBONIO E
DELL'IDROGENO PRESENTE NEI COMBUSTIBILI CON L'OSSIGENO PER
PRODURRE ANIDRIDE CARBONICA (CO2) E VAPORE ACQUEO (H2O)
SI NOTI CHE:
q
q
LA REAZIONE COMPLETA TRA C E O2 PRODUCE CO2
NEL CASO DI REAZIONE INCOMPLETA SI FORMA
q
SUCCESSIVAMENTE REAGISCE CON O2 PER PRODURRE CO2
L'IDROGENO H REAGISCE CON O2 PER PRODURRE H 2O CHE È
CO
CHE
SOTTO FORMA DI VAPORE A CAUSA DELLE TEMPERATURE
SUPERIORI A QUELLE DI VAPORIZZAZIONE (1 kg DI IDROGENO
PRODUCE 9 kg DI ACQUA ALLO STATO LIQUIDO CHE RICHIEDE
q
CALORE PER ESSERE VAPORIZZATA)
LO ZOLFO REAGISCE CON O2 PER PRODURRE SO2
L'OSSIGENO UTILIZZATO PER LA COMBUSTIONE PROVIENE DALL'ARIA
ATMOSFERICA: APPROSSIMATIVAMENTE IN VOLUME 21% DI OSSIGENO E 78%
DI AZOTO.
A CAUSA DELLA PRESENZA DI AZOTO NELL'ARIA, SI HA SEMPRE LA
FORMAZIONE DI NOX AD ALTA TEMPERATURA
CSE SRL
ARIA TEORICA/ARIA PRATICA
LA
QUANTITÀ DI
ARIA
TEORICA
(Vth)
NECESSARIA
PER
GARANTIRE
LA
COMBUSTIONE COMPLETA (SECONDO LE REGOLE DELLA STECHIOMETRIA)
11,2 Sm 3/kgolio
9,5 Sm 3/Sm3metano
LA QUANTITÀ DI ARIA EFFETTIVAMENTE NECESSARIA (V) È IN PRATICA
SUPERIORE A QUELLA TEORICA
SI DEFINISCE ECCESSO D'ARIA
ECCESSO D'ARIA = (V - Vth) / Vth
L'ECCESSO D'ARIA È GENERALMENTE ESPRESSO IN %
VALORI TIPICI PER CENTRALI TERMICHE INDUSTRIALI SONO
30-40% PER OLIO
20% PER METANO
CSE SRL
7
Combustibili solidi, liquidi e gassosi e parametri di combustione
Combustibile Densità
Potere calorifico
Ossigeno teorico
inferiore
per la combustione
SOLIDI
Lignite
Carbone
Charcoal
Gas coke
3
[kg/m ]
650
700
750
400
[kJ/kg]
18000
29300
31400
26800
Volume d'aria per la combustione
Valore teorico
Eccesso d'aria Valore pratico
3
[Sm ]
1,47
1,26
1,89
1,68
3
%
100
80
80
80
[Sm ]
14
11
16
15
3
%
20
30
40
40
[Sm ]
14,5
15,3
14,4
15,7
3
%
20
[Sm ]
11,4
[Sm ]
7
6
9
8
3
273
0
32
3
[Sm ]
15
12
17
16
Fumi esausti a
493
523 K
220
250 °C
428
482 °F
3
3
[m ]
[m ]
27,1
28,8
21,7
22,9
30,7
32,6
28,9
30,6
(Tutti i valori sono riferiti ad 1kg di combustibile con valori medi di C, S, N 2)
LIQUIDI
Kerosene
Gasolio
Olio comb.n°2
Olio comb.n°6
3
[kg/m ]
800
825
860
1000
[kJ/kg]
43100
42700
39000
43000
3
[Sm ]
8
2,478
2,352
2,352
[Sm ]
12
11,8
10,3
11,2
3
[Sm ]
15
16,2
15
16,6
3
[m ]
27
29,3
27
30
3
[Sm ]
12,2
3
[m ]
29
31
29
31,8
3
[m ]
22,03
3
3
[m ]
23,37
(Tutti i valori sono riferiti ad 1kg di combustibile con valori medi di C, S, N 2)
kg/1000*Sm3
GASSOSI
Gas naturale
750
3
[kJ/Sm ]
34325
3
[Sm ]
1,995
[Sm ]
9,5
3
(Tutti i valori sono riferiti ad 1kg di combustibile con valori medi di C, S, N 2)
CSE SRL
CENTRALI TERMICHE/PRODUZIONE VAPORE
LA PRODUZIONE DI VAPORE AVVIENE ATTRAVERSO FASI SUCCESSIVE (SEMPRE CON
RIFERIMENTO ALLA MASSA DI 1 kg)
• RISCALDAMENTO DELL'ACQUA
hi = c · (t - t o)
OVE
c = CALORE SPECIFICO DELL'ACQUA =
= 4,186 kJ / kg ? K = 1 kcal / kg ? K
t = TEMPERATURA DI EBOLLIZIONE
t o= TEMPERATURA ACQUA ALL'INIZIO DEL RISCALDAMENTO
PER t - t o = 100 K = 100°C
hi = 418,6 kJ/kg = 100 kcal / kg
CSE SRL
8
• VAPORIZZAZIONE
LA VAPORIZZAZIONE INIZIA UNA VOLTA RAGGIUNTA LA TEMPERATURA DI
EBOLLIZIONE
CHE
VAPORIZZAZIONE.
RESTA
COSTANTE
DURANTE
TUTTA
LA
FASE
DI
AD OGNI PRESSIONE CORRISPONDE UN VALORE DI
TEMPERATURA.
IL CALORE NECESSARIO IN QUESTA FASE È LA ENTALPIA DI VAPORIZZAZIONE
(hv)
CHE
DIMINUISCE
CON
L'AUMENTO
DELLA
TEMPERATURA
E
DELLA
PRESSIONE.
L'ENTALPIA DEL VAPORE SATURO È QUINDI PARI A
ENTALPIA VAPORE SATURO = hi + hv
A PRESSIONE ATMOSFERICA
hi + hv = 418,6 + 2252 = 2670,6 kJ/kg = 638 kcal/kg
A PRESSIONI DI LAVORO 0,5-1,5 MPa (5-15 bar) VALORI TIPICI
SONO COMPRESI TRA 2670 E 2770 kJ/kg
LA MISCELA DI ACQUA E VAPORE SATURO È CLASSIFICATA CON IL TITOLO x
CHE È IL RAPPORTO TRA LA MASSA DI VAPORE SATURO PRESENTE NELLA
MISCELA E LA MASSA TOTALE DELLA MISCELA STESSA
CSE SRL
• SURRISCALDAMENTO
QUANDO TUTTA L'ACQUA È TRASFORMATA IN VAPORE AL 100%, TUTTO IL
CALORE FORNITO PROVOCA UN AUMENTO DELLA TEMPERATURA DEL
VAPORE CHE PUÒ ESSERE CONSIDERATO COME UN GAS.
L'INCREMENTO DI ENTALPIA È CALCOLATO COME PRODOTTO DEL CALORE
SPECIFICO DEL VAPORE (VALORE MEDIO 2,1 kJ / kg · K) PER L'INCREMENTO
DI TEMPERATURA RISPETTO AL PUNTO DI EBOLLIZIONE (TEMPERATURA DI
SATURAZIONE).
PER UNA DETERMINATA PRESSIONE, LA TEMPERATURA DIPENDE SOLO
DALLA
QUANTITÀ
DI
CALORE
FORNITO
CHE
È
L'ENTALPIA
DI
SURRISCALDAMENTO (hs ).
RISULTA:
ENTALPIA VAPORE SURRISCALDATO = hi + hv + hs
CSE SRL
9
• DESURRISCALDAMENTO
È LA FASE OPPOSTA DI QUELLA DI SURRISCALDAMENTO E SI
OTTIENE
SOTTRAENDO
CALORE
AL
VAPORE
SATURO
SURRISCALDATO SENZA ALCUN CAMBIAMENTO DI STATO
• CONDENSAZIONE
È LA FASE OPPOSTA A QUELLA DI VAPORIZZAZIONE. IL VAPORE SI
TRASFORMA
IN
ACQUA
CON
CESSIONE
DI
CALORE
PARI
ALL'ENTALPIA DI VAPORIZZAZIONE
I VALORI DELLE ENTALPIE SI POSSONO RICAVARE DAI DIAGRAMMI DI
MOLLIER O DA TABELLE DEL VAPOR D'ACQUA
CSE SRL
Alcune proprietà dell'acqua alla saturazione (liquido - vapore)
Temperatura
K
273,16
283,15
293,15
303,15
313,15
323,15
333,15
343,15
353,15
363,15
373,15
393,15
413,15
433,15
453,15
473,15
493,15
513,15
533,15
553,15
573,15
593,15
613,15
633,15
647,29
°C
0,01
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
120
140
160
180
200
220
240
260
280
300
320
340
360
374,14
°F
32,018
50
68
86
104
122
140
158
176
194
212
248
284
320
356
392
428
464
500
536
572
608
644
680
705,452
Pressione assoluta
MPa
0,000611
0,001228
0,002339
0,004246
0,007384
0,01235
0,01994
0,03119
0,04739
0,07014
0,1014
0,1985
0,3613
0,6178
1,002
1,554
2,318
3,344
4,688
6,412
8,581
11,27
14,59
18,65
22,09
bar
0,00611
0,01228
0,02339
0,04246
0,07384
0,1235
0,1994
0,3119
0,4739
0,7014
1,014
1,985
3,613
6,178
10,02
15,54
23,18
33,44
46,88
64,12
85,81
112,7
145,9
186,5
220,9
3
Volume Specifico [m /1000 kg]
Liquido
Vapore
saturo
saturo
1,0002
206136
1,0004
106379
1,0018
57791
1,0043
32894
1,0078
19523
1,0121
12032
1,0172
7671
1,0228
5042
1,0291
3407
1,036
2361
1,0435
1673
1,0603
891,9
1,0797
508,9
1,102
307,1
1,1274
194,1
1,1565
127,4
1,19
86,19
1,2291
59,76
1,2755
42,21
1,3321
30,17
1,4036
21,67
1,4988
15,49
1,6379
10,8
1,8925
6,945
3,155
3,155
Liquido
saturo
0,01
42,01
83,96
125,79
167,57
209,33
251,13
292,98
334,91
376,92
419,04
503,71
589,13
675,55
763,22
852,45
943,62
1037,3
1134,4
1236
1344
1461,5
1594,2
1760,5
2099,3
Entalpia [kJ/kg]
evaporazione
2501,4
2477,8
2454,1
2430,5
2406,7
2382,8
2358,5
2333,8
2308,8
2283,2
2257,1
2202,6
2144,8
2082,6
2015,0
1940,8
1858,5
1766,5
1662,2
1543,6
1405,0
1238,6
1027,8
720,5
0,0
Vapore
saturo
2501,4
2519,8
2538,1
2556,3
2574,3
2592,1
2609,6
2626,8
2643,7
2660,1
2676,1
2706,3
2733,9
2758,1
2778,2
2793,2
2802,1
2803,8
2796,6
2779,6
2749
2700,1
2622
2481
2099,3
CSE SRL
10
Alcune proprietà del vapore acqueo surriscaldato
Temperatura
K
°C
Volume
specifico
°F
[m3/1000 kg]
Entalpia
[kJ/kg]
Temperatura
K
°C
p = 4 MPa = 40 bar
Tsat = 250,4 °C = 482,72 °F
523,55
553,15
673,15
773,15
873,15
973,15
K
250,4
482,72
280
536
400
752
500
932
600
1112
700
1292
Temperatura
°C
°F
49,78
55,46
73,41
86,43
98,85
111
Volume
specifico
[m3/1000 kg]
347,44
360
400
480
600
700
657,392
680
752
896
1112
1292
9,31
11,05
14,26
18,42
23,23
28,08
2801,4
2901,8
3213,6
3445,3
3674,4
3905,9
Entalpia
568,21
533,15
673,15
753,15
873,15
973,15
[kJ/kg]
K
2580,6
2715,8
2947,6
3234,4
3573,5
3833,9
°F
[m3/1000 kg]
Entalpia
[kJ/kg]
p = 8 MPa = 80 bar
Tsat = 295,06 °C = 563,31 °F
250,4
482,72
280
536
400
752
500
932
600
1112
700
1292
Temperatura
°C
p = 16 MPa = 160 bar
Tsat = 347,44 °C = 657,39 °F
640,59
633,15
673,15
753,15
873,15
973,15
Volume
specifico
°F
563,108
608
752
896
1112
1292
Volume
specifico
[m3/1000 kg]
2758
2877,2
3138,3
3348,3
3642
3882,4
Entalpia
[kJ/kg]
p = 32 MPa = 320 bar
673,15
793,15
873,15
973,15
1073,15
1173,15
400
520
600
700
800
900
752
968
1112
1292
1472
1652
2,36
8,53
10,61
12,73
14,6
16,33
2055,9
3133,7
3424,6
3732,8
4015,1
4285,1
CSE SRL
CALDAIE INDUSTRIALI
q
CALDAIE A TUBI D’ACQUA (ACQUA NEI TUBI E FUMI ALL’ESTERNO) CON CAPACIT À
COMPRESE TRA 5 t / h E PIÙ DI 100 t / h DI VAPORE AD ALTA PRESSIONE
q
CALDAIE A TUBI DI FUMO (FUMI NEI TUBI E ACQUA ALL'ESTERNO) CON CAPACITÀ
GENERALMENTE INFERIORI A 20 t / h DI VAPORE E PRESSIONI INFERIORI A 1,5 MPa
q
CALDAIE A RECUPERO SENZA CAMERA DI COMBUSTIONE IN QUANTO UTILIZZ ANO
DIRETTAMENTE I FUMI DI SCARICO DA PROCESSI, DA TURBINE A GAS, DA MOTORI
DIESEL, ETC. POSSONO ESSERE DOTATE DI BRUCIATORI ADDIZIONALI
q
CALDAIE ELETTRICHE (A UNA PRODUZIONE DI CIRCA 1 t / h DI VAPORE CORRISPONDE
UNA POTENZA ELETTRICA DI 0,8 MW)
q
CALDAIE AD OLIO DIATERMICO OVE IL CALORE LIBERATO NELLA COMBUSTIONE È
TRASFERITO ALL'OLIO DIATERMICO CON TEMPERATURE MASSIME DI 300-350°C. L'OLIO
DIATERMICO PUÒ PRODURRE VAPORE TRAMITE UNO SCAMBIATORE.
q
LA NORMATIVA ITALIANA CONSENTE LA CONDUZIONE DELLE CALDAIE AD OLIO
DIATERMICO SENZA LA PRESENZA DEL FUOCHISTA IN QUANTO NON ESISTONO
SERBATOI IN PRESSIONE IN CONTATTO CON LA FIAMMA.
CSE SRL
11
CALDAIE/RENDIMENTO
IL RENDIMENTO DI UNA CALDAIA È DEFINITO COME IL RAPPORTO TRA LA
POTENZA RESA E LA POTENZA IN INGRESSO NEL COMBUSTIBILE, BASATA SUL
POTERE CALORIFICO SUPERIORE O INFERIORE A SECONDA DEGLI STANDARD
NAZIONALI (PCS IN USA; PCI IN ITALIA ED IN ALTRE NAZIONI EUROPEE)
LA POTENZA RESA È ESPRIMIBILE COME
m · (h - ho)
DOVE
m = PORTATA DI VAPORE O DI ALTRO FLUIDO (kg / s)
h = ENTALPIA DEL FLUIDO IN USCITA (kJ / kg)
ho= ENTALPIA DEL FLUIDO IN INGRESSO (kJ / kg)
NEL CASO DI VAPORE SATURO PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI TIPICI VALORI
DI (h - ho) SONO 2300-2600 kJ / kg A SECONDA DELL'ENTITÀ DEL RITORNO
CONDENSE
IL FUNZIONAMENTO DI
SEGUENTI PARAMETRI
CALDAIE
INDUSTRIALI
È CARATTERIZZATO
DAI
• PRESSIONI 5-10 bar (0,5-1 MPa)
• 12-13 kg DI VAPORE PER OGNI kg DI OLIO COMBUSTIBILE IN
INGRESSO
• 10 kg DI VAPORE PER OGNI Sm 3 DI METANO IN INGRESSO
CSE SRL
METODI DI CALCOLO DEL RENDIMENTO
METODO DIRETTO/SI BASA SULLA MISURA DI
q
VAPORE IN USCITA (O DI ALTRO FLUIDO) E DEI PARAMETRI CHE
CONSENTONO DI DEFINIRNE L'ENTALPIA DA CUI LA POTENZA IN USCITA
q
COMBUSTIBILE IN INGRESSO DI CUI DEVE ESSERE NOTO IL POTERE
CALORIFICO SUPERIORE O INFERIORE DA CUI LA POTENZA IN INGRESSO
IL RENDIMENTO È IL RAPPORTO TRA LA POTENZA IN USCITA E QUELLA IN
INGRESSO (RIFERITA AL PCS O AL PCI)
RISULTA:
RENDIMENTO % (BASE PCS) / RENDIMENTO % (BASE PCI) = 1 / α
OVE
α = PCS / PCI = 1,12 PER METANO E 1,065 PER OLIO
CSE SRL
12
METODO INDIRETTO/SI BASA SULLA VALUTAZIONE CONVENZIONALE
DELLE PERDITE
ØPERDITE NEI FUMI AL CAMINO COSTITUITE DA TRE COMPONENTI
q
q
q
PERDITE PER CALORE SENSIBILE NEI FUMI PARI AL PRODOTTO TRA LA
PORTATA DEI FUMI SECCHI, IL CALORE SPECIFICO DEI FUMI (VALORE
MEDIO 1 kJ / kg · K OPPURE 0,24 kcal / kg · K) E LA DIFFERENZA DI
TEMPERATURA TRA L'ARIA IN INGRESSO NELLA CALDAIA ED I FUMI AL
CAMINO
PERDITE PER LA VAPORIZZAZIONE DELL'ACQUA CONTENUTA NEL
COMBUSTIBILE PARI AL PRODOTTO TRA LA QUANTITÀ DI ACQUA PER kg
DI COMBUSTIBILE, LA PORTATA DI COMBUSTIBILE E LA DIFFERENZA DI
ENTALPIA TRA IL VAPORE NEI FUMI E L'ACQUA A TEMPERATURA
AMBIENTE
PERDITE PER LA VAPORIZZAZIONE DELL'ACQUA PRODOTTA NELLA
COMBUSTIONE PER REAZIONE TRA IDROGENO E OSSIGENO (CIRCA 9
kg PER OGNI kg DI IDROGENO NEL COMBUSTIBILE). SONO PARI AL
PRODOTTO TRA LA FRAZIONE DI IDROGENO NEL COMBUSTIBILE, LA
PORTATA DI COMBUSTIBILE, LA COSTANTE 9 (PER QUANTO DETTO
SOPRA) E LA DIFFERENZA DI ENTALPIA TRA IL VAPORE NEI FUMI E
L'ACQUA A TEMPERATURA AMBIENTE. TALI PERDITE SONO
CONSIDERATE SOLO SE SI FA RIFERIMENTO AL PCS DEL
COMBUSTIBILE
Ø PERDITE PER COMBUSTIONE INCOMPLETA, ATTRIBUITE AL CO NEI FUMI E
AD EVENTUALI RESIDUI DI COMBUSTIBILE
CSE SRL
PER LA VALUTAZIONE DELLE PERDITE AL CAMINO E DELLE PERDITE PER
COMBUSTIONE INCOMPLETA SI RICORRE GENERALMENTE ALLA MISURA DI DUE
DEI SEGUENTI PARAMETRI O2, CO2 E CO DA CUI SI RISALE ALLE PERDITE
PERCENTUALI MEDIANTE DIAGRAMMI, TABELLE E FORMULE SEMPLIFICATE:
q
DIAGRAMMA DI OSTWALD: LEGA TRA DI LORO O2%, CO2% E CO%
q
COEFFICIENTE DI HASSENSTEIN Ks (SI VEDA TABELLA) PERDITE NEI FUMI AL
CAMINO % = Ks · (ts - ta) / CO2% ts TEMPERATURA FUMI; ta TEMPERATURA
AMBIENTE
q
COEFFICIENTE Kc PER PERDITE PER INCOMBUSTI (Kc UGUALE A 50,5 PER
OLIO, 37,9 PER METANO E 59 PER CARBONE) PERDITE PER INCOMBUSTI % =
Kc · CO% / (CO2% + CO%) (VALORI TIPICI SONO INFERIORI A 0,1%)
CSE SRL
13
q
PERDITE PER DISPERSIONI DALLE PARETI, CHE VENGONO GENERALMENTE
VALUTATE
MEDIANTE
DIAGRAMMI
CHE
TENGONO
CONTO
DELLA
PERCENTUALE DI CARICO DELLA CALDAIA
q
PERDITE ADDIZIONALI, VARIABILI TRA 0,5% E 1,5%, INTRODOTTE PER TENER
CONTO
DI
PERDITE
NON
CONSIDERATE
NELLA
VALUTAZIONE
CONVENZIONALE QUI ESPOSTA
RISULTA
RENDIMENTO η (%) = 100 - (Perdite %)
Valori del coefficiente di Hassenstein per differenti combustibili
CO 2 % in
volume
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Valori del coefficiente di Hassenstein
gasolio
0,523
0,53
0,536
0,543
0,55
0,557
0,564
0,571
0,578
0,585
0,592
olio comb.
0,543
0,55
0,556
0,563
0,57
0,576
0,583
0,59
0,596
0,603
0,61
gas naturale
0,418
0,427
0,437
0,447
0,457
0,466
0,476
0,486
carbone
0,683
0,684
0,685
0,686
0,687
0,688
0,689
0,69
0,691
0,692
0,693
0,694
CSE SRL
CSE SRL
14
CSE SRL
COME MIGLIORARE IL RENDIMENTO
IL RENDIMENTO È INFLUENZATO DA MOLTEPLICI FATTORI QUALI IL TIPO DI
COMBUSTIBILE E LA SUA COMPOSIZIONE, IL FATTORE DI CARICO DELLA
CALDAIA, L'ESISTENZA DI SISTEMI DI RECUPERO QUALI ECONOMIZZATORI (PER
PRERISCALDARE L'ACQUA DI ALIMENTO) E PRERISCALDATORI DELL'ARIA DI
COMBUSTIONE.
IL
RENDIMENTO
AUMENTA
AL
DIMINUIRE
DELLE
PERDITE
CHE
SONO
ESSENZIALMENTE PERDITE AL CAMINO
q
LE PERDITE NEI FUMI PER CALORE SENSIBILE RAPPRESENTANO
MEDIAMENTE CIRCA LA METÀ DELLE PERDITE TOTALI
q
LE PERDITE PER VAPORE ACQUEO NEI FUMI (ESSENZIALMENTE
DOVUTA ALLA COMBUSTIONE) RAPPRESENTANO ALMENO LA METÀ
DELLE PERDITE TOTALI (DA CONSIDERARE SOLO SE IL RENDIMENTO È
RIFERITO AL PCS).
QUESTE PERDITE POSSONO ESSERE ELIMINATE
SOLO OVE SIA POSSIBILE CONDENSARE I FUMI
CSE SRL
15
q
L'ECCESSO D'ARIA PUÒ ESSERE RIDOTTO AL MINIMO NECESSARIO
REGOLANDO L'ARIA DI COMBUSTIONE IN FUNZIONE DELLA POTENZA
RICHIESTA DAL CARICO E QUINDI DELLA QUANTITÀ DI COMBUSTIBILE IN
INGRESSO (CO2% È UN INDICE DEL CORRETTO FUNZIONAMENTO DELLA
COMBUSTIONE).
LE PERDITE DOVUTA AD INCOMPLETA COMBUSTIONE
SONO MINIME SE SI MANTIENE UN CORRETTO VALORE DI ECCESSO D'ARIA
q
LA TEMPERATURA DEI FUMI AL CAMINO DEVE ESSERE RIDOTTA PER
RIDURRE LE PERDITE PER CALORE SENSIBILE. LA TEMPERATURA MINIMA
È IMPOSTA DAL CONTENUTO IN ZOLFO DEL COMBUSTIBILE E QUINDI DA
SO2 NEI FUMI DOPO LA COMBUSTIONE CHE, IN PRESENZA DI H2O, SI
TRASFORMA IN ACIDO SOLFORICO H2SO4.
q
NEL
CASO
DEL
METANO,
OVE
LO
ZOLFO
È
ASSENTE,
SI
PU0'
RAGGIUNGERE UNA TEMPERATURA DI CIRCA 110°C
q
LA TEMPERATURA MINIMA DEI FUMI, IN ASSENZA DI SISTEMI DI RECUPER O
CALORE, DIPENDE SEMPRE DALLA PRESSIONE E TEMPERATURA DEL
VAPORE PRODOTTO. MEDIAMENTE SI HA UNA DIFFERENZA DI CIRCA 7080°C TRA LA TEMPERATURA DEI FUMI E QUELLA DI SATURAZIONE DEL
VAPORE
CSE SRL
CSE SRL
16
CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE
IL CONTROLLO DELLA COMBUSTIONE IN UNA CENTRALE TERMICA SIGNIFICA
ASSICURARE UN CORRETTO EQUILIBRIO NEI BILANCI DI ENERGIA E DI MASSA
UN SISTEMA DI CONTROLLO DEVE REGOLARE LA QUANTITÀ DI COMBUSTIBILE E
DI
ARIA
DI
COMBUSTIONE
PER
SODDISFARE
AUTOMATICAMENTE
ALLE
RICHIESTE DEL CARICO ASSICURANDO, AL TEMPO STESSO, MINIMO CONSUMO
DI COMBUSTIBILE, MINIMO INQUINAMENTO E SICUREZZA DI ESERCIZIO
LE MISURE DA EFFETTUARE SONO:
ANALISI DEI FUMI, PORTATA DI COMBUSTIBILE E DI ARIA DI COMBUSTIONE,
PARAMETRI
CARATTERIZZANTI
IL
VAPORE
(PRESSIONE,
TEMPERATURA,
PORTATA)
CSE SRL
SISTEMI DI CONTROLLO
q
IL SISTEMA PI Ù SEMPLICE CONSISTE IN UN ATTUATORE CHE MODIFICA LA
PORTATA DI COMBUSTIBILE E DI ARIA SECONDO UN RAPPORTO PREFISSATO
AL VARIARE DELLA PRESSIONE DEL VAPORE, CONSEGUENTE AD UNA
VARIAZIONE DELLE RICHIESTE DELL'UTENZA.
IL RAPPORTO COMBUSTIBILE/ARIA È PREFISSATO E QUINDI GENERALMENTE
SI
ACCETTANO
ECCESSI
D'ARIA
ELEVATI
PER
GARANTIRE
UNA
COMBUSTIONE COMPLETA
q
ATTUATORI SEPARATI PER IL COMBUSTIBILE E PER L'ARIA, OLTRE ALLA
POSSIBILITÀ
DI
VARIARE,
ANCHE
MANUALMENTE,
IL
RAPPORTO
COMBUSTIBILE/ARIA COSTITUISCONO UN ULTERIORE MIGLIORAMENTO.
q
LA MISURA DEI FLUSSI DI COMBUSTIBILE E DI ARIA GARANTISCE UN
CONTROLLO
PI Ù
ACCURATO
DELLA
COMBUSTIONE
(CROSS-LIMITED
METERING CONTROL)
q
SE AL SISTEMA PRECEDENTE SI AGGIUNGE UN MONITORAGGIO CONTINUO DI
O2 SI POSSONO COMPENSARE VARIAZIONI NEL POTERE CALORIFICO DEI
COMBUSTIBILI E NELLE CONDIZIONI DELL'ARIA DI COMBUSTIONE
CSE SRL
17
CONFRONTO TRA CALDAIE A DIVERSO RENDIMENTO
OGNI MIGLIORAMENTO DEL RENDIMENTO PORTA AD UN RISPARMO
ENERGETICO LEGATO ALLA DIFFERENZA DEGLI INVERSI DEI RENDIMENTI
RISPARMIO (kW) = [(1 / η1) - (1 / η2)] ⋅ POTENZA RESA
OVE
1 = RENDIMENTO ATTUALE
2 = NUOVO RENDIMENTO AUMENTATO
POTENZA RESA IN kW COSTANTE NELLE DUE SITUAZIONI
CSE SRL
NELLA
FIGURA
SEGUENTE
È
RIPORTATO
L'ANDAMENTO
TIPICO
DEL
RENDIMENTO DI CALDAIA AL VARIARE DEL CARICO
Fig. 6.11 Ranges of boiler operating efficiencies
CSE SRL
18
CENTRALE TERMICA/IMPIANTI AUSILIARI
SISTEMI DI RECUPERO CALORE/PRERISCALDATORE DELL'ARIA DI COMBUSTIONE
CHE CONSENTE DI ABBATTERE LA TEMPERATURA DEI FUMI E DI RIDURRE
L'ECCESSO D'ARIA IN QUANTO LA COMBUSTIONE MIGLIORA PER EFFETTO DELL'ARIA
PRERISCALDATA.
SI HA GENERALMENTE UN INCREMENTO DEL 2% DEL RENDIMENTO PER OGNI 50°C
(50 K) DI RIDUZIONE DELLA TEMPERATURA DEI FUMI E DEL 2% PER OGNI 50°C (50 K)
DI INCREMENTO DELLA TEMPERATURA DELL'ARIA DI COMBUSTIONE (TEMPER ATURA
ARIA PRERISCALDATA NON SUPERA GENERALMENTE 200°C)
SISTEMI DI RECUPERO CALORE/ECONOMIZZATORE PER PRERISCALDARE L'ACQUA
DI ALIMENTO O PER PRODURRE ACQUA CALDA CHE PUÒ ESSERE UTILIZZATA AL DI
FUORI DELLA CENTRALE TERMICA. NEL CASO DI ALIMENTO TOTALE DELLA CALDAIA
SENZA RECUPERO CONDENSE UN INCREMENTO DI 5°C (5 K) DELLA TEMPERATURA
DELL'ACQUA DI ALIMENTO PORTA AD UN INCREMENTO DI 1% DEL RENDIMEN TO
CSE SRL
SISTEMI DI TRATTAMENTO ACQUA/DEMINERALIZZATORI, ADDOLCITORI, FILTRI
DEMINERALIZZATORI PER RIDURRE I SALI
ADDOLCITORI PER RIDURRE LA DUREZZA E RIDURRE L'ALCALINITÀ
FILTRI PER ELIMINARE LE SOSTANZE SOLIDE
L'ACQUA DI ALIMENTO DA TRATTARE È GENERALMENTE IL 5-10% DELLA
PORTATA DI VAPORE. TALE VALORE DIPENDE COMUNQUE DALL'ENTITÀ DEL
RECUPERO CONDENSE E DALLO SCARICO DELLA CALDAIA
SISTEMI DI RECUPERO CONDENSE
LA QUANTITÀ DI ENERGIA CONTENUTA NELLE CONDENSE È CIRCA UGUALE AL
20% DEL CONTENUTO DI ENERGIA DEL VAPORE
I SISTEMI UTILIZZATI PER RECUPERARE LE CONDENSE COMPRENDONO:
SISTEMI A PRESSIONE
DEGASATORI
ATMOSFERICA,
SISTEMI
PRESSURIZZATI
E
CSE SRL
19
CENTRALE TERMICA/EMISSIONI
IL DPR 203 FISSA I LIMITI ALLE EMISSIONI DELLE CENTRALI TERMICHE PER USI
DI PROCESSO.
SI TRATTA QUINDI DI RISPETTARE TALI LIMITI SIA CON UNA OPPORTUNA
SCELTA DEI COMBUSTIBILI SIA CON SISTEMI DI ABBATTIMENTO (POSSIBI LI SOLO
PER GRANDI IMPIANTI).
LE PRINCIPALI EMISSIONI SONO:
•OSSIDI DI ZOLFO SO2
•OSSIDI DI AZOTO NOx
•OSSIDO DI CARBONIO CO
•SOSTANZA SOLIDE VOLATILI
•IDROCARBURI E ALTRE SOSTANZE
CSE SRL
OSSIDI DI ZOLFO
DIPENDONO ESCLUSIVAMENTE DALLA ZOLFO PRESENTE NEI COMBUSTIBILI.
SONO QUINDI ASSENTI NEL CASO DI COMBUSTIONE DEL METANO.
LA MASSIMA CONCENTRAZIONE DI SO2 NEI FUMI AL CAMINO DEVE ESSERE
MANTENUTA INFERIORE A 1500-2000 mg / Sm 3 (EQUIVALENTE A 525-700 ppm).
OSSIDI DI AZOTO
SI FORMANO DURANTE LA COMBUSTIONE PER LA COMBINAZIONE DI OSSIGEN O
E AZOTO AD ALTA TEMPERATURA. ENTRAMBI I COMPONENTI SONO PRESENTI
NELL'ARIA ATMOSFERICA, L'AZOTO È PRESENTE ANCHE NEI COMBUSTIBILI.
LE EMISSIONI DI NOx SONO NO (95% IN MASSA) E NO2 (5% IN MASSA). NO, UNA
VOLTA NELL'ATMOSFERA, SI COMBINA CON OSSIGENO PER FORMARE NO2.
CSE SRL
20
NOx FORMATOSI NELLA COMBUSTIONE PUÒ ESSERE CLASSIFICATO COME NOx
TERMICO, NOx DA COMBUSTIBILE E NOx PROMPT:
•
NOx TERMICO È DOVUTO ALL'OSSIDAZIONE DELL'AZOTO ATMOSFERICO A
TEMPERATURE SUPERIORI A 1273 K (1000°C)
•
NOx DA COMBUSTIBILE È DOVUTO ALL'OSSIDAZIONE DELL'AZOTO PRESENTE
NEL COMBUSTIBILE (CON VALORI CHE VARIANO DA 0,05% A 1,5% IN MASSA IN
RELAZIONE AL TIPO DI COMBUSTIBILE, VALORI PI Ù BASSI PER METANO E OLI
LEGGERI). IL PROCESSO DI OSSIDAZIONE È ACCELERATO IN PRESENZA DI
ALTI ECCESSI D'ARIA
•
NOx PROMPT DOVUTO ALLA REAZIONE DI ARIA ATMOSFERICA CON RADICALI
IDROCARBURICI.
VALORI TIPICI DI CONCENTRAZIONE DI NOx NEI FUMI VARIANO TRA 500-600 mg /
Sm 3 (EQUIVALE A 244-292 ppm).
NELLA
TABELLA
SEGUENTE
È
RIPORTATA
UNA
SINTESI
DEI
PRINCIPALI
PROVVEDIMENTI ATTUABILI PER ABBATTERE LE EMISSIONI DI NOx
CSE SRL
CSE SRL
21
OSSIDO DI CARBONIO
È DOVUTO A COMBUSTIONE INCOMPLETA. UNA CONCENTRAZIONE SUPERIORE A
0,5% NEI FUMI INDICA UNA CATTIVA COMBUSTIONE.
L'OSSIDO DI CARBONIO EMESSO DAI CAMINI FINISCE IN ATMOSFERA OVE SI
SOMMA CON ALTRE EMISSIONI DI CO QUALI QUELLE DAI MOTORI A COMBUSTIONE
INTERNA.
LA CONCENTRAZIONE DI CO DEVE ESSERE MANTENUTA INFERIORE A 100 mg / Sm 3
(EQUIVALE A 80 ppm).
SOSTANZE SOLIDE VOLATILI
COMPRENDONO COMBUSTIBILE INCOMBUSTO, COMPOSTI A BASE DI ZOLFO,
CARBONE, CENERI, POLVERI,ETC.
LA CONCENTRAZIONE DI QUESTE SOSTANZE DIPENDE DAL TIPO DI COMBUSTIBILE
(METANO, OLIO, CARBONE, ...) E DAL BRUCIATORE. SI RICORRE A IMPIANTI DI
ABBATTIMENTO.
LA CONCENTRAZIONE DI SOSTANZE
INFERIORE A 100-150 mg / Sm 3.
VOLATILI
DEVE
ESSERE
MANTENUTA
CSE SRL
IDROCARBURI
LE EMISSIONI DEFINITE COME IDROCARBURI DIPENDONO DA COMBUSTIBILE
INCOMBUSTO
E
DA
COMPOSTI
DOVUTI
A
REAZIONI
CHIMICHE
CHE
AVVENGONO DURANTE LA COMBUSTIONE.
ALTRE EMISSIONI
DIPENDONO DALLA NATURA DEL COMBUSTIBILE IN INGRESSO.
POSSONO ESSERE EMISSIONI DI ASFALTENI IN CASO DI OLIO, ACIDO CLORIDRICO
IN CASO DI COMBUSTIONE DI RIFIUTI, TRACCE DI METALLI, ETC.
CSE SRL
22
INDICE DEI CAPITOLI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
INQUADRAMENTO ENERGETICO DELLO STABILIMENTO
L'ACQUISTO DELL'ENERGIA E AUTOPRODUZIONE
LA LEGGE 10/91
IL RESPONSABILE DELL'ENERGIA
I CONTRIBUTI AGLI INVESTIMENTI
LA VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI IN CAMPO ENERGETICO
ESEMPI DI VALUTAZIONE DI INVESTIMENTI FINALIZZATI AL RISPARMIO
ENERGETICO
OTTIMIZZARE LE TRASFORMAZIONI DELL'ENERGIA AI CONFINI DI
STABILIMENTO
OTTIMIZZARE LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA
LA COGENERAZIONE
OTTIMIZZARE GLI USI FINALI DELL'ENERGIA NEI MACCHINARI DI
PROCESSO E DI SERVIZIO
ESEMPI APPLICATIVI
UNITA' DI MISURA E PARAMETRI DI USO PRATICO.
CENNI SU SISTEMI DI MISURA
RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO
CSE SRL
VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
FAX 0382 528851
* e.mail [email protected]
sito internet: www. cseit.it
CSE SRL
7. OTTIMIZZARE LE LINEE DI DISTRIBUZIONE
DELL'ENERGIA
CSE SRL
VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
FAX 0382 528851
* e.mail [email protected]
sito internet: www. cseit.it
CSE SRL
23
LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA/ UTENTI ELETTRICI
LE PERDITE DI ENERGIA SULLE LINEE ELETTRICHE INTERNE A STABILIMENTI
INDUSTRIALI ASSUMONO VALORI NON SUPERIORI AL 5%-6% DELL'ENERGIA
ELETTRICA TRASMESSA (VALORI TIPICI 2-3%)
LA DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA ELETTRICA ALL'INTERNO DI STABILIMENTI
INDUSTRIALI È REALIZZATA CON LINEE AEREE OPPURE IN CAVO IN MEDIA (15000 V
- 20000 V) O BASSA TENSIONE (380 V) ALTERNATA TRIFASE
LA DISTRIBUZIONE AVVIENE SECONDO ALCUNI SCHEMI CIRCUITALI A SECONDA
DELLE ESIGENZE (SCHEMA RADIALE SEMPLICE, SCHEMA DOPPIO RADIALE,
SCHEMA AD ANELLO)
CSE SRL
LE PERDITE DI ENERGIA ELETTRICA
LE PERDITE LUNGO LE LINEE NON DIPENDONO IN MODO APPREZZABILE
DALLA CONFIGURAZIONE SCELTA PER LA DISTRIBUZIONE
LE
PERDITE
SONO
ATTRIBUIBILI
ALL'EFFETTO
JOULE
(EFFETTO
DI
TRASFORMAZIONE DI ENERGIA ELETTRICA IN CALORE) CHE SI VERIFICA
OGNI VOLTA CHE UNA CORRENTE PERCORRE UN CONDUTTORE
TALE VALORE DI POTENZA DIPENDE:
Ø DAL NUMERO DI CONDUTTORI DELLA LINEA (3 PER IL TRIFASE)
Ø DAL QUADRATO DELLA CORRENTE DELLA LINEA CONSIDERATA
Ø DAL MATERIALE CON CUI È COSTITUITA LA LINEA (GENERALMENTE RAME)
Ø DALLA SEZIONE DELLA LINEA
Ø DALLA LUNGHEZZA DELLA LINEA
CSE SRL
24
LE PERDITE SONO VALUTABILI PARI A
Pj =
CON n
n ⋅ ρ ⋅ L ⋅ I2
[W ]
S
= NUMERO CONDUTTORI
ρ
L
= RESISTIVITA' DEL MATERIALE [ Ω mm 2/m]
= LUNGHEZZA DELLA LINEA [m]
I
S
= VALORE EFFICACE DELLA CORRENTE [A]
= SEZIONE DEI CONDUTTORI [mm 2]
IL PARAMETRO RESISTIVITÀ DIPENDE IN MODO DIRETTO DALLA TEMPERATURA; NEL
CAMPO DI FUNZIONAMENTO DEI CONDUTTORI DI LINEA SI PUÒ RITENERE COSTANTE
(AUMENTO PARI A 0,4% PER OGNI °C DI AUMENTO DELLA TEMPERATURA)
L'INTERVENTO MIGLIORATIVO DAL PUNTO DI VISTA ENERGETICO PUÒ RIGUARDARE LA
SEZIONE DEI CONDUTTORI E IL VALORE DELLA CORRENTE A PARI POTENZA
TRANSITANTE MAGGIORI VALORI DI SEZIONE CONSENTONO RIDUZIONE DI PERDITE MA
PRESENTANO COSTI MAGGIORI DI ACQUISTO E DI INSTALLAZIONE
CSE SRL
I PARAMETRI CHE DETERMINANO LA SCELTA DELLA SEZIONE SONO LA
CADUTA DI TENSIONE MASSIMA AMMESSA (4% PER LA DISTRIBUZIONE IN
BASSA TENSIONE SECONDO LE NORME DEL COMITATO ELETTROTECNICO
ITAILANO - CEI) E LA PORTATA DEI CAVI (DOVUTA ALLA TEMPERATURA
MASSIMA DI SERVIZIO SOPPORTATA SENZA PROBLEMI DALL'ISOLANTE DEL
CAVO STESSO)
IL PARAMETRO CORRENTE ELETTRICA RISULTA ESSERE IL PI Ù IMPORTANTE
POICHÈ, OLTRE CHE PESARE CON UN TERMINE QUADRATICO SULLE
PERDITE, INFLUENZA LA SCELTA DELLA SEZIONE DEI CONDUTTORI
IL VALORE EFFICACE DELLA CORRENTE SULLA LINEA DI DISTRIBUZIONE DI
UN SISTEMA ALTERNATO TRIFASE È VALUTABILE PARI A
I=P
DOVE P
3 ⋅ V ⋅ cos ϕ
= POTENZA TRASMESSA [W]
V
= TENSIONE CONCATENATA DI LINEA [V]
cos ϕ
= FATTORE DI POTENZA
CSE SRL
25
IN UN IMPIANTO ELETTRICO SONO IN GIOCO LE SEGUENTI POTENZE:
POTENZA ATTIVA P [kW]
RAPPRESENTA LA POTENZA EFFETTIVAMENTE UTILIZZABILE DAI CARICHI.
POTENZA REATTIVA Q [kvar]
RAPPRESENTA
LA
POTENZA
UTILIZZATORI.
È
INDISPENSABILE
IN
GIOCO
NEI
NELLA
CIRCUITI
MAGNETICI
CONVERSIONE
DEGLI
DELL'ENERGIA
ELETTRICA
POTENZA APPARENTE S [kVA]
È DETERMINATA DAL PRODOTTO DELLA TENSIONE PER LA CORRENTE (V • I IN
CIRCUITI MONOFASI E √3 V • I IN CIRCUITI TRIFASI). È CALCOLABILE COME:
P
φ
φ'
Q’
S’
Q
S
Qc
CSE SRL
IL CONTROLLO DELLA POTENZA ASSORBITA DAGLI IMPIANTI INSTALLANDO
UTILIZZATORI A RENDIMENTO ELEVATO COMPORTA UNA RIDUZIONE DELLA
CORRENTE
ADOTTANDO VALORI PI Ù ELEVATI DI "V" E' POSSIBILE LIMITARE IL VALORE
DELLA
CORRENTE;
È NECESSARIO
FARE
RIFERIMENTO
AL
QUADRO
NORMATIVO DELLE LEGGI (DPR 547/55) E DELLE NORME CEI SULLA
POSSIBILITÀ DI DISTRIBUIRE A TENSIONE SUPERIORE AI 400 V.
MANTENERE UN FATTORE DI POTENZA PROSSIMO ALL'UNITÀ VUOL DIRE:
Ø
SOPPRESSIONE DELLE PENALI PER IL CONSUMO ECCESSIVO DI ENERGIA
REATTIVA.
Ø
LIMITAZIONE DELLE PERDITE DI ENERGIA ATTIVA NEI CAVI (PERDITE
JOULE);
Ø
POSSIBILITÀ DI RIDURRE LA SEZIONE DEI CAVI;
Ø
AUMENTO DELLA POTENZA ATTIVA [kW] DISPONIBILE AL SECONDARIO
DEL TRASFORMATORE MT/ BT;
Ø
DIMINUZIONE DELLA CADUTA DI TENSIONE (A PARITÀ DI SEZIONE DEI
CAVI).
CSE SRL
26
FATTORE DI POTENZA
ADOTTANDO VALORI ELEVATI DI cos ϕ È POSSIBILE LIMITARE IL VALORE
DELLA CORRENTE; IL FATTORE DI POTENZA PUÒ VARIARE, IN ASSOLUTO,
TRA 0 E 1
SI EVIDENZIA CHE IMPIANTI INDUSTRIALI FUNZIONANO NORMALMENTE CON
VALORI DEL cos ϕ SUPERIORI A 0,9 ANCHE PER NON INCORRERE NEL
PAGAMENTO DI PENALI IMPOSTE DA ENEL IN CASO DI cos ϕ INFERIORE A
TALE VALORE
IL CONTROLLO DEL FATTORE DI POTENZA VIENE EFFETTUATO CON LE
MISURAZIONI DI POTENZA ATTIVA (P) E REATTIVA (Q); IL FATTORE DI
POTENZA VALE
cosϕ = cos( arctanQ P)
AD ASSORBIMENTI DI POTENZA REATTIVA SUPERIORI AL 50% DELLA
POTENZA ATTIVA CORRISPONDE UN FATTORE DI POTENZA INFERIORE A 0,9
CSE SRL
I PROVVEDIMENTI PER RIDURRE LA POTENZA REATTIVA ASSORBITA CONSISTONO
NELL'INSTALLAZIONE, IN PARALLELO ALLE UTENZE, DI BATTERIE DI RIFASAMENTO
COSTITUITE DA CONDENSATORI CHE EROGANO POTENZA REATTIVA IN MODO TALE DA
RIDURRE LA POTENZA REATTIVA ASSORBITA A VALORI INFERIORI A 0,5 × P
Q − Q C = 0,5 ⋅ P[k var]
Q = POTENZA REATTIVA ASSORBITA SENZA RIFASAMENTO ESPRESSA IN kvar
Qc= POTENZA BATTERIA CONDENSATORI ESPRESSA IN kvar
P = POTENZA ATTIVA ESPRESSA IN kW
I CONDENSATORI ASSORBONO DALLA RETE UNA CORRENTE SFASATA DI CIRCA 90° IN
ANTICIPO RISPETTO ALLA TENSIONE.
LA CORRISPONDENTE POTENZA REATTIVA RISULTA PERCIÒ DI SEGNO OPPOSTO A
QUELLA ASSORBITA DAI NORMALI APPARECCHI UTILIZZATORI.
SI OTTIENE IN TAL MODO UN AUMENTO DEL FATTORE DI POTENZA CHE CORRISPONDE AD
UNA DIMINUZIONE DELL'ANGOLO DI SFASAMENTO TRA TENSIONE E CORRENTE
(RIFASAMENTO).
CSE SRL
27
Q o = kvar in un dato periodo di tempo / ore
P o = kW in un dato periodo di tempo / ore
cabina di consegna
dalla rete pubblica
RETE DI STABILIMENTO
RETE DI STABILIMENTO
VALORI DI RIFERIMENTO
Q0 , P 0, cosφ 0 = 0,8
VALORI FINALI
Q1 , P 0, cosφ 1 = 0,9
C
∆ Q = Q1 - Q0 = 0,75 P0 - 0,5 P0 = 0,25 P 0 [kvar]
IL COSTO DELLE BATTERIE DI RIFASAMENTO PER BASSA TENSIONE È VALUTABILE PARI A
7,5-10 €/kvar (ESCLUSI AUSILIARI E SISTEMI AUTOMATICI)
CSE SRL
ESEMPIO DI INSTALLAZIONE DI BATTERIE DI RIFASAMENTO E RELATIVO
RISPARMIO ENERGETICO
PER LA VALUTAZIONE ECONOMICA SI FA RIFERIMENTO AD UNA LINEA COME
QUELLA IN FIGURA, OVE VIENE VALUTATA LA CONVENIENZA ALL'INSTALLAZIONE
DI UNA BATTERIA DI CONDENSATORI AI MORSETTI DEL CARICO INVECE CHE A
MONTE DELLA LINEA DI DISTRIBUZIONE CON LE SEGUENTI IPOTESI:
•
•
LA TENSIONE SUL CARICO È COSTANTE PARI A QUELLA NOMINALE
LE POTENZE ATTIVE E REATTIVE SONO MISURATE NEL PUNTO A MONTE
DELLA LINEA DI DISTRIBUZIONE E SONO ASSUNTE PARI A QUELLE DEL CARICO
•
IL CARICO È SUPPOSTO CONCENTRATO NEL PUNTO PI Ù SFAVOREVOLE PER LE
PERDITE E LA CADUTA DI TENSIONE (NELLA SITUAZIONE REALE IL CARIC O È
DISTRIBUITO IN PI Ù PUNTI LUNGO LA LINEA). IL CALCOLO CHE VIENE ESEGUITO
FORNISCE QUINDI IL MASSIMO VALORE DELLE PERDITE
•
PER I CALCOLI SI UTILIZZANO LE FORMULE SEMPLIFICATE E NELL'IPOTESI DI
TENSIONE COSTANTE AI MORSETTI DEL CARICO
VENGONO CONSIDERATE QUATTRO SITUAZIONI (CASI 1, 2, 3, 4):
CSE SRL
28
•
CASO 1 / LA POTENZA ATTIVA E REATTIVA SONO PARI AI VALORI
REGISTRATI NEL PUNTO A MONTE DELLA LINEA DI DISTRIBUZIONE
•
CASO 2 / LA POTENZA ATTIVA È PARI A QUELLA DEL CASO 1, MA
È
IMPOSTO UN FATTORE DI POTENZA PARI A 0,9 CON L'INSTALLAZIONE DI
UNA BATTERIA DI CONDENSATORI AI MORSETTI DEL CARICO
•
CASO 3 / LA POTENZA ATTIVA È PARI ALLA MASSIMA POSSIBILE IN BASE
AL DIMENSIONAMENTO DELLA LINEA CON UNA CADUTA DI TENSIONE DEL
5%.
SE IL VALORE DI CORRENTE RISULTANTE FOSSE SUPERIORE ALLA
CORRENTE NOMINALE, SI ASSUME QUEST'ULTIMO VALORE. IL FATTORE
DI POTENZA È PARI A QUELLO DEL CASO 1
•
CASO 4 / LA POTENZA
È LA STESSA DEL CASO 3, MA IL FATTORE DI
POTENZA È PARI A 0,9 MEDIANTE L'INSTALLAZIONE DI UNA BATTERIA DI
CONDENSATORI
I RISULTATI SONO RIPORTATI IN TABELLA.
CSE SRL
2
252 mm
2
37,5 m
4 x 150 mm
92 m
2
252 mm
2
252 mm
112,5 m
CARICO
Z2
RETE
Z1
Z3
CARICO
Z2
CSE SRL
29
Con riferimento alla figura ed assumendo la tensione sul carico V costante, le formule
usate per il calcolo sono:
corrente di linea:
I= P
3 ⋅ V ⋅ cos ϕ
perdite totali di linea
PL = 3 ⋅ RT ⋅ I 2 =
RT ⋅ P
2
(V ⋅ cos ϕ )2
3 ⋅ I ⋅ (RT ⋅ cos ϕ + XT ⋅ sin ϕ )
caduta di tensione di linea
∆V =
massima potenza assorbita con caduta di tensione pari a 5%
PMV =
5
V ⋅ cos ϕ
⋅
100 RT ⋅ cos ϕ + XT ⋅ sin ϕ
2
PMI
3⋅V
⋅ I n ⋅ cos
ϕ
massima= potenza
assorbita
con corrente
nominale In
CSE SRL
Z1 (cavo 4 - 150 mm 2 ; 92 m)
2
Z2 (cavo 252 - 252 mm ; 150 m)
Z3 (cavo 252 - 252 mm2 ; 112 m)
R1= 0,0034Ω
R2= 0,0129Ω
R3= 0,0096Ω
RT
XT
TENSIONE TRIFASE
0,0073 Ω
0,0073 Ω
380 V, 50 Hz
CASO 1
POTENZA
P(W)
Q(var)
Q/P
ϕ=atan (Q/P)
fattore di potenza cos ϕ
PERDITE DI POTENZA PL
PL (W)
X1= 0.0014 Ω
X2= 0.0196 Ω
X3= 0.0146 Ω
CASO 2
CASO 3
CASO 4
260000
300000
1,15
0,86
0,65
260000
125000
0,48
0,45
0,90
459200
529840
1,15
0,86
0,65
459200
220770
0,48
0,45
0,90
7967
4207
24852
13124
CADUTE DI TENSIONE NELLA LINEA ∆V
∆V (V)
10.758
7.396
19.000
13.063
PERDITE D'ENERGIA
ore di lavore (ore/anno)
perdite (kWh/anno)
3000
23902
3000
12622
3000
74556
3000
39372
RISPARMIO ENERGETICO
caso 1-caso 2 kWh/anno
caso 3-caso 4 kWh/anno
11280
35184
POTENZA DI RIFASAMENTO
caso 1-caso 2 kvar
caso 3-caso 4 kvar
175
309
CSE SRL
30
RISULTATI DEL CALCOLO
IL RISPARMIO ENERGETICO SULLA LINEA INTERNA ALLO STABILIMENTO PER
3000 H/ANNO RISULTA PARI A 10.180 kWh/ANNO (CASO1-CASO2) E A
47.148kWh/ANNO (CASO3-CASO4).
LE BATTERIE DI CONDENSATORI DA
INSTALLARE SONO RISPETTIVAMENTE 175 kvar E 369 kvar
LA
VALUTAZIONE
ECONOMICA
DELL'INVESTIMENTO
PUÒ
ESSERE
SVILUPPATA UNA VOLTA DEFINITO IL COSTO DI ACQUISTO DEL kWh, I COSTI
DI INSTALLAZIONE DELLE BATTERIE DI CONDENSATORI ED EVENTUALI
PENALITÀ PRECEDENTEMENTE PAGATE PER INSUFFICIENTE FATTORE DI
POTENZA
(CHE
SAREBBERO
COMUNQUE
ELIMINATE
ANCHE
CON
INSTALLAZIONE DI CONDENSATORI NEL PUNTO 1 INVECE CHE SUL CARICO)
CSE SRL
UTENZE ELETTRICHE/AZIONAMENTI
GLI AZIONAMENTI ELETTRICI SONO SISTEMI OVE L'ENERGIA ELETTRICA È
TRASFORMATA IN MECCANICA E VICEVERSA CONTROLLANDO I PARAMETRI
ELETTRICI (TENSIONE, FREQUENZA E CORRENTE) E MECCANICI (COPPIA,
VELOCITÀ)
LO SCHEMA DI PRINCIPIO DI UN AZIONAMENTO ELETTRICO È RIPORTATO
NELLA FIGURA SEGUENTE
CSE SRL
31
LE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI POSSONO OPERARE COME MOTORI O
COME GENERATORI IN RELAZIONE ALLA DIREZIONE DEL FLUSSO DI POTENZA
LA POTENZA NOMINALE È LA MASSIMA POTENZA CHE L'AZIONAMENTO PUÒ
EROGARE IN DETERMINATE CONDIZIONI (TENSIONE, CORRENTE, FREQUENZA,
VELOCITÀ,
PROFILO
DEL
CARICO
E
TIPO
DI
SERVIZIO,
MODI
DI
RAFFREDDAMENTO) SENZA SUPERARE LA MASSIMA TEMPERATURA AMMESSA
DALLA
CLASSE
DI
ISOLAMENTO
DEI
MACCHINARI
(GENERALMENTE
NON
SUPERIORE A 180°C PER LA CLASSE PI Ù ALTA DI MATERIALI ISOLANTI -CLASSE H)
PARTICOLARE
ATTENZIONE
DEVE
ESSERE
RIVOLTA
AI
SISTEMI
DI
RAFFREDDAMENTO, SOPRATTUTTO IN PRESENZA DI UN AMPIO RANGE DI
VARIAZIONE DI VELOCITÀ
IL RENDIMENTO DELLE MACCHINE ELETTRICHE È MEDIAMENTE 85- 95%, IL
RENDIMENTO DEI CONVERTITORI È CIRCA 95%.
NE CONSEGUE CHE IL
RENDIMENTO DEGLI AZIONAMENTI È MEDIAMENTE PARI A 85-90%
CSE SRL
PRINCIPI DI FUNZIONAMENTO DEGLI AZIONAMENTI
LA COPPIA ALL'ALBERO DI UNA MACCHINA ELETTRICA È SEMPRE ESPRIMIBILE
COME IL PRODOTTO DEL FLUSSO MAGNETICO (DOVUTO ALLA CORRENTE IN
UNO O PI Ù AVVOLGIMENTI O A MAGNETI PERMANENTI) PER LA CORRENTE CHE
PERCORRE
L'AVVOLGIMENTO
DISPOSTO
NELL'ALTRA
STRUTTURA
(STATORE/ROTORE)
L'ANDAMENTO
DELLA
COPPIA
MEDIA
(VALORE
MEDIO
DELLA
COPPIA
INSTANTANEA) A REGIME PER DIVERSE MACCHINE È RIPORTATO IN FIGURA IN
FUNZIONE DELLA VELOCITÀ DI REGIME
IL PUNTO DI LAVORO È DEFINITO DALL'INTERSEZIONE DELLA CARATTERISTICA
COPPIA-VELOCITÀ DELLA MACCHINA CON QUELLA DEL CARICO. TALE PUNTO È
UNICO SE LA MACCHINA
È ALIMENTATA DIRETTAMENTE DALLA RETE (È IL
CARICO CHE IMPONE IL PUNTO DI LAVORO)
CSE SRL
32
CSE SRL
REGIONI DI LAVORO DEGLI AZIONAMENTI
GLI AZIONAMENTI CON CONVERTITORI ELETTRONICI CONSENTONO DI
MODIFICARE LE CARATTERISTICHE DELLE MACCHINE ELETTRICHE,
CREANDO REGIONI DI PUNTI POSSIBILI DI LAVORO INVECE CHE UN SOLO
PUNTO
CSE SRL
33
SONO POSSIBILI DUE AREE TIPICHE DI LAVORO: A COPPIA COSTANTE E A
POTENZA COSTANTE
•
COPPIA COSTANTE: OGNI VALORE DI COPPIA PUÒ ESSERE OTTENUTO A
QUALSIASI VELOCITÀ ENTRO I LIMITI TERMICI DEL SISTEMA REGOLANDO IL
FLUSSO E LA CORRENTE (COPPIA = FLUSSO × CORRENTE)
•
POTENZA COSTANTE: OGNI VALORE DI COPPIA PUÒ ESSERE OTTENUTO
ENTRO I LIMITI TERMICI E MECCANICI DEL SISTEMA SENZA SUPERARE LA
POTENZA NOMINALE. ALL'AUMENTARE DELLA VELOCITÀ LA COPPIA DEVE
DIMINUIRE (POTENZA = COPPIA × VELOCITÀ )
GLI AZIONAMENTI SVOLGONO UN RUOLO FONDAMENTALE PER IL RISPARMIO
ENERGETICO QUANDO LE MACCHINE OPERATRICI (POMPE, VENTILATORI,
COMPRESSORI) SONO REGOLATE VARIANDO LA VELOCITÀ INVECE CHE CON
METODI DISSIPATIVI
CSE SRL
USI TERMICI DELL'ENERGIA ELETTRICA/EFFETTO JOULE
IL RISCALDAMENTO ELETTRICO COMPORTA UN ELEVATO CONSUMO IN ENERGIA
PRIMARIA (NEL CASO DI PREVALENTE PRODUZIONE TERMOELETTRICA COME IN
ITALIA)
AD UN EFFETTO UTILE PARI A
3600 kJ/kWh = 860 kcal/kWh
CORRISPONDE UN CONSUMO IN ENERGIA PRIMARIA PARI A
9628-10466 kJ/kWh = 2300-2500 kcal/kWh
SI RICORDA CHE I FORNI A COMBUSTIBILE HANNO UN RENDIMENTO PARI A 50-60%
(PERDITE
PER
FUMI
+
DISPERSIONI),
MENTRE
NEI
FORNI
ELETTRICI
IL
RENDIMENTO RAGGIUNGE VALORI DI 80-90% (PERDITE PER DISPERSIONI)
CSE SRL
34
RISCALDAMENTO CON ONDE ELETTROMAGNETICHE
IL
MATERIALE
DA
RISCALDARE
È
SOTTOPOSTO
ELETTROMAGNETICHE. VALORI TIPICI DI FREQUENZA SONO:
•
•
A
ONDE
13-27 MHz PER SISTEMI A RADIOFREQUENZA (20-100 MHz)
2,5 GHz PER SISTEMI A MICROONDE (1-10 GHz)
I PRINCIPALI VANTAGGI SONO:
• RISCALDAMENTO DALL'INTERNO
VERSO
L'ESTERNO,
RIDUZIONE
DELL'INQUINAMENTO A LIVELLO DI UTENTE, CONTROLLO FLUSSI ENERGIA,
RIDUZIONE TEMPI DI RISCALDAMENTO
APPLICAZIONI TIPICHE SONO:
STERILIZZAZIONE, SCONGELAMENTO, COTTURA, ESSICCAZIONE, ETC.
VALORI TIPICI DI CONSUMO PER ASCIUGAMENTO SONO:
1,2-1,3 kWh/kg DI ACQUA ELIMINATA
QUESTI SISTEMI SONO CONVENIENTI SE UTILIZZATI COME STADIO FINALE (AD
ESEMPIO DI ESSICAZIONE) OVE I SISTEMI TRADIZIONALI RICHIEDEREBBERO
ENERGIA PI Ù ELEVATA PER RAGGIUNGERE ANALOGHI RISULTATI
CSE SRL
POMPE DI CALORE ELETTRICHE
SONO SISTEMI CHE LAVORANO CICLICAMENTE PER TRASFORMARE ENERGIA A
BASSA TEMPERATURA (SORGENTE) IN ENERGIA AD ALTA TEMPERATURA
MEDIANTE
L'UTILIZZO
DI
ENERGIA
ELETTRICA
PER
MUOVERE
UN
COMPRESSORE
SI DEFINISCE COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE COP IL RAPPORTO TRA
L'ENERGIA
RESA
(EFFETTO
UTILE)
E
L'ENERGIA
ASSORBITA
(ENERGIA
ELETTRICA ASSORBITA)
VALORI TIPICI DI COP SONO 3-5
ESISTONO ANCHE POMPE DI CALORE CHE UTILIZZANO ENERGIA TERMICA
INVECE CHE ENERGIA ELETTRICA
CSE SRL
35
RICOMPRESSIONE MECCANICA DEL VAPORE
È UN PROCEDIMENTO UTILIZZATO PER RECUPERARE VAPORE DI SCARTO DA
PROCESSI REALIZZANDO UN INCREMENTO DI PRESSIONE E QUINDI DI
TEMPERATURA
IL VAPORE DOPO LA COMPRESSIONE È SPESSO RIUTILIZZATO ALL'INTERNO
DEL PROCESSO STESSO
VALORI TIPICI DI CONSUMO ELETTRICO DEL COMPRESSORE SONO 20 -30 kWh
PER COMPRIMERE 1 t DI VAPORE CON SALTI DI TEMPERATURA DI 6-8 K
SE LA RICOMPRESSIONE MECCANICA È UTILIZZATA ALL'INTERNO DI IMPIANTI
DI CONCENTRAZIONE SI HANNO VALORI TIPICI DI CONSUMO PARI A 20-30 kWh
PER EVAPORARE 1 t DI ACQUA
SE
LA
COMPRESSIONE
CONCENTRAZIONE
A
MECCANICA
MULTIPLO
È
EFFETTO
INSERITA
SI
IN
OTTENGONO
IMPIANTI
DI
VALORI
DI
CONSUMO INFERIORI
CSE SRL
CSE SRL
36
UNA
ALTERNATIVA
ALLA
COMPRESSIONE
MECCANICA
È
LA
TERMOCOMPRESSIONE CHE RICHIEDE VAPORE AD ALTA PRESSIONE (VALORI
TIPICI 0,6-1,2 MPa; 6-12 bar) DA MISCELARE CON IL VAPORE DA COMPRIMERE
(VALORI TIPICI 0,05-0,02 MPa) IN UN EIETTORE CON RAPPORTI DI COMPRESSIONE
TRA SEZIONE 1 E SEZIONE 2 (V. FIGURA) PARI A 1,5-2 CON 15-20 K DI INCREMENTO
DI TEMPERATURA.
IL RAPPORTO TRA LA MASSA DI VAPORE AD ALTA PRESSIONE E LA MASSA DI
VAPORE A BASSA PRESSIONE ENTRANTE NELL'EIETTORE È PARI MEDIAMENTE A
0,5-1.
IN TERMINI ENERGETICI, IL CONSUMO DELLA TERMOCOMPRESSIONE
È DIECI
VOLTE SUPERIORE A QUELLO DELLA COMPRESSIONE MECCANICA.
ANCHE PER LA TERMOCOMPRESSIONE VALGONO CONSIDERAZIONI ANALOGHE A
QUELLE FATTE PER LA COMPRESSIONE MECCANICA, OVE INSERITA IN SISTEMI DI
CONCENTRAZIONE A MULTIPLO EFFETTO.
CSE SRL
MOTORI AD ELEVATO RENDIMENTO
NONOSTANTE L'ELEVATO RENDIMENTO DELLE MACCHINE ELETTRICHE E DEGLI
AZIONAMENTI, È POSSIBILE REGGIUNGERE MIGLIORAMENTI DI 2-3 PUNTI
PERCENTUALI DI RENDIMENTO RICORRENDO A MOTORI ELETTRICI AD ALTO
RENDIMENTO.
L'INVESTIMENTO IN QUESTI MOTORI SI GIUSTIFICA PER APPLICAZIONI CON PI Ù
DI 4000-5000 h/ANNO DI LAVORO
CSE SRL
37
GESTIONE DEI CARICHI ELETTRICI
UNA CORRETTA GESTIONE DEI CARICHI ELETTRICI CONSENTE DI RIDURRE LE
PUNTE DI POTENZA/ENERGIA ASSORBITA, CONSENTENDO DI MIGLIORARE IL
PROFILO DI ASSORBIMENTO DI ENERGIA IN FUNZIONE DELLE FASCE ORARIE.
SI TRATTA QUINDI DI INTERVENTI DI RIDUZIONE DEI COSTI PI Ù CHE DEI
CONSUMI.
LA
CORRETTA
GESTIONE
DEI
CARICHI
ELETTRICI
PRESUPPONE
UNA
CONOSCENZA APPROFONDITA DELLE MODALITÀ OPERATIVE E DEGLI EFFETTIVI
FABBISOGNI DELLE UTENZE ELETTRICHE.
IN PARTICOLARE È POSSIBILE INTERVENIRE DISINSERENDO I CARICHI DEGLI
IMPIANTI DI SERVIZIO OGNIQUALVOLTA ESISTANO SISTEMI DI ACCUMULO (ARIA
COMPRESSA,
FREDDO,
ACQUA).
TALVOLTA
L'INERZIA
DELLE
LINEE
DI
DISTRIBUZIONE O DEGLI UTENTI COSTITUISCE UN SISTEMA NATURALE DI
ACCUMULO.
È POSSIBILE INTERVENIRE ANCHE SULLE LINEE DI PROCESSO OVE ESISTA UNA
FASE DI PREPARAZIONE DI MATERIE PRIME O SEMILAVORATI CON STOCCAGGI
INTERMEDI.
SI RICORDA CHE LA POTENZA ASSORBITA
È VALUTATA COME MEDIA IN 15
MINUTI.
CSE SRL
LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA TERMICA
L'ENERGIA TERMICA ALL'INTERNO DELLO STABILIMENTO VIENE DISTRIBUITA
UTILIZZANDO FLUIDI TERMOVETTORI I FLUIDI TERMOVETTORI IMPIEGATI
SONO PRINCIPALMENTE:
• ACQUA
• ACQUA SURRISCALDATA (ACQUA IN PRESSIONE)
• VAPORE D'ACQUA
• OLIO DIATERMICO
• ARIA
Fig. 8.1 Typical steam system circuit
CSE SRL
38
L'ENERGIA TERMICA DISTRIBUITA È UTILIZZATA PER FORNIRE CALORE ALLE
UTENZE OPPURE PER SOTTRARRE CALORE ALLE UTENZE
LE TEMPERATURE DI FUNZIONAMENTO DI FLUIDI TERMOVETTORI VANNO
MEDIAMENTE DA 70°C (ACQUA CALDA) A OLTRE 250°C (OLIO DIATERMICO)
SINO A OLTRE 400°C (VAPORE SURRISCALDATO) PER IL CALDO E SINO A
-40°C PER IL FREDDO
I
FLUIDI
TERMOVETTORI
VENGONO
PORTATI
ALLE
CONDIZIONI
TERMODINAMICHE DESIDERATE (TEMPERATURA, PRESSIONE, CONTENUTO
ENTALPICO) IN CENTRALI TERMICHE DOTATE DI GENERATORI DI CALORE O
CENTRALI
FRIGORIFERE
DOTATE
DI
IMPIANTI
FRIGORIFERI
CON
COMPRESSORI O AD ASSORBIMENTO
LE UTENZE SONO DISTRIBUITE ALL'INTERNO DELLO STABILIMENTO ED IL
CALORE VIENE TRASPORTATO DALLE CENTRALI DI PRODUZIONE (TERMICHE
O FRIGORIFERE) SINO ALLE UTENZE MEDIANTE CANALIZZAZIONI E TUBAZIONI
CSE SRL
I PERCORSI DELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE SONO ALL'INTERNO DI
STRUTTURE INDUSTRIALI OPPURE ALL'ESTERNO; LE TEMPERATURE DEGLI
AMBIENTI DI POSA DELLE TUBAZIONI SONO A TEMPERATURE ANCHE MOLTO
DIVERSE DALLE TEMPERATURE DEI FLUIDI TERMOVETTORI
A CAUSA DELLA DIFFERENZA DI TEMPERATURA, LUNGO LE LINEE DI
DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA TERMICA VIENE DISSIPATO PARTE DEL
CALORE/FREDDO CONTENUTO NEL FLUIDO TERMOVETTORE
AL FABBISOGNO DI ENERGIA TERMICA DELE UTENZE DEVE QUINDI ESSERE
SOMMATA L'ENERGIA DISSIPATA LUNGO LE TUBAZIONI
LE TUBAZIONI CHE COSTITUISCONO LA RETE DI DISTRIBUZIONE
DELL'ENERGIA TERMICA DEVONO ESSERE ISOLATE TERMICAMENTE IN MODO
ADEGUATO
SI DEFINISCE RENDIMENTO DI UNA LINEA DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA
TERMICA IL RAPPORTO PERCENTUALE TRA ENERGIA UTILE CONSEGNATA
ALL'UTENZA ED ENERGIA IN INGRESSO ALLA LINEA
LE PERDITE PER LINEE NON COIBENTATE POSSONO ASSUMERE VALORI TRA
IL 10% ED IL 20% DELL'ENERGIA TERMICA TRASMESSA
IL MIGLIORAMENTO DELLE COIBENTAZIONI DI LINEE DI DISTRIBUZIONE
DELL'ENERGIA TERMICA COMPORTA UNA RIDUZIONE DELLE PERDITE ED
AUMENTO DEL RENDIMENTO
CSE SRL
39
I PRINCIPI DELLA TRASMISSIONE DEL CALORE
LA DISSIPAZIONE DI ENERGIA TERMICA LUNGO LE LINEE DI DISTRIBUZI ONE
AVVIENE IN TRE MODI:
•
CONDUZIONE
È IL FENOMENO CHE CONSIDERA IL FLUSSO DI CALORE CHE ATTRAVERSA
UNO STRATO DI MATERIALE QUANDO ESISTE UNA DIFFERENZA
TEMPERATURA TRA LE DUE SUPERFICI CHE LIMITANO LO STRATO
•
DI
IL PARAMETRO CHE CARATTERIZZA LA CONDUZIONE E' LA CONDUTTIVITÀ
TERMICA; I METALLI POSSIEDONO ELEVATI VALORI DI CONDUTTIVITÀ
TERMICA, IL POLISTIRENE E LA LANA DI ROCCIA POSSIEDONO BASSI VALORI DI
CONDUTTIVITÀ
•
LA CONDUTTIVITÀ TERMICA (k) È ESPRESSA COME QUANTITÀ DI CALORE CHE
ATTRAVERSA NELL'UNITÀ DI TEMPO UNO STRATO DI MATERIALE SPESSO 1 m
E CON SUPERFICIE 1 m2 QUANDO ESISTE UNA DIFFERENZA DI TEMPERATURA
DI 1°C (1 K) TRA LE SUPERFICI CHE LO LIMITANO
•
L'UNITÀ DI MISURA DELLA CONDUTTIVITÀ TERMICA È [W/m×K]
CSE SRL
IRRAGGIAMENTO
•
È IL FENOMENO CHE CONSIDERA IL FLUSSO DI CALORE EMESSO (O
ASSORBITO)
DALLA
SUPERFICIE
DI
UN
CORPO
VERSO
L'AMBIENTE
CIRCOSTANTE
•
AVVIENE ANCHE NEL VUOTO, NON È RICHIESTO ALCUN MEZZO DI DIFFUSIONE
•
IL PARAMETRO CHE CARATTERIZZA L'IRRAGGIAMENTO È IL COEFFICIENTE DI
EMISSIVITÀ E DIPENDE DALLA FORMA DEL CORPO, DALLA SUA TRASPARENZA
E OPACITÀ IN RAPPORTO AL CORPO NERO DI RIFERIMENTO
•
IL
CALORE
SCAMBIATO
IRRAGGIAMENTO
(EMESSO
RISULTA
O
ASSORBITO)
PROPORZIONALE
ALLA
DA
UN
CORPO
DIFFERENZA
PER
DELLE
TEMPERATURE ASSOLUTE ELEVATE ALLA QUARTA POTENZA
•
NEL CASO DI LINEE DI DISTRIBUZIONE INDUSTRIALI DELL'ENERGIA TERMICA IL
FENOMENO DI IRRAGGIAMENTO VIENE LINEARIZZATO E CONGLOBATO NEL
PARAMETRO DELLA CONVEZIONE
CSE SRL
40
CONVEZIONE
•
È IL FENOMENO CHE CONSIDERA IL FLUSSO DI CALORE SCAMBIATO TRA LA
SUPERFICIE DI UN CORPO ED UN FLUIDO AD UNA TEMPERATURA DIVERSA
CHE LO LAMBISCE
•
IL PARAMETRO CHE CARATTERIZZA LA CONVEZIONE È LA CONDUTTANZA
TERMICA E DIPENDE DAL TIPO DI MOVIMENTO DEL FLUIDO ADIACENTE LA
SUPERFICIE
•
LA CONDUTTANZA TERMICA (h) È ESPRESSA COME QUANTITÀ DI CALORE
CHE PASSA NELL'UNITÀ DI TEMPO DA UNA SUPERFICIE DI 1 m2 AD UN FLUIDO
ADIACENTE QUANDO ESISTE UNA DIFFERENZA DI TEMPERATURA DI 1°C (1 K)
TRA LA SUPERFICIE ED IL FLUIDO
•
L'UNITÀ DI MISURA DELLA CONDUTTANZA TERMICA È [W/m 2× K]
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SISTEMA MULTISTRATO
PER LA VALUTAZIONE DELLA DISSIPAZIONE DI
CONSIDERANO I TRE FENOMENI CONGIUNTAMENTE
ENERGIA
TERMICA
SI
IN UN SISTEMA MULTISTRATO PIANO (COME PUÒ ESSERE UNA PARETE PIAN A
COIBENTATA) IL CALORE TRASFERITO DA UN FLUIDO AD ALTA TEMPERATURA (ti)
ATTRAVERSO UNA SERIE DI STRATI DI MATERIALE CON SUPERFICIE UNITARIA AD
UN FLUIDO A TEMPERATURA INFERIORE (t o) RISULTA PARI A
CALORE ATTRAVERSO UNITÀ DI SUPERFICIE = Q[W] =
DIFFERENZA TEMPERATURA TRA FLUIDI
= --------------------------------------------------------------------- = (1 / R th) × (ti - t o)
RESISTENZA TERMICA TOTALE R th
DOVE
R th [m 2 × K/W] È IL COEFFICIENTE DI RESISTENZA TERMICA GLOBALE CHE TIENE
CONTO DEGLI SPESSORI E DEI MATERIALI ED È VALUTABILE COME
1
R th = --- +
hi
n
Σ
j=1
dj
1
--- + --kj
ho
hi , ho COEFFICIENTI DI CONVEZIONE
dj SPESSORE DELLO STRATO j-ESIMO
k j COEFFICIENTE DI CONDUTTIVITÀ DELLO STRATO j-ESIMO
CSE SRL
41
PER LA VALUTAZIONE DELLE SUPERFICI DI SCAMBIO È NECESSARIO TENERE
CONTO
DELLE
CARATTERISTICHE
GEOMETRICHE;
NEL
CASO
DI
SUPERFICI
CILINDRICHE (TUBAZIONI) LE SUPERFICI DI SCAMBIO INTERNA ED ESTER NA DELLA
TUBAZIONE SONO DIFFERENTI E LA VALUTAZIONE RISULTA PI Ù LABORIOSA
CON
BUONA
APPROSSIMAZIONE,
SE
LO
SPESSORE
DELLA
TUBAZIONE
COMPRENSIVA DI ISOLAMENTO È INFERIORE A CIRCA 0,1 × RAGGIO INTERNO, LA
TUBAZIONE PUÒ ESSERE ASSIMILATA AD UNA SUPERFICIE PIANA
Trasmissione del calore attraverso una struttura multistrato (tubazione)
CSE SRL
NEL CASO TIPICO DI TUBAZIONE CON UNO STRATO DI ISOLANTE, LA FORMULA
SEMPLIFICATA DIVENTA (SI RICORDA LA VALIDITÀ SOLO NEL CASO DI SPESSORI
PICCOLI RISPETTO AL RAGGIO INTERNO DEL TUBO)
Q = A × (ti - t o) / R th
DOVE
R th = (1 / hi) + dis / k is + (1 / ho) × (ri / ro)
DOVE
A
SUPERFICIE INTERNA TUBO
ro
ri
dis
RAGGIO ESTERNO ISOLANTE
RAGGIO INTERNO TUBO
SPESSORE ISOLANTE
k is
ho
CONDUTTIVITÀ ISOLANTE
CONDUTTANZA ESTERNA
hi
CONDUTTANZA INTERNA
IN TABELLA È RIPORTATO UN ESEMPIO DI CALCOLO PER UNA LINEA DI
DISTRIBUZIONE VAPORE CON COIBENTAZIONE IN LANA DI VETRO DI DIVER SI
SPESSORI
SI RACCOMANDA L'USO DELLA FORMULA COMPLETA:
R th = (1/hi) + ri/k 1 ln r2/ri + ri/k 2 ln ro/r2 + (1/ ho) × (ri / ro)
CSE SRL
42
CSE SRL
OSSERVAZIONI SU TABELLA COIBENTAZIONE
•
•
•
•
•
•
•
DIFFERENZA DI TEMPERATURA FLUIDO INTERNO/ARIA ESTERNA: 150°C (150 K)
•
IL TUBO SENZA ISOLANTE PRESENTA UN VALORE DI R th (SEMPLIFICATO) PARI A
DIAMETRO ESTERNO LINEA NON COIBENTATA: 0,1 m
SPESSORE TUBO: 0,005 m
CONDUTTIVITÀ TERMICA TUBO NUDO: 50 W / m × K
CONDUTTIVITÀ TERMICA ISOLANTE: 0,055 W / m × K
CONDUTTANZÀ TUBO-ARIA ESTERNA: 20 W / m2 × K
CONDUTTANZÀ VAPORE- TUBO: 4000 W / m2 × K
0,045 m2 × K / W E DISSIPAZIONI PARI A 3308 W / m2 E 935 W / m
•
IL TUBO CON ISOLANTE DI SPESSORE 10 mm PRESENTA UN VALORE DI R th
(SEMPLIFICATO) PARI A 0,220 m2 × K / W E DISSIPAZIONI PARI A 802 W / m2 E 227
W/m
•
IL TUBO CON ISOLANTE DI SPESSORE 50 mm PRESENTA UN VALORE DI R th
(SEMPLIFICATO) PARI A 0,932 m2 × K / W E DISSIPAZIONI PARI A 254 W / m2 E 72 W
/m
CSE SRL
43
•
L'ENERGIA RISPARMIATA CON L'IMPIEGO DI ISOLAMENTO PARI A 10 mm È DI 2506
W / m 2 (75%); CON L'IMPIEGO DI ISOLAMENTO PARI A 50 mm È DI 3054 W / m 2 (92%)
•
LA
VALUTAZIONE
CENTRALE
DEVE
TERMICA
INOLTRE
CHE
CONSIDERARE
PRODUCE
IL
IL
VAPORE
RENDIMENTO
DELLA
TRANSITANTE
NELLA
TUBAZIONE (VALORE MEDIO DI PORTATA 2 t / h)
•
CONSIDERANDO L'ISOLAMENTO DI SPESSORE 50 mm ED IPOTIZZANDO UN
RENDIMENTO
MEDIO
DI
C.T.
PARI
A
85%
RISULTA
UN
RISPARMIO
IN
COMBUSTIBILE DI 3593 W / m2
•
SU BASE ANNUA, CON FUNZIONAMENTO DELLA LINEA SU 5000 ORE / ANNO E
SUPERFICIE COMPLESSIVA PARI A 100 m2 (1 m DI LINEA È PARI A 0,314 m2, 100 m2
CORRISPONDONO A CIRCA 318 m DI LINEA), SI OTTIENE UN RISPARMIO DI 154,5
TEP / anno
•
LA SPESA INDICATIVA PER L'INTERVENTO È STIMATA NON SUPERIORE A 10000 €
•
IL RISPARMIO, CON VALUTAZIONE 150 € / TEP, È NON INFERIORE A 23000 €/anno
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UTENTI DI ENERGIA TERMICA
GLI UTENTI FINALI LUNGO LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA TERMICA
SONO PRINCIPALMENTE:
•
FORNI, ESSICCATOI, ETC. OVE IL COMBUSTIBILE È BRUCIATO DIRETTAMENTE
•
SISTEMI OVE IL VAPORE O L'ACQUA CALDA ENTRANO DIRETTAMENTE IN
CONTATTO CON LA MASSA DI FLUIDO DA RISCALDARE.
IN QUESTI CASI LA
CONDENSA È GENERALMENTE SCARICATA PER EVITARE CONTAMINAZIONI
•
SCAMBIATORI DI VAPORE OVE UN FLUIDO TERMOVETTORE (VAPORE, ACQUA ,
OLIO DIATERMICO, ETC.) TRASFERISCE ENERGIA A UN FLUIDO PI Ù FREDDO
RIDUCENDO LA SUA TEMPERATURA O CAMBIANDO IL SUO STATO, COME
AVVIENE NELLA CONDENSAZIONE DEL VAPORE
CSE SRL
44
RISCALDARE UNA MASSA CON VAPORE
m vap = (c × m × t) / hv
OVE
m vap= PORTATA VAPORE (kg / s)
c = CALORE SPECIFICO MATERIALE DA SCALDARE (kJ/kg × K)
m= PORTATA DEL FLUIDO DA SCALDARE (kg / s)
t= INCREMENTO DI TEMPERATURA (°C, K)
hv= ENTALPIA DI EVAPORAZIONE O CALORE LATENTE DEL
VAPORE (kJ / kg)
CSE SRL
SCAMBIARE CALORE TRA VAPORE E FLUIDO
m vap = A × (t / R th) × (1 / hv) = A × t × U / hv
OVE
m vap= PORTATA VAPORE (kg / s)
A
t
= SUPERFICIE DI SCAMBIO (m2)
=MEDIA LOGARITMICA DELLA DIFFERENZA DI TEMPERATURA TRA I DUE
FLUIDI AI DUE ESTREMI DELLO SCAMBIATORE (°C, K)
R th = RESISTENZA TERMICA GLOBALE = 1 / U (m2 × K / W)
hv = ENTALPIA DI EVAPORAZIONE O CALORE LATENTE DEL
VAPORE (kJ / kg)
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45
ESSICCAMENTO PER EVAPORAZIONE
IN APPLICAZIONI INDUSTRIALI SONO RICHIESTI, PER EVAPORARE 1 kg DI
ACQUA, NON MENO DI
4000-5000 kJ/kg DI ACQUA EVAPORATA
950-1200 kcal/kg DI ACQUA EVAPORATA
1,6-2 kg VAP/kg DI ACQUA EVAPORATA
TALE VALORI SONO RIFERITI ALL'ENERGIA TERMICA ASSORBITA DALL'IMPIANTO
DI ESSICCAMENTO.
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INDICE DEI CAPITOLI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
INQUADRAMENTO ENERGETICO DELLO STABILIMENTO
L'ACQUISTO DELL'ENERGIA E AUTOPRODUZIONE
LA LEGGE 10/91
IL RESPONSABILE DELL'ENERGIA
I CONTRIBUTI AGLI INVESTIMENTI
LA VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI IN CAMPO ENERGETICO
ESEMPI DI VALUTAZIONE DI INVESTIMENTI FINALIZZATI AL RISPARMIO
ENERGETICO
OTTIMIZZARE LE TRASFORMAZIONI DELL'ENERGIA AI CONFINI DI
STABILIMENTO
OTTIMIZZARE LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA
LA COGENERAZIONE
OTTIMIZZARE GLI USI FINALI DELL'ENERGIA NEI MACCHINARI DI
PROCESSO E DI SERVIZIO
ESEMPI APPLICATIVI
UNITA' DI MISURA E PARAMETRI DI USO PRATICO.
CENNI SU SISTEMI DI MISURA
RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO
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VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
FAX 0382 528851
* e.mail [email protected]
sito internet: www. cseit.it
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46
8. COGENERAZIONE
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LE CONFIGURAZIONI IMPIANTISTICHE DI BASE
GLI IMPIANTI DI COGENERAZIONE SONO CARATTERIZZATI DA
QUATTRO POSSIBILI CONFIGURAZIONI DI BASE:
ü MOTORE ALTERNATIVO
ü TURBINA A GAS
ü TURBINA A VAPORE IN CONTROPRESSIONE
ü CICLO COMBINATO
NEL SEGUITO SI FAR À RIFERIMENTO A IMPIANTI CON POTENZA
ELETTRICA RESA TRA 1 MW E 20 MW PER LE PRIME TRE
CONFIGURAZIONI.
I CICLI COMBINATI SONO GENERALMENTE UTILIZZATI PER
POTENZA SUPERIORE A 20 MW
CSE SRL
47
IL MOTORE ALTERNATIVO
IL MOTORE ALTERNATIVO ALIMENTATO CON GASOLIO OPPURE
CON GAS NATURALE CONSENTE LA PRODUZIONE DI ENERGIA
MECCANICA
OPPURE
ELETTRICA
A
SECONDA
DELLA
CONFIGURAZIONE, E DI ENERGIA TERMICA SOTTO FORMA DI
ACQUA
DI
RAFFREDDAMENTO
DEL
MOTORE
AD
UNA
TEMPERATURA DI CIRCA 80-100°C E GAS DI SCARICO AD ALTA
TEMPERATURA (CIRCA 450°C). L'ENERGIA IN INGRESSO (100%)
RISULTA RIPARTITA, INDICATIVAMENTE, NEL SEGUENTE MODO:
ü 40%-45% ENERGIA ELETTRICA
ü 30-25% ENERGIA TERMICA A BASSA-MEDIA TEMPERATURA
ü 15-20% ENERGIA TERMICA AD ALTA TEMPERATURA (VAPORE)
ü 15%-10% PERDITE
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MOTORE ALTERNATIVO
ARIA
METANO
=15
ARIA
MOTORE ALTERNATIVO
GENERATORE ELETTRICO
METANO
FUMI
450/150°C
ACQUA DI
RAFFREDDAMENTO
90/70°C
ENERGIA ELETTRICA
100%
2.500 kW
18%
448 kW
3
261 Sm /h
30%
750 kW
3
12%
302 kW
3
47 Sm /h
55 Sm3/h
40%
1.000 kW
PERDITE
78 Sm /h
(*)
92 Sm3/h
(*)
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
CSE SRL
48
LA TURBINA A GAS
LA TURBINA A GAS ALIMENTATA CON GAS NATURALE
CONSENTE LA PRODUZIONE DI ENERGIA MECCANICA OPPURE
ELETTRICA A SECONDA DELLA CONFIGURAZIONE, E DI ENERGIA
TERMICA IN FORMA DI GAS DI SCARICO AD ALTA TEMPERATURA
(CIRCA 500°C).
L'ENERGIA IN INGRESSO (100%) RISULTA RIPARTITA,
INDICATIVAMENTE, NEL SEGUENTE MODO:
ü
27-33% ENERGIA ELETTRICA
ü
53%-47% ENERGIA TERMICA AD ALTA TEMPERATURA
ü
20% PERDITE
CSE SRL
LE MICROTURBINE A GAS
LE MICROTURBINE A GAS FUNZIONANO CON LO STESSO
PRINCIPIO DELLE TURBINE A GAS E SI DIFFERENZIANO, OLTRE
CHE PER LA TAGLIA DI IMPIANTO (30-100 kW), ANCHE PER LE
MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO (ELEVATO NUMERO DI GIRI CON
PRODUZIONE DI CORRENTE ALTERNATA A 50 Hz MEDIANTE
CONVERTITORI DI POTENZA).
SONO ALIMENTATE CON GAS NATURALE E PRODUCONO
ENERGIA TERMICA IN FORMA DI GAS DI SCARICO AD ALTA
TEMPERATURA
(CIRCA
500°C).
I
RENDIMENTI
SONO
RELATIVAMENTE BASSI.
L'ENERGIA IN INGRESSO (100%) RISULTA RIPARTITA,
INDICATIVAMENTE, NEL SEGUENTE MODO:
ü
22-25% ENERGIA ELETTRICA
ü
53%-50% ENERGIA TERMICA AD ALTA TEMPERATURA
ü
25% PERDITE
CSE SRL
49
TURBINA A GAS
ARIA
METANO
=40
ARIA
IMPIANTO
TURBINA A GAS
CON
GENERATORE ELETTRICO
METANO
FUMI
450/125°C
ENERGIA ELETTRICA
100%
3.333 kW
347 Sm3/h
50%
1.659 kW
173 Sm 3/h
203 Sm 3/h
30%
1.000 kW
PERDITE
20%
674 kW
(*)
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
CSE SRL
LA TURBINA A VAPORE
LA TURBINA A VAPORE IN CONTROPRESSIONE VIENE
ALIMENTATA CON VAPORE AD ALTA PRESSIONE ED EROGA
ENERGIA MECCANICA OPPURE ELETTRICA A SECONDA DELLA
CONFIGURAZIONE, ED ENERGIA TERMICA IN FORMA DI VAPORE
AD UN LIVELLO DI PRESSIONE RIDOTTO RISPETTO
ALL'INGRESSO.
L'ENERGIA IN INGRESSO (100%) RISULTA RIPARTITA,
INDICATIVAMENTE, NEL SEGUENTE MODO:
ü
10%-15% ENERGIA ELETTRICA
ü
75%-70% ENERGIA TERMICA NEL VAPORE IN USCITA
ü
15% PERDITE
CSE SRL
50
ARIA
METANO
TURBINA A VAPORE IN
CONTROPRESSIONE
=10
ARIA
VAPORE
4,5 MPa
GENERATORE
DI VAPORE
METANO
GENERATORE
ELETTRICO
VAPORE
0,45 MPa
ENERGIA ELETTRICA
PERDITE
UTENZE
PROCESSO
100%
8.333 kW
869 Sm3/h
73%
6.083 kW
12%
1.000 kW
15%
1.250 kW
634 Sm 3/h
746 Sm 3/h
(*)
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
CSE SRL
IL CICLO COMBINATO
IL CICLO COMBINATO (PER IMPIANTI DI TAGLIA SUPERIORE A
20 MW) PUÒ ESSERE VISTO COME L’UNIONE DI UNA TURBINA A
GAS CON UNA TURBINA A VAPORE.
LA TURBINA A GAS ALIMENTATA CON GAS NATURALE
CONSENTE LA PRODUZIONE DI ENERGIA MECCANICA, OPPURE
ELETTRICA, E DI ENERGIA TERMICA IN FORMA DI GAS DI
SCARICO AD ALTA TEMPERATURA.
TALE ENERGIA TERMICA È UTILIZZATA PER LA PRODUZIONE DI
VAPORE AD ALTA PRESSIONE CHE ALIMENTA LA TURBINA A
VAPORE, LA QUALE EROGA ENERGIA ELETTRICA, E PUÒ
PRODURRE, SE IN CONTROPRESSIONE, ENERGIA TERMICA IN
FORMA DI VAPORE AD UN LIVELLO DI PRESSIONE RIDOTTO
RISPETTO ALL'INGRESSO.
CSE SRL
51
L'ENERGIA IN INGRESSO (100%) RISULTA RIPARTITA,
INDICATIVAMENTE, NEL SEGUENTE MODO:
CICLO COMBINATO A CONTROPRESSIONE
ü
40%-50% ENERGIA ELETTRICA
ü
40%-30% ENERGIA TERMICA RECUPERATA NEL VAPORE IN
USCITA
ü
20% PERDITE
CICLO COMBINATO A CONDENSAZIONE
ü
50%-60% ENERGIA ELETTRICA
ü
0% ENERGIA TERMICA RECUPERABILE
ü
50%-40% PERDITE (TRA CUI QUELLE NEL VAPORE IN USCITA)
CSE SRL
ARIA
METANO
CICLO COMBINATO A
CONTROPRESSIONE
=40
INDUSTRI
A
ARIA
GENERATORE
ELETTRICO
IMPIANTO CON
TURBINA A GAS
FUMI
120°C
METANO
FUMI
450/120°C
GENERATORE
DI VAPORE
VAPORE
6 MPa
GENERATORE
ELETTRICO
VAPORE
0,45 MPa
UTENZE
PROCESSO
ENERGIA ELETTRICA
100%
25.370 kW
2.645 Sm3/h
49%
12.472 kW
40%
10.230 kW
1.066 Sm3/h
1.255 Sm3/h
8%
2.135 kW +
31%
7.865 kW
10.000 kW
PERDITE
20%
5.140 kW
(*)
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
CSE SRL
52
ARIA
METANO
CENTRALE
TERMOELETTRICA
CICLO COMBINATO CON
CONDENSAZIONE
=40
ARIA
IMPIANTO CON
TURBINA A GAS
GENERATORE
ELETTRICO
FUMI
120°C
METANO
FUMI
450/120°C
VAPORE
6 MPa
GENERATORE
DI VAPORE
GENERATORE
ELETTRICO
VAPORE
CONDENSAZIONE
ENERGIA ELETTRICA
100%
18.013 kW
1.878 Sm3/h
49%
8.855 kW
(*)
0%
- kW
- Sm3/h
- Sm3/h
19%
3.335 kW +
PERDITE
37%
6.665 kW
10.000 kW
44%
8.013 kW
(*)
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
CSE SRL
VALORI PERCENTUALI TIPICI DI IMPIANTI DI
COGENERAZIONE
RECUPERO
TERMICO
ENERGIA
ELETTRICA
PERDITE
MOTORE ALTERNATIVO
48%
40%
12%
TURBOGAS
50%
30%
20%
73%
12%
15%
40%
40%
20%
0%
50%
50%
TURBINA A VAPORE IN
CONTROPRESSIONE
CICLO COMBINATO IN
CONTROPRESSIONE
CICLO COMBINATO A
CONDENSAZIONE
CSE SRL
53
DATI DI INPUT PER LE VALUTAZIONI TECNICO ECONOMICHE
costo medio metano (senza imposte)
costo medio metano (industria)
costo medio metano (ospedale)
imposte metano (industria)
imposte metano (ospedale)
altri costi operativi ed imposte (motore alternativo)
altri costi operativi ed imposte (turbina a gas)
altri costi operativi ed imposte (turbina a vapore)
altri costi operativi ed imposte (ciclo combinato)
PCI metano:
rendimento CT equivalente
32,0 c€/Sm3
33,2 c€/Sm3
49,3 c€/Sm3
1,2 c€/Sm3
17,3 c€/Sm3
1,50 c€/kWh
1,50 c€/kWh
1,50 c€/kWh
1,50 c€/kWh
34.535 kJ/Sm3
85%
Nel seguito sono riportate due valutazioni tecnico-economiche per
impianti di cogenerazione nel settore industriale e nel terziario. I valori
percentuali di ripartizione delle potenze sono valori medi che possono
essere assunti come riferimento per le valutazioni.
CSE SRL
COGENERAZIONE - INDUSTRIA
ENERGIA TERMICA NON RECUPERABILE
ARIA
METANO
PERDITE
GENERATORE ELETTRICO
IMPIANTO COGENERAZIONE
RECUPERO
TERMICO
ENERGIA ELETTRICA
100%
2.500
261
0,261
32,3
84
40%
50% Limite termico (minimo 33%)
33% IRE(minimo 10%)
kW
1.000 kW
Sm3/h
104 Sm3/ h
123 Sm3/ h
(*)
3
Sm /kWh consumo specifico
3
3
c€/Sm
(**)
33,2 c€/Sm
€/h
41 €/h
=
costo combustibile
altri costi operativi ed imposte
costo di produzione
costo di acquisto-riferimento
risparmio autoproduzione
benefici da titoli efficienza energetici
autoproduzione
autoproduzione
risparmio
INVESTIMENTO
PERDITE
40%
20%
1.000 kW
43
4,3
1,5
5,8
10,5
4,7
100,0
1,17
€/h
c€/kWh
c€/kWh
c€/kWh
c€/kWh
c€/kWh
€/TEP
c€/kWh
5.000 h/anno
5.000.000 kWh/anno
291.419 €/anno
500 kW
a
b
c=a+b
d
e=d-c
f
e
(d-c+f)*e
1.250 €/kW
1.250.000 €
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
(**) a imposte sul combustibile ridotte
CSE SRL
54
VALUTAZIONE ECONOMICA COGENERAZIONE INDUSTRIA
investimento I
risparmio annuo R
anni vita
tasso di sconto reale(con inflazione+rischio)
fattore attualizzazione PAF
€
€
n
%
1.250.000
291.419
8
5
6,463
PAYBACK
ROR
anno
%
I/R
R/I
VAN
VAN/I
€
R*PAF-I
(R*PAF-I)/I
IRR
%
VAN=0
4,3
23%
633.443
0,51
16
CSE SRL
COGENERAZIONE -- TERZIARIO
COGENERAZIONE
OSPEDALI
ENERGIA TERMICA NON RECUPERABILE
ARIA
IMPIANTO COGENERAZIONE
IMPIANTO
COGENERAZIONE
TURBINA
A GAS
GENERATORE ELETTRICO
ELETTRICO
GENERATORE
PERDITE
METANO
RECUPERO
FUMI
TERMICO
450/125°C
ENERGIA ELETTRICA
100%
2.500
261
0,261
33,0
86
40%
50% Limite termico (minimo 33%)
33% IRE(minimo 10%)
1.000 kW
kW
3
Sm /h
PERDITE
40%
20%
1.000 kW
500
kW
3
104 Sm /h
3
123 Sm /h
3
Sm /kWh consumo specifico
c€/Sm3
(**)
49,3 c€/Sm3
€/h
60 €/h
(*)
=
costo combustibile
altri costi operativi ed imposte
costo di produzione
costo di acquisto-riferimento
risparmio autoproduzione
benefici da titoli efficienza energetici
autoproduzione
autoproduzione
risparmio
INVESTIMENTO
25
2,5
1,5
4,0
10,5
6,5
100,0
1,17
€/h
c€/kWh
c€/kWh
c€/kWh
c€/kWh
c€/kWh
€/TEP
c€/kWh
5.000 h/anno
5.000.000 kWh/anno
381.499 €/anno
a
b
c=a+b
d
e=d-c
f
e
(d-c+f)*e
1.250 €/kW
1.250.000 €
(*) con valorizzazione per rendimento CT equivalente pari al 85%
(**) a imposte sul combustibile ridotte
CSE SRL
55
VALUTAZIONE ECONOMICA COGENERAZIONE TERZIARIO
investimento I
risparmio annuo R
anni vita
tasso di sconto reale(con inflazione+rischio)
fattore attualizzazione PAF
€
€
n
%
1.250.000
381.499
8
5
6,463
PAYBACK
ROR
anno
%
I/R
R/I
VAN
VAN/I
€
R*PAF-I
(R*PAF-I)/I
IRR
%
VAN=0
3,3
31%
1.215.629
0,97
25
CSE SRL
COSTI DI IMPIANTO
ü MOTORE ALTERNATIVO CON RECUPERO TERMICO: 1.000-1.200 €/kW
ü TURBINA A GAS CON RECUPERO TERMICO: 1.200/1.400 €/kW
ü TURBINA A VAPORE IN CONTROPRESSIONE
COMPRESO COSTO CALDAIA: 1.200-1.400 €/kW
ü MICROTURBINE: 2.500 – 3.000 €kW
IL COSTO DELL'IMPIANTO E' LEGATO ANCHE A SCELTE
IMPIANTISTICHE E GESTIONALI: FUNZIONAMENTO IN PARALLELO
O IN ISOLA, MODALITÀ E LIVELLO DI RECUPERO TERMICO,
COMBUSTIBILE UTILIZZATO.
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56
CONSUMI DI COMBUSTIBILE PER COGENERAZIONE
IL COSTO PER COMBUSTIBILI RIGUARDA LE FORNITURE DI GAS
NATURALE OPPURE DI GASOLIO.
IN STABILIMENTI NON SERVITI DALLA RETE DI DISTRIBUZIONE DEL
METANO SI PUÒ ESAMINARE L‘EVENTUALE METANIZZAZIONE
DELLO STABILIMENTO OPPURE L'USO DI GASOLIO PER LA
COGENERAZIONE
consumi tipici sono:
§ 0,23 - 0,26 Sm 3 metano/kWh PER MOTORI ALTERNATIVI
§ 0,32 - 0,40 Sm 3 metano/kWh PER TURBINE A GAS
§ 10 kg vapore/kWh PER TURBINE A VAPORE A CONTROPRESSIONE
(DA 4-5 MPa A 0,4-0,5 MPa) PARI A CIRCA 0,9 Sm 3 metano/kWh
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COSTI DEI COMBUSTIBILI, ASPETTI FISCALI, COSTI DI ESERCIZIO
IL COSTO DEL METANO PER LA COGENERAZIONE PUÒ ESSERE
ASSUNTO PARI (IMPOSTE ESCLUSE) AL COSTO DEL METANO
CONSUMATO IN CENTRALE TERMICA, NEL CASO IN CUI I CONSUMI
NON AUMENTINO IN MODO CONSISTENTE.
IN TAL CASO, L’INCREMENTO DEI VOLUMI DI COMBUSTIBILE
CONSUMATO PORTA AD UNA RIDUZIONE DEL PREZZO.
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57
ASPETTI FISCALI RELATIVI AI COMBUSTIBILI
ü IL METANO PER USI INDUSTRIALI E TERZIARIO GRANDE
DISTRIBUZIONE E’ SOGGETTO ALL’IMPOSTA ERARIALE PARI
A 1,249 c€/Sm 3, SOMMATA ALL’IMPOSTA DETERMINATA
DALLA REGIONE PARI A 0,6249 c€/Sm 3 (VALORE MASSIMO
APPLICABILE);
ü IL METANO PER GLI ALTRI USI NON INDUSTRIALI E’
SOGGETTO ALL’IMPOSTA ERARIALE PARI A 17,33 c€/Sm 3 +
2,5823 c€ /Sm 3 (VALORE MASSIMO) PER IMPOSTE REGIONALI
PER LA REGIONE LOMBARDIA L’IMPOSTA ADDZIONALE
REGIONALE È NULLA.
IL METANO DESTINATO ALLA AUTOPRODUZIONE DI
ENERGIA ELETTRICA DESTINATA ALL’AUTOCONSUMO È
SOGGETTO A UNA AGEVOLAZIONE DI TIPO FISCALE:
L’IMPOSTA ERARIALE E’ PARI A 0,0138 c€/Sm 3
NON SI APPLICA L’IMPOSTA REGIONALE
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LA MISURA DELLA QUOTA DI METANO AGEVOLATA VIENE
EFFETTUATA SULLA BASE DEL METANO ATTRIBUIBILE ALLA SOLA
PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA AUTOPRODOTTA (DA
MISURATORE FISCALE UTF) E NON SU TUTTO IL METANO
EFFETTIVAMENTE
CONSUMATO
DALL’IMPIANTO
DI
AUTOPRODUZIONE, CON LA VALORIZZAZIONE DI 0,250 Sm 3/kWh.
IL GASOLIO DESTINATO ALLA AUTOPRODUZIONE È SOGGETTO AD
UNA AGEVOLAZIONE FISCALE PARI A CIRCA 40,2836 c€/l.
LA MISURA DELLA QUOTA DI GASOLIO AGEVOLATA (CON LA
RIDUZIONE DI 40,2836 c€/l) VIENE EFFETTUATA SULLA BASE DEL
GASOLIO ATTRIBUIBILE ALLA SOLA PRODUZIONE DI ENERGIA
ELETTRICA AUTOPRODOTTA E NON SU TUTTO IL COMBUSTIBILE
CONSUMATO DALL’IMPIANTO DI AUTOPRODUZIONE
(VALORIZZAZIONE NON SUPERIORE A 0,220 kg/kWh);
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58
ESEMPI DI VALUTAZIONE DELLA AGEVOLAZIONE FISCALE
Gruppo con consumo specifico pari a 0,250 Sm 3/kWh
0,25 Sm3/kWh
0,250 Sm 3/kWh a imposta ridotta
GRUPPO
DI
COGENERAZIONE
50%
energia elettrica +
perdite
RECUPERO
50%
0,125 Sm3/kWh
tutto il recupero è pagato ad imposta ridotta
usi interni
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Gruppo con consumo specifico superiore a 0,250 Sm 3/kWh
0,4 Sm 3/kWh
GRUPPO
DI
COGENERAZIONE
0,250 Sm3/kWh a imposta ridotta
(0,4 - 0,25)= 0,15 Sm3 /kWh ad
imposta non ridotta
RECUPERO
50%
0,2 Sm 3/kWh
50%
energia elettrica +
perdite
(0,2 - 0,15)= 0,05 Sm3 /kWh
solo una parte del recupero pari a 0,05 Sm3 /kWh
viene pagato ad imposta ridotta
usi interni
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59
Gruppo con consumo specifico inferiore a 0,250 Sm 3/kWh
0,22 Sm3/kWh
GRUPPO
DI
COGENERAZIONE
0,250 Sm3/kWh a imposta ridotta
l’imposta ridotta si applica su un
consumo superiore a quello del
gruppo per una quota di
0,25 - 0,22 = 0,03 Sm3 /kWh
RECUPERO
50%
0,11 Sm3/kWh
50%
energia elettrica +
perdite
0,11 + 0,03 = 0,14 Sm3 /kWh
tutto il recupero è pagato ad imposta ridotta
0,03 Sm3 /kWh consumati per altri usi interni di
metano pure pagati ad imposta ridotta
usi interni
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COSTI PER MANUTENZIONE E MATERIALI CONSUMO
I COSTI PER LA MANUTENZIONE IMPIANTO
GENERALMENTE PREVISTI IN 0,5 – 1,5 c€/kWh
SONO
I COSTI PER MATERIALI DI CONSUMO (LUBRIFICANTI, ETC... )
SONO PREVISTI IN 0,1- 0,15 c€/kWh
COSTI PER RISERVA DI POTENZA E PER ONERI DI SISTEMA
NELL’IPOTESI DI FUNZIONAMENTO IN ISOLA TALI COSTI SONO
NULLI.
NELL’IPOTESI DI PARALLELO CON LA RETE, OLTRE AD AVERE
IL VANTAGGIO DI POTER PRELEVARE L’ENERGIA DI
INTEGRAZIONE E POTER CEDERE LE ECCEDENZE, I COSTI
SONO LEGATI AL CONTRATTO DI TRASPORTO DA STIPULARE
CON IL DISTRIBUTORE LOCALE.
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60
IMPOSTE SULL’ENERGIA ELETTRICA AUTOPRODOTTA
L’AUTOPRODUTTORE
E’
SOGGETTO
OBBLIGATO
ALLA
DICHIARAZIONE ANNUALE DELL’ENERGIA CONSUMATA IN
QUANTO TITOLARE DI OFFICINA ELETTRICA. NON PUÒ
USUFRIURE DI UN SOSTITUTO DI IMPOSTA.
LE IMPOSTE ERARIALI (0,31 c€/kWh SU TUTTO IL CONSUMO CON
ESENZIONE TOTALE PER CONSUMI SUPERIORI A 1,2 GWh/MESE)
E IMPOSTE ADDIZIONALI PROVINCIALI (0,93 – 1,136 c€/kWh SUI
PRIMI 200.000 kWh/MESE) SONO DI IMPORTO PARI A QUELLE
RELATIVE ALL’ENERGIA ELETTRICA ACQUISTATA.
LE IMPOSTE ADDIZIONALI VENGONO PAGATE CONSIDERANDO IL
TOTALE
DI
ENERGIA
ELETTRICA
CONSUMATA
DALLO
STABILIMENTO, IN MODO TALE DA CONTEGGIARE UNA SOLA
VOLTA I PRIMI 200.000 kWh/mese.
I COSTI MEDI PER IMPOSTE SULL’ENERGIA AUTOPRODOTTA
POSSONO VARIARE QUINDI SINO A 1,446 c€/kWh.
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NORMATIVA ED ITER AUTORIZZATIVI
L’ASPETTO PIÙ IMPORTANTE
AUTORIZZAZIONI AMBIENTALI.
È
RAPPRESENTATO
DALLE
IN FUNZIONE DELLA TAGLIA DI IMPIANTO VARIANO LE TIPOLOGIE DI
AUTORIZZAZIONI A CUI SOTTOSTARE:
Ø SINO A CIRCA 1 MW ELETTRICO SE ALIMENTATI A METANO (3
MW TERMICI IN INGRESSO) SONO IMPIANTI AD INQUINAMENTO
POCO SIGNIFICATIVO; SONO ESCLUSI DALLA RICHIESTA DI
AUTORIZZAZIONE ART. 272 – DLgs 152\2006
Ø DA 3 MW TERMICI SINO A 20 MW IL RIFERIMENTO È L’ART. 269 –
DLgs 152\2006
Ø DA 20 MW TERMICI IN SU IL RIFERIMENTO È L’ART. 269 – DLgs
152\2006, A.I.A., KYOTO
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61
DAL PUNTO DI VISTA IMPIANTISTICO/ESECUTIVO
NORMATIVA VIGENTE PER GLI IMPIANTI INDUSTRIALI.
PRIMA DELLA COSTRUZIONE DELL’IMPIANTO:
VALE
LA
Ø AUTORIZZAZIONE
PREVENZIONE
INCENDI
(COMANDO
PROVINCIALE VV.F., DM 16/2/82)
Ø CONCESSIONE
EDILIZIA,
VALUTANDO
L’APPLICAZIONE
DELL’ART.26 DELLA LEGGE N.10/91 CHE EQUIPARA LE OPERE
PER LA COGENERAZIONE A MANUTENZIONE STRAORDINARIA
(COMUNE)
Ø DEPOSITO PROGETTO PER RISPETTO LEGGE SULLA
SICUREZZA DEGLI IMPIANTI (COMUNE, L.46/90, DPR 447/91)
Ø INDAGINE GEOLOGICA PER ACCERTARE LA REALIZZABILITÀ
DELL’OPERA SUL TERRENO
Ø VERIFICA DEL RISPETTO DEI VINCOLI SUGLI IMPATTI
AMBIENTALI PIÙ SIGNIFICATIVI (RUMORE, UTILIZZO DI ACQUA,
SMALTIMENTO RIFIUTI) IN RELAZIONE AL SITO PRESCELTO PER
LA COLLOCAZIONE DELL’IMPIANTO, COMPATIBILITÀ CON I LIMITI
DI LEGGE NAZIONALI E REGIONALI
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SI EVIDENZIA CHE TUTTE LE DOMANDE VENGONO PRESENTATE ALLO
SPORTELLO UNICO PER LE ATTIVITA’ PRODUTTIVE NEI COMUNI DOVE
TALE STRUMENTO SIA STATO ATTIVATO
ALLA DOMANDA È ALLEGATO IL PROGETTO DELL'IMPIANTO,
CORREDATO DA UNA RELAZIONE NELLA QUALE SONO COMUNQUE
INDICATI:
Ø IL CICLO PRODUTTIVO,
Ø L'INDICAZIONE DEL PRESUMIBILE TERMINE PER LA MESSA A
REGIME DELL'IMPIANTO,
Ø L'UTILIZZO DELL'ENERGIA ELETTRICA PRODOTTA,
Ø LE ESIGENZE PER LE QUALI SI VUOL PROCEDERE ALLA
REALIZZAZIONE DELL'IMPIANTO,
Ø LE CARATTERISTICHE DI COLLEGAMENTO AL SISTEMA
ELETTRICO NAZIONALE.
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62
PRIMA DELLA MESSA IN ESERCIZIO DELL’IMPIANTO:
Ø AUTORIZZAZIONE ESERCIZIO IMPIANTI IN PRESSIONE (ISPESL,
DPR 547/55, R.D. 824/27)
Ø RILASCIO DELLA LICENZA DI OFFICINA ELETTRICA DA PARTE
DELL’UFFICIO TECNICO DI FINANZA (AGENZIA DELLE DOGANE)
PER LA QUALE È NECESSARIA:
q DOMANDA IN BOLLO
q DENUNCIA SU MOD. M/BIS I UTF IN DUPLICE COPIA
q CERTIFICATO PREVENZIONE INCENDI
q PLANIMETRIA IN DUPLICE COPIA
q 2 MARCHE DA BOLLO
q PAGAMENTO CANONE
Ø AUTORIZZAZIONE EMISSIONI DI CO2 ENTRO 30 GIORNI PRIMA
DELLA MESSA IN ESERCIZIO
Ø CERTIFICAZIONE DI IMPIANTO COGENERATIVO AI SENSI DELLA
DELIBERA DELL’AUTORITÀ PER L’ENERGIA ELETTRICA ED IL
GAS N.42/02
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DEFINIZIONE DI IMPIANTO COGENERAZIONE (DEL.AEEG 42/02)
GLI IMPIANTI DI AUTOPRODUZIONE ALIMENTATI CON FONTI
FOSSILI CHE RECUPERANO E UTILIZZANO IL CALORE POSSONO
OTTENERE IL RICONOSCIMENTO DELLA DEFINIZIONE DI IMPIANTI
DI COGENERAZIONE AI SENSI DELLA DELIBERA DELL'AUTORITÀ
N.42/02 (aggiornata nei valori dalla 296/05)
LA DEFINIZIONE DI IMPIANTO DI COGENERAZIONE COMPORTA
ALCUNI BENEFICI TRA CUI:
ü PRIORITÀ NEL DISPACCIAMENTO
ü PREZZI DI CESSIONE ALLA RETE INCENTIVATI (FINO A 10
MVA)
ü NON HANNO L'OBBLIGO DI IMMISSIONE IN RETE DEL 2%
ANNUO DI ENERGIA ELETTRICA COSIDDETTA "VERDE"
GLI IMPIANTI POSSONO ACQUISIRE LA DEFINIZIONE DI
"COGENERAZIONE" PER SEZIONI DI IMPIANTO.
IMPIANTI CON POTENZA SINO A 10 MVA SONO CONSIDERATI
COSTITUITI DA UN'UNICA SEZIONE.
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63
PER IL RICONOSCIMENTO DELLA PRODUZIONE COMBINATA DI
ENERGIA ELETTRICA E CALORE COME COGENERAZIONE DEVONO
ESSERE VALUTATI DUE PARAMETRI FONDAMENTALI:
Ø
Ø
INDICE DI RISPARMIO DI ENERGIA (IRE)
LIMITE TERMICO (LT)
ENTRAMBI CALCOLATI SULLA BASE DELL'ANNO SOLARE
IRE VALUTA IL RISPARMIO ENERGETICO DELL'IMPIANTO
RISPETTO ALLA PRODUZIONE SEPARATA DI ENERGIA
ELETTRICA E CALORE CON IMPIANTI CONVENZIONALI
Ec
IRE = 1 - -----------------------Ee/(p*ηes) + Et/ηts
LT
VALUTA L'ENTITÀ DEL RECUPERO TERMICO
Et
LT = ---------Ee + Et
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DOVE
ü Ec è l'energia del combustibile entrante nella sezione (in
MWh/anno),
ü Ee è l'energia elettrica prodotta netta dalla sezione (senza
consumi di ausiliari e trasformatori principali), espressa in
MWh/anno,
ü Et è l'energia termica utile, pari alla differenza di energia
contenuta nel fluido vettore uscente ed entrante nella sezione(in
MWh/anno),
ü p è un coefficiente che premia le situazioni di autoproduzione in
sito e le sezioni allacciate alla rete in media o bassa tensione,
determinato dalla delibera (0,95-0,97 per sezioni allacciate in MT,
1 se allacciate in AT)
ü η es è il rendimento elettrico convenzionale determinato dalla
delibera in base al tipo di combustibile e alla taglia della sezione
(0,40 per impianti da 1 a 10 MW alimentati con gas naturale)
ü η ts è il rendimento termico convenzionale fissato pari a 0,9 (0,8 se
l'energia termica è impiegata per il riscaldamento degli ambienti)
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64
VALORI DEL COEFFICIENTE p PER IL
CALCOLO DELL'INDICE IRE
Livello di
tensione cui è
allacciata la
sezione
valore di p p e r
energia
immessa in
rete
valore di p p e r
energia
autoconsumata
in sito
BT
0,957
0,935
MT
0,972
0,957
AT/AAT
1
0,972
VALORI DEL RENDIMENTO ELETTRICO CONVENZIONALE
Tipo combustibile
Taglia della sezione
gas naturale, gasolio
olio combustibile
carbone
biomasse
sino a 1 MW
0,40
0,35
0,33
0,23
oltre 1 MW sino a 10 MW
0,41
0,36
0,34
0,25
oltre 10 MW sino a 25 MW
0,44
0,38
0,36
0,27
oltre 25 MW sino a 50 MW
0,48
0,39
0,37
0,27
oltre 50 MW sino a 100 MW
0,50
0,39
0,37
0,27
oltre 100 MW sino a 200 MW
0,51
0,39
0,37
0,27
oltre 200 MW sino a 300 MW
0,53
0,39
0,37
0,27
oltre 300 MW sino a 500 MW
0,55
0,41
0,39
0,27
oltre 500 MW
0,55
0,43
0,41
0,27
CSE SRL
CONTRIBUTI E AGEVOLAZIONI
Ø LA LEGGE N.10 DEL 1991, ARTT.8, 10 E 11, A SECONDA DELLA
TAGLIA E DELLA DESTINAZIONE DELL'ENERGIA COGENERATA,
PREVEDONO LA CONCESSIONE DI CONTRIBUTI IN CONTO
CAPITALE COMPRESI TRA IL 20 % ED IL 40 %
DELL'INVESTIMENTO EFFETTUATO PER LE REALIZZAZIONI DI
IMPIANTI DI COGENERAZIONE.
SI TRATTA DI CONTRIBUTI EROGATI DALLE REGIONI, NON PIÙ
ATTUATI NEGLI ULTIMI ANNI.
Ø I TITOLI DI EFFICIENZA ENERGETICA (DM 20/07/2004) SONO
TITOLI ATTESTANTI IL RISPARMIO ENERGETICO (1 TITOLO = 1
TEP) CONSEGUITO A SEGUITO DI UN INTERVENTO. IL VALORE
ECONOMICO DEL TEE E’ PARI A 100 €/TEE ED E’
RICONOSCIUTO PER CINQUE ANNI.
TRA I VARI INTERVENTI CHE POSSONO OTTENERE I TEE C’E’
ANCHE LA COGENERAZIONE PER USO CLIMATIZZAZIONE
AMBIENTI.
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65
Ø LA COGENERAZIONE ABBINATA AL TELERISCALDAMENTO HA
GODUTO DELL’EMISSIONE DEI CERTIFICATI VERDI SECONDO
QUANTO PREVISTO DALLA LEGGE N.239/04, ABROGATA DALLA
LEGGE FINANZIARIA PER IL 2007.
Ø A LIVELLO LOCALE, PERIODICAMENTE, SONO ATTIVATI ALTRI
STRUMENTI REGIONALI E/O PROVINCIALI CHE INTRODUCONO
CONTRIBUTI O FINANZIAMENTI PER IMPIANTI DI
COGENERAZIONE
Ø IL DECRETO LEGISLATIVO N.20 DELL’8 FEBBRAIO 2007
RECEPISCE LA DIRETTIVA EUROPEA 2004/8/CE SULLA
COGENERAZIONE: SONO IN FASE DI ELABORAZIONE I
DOCUMENTI ATTUATIVI SULL’INCENTIVAZIONE DEGLI IMPIANTI
DI COGENERAZIONE
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Direttiva 2004/8/CE - La UE promuove la cogenerazione
Sulla G.U. dell' Unione europea L 52/50 del 21/02/04 è pubblicata la Direttiva
2004/8/CE del Parlamento europeo e del Consiglio dell' 11/02/04 sulla
promozione della cogenerazione basata su una domanda di calore utile nel
mercato interno dell' energia e che modifica la direttiva 92/42/CEE.
Il provvedimento è stato adottato in considerazione del fatto che nella Comunit à
la cogenerazione come mezzo per risparmiare energia è sottoutilizzata; la
promozione della cogenerazione ad alto rendimento basata su una domanda di
calore utile offre potenziali benefici in termini di risparmio di energia primaria di
prevenzione delle perdite di rete e di riduzione delle emissioni, in particolare
quelle dei gas a effetto serra. Inoltre, l' uso efficiente dell' energia di
cogenerazione può contribuire alla sicurezza dell' approvvigiona mento energetico
e alla competitività dell' Unione europea e dei suoi Stati membri.
Allo scopo di accrescere l' efficienza energetica e migliorare la sicurezza
dell'approvvigionamento la direttiva crea un quadro per la promozione e lo
sviluppo della cogenerazione ad alto rendimento, tenendo conto delle specifiche
situazioni nazionali, in particolare riguardo alle condizioni climatiche e alle
condizioni economiche (Articolo 1 - Scopo).
La direttiva si applica alla cogenerazione, definita all' art. 3 come generazione
simultanea di in un unico processo di energia termica ed elettrica e/o di energia
meccanica, ed alle tecnologie di cogenerazione di cui all'allegato 1.
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66
Ai fini della determinazione del rendimento della cogenerazione, i valori di
riferimento saranno determinati, per la produzione separata di elettricit à e di
calore, entro il 21/02/2006. Questi valori di rendimento di riferimento
armonizzati (art.4) constano di una matrice di valori differenziati da fattori
pertinenti, tra cui l' anno di costruzione e i tipi di combustibile, e devono
essere basati su un'analisi ben documentata che tenga conto, tra l'altro, dei
dati relativi ad un uso operativo in condizioni reali, dello scambio
transfrontaliero di elettricit à, della miscela di combustibili, delle condizioni
climatiche
nonché
delle tecnologie di cogenerazione applicate
conformemente ai principi di cui all'allegato III.
Per la prima volta entro il 21 febbraio 2007 e successivamente ogni quattro
anni, dietro richiesta della Commissione presentata almeno sei mesi prima
della data prevista, gli Stati membri dovranno valutare i progressi compiuti
per aumentare la quota della cogenerazione ad alto rendimento, effettuando
un'analisi del potenziale nazionale di cogenerazione.
Come previsto dall' art.7, gli Stati membri assicurano che il sostegno alla
cogenerazione - unit à esistenti e future - sia basato sulla domanda di calore
utile e sui risparmi di energia primaria, alla luce delle opport unit à disponibili
per ridurre la domanda energetica tramite altre misure economicamente
realizzabili o vantaggiose dal punto di vista ambientale, come altre misure
relative all'efficienza energetica.
Gli Stati membri dovranno conformarsi alla presente direttiva entro il
21/02/2006.
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PREZZI
DI
CESSIONE
DELL’’ENERGIA
DELL
PRODOTTA E INTERFACCIA CON LA RETE
ELETTRICA
L’ENERGIA CEDUTA DAGLI IMPIANTI DI COGENERAZIONE ALLA
RETE
VIENE
REMUNERATA
SECONDO
LA
SEGUENTE
SUDDIVISIONE:
• IMPIANTO RICONOSCIUTO COGENERATIVO (DEL. 42/02)
Ø POTENZA < 10 MVA, RITIRO GARANTITO DA TERNA A
PREZZO PARI A QUELLO DI CESSIONE DELL’ENERGIA DA
PARTE DELL’ACQUIRENTE UNICO ALLE IMPRESE
DISTRIBUTRICI;
Ø POTENZA > 10 MVA, RICEVE PER OGNI ORA IL PREZZO DI
BORSA (ZONALE);
• IMPIANTO NON RICONOSCIUTO COGENERATIVO, RICEVE IL
PREZZO DI BORSA (PUN) MEDIO REGISTRATO NELLE ORE
OFF-PEAK
RESTA LA POSSIBILITÀ PER OGNI TIPO DI IMPIANTO DI POTER
CEDERE LA PROPRIA ENERGIA AD UN GROSSISTA MEDIANTE UN
CONTRATTO BILATERALE A PREZZI DI MERCATO.
CSE SRL
67
MISURE E INTERFACCIA CON LA RETE ELETTRICA
GLI IMPIANTI DI AUTOPRODUZIONE CHE RISULTANO COLLEGATI
ALLA RETE DI TRASMISSIONE O DISTRIBUZIONE SONO SOGGETTI
ALLA NORMATIVA SU TRASMISSIONE, DISTRIBUZIONE, MISURA E
DISPACCIAMENTO DELL’ENERGIA ELETTRICA PER QUANTO
RIGUARDA I PRELIEVI E LE IMMISSIONI DI ENERGIA IN RETE.
L'IMPIANTO PUÒ ESSERE DIMENSIONATO PER LA TOTALE
COPERTURA DEI FABBISOGNI DELLE UTENZE OPPURE PER
COPRIRNE UNA SOLA PARTE, OPPURE ANCORA PER PRODURRE
ECCEDENZE DI ENERGIA DA INVIARE PRESSO ALTRE UTENZE.
IN GENERALE, IN OGNI ORA DELL'ANNO PUÒ SUCCEDERE CHE LA
PRODUZIONE E I CONSUMI SIANO DIFFERENTI E CHE QUINDI SI
POSSANO MANIFESTARE ECCEDENZE O CARENZE DI ENERGIA
ELETTRICA.
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IN OGNI CASO DEVE ESSERE CONTABILIZZATA L'ENERGIA
ELETTRICA IMMESSA E PRELEVATA DALLA RETE.
LA
NORMATIVA
DI
PRINCIPALMENTE
DAL
DELL'AUTORITÀ N.5/04).
RIFERIMENTO
È
TESTO
INTEGRATO
COSTITUITA
(DELIBERA
IL SOGGETTO RESPONSABILE DELL’INSTALLAZIONE E DELLA
MANUTENZIONE DEI MISURATORI È:
A) CON RIFERIMENTO AI PUNTI DI PRELIEVO, L’IMPRESA
DISTRIBUTRICE PER I CLIENTI FINALI CHE PRELEVANO
L’ENERGIA ELETTRICA DA TALI PUNTI;
B) CON RIFERIMENTO AI PUNTI DI IMMISSIONE RELATIVI AD
UN IMPIANTO DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA, IL
SOGGETTO TITOLARE DELL’IMPIANTO MEDESIMO,
OPPURE SE SITUATI SU UNA RETE CON OBBLIGO DI
CONNESSIONE DI TERZI, IL SOGGETTO CHE GESTISCE
LA MEDESIMA RETE
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68
SERVIZIO DI DISPACCIAMENTO DELL'ENERGIA ELETTRICA
LA DISCIPLINA DEL DISPACCIAMENTO DELL'ENERGIA ELETTRICA È
NORMATA DALLA DELIBERA N.168/03.
LA DELIBERA 34/05 PREVEDE TRATTAMENTI “AGEVOLATI” PER GLI
IMPIANTI A FONTI RINNOVABILI E PER GLI IMPIANTI DI
COGENERAZIONE SOTTO I 10 MVA.
GLI AUTOPRODUTTORI IN SITO COLLEGATI ALLE RETI DI
TRASMISSIONE E DISTRIBUZIONE PER INTEGRARE E SCAMBIARE
CON LA RETE L’ENERGIA PER LE PROPRIE UTENZE DEVONO
STIPULARE UN CONTRATTO DI TRASPORTO E SONO SOGGETTI
ALLA DISCIPLINA DEL DISPACCIAMENTO.
L’AUTOPRODUTTORE PAGA IL SERVIZIO DI TRASPORTO AL
DISTRIBUTORE E L'ENERGIA DI INTEGRAZIONE AL SUO
FORNITORE.
STIPULA (O DELEGA PER LA STIPULA) IL CONTRATTO DI
DISPACCIAMENTO.
CSE SRL
L’AUTOPRODUTTORE,
NELL’AMBITO
DEL
CONTRATTO
DI
TRASPORTO, SI COMPORTA SIA COME PUNTO DI PRELIEVO SIA
COME PUNTO DI IMMISSIONE.
LA NORMATIVA PREVEDE CHE SIA PREVALENTE IL RUOLO DI
PUNTO DI IMMISSIONE E CHE DEBBA PAGARE IL 54% DELLA
COMPONENTE TARIFFARIA RELATIVA AL SERVIZIO DI MISURA.
LE ALTRE COMPONENTI TARIFFARIE NON SONO DIVERSE DA
QUALSIASI PUNTO DI PRELIEVO.
IN QUANTO PRODUTTORE, PER L’ENERGIA IMMESSA IN RETE,
DEVE PAGARE IL CORRISPETTIVO DI TRASMISSIONE PARI A 0,267
€/MWh per il 2007
(cfr. art.19 del testo integrato pubblicato con delibera n.5/04)
SE L’IMPIANTO E’ CONNESSO CON LA RETE IN MEDIA O BASSA
TENSIONE, AL PRODUTTORE SPETTA PER L’ENERGIA IMMESSA IN
RETE, IL CORRISPETTIVO DENOMINATO CTR, PARI A 3,3 €/MWh per
il 2007, CALCOLATO SULL’ENERGIA AUMENTATA DI UN FATTORE
CHE TIENE CONTO DELLE PERDITE DI RETE (4,2% IN MT, 9,9% IN
BT)
(cfr. art.17 del testo integrato pubblicato con delibera n.5/04)
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69
ENERGIA REATTIVA
IL PRODUTTORE DEVE IMMETTERE IN RETE ENERGIA REATTIVA
CAPACITIVA NELLE ORE PIENE E INDUTTIVA NELLE ORE VUOTE.
I VALORI VENGONO MISURATI SU BASE MENSILE.
I LIMITI IMPOSTI DAL GESTORE DELLA RETE POSSONO ESSERE
DIVERSI IN BASE ALLA RETE E IN FUNZIONE DELLA TIPOLOGIA DEI
GENERATORI.
VARIANO TRA cosϕ = 0,9 IN RITARDO E cos ϕ = 0,95 IN ANTICIPO
RISPETTIVAMENTE IN ORE PIENE E ORE VUOTE PER GENERATORI
SINCRONI.
I GENERATORI ASINCRONI, CHE NON POSSONO IMMETTERE
ENERGIA INDUTTIVA, DEVONO IMMETTERE ENERGIA CAPACITIVA
NELLE ORE PIENE IN MODO CHE RISULTI UN COSϕ IN ANTICIPO.
CSE SRL
CORRISPETTIVO
PER
IL
SERVIZIO
DI
TRASPORTO
DELL’ ENERGIA ELETTRICA PER I PRODUTTORI DI ENERGIA
ELETTRICA
IL TESTO INTEGRATO (DELIBERA N.5/04) PREVEDE CHE UN IMPIANTO
DI PRODUZIONE DI ENERGIA ELETTRICA CONNESSO AD UNA RETE
CON OBBLIGO DI CONNESSIONE DI TERZI RICONOSCE A TERNA, PER
IL SERVIZIO DI TRASPORTO, UN CORRISPETTIVO DETERMINATO
APPLICANDO ALL’ENERGIA ELETTRICA IMMESSA NELLA RETE UNA
COMPONENTE TARIFFARIA PARI A 0,0253 c€/kWh.
CTR
IL
TESTO
INTEGRATO
(DELIBERA
N.5/04)
PREVEDE
IL
RICONOSCIMENTO DELLA COMPONENTE CTR (CIRCA 0,25-0,3
c€/kWh), ALL'IMPIANTO DI PRODUZIONE, CONNESSO IN MEDIA O
BASSA TENSIONE, PER L’ENERGIA ELETTRICA IMMESSA NELLA RETE
DI DISTRIBUZIONE, AUMENTATA DEL 4,2% SE IN MEDIA TENSIONE E
DEL 9,9% SE IN BASSA TENSIONE.
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70
SINTESI
Tabella di sintesi relativa agli impianti di produzione di energ ia elettrica (1)
non soggetti ai corrispettivi
di cui all'art.35 della del.
AEEG n.168/03 (CCT)
#
prezzo pubblicato
mensilmente da AU
soggetti ai corrispettivi di
cui all'art.35 della del.
AEEG n.168/03 (CCT)
#
CTR per
impianti
allacciati in
MT o BT
aspetti fiscali
prezzo pubblicato
mensilmente da AU
forme incentivanti
potenza media nominale
sino a 1
MW
cessione al
distributore
del.n.34/05,
del.n.5/04,
del.n.42/02
AEEG
trattamento economico energia immessa in rete
oltre 1
MW
normativa di riferimento per il
trattamento economico
dell'energia
riferimento normativo
legge n.239/04, del. AEEG n.42/02
destinazione produzione o
eccedenze
tipologia impianto
cogenerazione
potenza elettrica sino a 10 MVA
TEE
imposte
ordinarie per
l'autoconsumata
del.n.168/03,
del.n.5/04,
del.n.42/02
AEEG
qualunque
energia
immessa in MT
o BT
aumentata
delle perdite
(1) impianti non ammessi a incentivi CIP 6/92 o con convenzione CIP 6/92 terminata, entrati in esercizio dopo l'1 aprile 1999 se rinnovabili
cessione al
mercato
prezzo contrattato
con grossista
soggetti ai corrispettivi di
cui all'art.35 della del.
AEEG n.168/03 (CCT)
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Cap. 8 - pag. 141 di 50
INDICE DEI CAPITOLI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
INQUADRAMENTO ENERGETICO DELLO STABILIMENTO
L'ACQUISTO DELL'ENERGIA E AUTOPRODUZIONE
LA LEGGE 10/91
IL RESPONSABILE DELL'ENERGIA
I CONTRIBUTI AGLI INVESTIMENTI
LA VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI IN CAMPO ENERGETICO
ESEMPI DI VALUTAZIONE DI INVESTIMENTI FINALIZZATI AL RISPARMIO
ENERGETICO
OTTIMIZZARE LE TRASFORMAZIONI DELL'ENERGIA AI CONFINI DI
STABILIMENTO
OTTIMIZZARE LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA
LA COGENERAZIONE
OTTIMIZZARE GLI USI FINALI DELL'ENERGIA NEI MACCHINARI DI
PROCESSO E DI SERVIZIO
ESEMPI APPLICATIVI
UNITA' DI MISURA E PARAMETRI DI USO PRATICO.
CENNI SU SISTEMI DI MISURA
RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO
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VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
FAX 0382 528851
* e.mail [email protected]
sito internet: www. cseit.it
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9. OTTIMIZZARE GLI USI FINALI DELL'ENERGIA
NEI MACCHINARI DI PROCESSO E DI SERVIZIO
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POMPE, VENTILATORI E COMPRESSORI
LE POMPE E I VENTILATORI COMUNEMENTE USATI NELL'INDUSTRIA SONO
MACCHINE CENTRIFUGHE (POMPE E VENTILATORI), ASSIALI E ALTERNATIVE
LE
POMPE
SONO
SIMILI
AI
COMPRESSORI,
MA
LAVORANO
CON
FLUIDI
INCOMPRIMIBILI (LIQUIDI CON VARIAZIONI DI DENSITÀ TRASCURABILI)
I
VENTILATORI
POSSONO
ESSERE
DEFINITI
COME
COMPRESSORI
CHE
REALIZZANO UNA PICCOLA VARIAZIONE DI DENSITÀ TRA L'INGRESSO E L'USCITA
( INCREMENTO INFERIORE A 5-7%)
NEL FUNZIONAMENTO DELLE POMPE E VENTILATORI SI PONE SPESSO IL
PROBLEMA DI REGOLARE LA PORTATA DEL FLUIDO IN RELAZIONE ALLE
ESIGENZE DELL'UTENTE.
SI
DISTINGUONO
METODI
DISSIPATIVI
CHE
CREANO
DELLE
CADUTE
DI
PRESSIONE ADDIZIONALI (VALVOLE DI STROZZATURA, SERRANDE, ETC.) E
METODI NON DISSIPATIVI CHE REGOLANO LA VELOCITÀ DELLA MACCHINA
OPERATRICE
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72
POMPE, VENTILATORI E COMPRESSORI
IN FIGURA SONO RIPORTATE LE STRUTTURE BASE PER POMPE, VENTILATOR I E
COMPRESSORI
Tipologie base di pompe, ventilatori e compressori rotanti: a) flusso assiale; b) centrifugo; c) a lobi
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COMPRESSORI ARIA E GAS
I COMPRESSORI, E NON SOLO QUELLI USATI PER L'ARIA COMPRESSA, POSSONO ESSERE
CLASSIFICATI COME COMPRESSORI A FLUSSO INTERMITTENTE (ALTERNATIVI; ROTANTI A
VITE, A LOBI, ETC.) E COMPRESSORI A FLUSSO CONTINUO (ROTANTI CENTRIFUGHI E
ASSIALI; TERMOCOMPRESSORI O EIETTORI)
TUTTI I COMPRESSORI POSSONO ESSERE UTILIZZATI PER COMPRIMERE L'ARIA; NEL CASO
DI RAPPORTO DI COMPRESSIONE TROPPO ALTO SI RICORRE A SISTEMI CON PIÙ
COMPRESSORI IN CASCATA. IL GAS È SPESSO RAFFREDDATO TRA STADI SUCCESSIVI
PER RIDURNE LA TEMPERATURA E QUINDI IL VOLUME
NELLA FIGURA SEGUENTE SONO RIPORTATE LE CARATTERISTICHE PRESSIONE-PORTATA
TIPICHE PER ALCUNI COMPRESSORI
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73
POMPE E VENTILATORI: PUNTO DI LAVORO
NEL PIANO PREVALENZA-PORTATA IL PUNTO DI LAVORO È DEFINITO COME
L'INTERSEZIONE DELLA CARATTERISTICA DELLA MACCHINA (PER UNA
DETERMINATA GIRANTE E PER UNA DETERMINATA VELOCITÀ ALL'ALBERO) E DEL
CIRCUITO DI CARICO
NEL SEGUITO SI FAR À RIFERIMENTO ALLE MACCHINE CENTRIFUGHE, MA LE
CONSIDERAZIONI POSSONO ESSERE FACILMENTE ESTESE ANCHE ALLE
MACCHINE ASSIALI CHE HANNO UNA CARATTERISTICA PREVALENZA-PORTATA PI Ù
RIPIDA
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POMPE, VENTILATORI E COMPRESSORI: CARATTERISTICHE
I
COSTRUTTORI
FUNZIONAMENTO
PREVALENZA
POTENZA
FORNISCONO
DELLE
TOTALE-PORTATA
ALL'ALBERO
INSIEMI
MACCHINE
IN
PER
A
DIVERSI
FUNZIONE
DI
CARATTERISTICHE
VELOCITÀ
COSTANTE
DIAMETRI
DELLA
:
DELLA
PORTATA,
DI
CURVE
GIRANTE,
CURVE
DI
EQUIRENDIMENTO
AL VARIARE DELLA VELOCITÀ ALL'ALBERO IN UN CAMPO DI PUNTI DI LAVORO (1,
2) ENTRO I QUALI IL RENDIMENTO SI PUÒ RITENERE COSTANTE, RISULTA
SI NOTI CHE LE STESSE RELAZIONI POSSONO ESSERE UTILIZZATE AL VAR IARE
DEL DIAMETRO DELLA GIRANTE SOSTITUENDO IL DIAMETRO ALLA VELOCITÀ
PORTATA 2 = PORTATA 1 × (VELOCITÀ 2 / VELOCITÀ1)
PREVALENZA2 = PREVALENZA1 × (VELOCITÀ2 / VELOCITÀ 1)2
POTENZA2 = POTENZA1 × (VELOCITÀ 2 / VELOCITÀ1) 3
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74
POMPE E VENTILATORI: CARATTERISTICHE
Set di curve per una pompa centrifuga
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POMPE E VENTILATORI: CARATTERISTICHE
LA PORTATA IN VOLUME È UGUALE AL PRODOTTO DELLA VELOCITÀ DEL FLUIDO
(PER ACQUA TIPICO VALORE 2-3 m/s) PER LA SEZIONE IN m2
LA PORTATA IN MASSA SI OTTIENE DALLA PORTATA IN VOLUME MOLTIPLICATA
PER LA DENSITÀ IN kg/m3
LA POTENZA ALL'ALBERO È PARI A
POTENZA P (W; ft × lbf /s) = q × H × ρ × (g / gc) / η
OVE
q = PORTATA IN VOLUME (m3/s; ft 3/s)
H = PREVALENZA TOTALE = PREVALENZA DINAMICA + PREVALENZA
STATICA (h)
ρ = DENSITÀ DEL FLUIDO (kg/m3; lb/ft3)
η = RENDIMENTO DELLA POMPA
g = ACCELERAZIONE DI GRAVITÀ = 9,81 m/s 2 = 32,17 ft/s2
gc= FATTORE DI CONVERSIONE = 1 kg × (m/s2) / N = 32,17 lb × (ft/s2) / lbf
SI EVIDENZIA CHE NELL'IPOTESI DI RENDIMENTO UNITARIO LA POTENZA
RICHIESTA CON UNA PORTATA DI 10 m3/s CON UNA PREVALENZA DI 10 m È DI
981 kW. IN PARTICOLARE, SI NOTI CHE L'ENERGIA NECESSARIA PER
MOVIMENTARE 10 m3 DI ACQUA CON UN SALTO DI 10 m È 0,2725 kWh PARI A 9,81
× 105 J
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75
POMPE E VENTILATORI: SITUAZIONI DI LAVORO
NEL SEGUITO SONO RIPORTATE DUE TIPICHE SITUAZIONI DI LAVORO:
• PERDITE DINAMICHE PICCOLE RISPETTO A QUELLE STATICHE
• PERDITE DINAMICHE SUPERIORI A QUELLE STATICHE
Circuiti tipici: (a) carico con perdite dinamiche minori alle perdite statiche; (b) carico con perdite dinamiche
maggiori delle perdite statiche
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POMPE E VENTILATORI: REGOLAZIONE DISSIPATIVA
PER RIDURRE LA PORTATA DEL FLUIDO A PARI VELOCITÀ ALL'ALBERO SI DEVE
INTRODURRE UNA PREVALENZA ADDIZIONALE (VALVOLA DI STROZZATURA,
SERRANDA) NEL CIRCUITO
LA POTENZA DISSIPATA NELLA VALVOLA È VALUTATA CON LA FORMULA GIÀ
INDICATA PREDEDENTEMENTE
POTENZA PERDUTA (W) = q × ∆H × ρ × (g / gc) / η
OVE
q
= PORTATA RIDOTTA
∆H = CADUTA DI PRESSIONE ADDIZIONALE NELLA VALVOLA
Curve delle pompe e del carico corrispondenti ai circuiti in figura precedente
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76
POMPE E VENTILATORI: REGOLAZIONE NON DISSIPATIVA
LA PORTATA PUÒ ESSERE VARIATA REGOLANDO LA VELOCITÀ DI ROTAZIONE
ALL'ALBERO DELLA POMPA MEDIANTE AZIONAMENTI ELETTRICI A VELOCITÀ
VARIABILE, SENZA INTRODURRE CADUTE DI PRESSIONE ADDIZIONALI NEL
CIRCUITO
IL RISPARMIO ENERGETICO RISPETTO AL METODO DISSIPATIVO È NON
INFERIORE ALLA PERDITA DI POTENZA GIÀ EVIDENZIATA PER IL METODO
DISSIPATIVO, OLTRE AD UN ULTERIORE VANTAGGIO LEGATO
MIGLIORAMENTO DEL RENDIMENTO DELLA POMPA NEL NUOVO
PUNTO DI LAVORO
AD
UN
NEL SEGUITO SONO RIPORTATE LE CARATTERISTICHE DI UNA POMPA ED I PUNTI
DI LAVORO CON METODO DISSIPATIVO E NON DISSIPATIVO NELL'IPOTESI DI
RIDUZIONE DELLA PORTATA AL 50%.
È PURE RIPORTATA UNA TABELLA DI CONFRONTO DELLE POTENZE ASSORBITE
NEI DUE CASI CONSIDERATI CON EVIDENZIATO IL RISPARMIO ENERGETICO
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POMPE E VENTILATORI: CONFRONTO TRA METODO DISSIPATIVO E NON
DISSIPATIVO
Curve caratteristiche della pompa in esempio
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POMPE E VENTILATORI: CONFRONTO TRA METODO DISSIPATIVO E NON
DISSIPATIVO
portata
nominale
(100%)
Confronto tra il metodo dissipativo e non dissipativo (v. Fig. 10.8 e 10.9)
simbolo
unità di
misura
Densità del fluido
ρ
kg/m
Velocità girante
n
giri/min
Portata (dal grafico)
q
m /min
Portata
q
3
m /s
Prevalenza (dal grafico)
H
m
rendimento pompa (dal grafico)
ηp
%
accelerazione di gravità
portata ridotta (50%)
An (nominale)
A2
(dissipativo)
A1 (non
dissipativo)
A1n
(calcolato)
1000
1000
1000
1000
3550
3550
2750
3550
0,312
0,16
0,16
0,207
0,00520
0,00267
0,00267
0,00344
53,2
67 (A1 = 37,5)
37,5
62,5
49%
38%
44%
44%
9,81
9,81
3
3
2
g
m/s
9,81
Pc=q*H* ρ*g
kW
2,71
0,98
0,98
∆P
kW
0
0,77
0
Pv=∆P/ ηp
kW
0
2,03
0
Pp =(P c /ηp )+Pv
kW
5,54
4,61
2,23
rendimento motore elettrico
ηel
%
90%
90%
90%
rendimento azionamento elettrico
ηa z
%
perdite nell'azionamento elettrico
∆Pa z=(1-η az )P ass
0
potenza richiesta dal carico
perdite sulla valvola
perdite sulla valvola all'albero della pompa
potenza totale all'albero della pompa
0,77
2,38
90%
kW
0
potenza assorbita dalla linea
Pass =P/(ηp* ηel *ηa z)
kW
6,15
5,12
2,75
Ore annue di funzionamento
h
h/anno
8640
8640
8640
E=Pass *h
kWh/anno
53169
44279
23782
Energia acquistata
differenza
tra A2 e A1
0,28
20497
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COMPRESSORI ARIA/PROCESSI TIPICI
I PROCESSI DI COMPRESSIONE TIPICI SONO DUE: COMPRESSIONE ISOTERMA E
COMPRESSIONE ADIABATICA.
NELLA PRATICA SI OTTENGONO DELLE
COMPRESSIONI INTERMEDIE TRA QUESTI DUE PROCESSI
SI CONSIDERI UN PROCESSO DI COMPRESSIONE TRA UN PUNTO 1 (PRESSIONE
p1, VOLUME SPECIFICO v 1) ED UN PUNTO 2 (PRESSIONE p2, VOLUME SPECIFICO v 2)
COMPRESSIONE ISOTERMA / SI MANTIENE COSTANTE LA TEMPERATURA E LA
PRESSIONE AUMENTA.
CIÒ RICHIEDE CHE IL CALORE SIA ELIMINATO CON
CONTINUITÀ
LA FORMULA BASE È :
p1v 1 = p2v 2 = COSTANTE
COMPRESSIONE ADIABATICA / NON SI TOGLIE NÈ
SI AGGIUNGE CALORE
DURANTE LA COMPRESSIONE CHE È ISOENTROPICA (O REVERSIBILE). LA
TEMPERATURA AUMENTA
LA FORMULA BASE È :
p1v 1k = p2v 2k = COSTANTE
OVE k È IL RAPPORTO TRA I CALORI SPECIFICI DEL FLUIDO A PRESSIONE
COSTANTE E A VOLUME COSTANTE (k = 1,4 PER L'ARIA)
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78
COMPRESSORI ARIA/PROCESSI TIPICI
LA COMPRESSIONE REALE È INTERMEDIA TRA LE DUE SOPRA INDICATE IN QUANTO IL
CALORE NON PUÒ ESSERE ASPORTATO DAL COMPRESSORE CON LA STESSA RAPIDITÀ
CON CUI VIENE PRODOTTO E LA TEMPERATURA DELL'ARIA NON RESTA COSTANTE
COMPRESSIONE POLITROPICA/LA COMPRESSIONE È IRREVERSIBILE
LA FORMULA BASE È :
p1v 1n = p2v 2n = COSTANTE
OVE n È IL COEFFICIENTE DELLA POLITROPICA CHE VARIA DA 1,3 A VALORI ANCHE
SUPERIORI A 1,4 A SECONDA DEL LIVELLO DI RAFFREDDAMENTO DEL COMPRESSORE
NELLA FIGURA SEGUENTE SONO RIPORTATE LE CURVA DI ALCUNI PROCESSI TIPICI DI
COMPRESSIONE
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COMPRESSORI ARIA/POTENZA RICHIESTA
COMPRESSIONE ISOTERMA
Pis(kW) = p1 × q1 × ln(p2/p1) / 1000 = 101,325 × q1 × ln(p2/p1)
OVE
p2
= PRESSIONE ASSOLUTA IN USCITA (Pa)
p1
= PRESSIONE ASSOLUTA IN INGRESSO, GENERALMENTE
QUELLA ATMOSFERICA PARI A 101325 Pa
p2/P1 = RAPPORTO DI COMPRESSIONE
q1
= VOLUME ARIA IN INGRESSO IN m 3/s (SPESSO SONO LE
CONDIZIONI STANDARD 0,1013 MPa, 15,6°C = 60°F)
COMPRESSIONE ADIABATICA
Pp = p1 ⋅
 k− 1 
 k −1 




k   p2   k  
1
k   p 2  k  
⋅  
−1 ⋅ q1 ⋅
= 101.325 ⋅
⋅   
− 1 ⋅ q1
k − 1   p1 
1000
k − 1   p1 






[kW]
LA TEMPERATURA DELL'ARIA IN USCITA DIPENDE DALLA TEMPERATURA IN
INGRESSO E DAL RAPPORTO DI COMPRESSIONE
T2 = T1 × (p2/p1) (k-1)/k
OVE T2 E T1 SONO LE TEMPERATURE ASSOLUTE
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79
COMPRESSORI ARIA/POTENZA RICHIESTA
COMPRESSIONE POLITROPICA
VALGONO LE FORMULE GIÀ VISTE PER LA COMPRESSIONE ADIABATICA SOSTITUENDO IL
COEFFICIENTE k CON IL COEFFICIENTE DELLA POLITROPICA n
BILANCIO ENERGETICO
TRASCURANDO I CONTRIBUTI DELL'ENERGIA CINETICA E DI QUELLA POTEN ZIALE
RISULTA
Pm = Q + m × (h2 - h1)
OVE
Q = CALORE TRASFERITO ASSUNTO POSITIVO SE LASCIA IL SISTEMA
m = PORTATA IN MASSA D'ARIA
h2, h1 = ENTALPIA DELL'ARIA IN USCITA E IN INGRESSO
CIÒ SIGNIFICA CHE IL LAVORO MECCANICO ALL'ALBERO UGUAGLIA IL CALORE
TRASFERITO (CHE È
NULLO NEL PROCESSO ADIABATICO) PI Ù LA DIFFERENZA DI
ENTALPIA TRA ARIA IN INGRESSO E IN USCITA (CHE È NULLA NEL PROCESSO
ISOTERMO)
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COMPRESSORI ARIA/POTENZA RICHIESTA
SI DEFINISCE RENDIMENTO ISOTERMO IL RAPPORTO TRA LA POTENZA
RICHIESTA IN UN PROCESSO ISOTERMO E QUELLA RICHIESTA DAL PROCESSO
REALE
SI DEFINISCE RENDIMENTO ADIABATICO IL RAPPORTO TRA LA POTENZA
RICHIESTA IN UN PROCESSO ADIABATICO E QUELLA RICHIESTA DAL PROCESSO
REALE
NELLA TABELLA SEGUENTE SONO RIPORTATI I VALORI TEORICI DI POTENZA
RICHIESTA IN kW PER COMPRIMERE 1 Sm 3/min DI ARIA IN INGRESSO ALLE
CONDIZIONI STANDARD ED I VALORI DI TEMPERATURA DELL'ARIA IN USCI TA
PER DIVERSI VALORI DEL RAPPORTO DI COMPRESSIONE E PER DIVERSI
PROCESSI DI COMPRESSIONE (ISOTERMO, ADIABATICO, POLITROPICO)
SE SI CONSIDERA IL RENDIMENTO DELL'AZIONAMENTO (80 -90%) ED ALTRE
PERDITE, SI HANNO VALORI TIPICI DI 0,12-0,15 kWh PER COMPRIMERE 1 Sm 3 DI
ARIA IN INGRESSO ALLE CONDIZIONI STANDARD SINO AD UNA PRESSIONE DI
0,8 MPa (8 bar, 116 psi).
NE CONSEGUE CHE OCCORRE MEDIAMENTE UNA POTENZA DI 6-8 kW PER
COMPRIMERE 1 Sm 3/min CON RAPPORTO DI COMPRESSIONE PARI A 8
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80
COMPRESSORI ARIA/POTENZA RICHIESTA
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COMPRESSORI ARIA/EQUIPAGGIAMENTI AUSILIARI
I
SISTEMI
DI
PRODUZIONE
E
DISTRIBUZIONE
DI
ARIA
COMPRESSA
COMPRENDONO OLTRE AI COMPRESSORI UN INSIEME DI EQUIPAGGIAMENTI
AUSILIARI CHE SONO INDISPENSABILI PER UN CORRETTO FUNZIONAMENTO
I PRINCIPALI EQUIPAGGIAMENTI SONO:
FILTRI ARIA, RAFFREDDATORI, ESSICCATORI
SI NOTI CHE I RAFFREDDATORI (PRECOOLER, INTERCOOLER, AFTERCOOLER )
SONO DIMENSIONATI PER RIDURRE LA TEMPERATURA DELL'ARIA, PRIMA DURANTE - DOPO LA COMPRESSIONE. IL RAFFREDDAMENTO PUÒ ESSERE
REALIZZATO CON COMPRESSORI FRIGORIFERI AD ESPANSIONE DIRETTA O CON
FLUIDO INTERMEDIO-ACQUA GELIDA
IL RAFFREDDAMENTO DELL'ARIA RIDUCE SIA LA TEMPERATURA SIA IL VOLUME
DELL'ARIA. INOLTRE ESSO CONDENSA E RIMUOVE IL VAPORE ACQUEO E ALTRI
FLUIDI CONDENSABILI
CON PRESSIONI DI ESERCIZIO DI 0.7-0.8 MPa UN PUNTO DI RUGIADA (DEW POINT)
CON VALORI DI 10-1,5°C È
GENERALMENTE SUFFICIENTE PER EVITARE
CONDENSAZIONI NELLE LINEE DI DISTRIBUZIONE
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81
UN
EVENTUALE
RISCALDAMENTO
DELL'ARIA
DOPO
LA
COMPRESSIONE
CONSENTE DI AUMENTARE IL VOLUME DELL'ARIA E QUINDI DI RIDURRE LA
QUANTITÀ DI ARIA ASPIRATA DAL COMPRESSORE E DI RIDURRE I PERICOLI DI
CONDENSAZIONE LUNGO LE LINEE
CON COMPRESSORI ALTERNATIVI SI UTILIZZANO SERBATOI DI ACCUMULO CHE
CONSENTONO DI SMORZARE I PICCHI DI RICHIESTA DA PARTE DELL'UTENZA
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COMPRESSORI ARIA/PRESSIONE DI LAVORO
LA CORRETTA SCELTA DELLA PRESSIONE DI LAVORO IN GRADO DI SODDISF ARE
LE NECESSITÀ DEGLI UTENTI CONSENTE DI RIDURRE I CONSUMI ENERGETICI
LA TEMPERATURA DELL'ARIA IN INGRESSO DEVE INOLTRE ESSERE MANTENUTA
LA PIÙ BASSA POSSIBILE PER RIDURRE IL LAVORO DI COMPRESSIONE CHE
VARIA CON IL VOLUME CHE DIPENDE LINEARMENTE DALLA TEMPERATURA (SI
VEDA LA TABELLA SEGUENTE)
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82
COMPRESSORI ARIA/RAFFREDDAMENTO
I COMPRESSORI ALTERNATIVI POSSONO ESSERE RAFFREDDATI CON ACQUA
CHE
PUÒ
UTILIZZATA
RAGGIUNGERE
PER
TEMPERATURE
RISCALDAMENTO
DI
35-40°C
AMBIENTI
CON
E
QUINDI
UN
ESSERE
OPPORTUNO
DIMENSIONAMENTO DEGLI SCAMBIATORI ACQUA/ARIA
IN COMPRESSORI A VITE È POSSIBILE UN RAFFREDDAMENTO AD ACQUA O AD
ARIA CON TEMPERATURE DEL RECUPERO TERMICO DI 60-80°C
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COMPRESSORI ARIA/CRITERI DI CONTROLLO
LA PRODUZIONE DI ARIA COMPRESSA DEVE ESSERE CONTROLLATA PER
SODDISFARE ALLA DOMANDA DELL'UTENZA CON METODI DIVERSI A SECONDA
DEL TIPO DI COMPRESSORE
COMPRESSORI ALTERNATIVI
START AND STOP SE SI UTILIZZANO SISTEMI DI AVVIAMENTO A VUOTO;
CONTROLLO A VELOCITÀ COSTANTE CON VALVOLE DI STROZZATURA O DI
BYPASS;
AZIONAMENTI A VELOCITÀ VARIABILE PER IL CONTROLLO DELLA PORTATA E
PER AVVIAMENTI PI Ù GRADUALI SENZA SOVRACCARICO DEL MOTORE
ELETTRICO
COMPRESSORI A VITE
START AND STOP SE SI UTILIZZANO SISTEMI DI AVVIAMENTO A VUOTO;
CONTROLLO A VELOCITÀ COSTANTE CON VALVOLE PER IL CONTROLLO DEL
FLUSSO DI OLIO;
AZIONAMENTI A VELOCITÀ VARIABILE PER IL CONTROLLO DELLA PORTATA E
PER AVVIAMENTI PI Ù GRADUALI SENZA SOVRACCARICO DEL MOTORE
ELETTRICO
COMPRESSORI CENTRIFUGHI
SISTEMI DI CONTROLLO CON RICIRCOLO DELL'ARIA/AZIONAMENTI A VELOC ITÀ
VARIABILE PER IL CONTROLLO DELLA PORTATA E PER AVVIAMENTI PI Ù
GRADUALI SENZA SOVRACCARICO DEL MOTORE ELETTRICO
COMPRESSORI ASSIALI
SISTEMI DI CONTROLLO CON REGOLAZIONE DELLE PALETTE
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83
COMPRESSORI ARIA/LINEE DI DISTRIBUZIONE
LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DEVONO CONSENTIRE LA DISTRIBUZIONE DELL'ARIA
COMPRESSA AGLI UTILIZZATORI FINALI CON PRESSIONI 0,5-0,8 MPa (5-8 BAR) CON
VELOCITÀ’ MEDIE DA 5 A 10 m/s
LE PERDITE DI PRESSIONE LUNGO LA LINEA VARIANO DA 400 Pa/m A 40 Pa/m CON
VELOCITÀ DA 10 A 5 m/s
FUGHE DI ARIA COMPRESSA LUNGO LA LINEA PROVOCANO PERDITE DI POTENZA
SIGNIFICATIVE: MEDIAMENTE UN FORO DI DIAMETRO 5 mm PROVOCA UNA
PERDITA DI 5 kW DI POTENZA ELETTRICA (CON UNA FUORIUSCITA DI CIRCA 1
Sm 3/min)
NELLA TABELLA SEGUENTE È RIPORTATA UNA SINTESI DELLE PERDITE TIPICHE
IN UNA LINEA DI DISTRIBUZIONE
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COMPRESSORI ARIA/LINEE DI DISTRIBUZIONE
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84
COMPRESSORI ARIA/GLI UTILIZZATORI
GLI UTILIZZATORI DI ARIA COMPRESSA PER USI DI POTENZA SONO MOTOR I
ALTERNATIVI E MOTORI ROTANTI
LA POTENZA DEGLI UTILIZZATORI FINALI DIPENDE PRINCIPALMENTE DALLA
PRESSIONE DIFFERENZIALE MEDIA TRA INGRESSO E USCITA, DALLO
SPOSTAMENTO MASSIMO DEL CILINDRO E DAL NUMERO DI SPOSTAMENTI
NELL'UNITÀ DI TEMPO
IL LIVELLO DI ESPANSIONE ALL'INTERNO DEL CILINDRO È
DETERMINATO
SOPRATTUTTO DAL PERICOLO DI FORMAZIONE DI GHIACCIO CHE POTREBBE
BLOCCARE IL PASSAGGIO DELL'ARIA, MENTRE ALTE EFFICIENZE DEL SISTEMA
RICHIEDEREBBERO ELEVATI RAPPORTI DI ESPANSIONE
LE FASI DI LAVORO IN UN MOTORE ALTERNATIVO SONO DUE: FASE A PRES SIONE
COSTANTE CON ARIA ENTRANTE NEL CILINDRO E CILINDRO CHE SI MUOVE
COMPIENDO UN LAVORO SEGUITA DA UNA FASE DI ESPANSIONE LIMITATA (CON
VALVOLA DI INGRESSO CHIUSA).
LA PRIMA FASE È LA PI Ù IMPORTANTE; IL CONSUMO D'ARIA PUÒ ESSERE
RIDOTTO A PARI POTENZA MECCANICA RESA INTERROMPENDO L'INGRESSO DI
ARIA PRIMA POSSIBILE E QUINDI CONSENTENDO L'ESPANSIONE
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LA POTENZA A LIVELLO DI UTENTE FINALE, CONSIDERANDO SOLO LA FASE A
PRESSIONE COSTANTE, È QUINDI ESPRESSA DA:
POTENZA (W) = PORTATA ARIA (m3/s) × PRESSIONE (Pa)
LA PORTATA D'ARIA MEDIAMENTE RICHESTA DA UTILIZZATORI PER USI DI
POTENZA È RIPORTATA NELLA TABELLA SEGUENTE
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85
COMPRESSORI ARIA/GLI UTILIZZATORI
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SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI FREDDO
I SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI FREDDO IN CAMPO INDUSTRIALE E PER
CONDIZIONAMENTO
TRASFERISCONO
CALORE
DA
UNA
SORGENTE
DI
PROCESSO O DA UN AMBIENTE DA REFRIGERARE IN UN SERBATOIO ESTERNO A
SPESE DI UN LAVORO, GENERALMENTE MECCANICO
I
CICLI
PI Ù
USATI
SONO:
COMPRESSIONE
MECCANICA,
SISTEMI
AD
ASSORBIMENTO, CICLO DI BRAYTON
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86
COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
UTILIZZANO PER IL TRASFERIMENTO DEL CALORE IL CAMBIAMENTO DI STATO DI
UN FLUIDO QUALE AMMONIACA, IDROCARBURI LEGGERI O FLUOROCARBURI
LO SCHEMA BASE È RIPORTATO NELLA FIGURA SEGUENTE
Fig. 12.1 A vapor – compression refrigeration system
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COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
I PRINCIPALI COMPONENTI SONO:
•
EVAPORATORE DOVE IL CALORE TRASFERITO DA UNA SORGENTE DI
PROCESSO O DA UN AMBIENTE DA REFRIGERARE (REGIONE FREDDA A
TEMPERATURA TC) PROVOCA LA VAPORIZZAZIONE DEL REFRIGERANTE
•
COMPRESSORE DOVE IL GAS REFRIGERANTE È COMPRESSO A PRESSIONE E
TEMPERATURA PI Ù ALTA
•
CONDENSATORE OVE IL REFRIGERANTE CONDENSA ED IL CALORE RISULTANTE
È TRASFERITO AD UN AMBIENTE CHE FUNGE DA RAFFREDDATORE (REGIONE
CALDA A TEMPERATURA TH)
•
VALVOLA DI ESPANSIONE DOVE IL LIQUIDO REFRIGERANTE ESPANDE ALLA
PRESSIONE DI EVAPORAZIONE E SUCCESSIVAMENTE ESCE DALLA VALVOLA
COME MISCELA LIQUIDO-VAPORE
SI CONSIDERA IN PRIMA APPROSSIMAZIONE UN CICLO IDEALE REVERSIBILE OVE
SONO ASSENTI LE PERDITE PER ATTRITO ED IL REFRIGERANTE FLUISCE A
PRESSIONE COSTANTE ATTRAVERSO IL CONDENSATORE E L'EVAPORATORE. LA
COMPRESSIONE È SUPPOSTA ISOENTROPICA E L'ESPANSIONE ATTRAVERSO LA
VALVOLA È SUPPOSTA ADIABATICA
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87
COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
NEL SEGUITO È RIPORTATA UNA RAPPRESENTAZIONE DEL CICLO IDEALE E DI
QUELLO REALE NEI PIANI T-S E p-h
Fig. 12.2 Diagrams of vapor-compression refrigeration cycles: a) Temperature-entropy diagram b) Pressureenthalpy diagram
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COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
EVAPORATORE/TRATTO 4-1'(1)
IL FLUIDO MISCELA LIQUIDO-VAPORE ATTRAVERSO L'EVAPORATORE ASSORBE
CALORE DALLA SORGENTE FREDDA A TEMPERATURA TC E SI TRASFORMA IN
VAPORE SATURO NEL PUNTO (1') A TEMPERATURA E PRESSIONE COSTANTE.
LA TEMPERATURA DI EVAPORAZIONE DEVE ESSERE INFERIORE DI QUELLA
DELLA REGIONE FREDDA. SPESSO IL VAPORE TERMINA COME SURRISCALDATO
NEL PUNTO (1)
LA QUANTITÀ DI CALORE ASPORTATO
REFRIGERANTE È :
Qin/m = (h'1 - h4) o (h1 - h4)
PER
UNITÀ DI MASSA DI FLUIDO
DOVE
Qin = POTENZA TRASFERITA O CAPACITÀ FRIGORIFERA (W)
m = PORTATA IN MASSA DI FLUIDO REFRIGERANTE (kg/s)
h = ENTALPIE PER UNITÀ DI MASSA (J/kg)
LA CAPACITÀ FRIGORIFERA (W NEL SISTEMA SI) È
SPESSO ESPRESSA IN kfrig/h
CHE È
IL CALORE, IN kcal/h, TRASFERITO DALLA REGIONE FREDDA AL
REFRIGERANTE.
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88
SI USA TALVOLTA L'UNITÀ tons , OVE 1 ton DI CAPACITÀ FRIGORIFERA È
DEFINITA
COME LA QUANTITÀ DI CALORE TRASFERITA NELL'UNITÀ DI TEMPO (3,52 kW; 12000
Btu/h)
PER
TONNELLATA
DI
REFRIGERANTE,
CHE
È
CIRCA LA CAPACITÀ
FRIGORIFERA CORRISPONDENTE ALLA FUSIONE DI GHIACCIO CON LA VELOC ITÀ DI
1 TONNELLATA/GIORNO
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COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
COMPRESSORE/TRATTO 1’(1) - 2s(2)
IL PROCESSO IDEALE È ISOENTROPICO IN 2s OVE IL VAPORE È SURRISCALDATO.
IN PRATICA IL PROCESSO NON È ISOENTROPICO E TERMINA NEL PUNTO 2
LA POTENZA ASSORBITA
REFRIGERANTE È
DAL
COMPRESSORE
PER
UNITÀ DI
MASSA
DI
Pc/m = (h2s - h'1) o (h2 - h1)
DOVE
Pc = POTENZA MECCANICA IN INGRESSO ALL'ALBERO DEL COMPRESSORE (W)
h
= ENTALPIE PER UNITÀ DI MASSA
IN UN PROCESSO REALE (h2-h1) LA POTENZA ASSORBITA È CIRCA 1,3 - 1,4 QUELLA
RELATIVA AL PROCESSO ISOENTROPICO (h2s-h 1)
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89
COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
CONDENSATORE/TRATTO 2s (2) - 3' (3)
IL FLUIDO REFRIGERANTE ATTRAVERSA IL CONDENSATORE DOVE PASSA DA
VAPORE SURRISCALDATO A VAPORE SATURO E QUINDI CONDENSA
TRASFERENDO IL CALORE ALL'AMBIENTE CIRCOSTANTE (REGIONE CALDA A
TEMPERATURA TH) CHE DEVE ESSERE AD UNA TEMPERATURA PI Ù BASSA DI
QUELLA DEL REFRIGERANTE. LO STATO FINALE È QUELLO DI LIQUIDO SATURO
(3') O DI LIQUIDO SOTTORAFFREDDATO (3)
LA QUANTITÀ DI CALORE TRASFERITO DAL LIQUIDO REFRIGERANTE PER UNITÀ
DI MASSA DI REFRIGERANTE È
Qout /m = (h2 - h'3) o (h2 - h3)
DOVE
Qout
h
= QUANTITÀ DI CALORE TRASFERITA ALLA REGIONE CALDA (W)
= ENTALPIE PER UNITÀ DI MASSA
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IL CONDENSATORE È UNO SCAMBIATORE CHE DEVE SCAMBIARE UNA POTENZA
Qout (W) PARI A
Qout = Qin + Pc
CONDENSATORE CON ACQUA A PERDERE CON SALTO DI 15-20°C: CONSUMO 0,10,2 m3ACQUA/kWh DI ENERGIA ELETTRICA ASSORBITA DAL COMPRESSORE
CONDENSATORE
CON
TORRE
EVAPORATIVA
PER
RAFFREDDARE
L'ACQUA:
CONSUMO 0,01-0,02 m 3ACQUA/kWh DI ENERGIA ELETTRICA ASSORBITA DAL
COMPRESSORE OLTRE AD UN CONSUMO DI AUSILIARI PARI A 0,05-0,1 kWh/kWh DI
ENERGIA ELETTRICA ASSORBITA DAL COMPRESSORE
CONDENSATORE AD ARIA : CONSUMO 0,05-0,1 kWh/kWh DI ENERGIA ELETTRICA
ASSORBITA DAL COMPRESSORE
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90
COMPRESSIONE MECCANICA/CICLO DI BASE
ESPANSIONE/TRATTO 3' (3) - 4
IL
FLUIDO
REFRIGERANTE,
NELLO
STATO
DI
LIQUIDO
SATURO
O
SOTTORAFFREDDATO, ESPANDE NELLA VALVOLA DI ESPANSIONE AD UNA
PRESSIONE E TEMPERATURA PI Ù BASSA TRASFORMANDOSI IN UNA MISCELA
LIQUIDO-VAPORE. IL PROCESSO AVVIENE A ENTALPIA COSTANTE PERCHÈ
LA
VAPORIZZAZIONE AVVIENE SOTRAENDO CALORE DAL LIQUIDO CHE DIMINUISCE
QUINDI DI TEMPERATURA
IL PUNTO 4 RAPPRESENTA IL PUNTO FINALE DEL CICLO CHE SUCCESSIVAMENTE
PROSEGUE COME SOPRA INDICATO
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COMPRESSIONE MECCANICA/COP
COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE COP
IL COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE PER UN CICLO DI COMPRESSIONE È ESPRESSO DA
COP È INFLUENZATO DALLE TEMPERATURE TC E TH. SE LA TEMPERATURA DI
EVAPORAZIONE SCENDE VICINO A QUELLA TC E LA TEMPERATURA DI
CONDENSAZIONE SALE VICINO A QUELLA TH, COP DIMINUISCE
LE TEMPERATURE TC E TH RAPPRESENTANO I LIMITI SUPERIORE E INFERIORE DEL
CICLO IDEALE DI CARNOT IL CUI COP È IL COP max OTTENIBILE TRA LE TEMPERATURA
TH E TC
COPmax = TC/(TH-TC)
Fig. 12.3 Carnot vapor refrigeration cycle
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91
COMPRESSIONE MECCANICA/COP
COEFFICIENTE DI PRESTAZIONE COP/VALORI PRATICI
•
IN PRATICA PER MANTENERE UN TRASFERIMENTO SIGNIFICATIVO DI CALOR E
LA DIFFERENZA TRA LA TEMPERATURA DI EVAPORAZIONE E LA
TEMPERATURA TC DEVE ESSERE DI CIRCA 5-10°C. ANALOGAMENTE LA
TEMPERATURA DEL FLUIDO REFRIGERANTE NEL CONDENSATORE DEVE
ESSERE ALCUNI GRADI °C SUPERIORE A TH. NE CONSEGUE UN VALORE DI
COP INFERIORE QUELLO DI CARNOT
•
IL CICLO DI CARNOT HA UN PROCESSO DI COMPRESSIONE COM MISCELA
LIQUIDO-VAPORE. IN PRATICA LA COMPRESSIONE DEVE AVVENIRE CON
SOLO VAPORE SATURO O SURRISCALDATO PER NON DANNEGGIARE IL
COMPRESSORE. NE CONSEGUE UN VALORE DI COP INFERIORE QUELLO DI
CARNOT
•
IL PROCESSO DI ESPANSIONE, CHE NEL CICLO DI CARNOT AVVIENE IN UNA
TURBINA, IN PRATICA AVVIENE IN UNA VALVOLA DI ESPANSIONE SENZA
ALCUNA PRODUZIONE DI LAVORO MECCANICO. NE CONSEGUE UN VALORE DI
COP INFERIORE QUELLO DI CARNOT
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IL COP PRATICO È
CIRCA IL 40-50% DI QUELLO DI CARNOT PER APPLICAZIONI
NEL CAMPO DEL CONDIZIONAMENTO. IL COP HA VALORI ANCHE SUPERIORI AL
50% DI QUELLO DI CARNOT PER APPLICAZIONI OVE LA TEMPERATURA TC È
DECISAMENTE INFERIORE A 0°C
VALORI PRATICI DI COP VARIANO TRA 0,75 E 3,5 CON VALORI PI Ù BASSI QUANDO
LA TEMPERATUTA TC È INFERIORE A 0°C
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92
COMPRESSIONE MECCANICA/RIDUZIONE DEI CONSUMI ENERGETICI
•
GARANTIRE TEMPERATURE DI CONDENSAZIONE BASSE E TEMPERATURE DI
EVAPORAZIONE ALTE IN RELAZIONE ALLE NECESSITÀ DEGLI UTENTI
•
GARANTIRE IL MIGLIORE SFRUTTAMENTO DEI COMPRESSORI A CARICO VICINO
A QUELLO NOMINALE
•
CONTROLLARE
LA
TEMPERATURA
DI
EVAPORAZIONE
PER
RENDERLA
VARIABILE IN FUNZIONE DELLE NECESSITÀ DEGLI UTENTI E DELLE CONDIZIONI
ESTERNE
•
INSTALLARE
AZIONAMENTI
A
VELOCITÀ
VARIABILE
PER
REGOLARE
LA
PORTATA DI FLUIDO REFRIGERANTE CON METODI NON DISSIPATIVI
•
RECUPERARE OGNIQUALVOLTA POSSIBILE IL CALORE DI CONDENSAZIONE
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COMPRESSIONE MECCANICA/FLUIDI REFRIGERANTI
LE PRINCIPALI CARATTERISTICHE DEI FLUIDI REFRIGERANTI SONO RIPOR TATE
NELLA TABELLA SEGUENTE. PER OGNI APPLICAZIONE OCCORRE SCEGLIERE IL
FLUIDO PI Ù APPROPRIATO IN RELAZIONE ALLE TEMPERATURE TC E TH.
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93
SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI FREDDO/CICLI AD ASSORBIMENTO
SONO SISTEMI CHE RICHIEDONO ENERGIA TERMICA INVECE DI ENERGIA
MECCANICA.
SCHEMA BASE DEL CICLO DI ASSORBIMENTO
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SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI FREDDO/CICLI AD ASSORBIMENTO
IL CICLO TERMODINAMICO È COSTITUITO DA UN CICLO A VAPORE CON DUE
CIRCUITI CHE HANNO UN LATO IN COMUNE;
IL
PRIMO
È PERCORSO
DAL
VAPORE
CHE
COSTITUISCE
IL
FLUIDO
REFRIGERANTE (FRIGORIGENO);
NELL’ALTRO
CIRCOLA
UNA
SOLUZIONE
ALLO
STATO
LIQUIDO
CHE
ALTERNATIVAMENTE SI ARRICCHISCE DEL VAPORE (NELL’ASSORBITORE) E SI
IMPOVERISCE DEL VAPORE (NEL GENERATORE).
IL LATO IN COMUNE DEI DUE CIRCUITI È COSTITUITO DAL RAMO IN CUI
CIRCOLA LA SOLUZIONE RICCA.
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94
SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI FREDDO/CICLI AD ASSORBIMENTO
IL
FLUIDO
FRIGORIGENO
ESCE
DAL
GENERATORE,
CONDENSA
NEL
CONDENSATORE E, DOPO ESSERE PASSATO PER LA VALVOLA DI ESPANSIONE,
ENTRA NELL’EVAPORATORE, IN CUI L’EVAPORAZIONE AVVIENE A SPESE DEL
CALORE CHE DEVE ESSERE SOTTRATTO ALL’AMBIENTE DA RAFFREDDARE.
A
QUESTO
PUNTO
IL
VAPORE
ENTRA
NELL’ ASSORBITORE,
DOVE
VIENE
ASSORBITO DALLA SOLUZIONE LIQUIDA IN ARRIVO NELLA QUALE IL FLUIDO
FRIGORIGENO ERA CONTENUTO IN QUANTITÀ RELATIVAMENTE PICCOLA.
PER FAVORIRE QUESTO ASSORBIMENTO, SI OPERA UN RAFFREDDAMENTO,
DOPO DI CHE LA SOLUZIONE RICCA IN USCITA, ENTRA NEL GENERATORE, AL
QUALE GIUNGE L’ENERGIA TERMICA FORNITA DALL’ESTERNO; DATA L’ALTA
TEMPERATURA, AVVIENE LA SEPARAZIONE DALLA SOLUZIONE DEL VAPORE
DIRETTO AL CONDENSATORE.
LA SOLUZIONE POVERA, USCITA ANCH’ESSA DAL GENERATORE, DOPO ESSERE
PASSATA
NELLA
NELL’ASSORBITORE,
VALVOLA
DOVE
SI
RIDUTTRICE
ARRICCHISCE
DI
PRESSIONE,
NUOVAMENTE
DEL
RITORNA
VAPORE
PROVENIENTE DALL’EVAPORATORE.
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SISTEMI PER LA PRODUZIONE DI FREDDO/CICLI AD ASSORBIMENTO
LE
SOLUZIONI
CHE
VENGONO
UTILIZZATE
PER
QUESTI
IMPIANTI
SONO
PRINCIPALMENTE LE SOLUZIONI ACQUOSE DI AMMONIACA E BROMURO DI LI TIO,
IN CUI I FLUIDI FRIGORIGENI SONO RISPETTIVAMENTE L’AMMONIACA E L’ACQUA.
NELLA PRATICA OCCORRONO CIRCA 1,5-2 kW TERMICI A TEMPERATURE DI 100120°C PER PRODURRE 1 kW DI CAPACITÀ FRIGORIFERA. IL COEFFICIENTE DI
PRESTAZIONE COP VARIA TRA 0,5 E 0,75, QUINDI INFERIORE A QUELLO DI UN
CORRISPONDENTE CICLO CON COMPRESSIONE MECCANICA.
LA QUANTITÀ DI CALORE DA DISSIPARE È QUINDI DI CIRCA 2,5 kW PER OGNI kW
DI CAPACITÀ FRIGORIFERA.
COP SUPERIORI SINO A VALORI PARI A 1 SONO POSSIBILI NEL CASO DI SISTEMI
BISTADIO O CON UTILIZZO DIRETTO DI COMBUSTIBILI.
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95
SISTEMI A POMPA DI CALORE
LA POMPA DI CALORE È
UN SISTEMA CHE LAVORA CICLICAMENTE PER
TRASFORMARE
A
ENERGIA
BASSA
TEMPERATURA
IN
ENERGIA
A
TEMPERATURA SUPERIORE CON APPLICAZIONE DI LAVORO ESTERNO
IL COP HA SIGNIFICATO ANALOGO A QUELLO DEI SISTEMI PER LA PRODUZIONE
DI FREDDO, MA CON RUOLI INVERTITI DELLE ENERGIE ENTRANTI ED USCENTI
COP = Qout /Pc
IL VALORE MASSIMO DI COP DAL CICLO DI CARNOT È QUINDI PARI A
COPmax = TH/(TH-TC)
ESISTONO
LIMITI
DI
FUNZIONAMENTO
DOVUTI
A
TEMPERATURE
DI
EVAPORAZIONE TROPPO BASSE CHE PORTANO A COP INFERIORI AD 1
CSE SRL
IN CAMPO INDUSTRIALE L'UTILIZZO DI SORGENTI DI CALORE A TEMPERATURE
TROPPO ELEVATE (SOPRA A 95°C) PUÒ CREARE PROBLEMI PER LA SCELTA DEL
FLUIDO REFRIGERANTE
LA
POMPA
DI
CALORE
CON
COMPRESSORE
MECCANICO
PUÒ
ESSERE
CONSIDERATA CONVENIENTE SOLO CON COP MAGGIORE DI 3 SULLA BASE DEI
RENDIMENTI DEI MOTORI PRIMI E DEI COSTI DELLE ENERGIE ELETTRICHE E
TERMICHE
CSE SRL
96
SISTEMI A POMPA DI CALORE
NEL SEGUITO È RIPORTATO LO SCHEMA DI BASE DI UN SISTEMA REVERSIBILE A
POMPA DI CALORE
Fig. 12.8 Example of air-to-air reversing heat
pump (operating point symbols and
descriptions refer to the cooling mode)
Fig. 12.7 Theoretical COP versus load
temperatures for heat pumps
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SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC
I SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO SONO PROGETTATI PER GARANTIRE LE
CONDIZIONI DI COMFORT AMBIENTALE PER COLORO CHE LAVORANO NEGLI
AMBIENTI E PER LE CONDIZIONI TERMOIGROMETRICHE RICHIESTE DAI
PARTICOLARI PROCESSI PRODUTTIVI CHE VI SI SVOLGONO
CONDIZIONI MEDIE
SINTETIZZATE
•
•
•
•
DI
COMFORT
AMBIENTALE
POSSONO
ESSERE
COSÌ
TEMPERATURA INTERNA 23-25°C
UMIDITÀ RELATIVA 40-60%
UMIDITÀ SPECIFICA 0,008-0,012 kg DI ACQUA/kg ARIA SECCA
VELOCITÀ MASSIMA DELL'ARIA INFERIORE A 0,15-0,2 m/s
PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI LE TEMPERATURE POSSONO ESSERE PI Ù BASSE
E LA VELOCITÀ DELL'ARIA SUPERIORE
DATI MEDI DI FABBISOGNO PER RISCALDAMENTO E RAFFREDDAMENTO AMBIENTI
VARIANO TRA 50-100 W/m 2 E 20-30 W/m3 (SE RIFERITI AL VOLUME) SINO A MENO DI
10 W/m 3 PER APPLICAZIONI INDUSTRIALI
NEI SISTEMI AD ACQUA LE TEMPERATURE DELL'ACQUA CALDA VARIANO TRA 60 E
80°C, MENTRE PER L'ACQUA FREDDA TRA 5 E 10°C.
NEI SISTEMI AD ARIA VALORI MEDI SONO 30°C PER L'ARIA CALDA E 13-15°C PER
L'ARIA FREDDA
CSE SRL
97
SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/DEFINIZIONI
UMIDITÀ SPECIFICA (ω) È IL RAPPORTO TRA LA MASSA DI VAPORE ACQUEO E LA
MASSA DI ARIA SECCA. TALE RAPPORTO È MASSIMO NELL'ARIA SATURA (IN
PRATICA VARIA TRA 0 PER ARIA SECCA E CIRCA 0,03 kg DI ACQUA PER kg DI ARIA
SECCA)
UMIDITÀ RELATIVA (φ ) È IL RAPPORTO TRA LA FRAZIONE MOLARE DI VAPORE
ACQUEO PRESENTE IN UN CAMPIONE DI ARIA E LA FRAZIONE MOLARE
PRESENTE IN UN CAMPIONE DI ARIA SATURA ALLA STESSA TEMPERATURA E
PRESSIONE DELLA MISCELA. TALE RAPPORTO È UGUALE A 1 (O AL 100% SE
ESPRESSO IN PERCENTUALE) PER UNA MISCELA SATURA, IL SUO VALORE
INDICA QUINDI QUANTO LA MISCELA DI ARIA DEVE ESSERE TRATTATA
TEMPERATURA BULBO UMIDO È LA TEMPERATURA ALLA QUALE L'ACQUA
EVAPORANDO IN UNA MISCELA DI ARIA AD UNA DETERMINATA TEMPERATURA A
BULBO SECCO E AD UNA DETERMINATA UMIDITÀ SPECIFICA PORTA L'ARIA ALLA
SATURAZONE ADIABATICA MENTRA LA PRESSIONE
COSTANTE. SI MISURA TRAMITE UNO PSICROMETRO
DELLA
MISCELA
È
SI NOTI CHE UNA MISCELA ARIA-ACQUA IN CONDIZIONI NORMALI HA UNA
TEMPERATURA DI SATURAZIONE ADIABATICA MOLTO VICINA A QUELLA DELLA
TEMPERATURA A BULBO UMIDO
CSE SRL
SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/DEFINIZIONI
L'ENTALPIA DI UNA MISCELADI ARIA SECCA E DI VAPORE ACQUEO È ESPRESSO
APPROSSIMATIVAMENTE DA
hmix = 1 × t + ω × (2500 + 1,8 × t)
DOVE
•
•
1 kJ/kg × K È IL CALORE SPECIFICO DELL'ARIA SECCA
t È
LA DIFFERENZA DI TEMPERATURA IN K TRA LA TEMPERATURA DELLA
MISCELA E LA TEMPERATURA
TEMPERATURA DELL'ARIA IN °C)
STANDARD
•
2500 kJ/kg È L'ENTALPIA DEL VAPORE SATURO
•
1,8 kJ/kg × K È
273,15
K
(QUINDI
t
È
LA
IL CALORE SPECIFICO DEL VAPORE SURRISCALDATO QUANDO
LA MISCELA ARIA-VAPORE ACQUEO È
ATMOSFERICA
NELLE CONDIZIONI DI PRESSIONE
SI DEFINISCE PUNTO DI RUGIADA (DEW POINT) DI UN CAMPIONE D'ARIA
LA
TEMPERATURA DELL'ARIA SATURA ALLA STESSA PRESSIONE E CON LA STESSA
UMIDITÀ SPECIFICA DEL CAMPIONE D'ARIA
CSE SRL
98
SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/DEFINIZIONI
LA FIGURA SEGUENTE MOSTRA UNA TIPICA SITUAZIONE DEL VAPORE ACQUEO
IN UNA MISCELA ARIA-ACQUA
CSE SRL
SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/PROCESSI TIPICI
LO STUDIO DELLE PROPRIET À E DEL COMPORTAMENTO DELLE MISCELE DI ARIA È
CONDOTTO SPESSO MEDIANTE CARTE PSICROMETRICHE, OVE SONO DATI
GRUPPI DI CURVE PER UNA PRESSIONE DELLA MISCELA GENERALMENTE UGU ALE
A QUELLA ATMOSFERICA (AD ESEMPIO LE CARTE SUGGERITE DA ASHRAE)
TIPICI PROCESSI
PSICROMETRICHE
ADIABATICHE, ETC
CHE POSSONO ESSERE ESAMINATI CON LE CARTE
SONO:
DEUMIDIFICAZIONE,
UMIDIFICAZIONE,
MISCELE
CSE SRL
99
SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/CARICHI TERMICI E FRIGORIFERI
IL PRIMO PASSO PER UN DIMENSIONAMENTO DEI SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO
È
IL
CALCOLO
DEI
CARICHI
TERMICI
E
FRIGORIFERI
ATRAVERSO
LA
VALUTAZIONE DELLE PERDITE PER DISPERSIONE, PER RICAMBI D'ARIA E PER IL
CONTRIBUTO DELLE PERSONE E DEI MACCHINARI PRESENTI
NELLA TABELLA SEGUENTE SONO RIPORTATI VALORI TIPICI DI CARICHI TERMICI
RIFERITI ALLE PERSONE CHE OCCUPANO GLI AMBIENTI DA CONDIZIONARE
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SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/CARICHI TERMICI E FRIGORIFERI
UNA VALUTAZIONE SEMPLIFICATA DEL FABBISOGNO TERMICO/FRIGORIFERO DI
UN EDIFICIO PUÒ ESSERE EFFETTUATA CON LA SEGUENTE FORMULA
Q = (cd+ O,35 × nv) × VB × ∆t ± Qi
DOVE
Q=
c d=
CARICO TOTALE (W)
COEFFICIENTE DI DISPERSIONE TOTALE DELL'EDIFICIO
(W/m 3 × K)
nv=
VENTILAZIONE ESPRESSA IN NUMERO DI RICAMBI ORARI
(NUMERO VOLUMI EDIFICIO/h)
0,35 × nv= POTENZA TERMICA (W/m3 × K) RIFERITA AD UNA PORTATA
D'ARIA DI 1 m 3/h CONSIDERANDO SOLO IL CONTRIBUTO DEL
CALORE SENSIBILE (DIPENDE LALLE UNITA’ DI MISUTA)
VB=
VOLUME DELL'EDIFICIO (m3)
∆T=
DIFFERENZA MEDIA DI TEMPERATURA TRA ARIA ESTERNA
ED INTERNA
Qi=
CONTRIBUTO DELLE SORGENTI INTERNE DA SOTTRARRE AL
CONSUMO TERMICO NELLE STAGIONI FREDDE E DA AGGIUNGERE AL
CONSUMO FRIGORIFERO NELLE STAGIONI CALDE. IL CONTRIBUTO
DEGLI OCCUPANTI E DELL'ILLUMINAZIONE PUÒ RAGGIUNGERE IL 1020% DEL FABBISOGNO FRIGORIFERO NELLE STAGIONI CALDE
CSE SRL
100
SI NOTI CHE:
•
IL COEFFICIENTE cd HA VALORI TIPICI TRA 0,35 E 1 W/m3 × K; VALORI PI Ù
ALTI
CORRISPONDONO
AD
ELEVATI
VALORI
DEL
RAPPORTO
SUPERFICIE DISPERDENTE/VOLUME
•
IL COEFFICIENTE nv NON SUPERA GENERALMENTE IL VALORE 1 SE
RIFERITO AL VOLUME LORDO DELL'EDIFICIO. NE CONSEGUE CHE IL
TERMINE (cd + 0,35 × nv) VARIA TRA 0,7 E 1,3 W/m3 × K
CSE SRL
SISTEMI DI CONDIZIONAMENTO HVAC/CONTROLLO DEI CONSUMI
GLI
ACCORGIMENTI
PER
LA
RIDUZIONE
DEI
CONSUMI
NEGLI
IMPIANTI
DI
CONDIZIONAMENTO SONO SINTETIZZATI NEL SEGUITO
•
GARANTIRE UNA CORRETTA VENTILAZIONE PER RIDURRE I CONSUMI DI ENERGIA
ELETTRICA
PER
VENTILATORI,
IL
CONSUMO
PER
RISCALDAMENTO
E
RAFFREDDAMENTO DELL'ARIA E PER I SUOI TRATTAMENTI
•
•
•
RIDURRE I CARICHI TERMICI E FRIGORIFERI CON COIBENTAZIONI DEGLI EDIFICI
RIDURRE I CARICHI TERMICI DEI MACCHINARI INSTALLATI
RECUPERARE IL CALORE DALL'ARIA ESAUSTA OVE POSSIBILE E RICORRERE A
SISTEMI DI FREE-COOLING OGNIQUALVOLTA POSSIBILE
•
SPIANARE IL DIAGRAMMA DEI CARICHI MEDIANTE SISTEMI AD ACCUMULO
(ACCUMULO CALDO, ACCUMULO FREDDO) PER MIGLIORARE LO SFRUTTAMENTO
DEI CONTRATTI DI FORNITURA DI ENERGIA ELETTRICA E TERMICA
•
INSTALLARE SISTEMI DI CONTROLLO DELLA TEMPERATURA E DELL'ENTALPI A
PER OTTIMIZZARE LA GESTIONE
CSE SRL
101
SISTEMI DI ILLUMINAZIONE/DEFINIZIONI
SI RIPORTANO NEL SEGUITO LE PRINCIPALI DEFINIZIONI UTILI PER LA
COMPRENSIONE
DEI
FENOMENI
CHE
AVVENGONO
NEI
SISTEMI
DI
ILLUMINAZIONE
SI RIPORTANO INOLTRE ALCUNE TABELLE CON I VALORI MEDI RACCOMANDATI
PER DIVERSE SITUAZIONI DI LAVORO E LE CARATTERISTICHE DEI PRINCI PALI
TIPI DI LAMPADE
CSE SRL
CROMATICITÀ O TEMPERATURA DI COLORE RAPPRESENTA UN INDICE DELLA LUCE COLORATA CHE
INCLUDE INFORMAZIONI RISPETTO ALLA LUNGHEZZA D’ONDA DOMINANTE E LA SUA PUREZZA.
È ESPRESSA IN TEMPERATURA KELVIN.
AD ALTE TEMPERATURE CORRISPONDONO LUCE FREDDA (VALORI TIPICI: 4100 K PER LA LUNA; 5000 K
PER IL SOLE; 10000-25000 K PER IL CIELO AZZURRO).
LA CROMATICITÀ È DEFINITA COME LA TEMPERATURA DEL CORPO NERO CHE IRRAGGIA LUCE CON LO
STESSO COLORE DELLA SORGENTE LUMINOSA.
RESA DI COLORE È UN INDICE DELL’ EFFETTO DELLA SORGENTE DI LUCE SULL’ASPETTO DEL COLORE
DELL’OGGETTO
COMPARATO
CON
L’ASPETTO DEL COLORE DI UNA SORGENTE LUMINOSA DI
RIFERIMENTO (IL VALORE DELLA RESA DI COLORE DELLA SORGENTE LUMINOSA DI RIFERIMENTO È
ASSUNTO PARI A 100).
DIAGRAMMA DELLA DISTRIBUZIONE SPAZIALE IDENTIFICA LA LUCE EMESSA DA UNA LAMPADA O
IMPIANTO ILLUMINANTE VARIANTE IN INTENSITÀ LUMINOSA A SECONDA DELLA DIREZIONE.
I DIAGRAMMI SONO GENERALMENTE COSTRUITI SU DI UNA SEZIONE PIANA E RIPORTANO IL VALORE
DELLA INTENSITÀ LUMINOSA IN CD RIFERITO AD UN FLUSSO DI 1000 LM PER COMPARARE I DIVERSI
SISTEMI DI ILLUMINAZIONE.
APPARECCHIO ILLUMINANTE È DEFINITO COME L’UNITÀ DI ILLUMINAZIONE FORMATA DA UNA O PIÙ
LAMPADE ED I COMPONENTI NECESSARI PER DISTRIBUIRE LA LUCE (DIFFU SORE, RIFLETTORE, LENTI ED
ALTRO) ED I CONNETTORI LA LAMPADA ALLA DISTRIBUZIONE ELETTRICA.
CSE SRL
102
COEFFICIENTE DI UTILIZZAZIONE (CU) O RENDIMENTO DELL’APPARECCHIO ILLUMINANTE È
DEFINITO COME IL RAPPORTO TRA IL FLUSSO LUMINOSO (LUMEN) CHE RAGGIUNGE IL PIANO DI LAVORO
ED IL TOTALE FLUSSO (lumen) GENERATO DALLA LAMPADA.
QUESTO COEFFICIENTE CONSIDERA LA LUCE ASSORBITA O RIFLESSA DALLE PARETI, SOFFITTO E
DALL’APPARECCHIO STESSO. I VALORI SONO GENERALMENTE TABELLATI NEI CATALOGHI DEI
COSTRUTTORI E PERMETTONO UNA RAPIDA STIMA DELL’ILLUMINAZIONE RICHIESTA DA UN DATO
IMPIANTO DI ILLUMINAZIONE.
FATTORE DI DEPREZZAMENTO DELLE LAMPADE E DEGLI APPARECCHI ILLUMINANTI È DEFINITO
COME IL RAPPORTO TRA LA RESA INIZIALE DELL’APPARECCHIO CON LAMPADE NUOVE E PULITE E LA
RESA IN UN DATO TEMPO CON LAMPADE SPORCHE E DEPREZZATE.
SUPERFICIE DI LAVORO È DEFINITA COME LA SUPERFICIE PER LA QUALE È RICHIESTO UN LIVELLO DI
ILLUMINAZIONE SPECIFICATO DALLE ASSOCIAZIONI INTERNAZIONALI.
PER LE AREE CIRCOSTANTI IL LIVELLO DI ILLUMINAZIONE NON DEVE ESSERE INFERIORE DI 1/3
RISPETTO ALL’ILLUMINAZIONE MEDIA DELLA SUPERFICIE DI LAVORO.
LA TABELLA SEGUENTE MOSTRA I VALORI TIPICI DI ILLUMINAZIONE RICHIESTI PER DIFFERENTI
SUPERFICI DI LAVORO IN AMBITO INDUSTRIALE; TALI VALORI VARIANO DA 2000 lx PER OPERAZIONI DI
ALTA PRECISIONE A 50 lx PER LE AREE DI TRANSITO.
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SISTEMI DI ILLUMINAZIONE/CARATTERISTICHE
CSE SRL
103
SISTEMI DI ILLUMINAZIONE/PROGETTO DI MASSIMA
NEL SEGUITO È
RIPORTATA UNA TABELLA PER LO SVOLGIMENTO DI UN
PROGETTO DI MASSIMA DI UN SISTEMA DI ILLUMINAZIONE
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SISTEMI DI ILLUMINAZIONE/CONFRONTO
NEL SEGUITO È
RIPORTATO UN ESEMPIO DI CONFRONTO TRA SISTEMI DI
ILLUMINAZIONE CON LAMPADE A VAPORI DI MERCURIO E LAMPADE AL SODIO AD
ALTA PRESSIONE
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104
INDICE DEI CAPITOLI
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
INQUADRAMENTO ENERGETICO DELLO STABILIMENTO
L'ACQUISTO DELL'ENERGIA E AUTOPRODUZIONE
LA LEGGE 10/91
IL RESPONSABILE DELL'ENERGIA
I CONTRIBUTI AGLI INVESTIMENTI
LA VALUTAZIONE DEGLI INVESTIMENTI IN CAMPO ENERGETICO
ESEMPI DI VALUTAZIONE DI INVESTIMENTI FINALIZZATI AL RISPARMIO
ENERGETICO
OTTIMIZZARE LE TRASFORMAZIONI DELL'ENERGIA AI CONFINI DI
STABILIMENTO
OTTIMIZZARE LE LINEE DI DISTRIBUZIONE DELL'ENERGIA
LA COGENERAZIONE
OTTIMIZZARE GLI USI FINALI DELL'ENERGIA NEI MACCHINARI DI
PROCESSO E DI SERVIZIO
ESEMPI APPLICATIVI
UNITA' DI MISURA E PARAMETRI DI USO PRATICO.
CENNI SU SISTEMI DI MISURA
RIFERIMENTO BIBLIOGRAFICO
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VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
FAX 0382 528851
* e.mail [email protected]
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UNITÀ DI MISURA E PARAMETRI DI USO
PRATICO. CENNI SUI SISTEMI DI MISURA.
Prof.ing. Giovanni Petrecca
Ordinario di Energetica Elettrica
Dipartimento di Ingegneria Elettrica
Università di Pavia
CSE SRL
VIA RIVIERA, 39
27100 PAVIA
TEL. 0382 528850
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Dottorato di ricerca internazionale in
energetica- Scuola superiore Universit à di
Catania- Catania, 16/05/08
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105
NEL SEGUITO SONO RIPORTATE ALCUNE TABELLE CONTENENTI LE UNITÀ DI
MISURA DEL SISTEMA INTERNAZIONALE SI, I COEFFICIENTI DI TRASFORMAZIONE
TRA UNITÀ DI USO PRATICO E UNITÀ SI, VALORI DI DENSITÀ E DI CALORE
SPECIFICO DI USO COMUNE, PARAMETRI PER LE TRASFORMAZIONI ENERGETICHE
TRA ENERGIE ACQUISTATE E ENERGIE UTILIZZATE DAGLI UTILIZZATORI FINALI.
Unità base e supplementari del SI
QUANTITÀ
Lunghezza
Massa
Tempo
Corrente elettrica
Temperatura termodinamica
Intensità luminosa
Sostanza molecolare
Angolo piano
Angolo solido
UNITÀ
metro
kilogrammo
secondo
ampere
kelvin
candela
mole
radiante
steradiante
SIMBOLO
m
kg
s
A
K
Cd
mol
rad
sr
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Prefissi comunemente usati
FATTORE
Multiplo
18
1015
1012
109
106
103
102
101
10
Sottomultiplo
-1
10-2
10-3
10-6
10
-9
10-12
10-15
10-18
10
PREFISSO
SIMBOLO
exa
peta
tera
giga
mega
kilo
hecto
deka
E
P
T
G
M
k
h
da
deci
centi
milli
micro
nano
pico
femto
atto
d
c
m
µ
n
p
f
a
CSE SRL
106
Unità derivate dal SI
QUANTITÀ
Spazio e Tempo
Area
Volume
Velocità
Accelerazione
Velocità angolare
Accelerazione angolare
Frequenza
Velocità di rotazione
Meccaniche
Densità
Momento
Momento di inerzia
Forza
Coppia
Energia, lavoro, quantità di calore
Potenza
Pressione, sforzo
UNITÀ
SIMBOLO
metro quadrato
metro cubo
metro per secondo
metro per secondo quadrato
radiante per secondo
radiante per secondo quadrato
hertz
radiante per secondo
m
3
m
m/s
2
m/s
rad/s
2
rad/s
Hz=cicli/s
rad/s
kilogrammo per metro cubo
kilogrammo metro per secondo
kilogrammo metro quadrato
newton
newton metro
joule
watt
pascal
kg/m
kg ⋅ m/s
2
kg ⋅ m
2
N= kg ⋅ m/s
N⋅m
J=N ⋅ m
W=J/s
2
Pa=N/m
2
3
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QUANTITÀ
Elettriche e magnetiche
Carica elettrica
Potenziale elettrico, tensione
Intensità di campo elettrico
Capacità
Densità di corrente
Intensità di campo magnetico
Flusso magnetico
Densità di flusso magnetico
Induttanza
Permeabilità
Resistenza
Conduttanza
Forza magnetomotrice
UNITÀ
SIMBOLO
coulomb
volt
volt per metro
farad
ampere per metro quadrato
ampere per metro
weber
tesla
henry
henry per metro
ohm
siemens
ampere
C=A ⋅ s
V=W/A
V/m
⋅ s/V
F=C/V=A
2
A/m
A/m
Wb=V ⋅ s2
T=Wb/m
H/V ⋅ s/A
H/m
Ω=V/A
S=A/V
A
Luce
Flusso luminoso
Luminanza
lumen
lux
lm=cd ⋅ sr
2
lx=lm/m
Viscosità
Viscosità cinematica
Viscosità dinamica
metro quadrato per secondo
pascal secondo
m /s
Pa ⋅ s
2
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107
Unità SI e fattori di conversione
Per convertire da
Simbolo
a
Simbolo
Moltiplica per
LUNGHEZZA
foot
inch
mile
ft
in
mi
metro
metro
metro
m
m
m
0,3048
0,0254
1609
AREA
square foot
square inch
ft2
i n2
metro quadrato
metro quadrato
m2
m2
0,0929
0,000645
VOLUME
cubic foot
cubic inch
USA liq gallon
litro
ft3
i n3
gal
l
metro cubo
metro cubo
metro cubo
metro cubo
m3
m3
m3
m3
0,02832
0,00001639
0,0037854
0,001
MASSA
pound
ton (short)
ton (long)
barrel (oil)
lb
ton
ton
barrel
kilogrammo
tonnellata
tonnellata
tonnellata
kg
t=103 ⋅ kg
3
t=10 ⋅ kg
t=103 ⋅ kg
0,45359
0,9072
1,016
0,137
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Per convertire da
FORZA
pound-force
kilogrammo-forza
Simbolo
a
Simbolo
Moltiplica per
lbf
kgf
newton
newton
N
N
4,448
9,807
PRESSIONE
2
pound-force/square foot
lbf/ft 2
pound-force/square inch
lbf/in 2
kilogrammo-forza/metro quadrato kgf/m
bar
bar
atmosfera
atm
mm H2 O
mm H2 O
inch H2 O
in H2 O
pascal
pascal
pascal
pascal
pascal
pascal
pascal
Pa
Pa
Pa
Pa
Pa
Pa
Pa
47,8788
6895
9,807
100000
101325
9,7739
248,7
VELOCITÀ
foot/secondo
foot/min
mile/ora
kilometro/ora
ft/s
ft/min
mi/h
km/h
metro per secondo
metro per secondo
metro per secondo
metro per secondo
m/s
m/s
m/s
m/s
0,3048
0,00508
0,4469
0,2777
ACCELERAZIONE
2
foot/second
ft/s
metro per secondo quadrato
m/s
2
2
0,3048
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108
Per convertire da
Simbolo
a
Simbolo
Moltiplica per
ENERGIA, LAVORO
British thermal unit
foot pound-force
calorie
wattora
Btu
ft ⋅ lbf
cal
Wh
joule
joule
joule
joule
J
J
J
J
1055
1,356
4,1868
3600
POTENZA
Btu/ora
Btu/secondo
horsepower
calorie/ora
Btu/h
Btu/s
hp
cal/h
watt
watt
watt
watt
W
W
W
W
0,2931
1055
745,7
0,0011628
CAPACIT À REFRIGERANTE
tons
frigorie/ora
tons
frig/h
watt
watt
W
W
3520
0,0011628
COPPIA
pound-force foot
kilogrammo-forza metro
lbf ⋅ ft
kgf ⋅ m
newton metro
newton metro
N⋅m
N⋅m
1,356
9,807
DENSITÀ
pound/cubic foot
lbf/ft
3
3
kilogrammo per metro cubo kg/m
16,018
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Per convertire da
PORTATA VOLUMETRICA
cubic foot/minuto
Simbolo
3
a
Simbolo
3
Moltiplica per
ft /min
metro cubo per secondo
m /s
0,00047
ENERGIA SPECIFICA
Btu/pound
calorie/kilogrammo
Btu/lb
cal/kg
joule/kilogrammo
joule/kilogrammo
J/kg
J/kg
2326
4,186
CALORE SPECIFICO
Btu/pound ⋅ °F
calorie/kilogrammo ⋅ °C
Btu/lb ⋅ °F
cal/kg ⋅ °C
joule/kilogrammo ⋅ K
joule/kilogrammo ⋅ K
J/kg ⋅ K
J/kg ⋅ K
4,186
4,186
LUCE
footcandle
fc
lux
lx
10,764
TEMPERATURA
°C
kelvin
K
1
Celsius °C (variazione ∆)
°F
kelvin
K
5/9
Fahrenheit °F (variazione ∆)
Nota che la conversione tra due unità non appartenenti al SI può essere fatta tramite il rapporto tra i fattori di
conversione delle singole unità.
Esempio
Per convertire da
a
Moltiplica per
Celsius
Fahrenheit
1/(5/9)
Btu/h
cal/h
0,2931/0,0011628
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110
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111
CENNI SUI SISTEMI DI MISURA
I SISTEMI DI MISURA SI DIVIDONO IN DUE GRANDI GRUPPI:
•
MISURATORI
CHE
EFFETTUANO
L'INTEGRALE
DELLA
POTENZA
O
DELLA
PORTATA FORNENDO UNA GRANDEZZA CUMULATA IN UN CERTO INTERVALLO
DI TEMPO
•
SISTEMI
CHE
RILEVANO
I
VALORI
ISTANTANEI
ED
EFFETTUANO,
SE
NECESSARIO, L'INTEGRAZIONE MEDIANTE SISTEMI DI CALCOLO ESTERNI
(MICROPROCESSORI, PC, ETC.)
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MISURATORI DI PORTATA
I MISURATORI DI PORTATA DI FLUIDI (LIQUIDI, VAPORI, GAS) SONO:
MISURATORI
VOLUMETRICI,
MISURATORI
DI
VELOCITÀ,
MISURATORI
DI
PREVALENZA (CON ORIFIZIO TARATO), TUBO DI PITOT, VORTEX, ALTRI SISTEMI
MISURATORI DI GRANDEZZE ELETTRICHE
MISURATORI DI CORRENTE ELETTRICA, DI TENSIONE, DI POTENZA ATTIVAREATTIVA-APPARENTE, DI ENERGIA ATTIVA-REATTIVA-APPARENTE, DI FATTORE
DI POTENZA
MISURATORI DI TEMPERATURA, PRESSIONE
PER OGNI APPROFONDIMENTO SI RIMANDA ALLA BIBLIOGRAFIA.
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