TERMODINAMICA. T124D - Unità di Riscaldamento Civile - Cod

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1 ERMODINAMICA 124D - Unità di Riscaldamento Civile - Cod Generalità L unità Didacta 124D è stata progettata per consentire allo studente lo studio delle problematiche impiantistiche che nascono nella realizzazione e conduzione di impianti di riscaldamento, a combustibile liquido, che usano come vettore termico l acqua. La centrale è costituita da una caldaia con bruciatore a gasolio a sistema a vaso chiuso e caricamento automatico dell acqua dalla rete di distribuzione. E possibile lo studio di tre diversi impianti: a Zone, a Monotubo, a Pavimento. Il gruppo è dotato di quadro elettrico con ampia strumentazione che permette di controllare e verificare il rendimento alla combustione della caldaia ed il rendimento alla distribuzione dei vari sistemi adottati. E previsto altresì un sistema di contabilizzazione del calore utilizzato dall impianto di distribuzione. E disponibile un sistema di acquisizione e analisi dati per Personal Computer, denominato SAD/124D che consente l esecuzione automatica delle misure, la produzione a video o in stampa delle curve caratteristiche, l archiviazione su disco o la stampa dei dati sperimentali. Il sistema viene fornito con una completa manualistica che descrive l unità in ogni sua parte, le modalità di installazione ed utilizzo e propone numerose esperienze didattiche corredate da risultati sperimentali. 2. Composizione L unità 124D è composta da: Caldaia in ghisa, capacità 14,5 l, con bruciatore a gasolio kcal/h. Serbatoio d espansione Pompa acqua di ricircolo Pompa acqua di alimentazione Contatore per acqua di rete DIDACA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ orino - Italy el Fax info@didacta.it

2 N 1 manometro 0 6 bar ronchetto flangiato misuratore di portata Manometro differenziale a mercurio ad U N 6 radiatori N 16 termometri ad immersione N 1 serpentina in rame per impianto a pavimento Quadro elettrico di alimentazione e controllo Kit analisi chimica gas di scarico opzionale (Cod ) 3. Descrizione La centrale di generazione completa di bruciatore, caldaia e i relativi accessori è strumentata con tutti gli organi di regolazione e sicurezza previsti dalle normative vigenti, in maniera da permettere allo studente di acquisire le funzioni e le modalità di intervento sulle apparecchiature. La distribuzione del calore prevede tre sezioni: A - Impianto a Zone Modul B - Impianto Monotubo C - Impianto a Pavimento realizzate secondo le norme e le tecniche costruttive adottate per impianti di riscaldamento nelle abitazioni civili. La prima sezione A IMPIANO A ZONE MODUL ha le caratteristiche di un impianto a zone. La seconda sezione B IMPIANO MONOUBO ha la distribuzione monotubo con elementi riscaldanti in serie. La terza sezione C IMPIANO A PAVIMENO mostra l impianto di distribuzione del calore mediante tubi in rame annegati nel pavimento. Particolare cura è stata posta nella progettazione dei sistemi di regolazione delle quantità di calore riversato nell ambiente da riscaldare. ale controllo viene eseguito sia mediante il sistema centrale di regolazione della temperatura dell acqua che dalla centrale viene inviata all impianto, che mediante il controllo della quantità di calore distribuita dagli elementi riscaldanti. utto ciò al fine di comprendere, le tecniche di regolazione finalizzate al risparmio di combustibile ed assicurare un confortevole ambiente. Sul fronte del quadro elettrico è disegnato uno schema sinottico dell impianto per una facile comprensione ed identificazione dei circuiti elettrici e idraulici durante il funzionamento. 4. Caratteristiche tecniche Pompa acqua di ricircolo e pompa acqua di alimentazione Potenza 43W, Portata max. 33 l/min. N 3 velocità di rotazione Bruciatore ipo monostadio a salto di pressione Consumo gasolio 2 3,3 kg/h Potenza da 23,7 a 39,1 kw Caldaia Potenza termica 23,6 kw Capacità 14,5 l Pressione massima di esercizio 4 bar Elementi 3 Dimensioni 450 x 380 x 850 h mm 5. Esperienze Esperienze finalizzate alla comprensione delle modalità di intervento dei sistemi di sicurezza della centrale termica. Esperienze di conduzione dell impianto mediante interventi sul sistema centrale di regolazione. Controllo e regolazione del calore riversato agli ambienti: confronto tra i tre impianti di distribuzione. Controllo e misura del rendimento alla combustione. Misura e valutazione del rendimento di trasformazione dell energia chimica del combustibile in calore utile. Misura e contabilizzazione del calore utilizzato da un impianto. ecniche di ripartizione spese condominiali di riscaldamento. 6. Servizi richiesti Alimentazione elettrica: 220/240 V monofase 50/60 Hz Alimentazione acqua: 3 bar 15 l/h Page 2

3 7. Pesi e Dimensioni Dimensioni: 2450 x 1500 x 1750 h mm Peso netto: 450 kg. A B C D E F P LIC LI F C H O 2 P Fig.1 Sinottico generale A. Impianto a Zone Modul B. Impianto Monotubo C. Impianto a Pavimento D. Gruppo Serbatoio Combustibile E. Gruppo Caldaia-Bruciatore F. Valvole, strumentazione, circuiti elettrici ed idraulici ~

4 SAD/124D - Sistema Automatico d'acquisizione Dati per 124D (Opzionale) 1. Generalità Il sistema permette di eseguire automaticamente gli esperimenti previsti per l'unità di Studio di Riscaldamento Civile Didacta 124D attraverso un Personal Computer di tipo IBM o compatibile e di trarne i massimi vantaggi didattici. Con il sistema viene fornito un completo manuale didattico di guida che descrive le caratteristiche del sistema hardware e software, illustra la messa a punto del sistema di acquisizione dati, propone numerose esercitazioni didattiche, fornisce dati e diagrammi sperimentali di esempio. 2. Composizione Il sistema automatico di acquisizione dati SAD/124D comprende: kit trasduttori elettronici, completo di Unità di Alimentazione e Condizionamento Segnali e Scheda di Conversione A/D (Cod ) software di acquisizione e analisi dati per Windows (Cod ). 3. Descrizione Kit trasduttori elettronici, completo di Unità di Alimentazione e Condizionamento Segnali e Scheda di Conversione A/D (Cod ) Il kit include i seguenti trasduttori elettronici: trasduttore di pressione differenziale per la misura della portata acqua di riscaldamento trasduttore di pressione per la misura del livello di combustibile liquido e indirettamente del suo consumo n. 2 indicatori digitali di temperatura Software di Acquisizione e Analisi Dati (Cod ) Il software di acquisizione e analisi dati opera in ambiente MS-Windows ed è usato per acquisire i dati in tempo reale, per elaborarli e archiviarli. Esso permette di ottenere a video o in stampa i parametri e i diagrammi previsti nelle diverse prove. Inoltre, anziché acquisire automaticamente i dati dai trasduttori, è possibile immettere tali dati da tastiera leggendoli dagli strumenti tradizionali a bordo impianto e sfruttando le possibilità di elaborazione e archiviazione del software. ale soluzione permette l'uso indipendente del software in assenza del kit trasduttori. 4. Configurazione richiesta PC PC minimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA minimo, mouse, RAM 32 MB, porta USB. MS-Windows XP o successivi. Stampante grafica. Cod. R00207/I 1210 Ed. 01 Rev. 02 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4

5 S101D (HW-01) Simulazione di Impianto ermico a Caldaia con ubi d'acqua (con calcolo del bilancio termico) Sistema Operativo: Windows Le caratteristiche principali dell' impianto simulato sono le seguenti: Un sinottico con lo schema di principio dell'impianto; Un quadro di controllo con la strumentazione necessaria; Il sinottico principale con lo schema di principio dell'impianto è il seguente: Questo permette l'apertura e la chiusura delle valvole di intercettazione manuale (le valvole automatiche dipendono dal quadro di controllo), la lettura degli strumenti in digitale e la visualizzazione dei flussi, quando presenti. Il quadro di controllo come si può notare dalla figura seguente è diviso in differenti sezioni che consentono un più facile approccio all impianto: 1. Gestione della combustione: Avvio e spegnimento sia della pompa spinta combustibile che del ventilatore; Regolazione del combustibile e delle serrande dell'aria; Visualizzazione sui rispettivi strumenti delle grandezze impostate Avvio e spegnimento del bruciatore; Indicatore dei fumi per il controllo della combustione; 2. Gestione dell' acqua di alimento e del prelievo di vapore: Avvio e spegnimento pompa alimento; DIDACA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ orino - Italy el Fax info@didacta.it

6 Regolazione della valvola di alimento e della valvola di prelievo vapore; Indicatore di livello; Attivazione delle utenze; Visualizzazione sui rispettivi strumenti delle grandezze impostate. 3. Strumenti di controllo: Manometro per il controllo della pressione in caldaia; Commutatore manuale-automatico 4. Allarmi e Blocchi: Allarme di basso livello; Allarme di alto livello; Allarme di alta pressione Blocco al bruciatore. Pulsante di tacitazione. All'inizio il simulatore presenta alternativamente con origine casuale due possibilità: caldaia inattiva messa in conservazione; caldaia pronta all'avviamento. E' possibile, selezionando dalla barra menu Nome Allievo, inserire i dati identificativi dell'operatore per poter avere la registrazione personalizzata dell'esercitazione. Il programma con origine random può inserire delle avarie che, una volta individuate, possono essere eliminate richiamando dalla barra menu la relativa finestra. E' inoltre disponibile una pagina diagnostica ed un diagramma a torta che raffigura il bilancio termico e una pagina di registrazione degli errori. Page 2

7 S102D (HW-02) Simulazione di Impianto a Vapore con urbina (con calcolo del bilancio termico) Sistema Operativo: Windows Descrizione dell impianto Il modulo di simulazione comprende: Un sinottico con lo schema di principio dell'impianto, il quale è costituito da: una caldaia a tubi d'acqua, con comandi e strumentazione separati; una turbina mista, con sezione di alta, media e bassa pressione, con la strumentazione necessaria per la regolazione sia per laminazione che per parzializzazione; un condensatore a superficie, con relativa pompa di acqua raffreddamento, pompa per il vuoto e pompa di estrazione; tre scambiatori a superficie per la rigenerazione; un deaereatore completo di scambiatore rigenerativo. Sullo schema di principio sono, inoltre, riportate le linee del vapore, del condensato e dell'acqua di raffreddamento che collegano i vari componenti dell'impianto, identificati dai relativi simboli, complete di termometri e manometri digitali. Il quadro di controllo come si può notare dalle figure è diviso in sezioni: 1. Gestione della combustione: Avvio e spegnimento sia della pompa spinta combustibile che del ventilatore; Regolazione del combustibile e delle serrande dell'aria; Visualizzazione sui flussometri delle portate impostate; Avvio e spegnimento del bruciatore; Indicatore dei fumi per il controllo della combustione; 2. Controlli: Manometro per il controllo della pressione in caldaia; Blocco al bruciatore; DIDACA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ orino - Italy el Fax info@didacta.it

8 Allarme alta pressione; Allarme basso livello; Pulsante di tacitazione. 3. Gestione pompe servizio: Avvio e spegnimento pompa alimento (la regolazione della valvola di alimentazione è automatica); Avvio e spegnimento pompa di estrazione condensato; Avvio e spegnimento pompa del vuoto; Visualizzazione sul flussometro della portata acqua; Visualizzazione sul flussometro della portata vapore; Controllo del livello. 4. Gestione acqua di raffreddamento al condensatore: Avvio e spegnimento pompa (la portata è rapportata alla portata massima di vapore da condensare nelle peggiori condizioni di temperatura); Visualizzazione sul flussometro della portata. 5. Gestione della turbina: Laminazione con regolazione della valvola di immissione vapore (la sezione II -8 ugelli- non è intercettabile con valvola parzializzatrice); Parzializzazione con inserimento tramite i rispettivi pulsanti dei rimanenti ugelli; Visualizzazione della potenza elettrica sul Wattmetro Page 2

9 6. Selezione Manuale/Automatico La selezione Automatico definisce la pressione di esercizio dell'impianto. Una pagina diagnostica contenente tutte le grandezze necessarie al controllo dell'impianto e alla identificazione del ciclo termodinamico da esso seguito. Un bilancio termico, rappresentato con un grafico a torta per il controllo immediato sia del rendimento che delle perdite. Barra menu Dalla barra menù alla voce Comandi si possono selezionare sia la pagina diagnostica che il bilancio termico. Si può inoltre chiedere la visualizzazione di un report sul quale sono registrate le eventuali errate manovre commesse o allarmi intervenuti durante la gestione dell'impianto. Alla voce Opzioni si ha la possibilità di escludere/includere il I, II e IV rigeneratore adibito al preriscaldo dell'acqua di alimento (il III non può essere escluso perché al servizio del deaereatore), nonché il risurriscaldatore. Alla voce Nome studente se si inserisce il nome dell'allievo,questo verrà riportato su tutte le stampe Alla voce Informazioni si può richiamare il logo o un aiuto in linea. Applicazioni didattiche Qui di seguito verranno proposte alcune possibili applicazioni didattiche: Studio del ciclo di lavoro nelle diverse condizioni di impiego La possibilità di poter effettuare, in qualsiasi momento, delle scelte all'interno della voce Opzioni, posta sulla barra menù, permette di poter definire diverse configurazioni di impianto. Innanzi tutto l'opportunità di includere/escludere il risurriscaldatore permette lo studio di due diversi cicli termodinamici e la possibilità, a parità delle altri condizioni (pressione di esercizio, regolazione della turbina, numero di spillamenti, etc.) di poterli paragonare tra di loro. La pagina diagnostica contiene tutti i dati necessari per il calcolo delle entalpie. Il bilancio termico fornisce oltre al diagramma a torta con le relative grandezze, anche due valori di particolare significato: il consumo specifico di vapore ed il consumo specifico di combustibile. All'interno di questa scelta é possibile non solo scegliere il numero di spillamenti ( il ciclo è sempre rigenerativo a causa della presenza del deaereatore) da effettuare, ma anche le loro possibili combinazioni. Bilancio termico nelle diverse condizioni di impiego Determinazione della percentuale di vapore spillata Curva del consumo specifico di vapore

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11 S111D (HW-15) Simulatore di un Impianto di Riscaldamento ad Energia Solare Sistema Operativo: Windows Descrizione del software Negli impianti di produzione di acqua calda, ad uso civile, le temperature da raggiungere non sono molto alte, pertanto è possibile l utilizzo di collettori solari a piastra piana. Il principio di funzionamento sfrutta l effetto serra. La radiazione solare, che penetra in una struttura avente copertura in vetro o materia plastica trasparente, può generare temperature relativamente elevate nell ambiente interno alla costruzione. ale effetto è basato sul fatto che il vetro è differentemente permeabile alla luce solare ed alla radiazione infrarossa. La radiazione solare possiede la sua massima energia nel visibile, infatti può attraversare il vetro senza subire un sensibile assorbimento e riscalda il fondo della serra che a propria volta emette radiazioni infrarosse, per le quali il vetro non è trasparente. L impianto di produzione di acqua calda con energia solare è composto fondamentalmente da quattro parti: Superficie captante (uno o più pannelli solari); Scambiatore di calore; Circuito primario (collettore-scambiatore) Circuito secondario (distribuzione alle utenze dell acqua calda prodotta). Qualche volta l impianto è integrato da fonti ausiliarie di calore generalmente prodotto da caldaie. Gestione esercitazioni Dopo aver lanciato il programma la prima schermata che si presenta all'operatore è la seguente: In essa è possibile inserire i dati identificativi dell allievo, scegliere l esercitazione predisposta dal Docente e i dati d insolazione. ramite Il tasto visualizzata la finestra, dopo aver digitato la password, nell'apposito riquadro, viene DIDACA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ orino - Italy el Fax info@didacta.it

12 In questa sezione, ad accesso riservato al solo Docente, è possibile selezionare guasti all'impianto ed il tempo, a partire dall'inizio dell'esercitazione, trascorso il quale si attiveranno. Inoltre, è possibile caratterizzare l'esercitazione con una descrizione, digitando un breve testo nell'apposito spazio. Il sinottico a seguire riporta: la strumentazione di controllo, la distribuzione esemplificata delle linee dell'impianto caldaia murale a gas, valvolame; la centralina; il quadro di controllo della caldaia e del bollitore ad accumulo le relative utenze. Page 2

13 L impianto una volta avviato simula il funzionamento di un impianto reale e la presenza di un timer permette di poter valutare gli scambi termici in gioco. Sono inoltre presenti una sezione di registrazione di registrazione ed una sezione di ricerca guasti. Da essa per mezzo dei tasti relativi si può escludere Il guasto inserito.

14 Se il guasto è stato correttamente individuato comparirà il messaggio viceversa comparirà un messaggio del tipo In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4

15 S112D (HW-16) Simulatore di un Impianto di Riscaldamento Civile a Radiatori Sistema Operativo: Windows Descrizione del software L impianto di riscaldamento centralizzato distribuisce calore in tutto un edificio partendo da un apposito locale (centrale termica). Il mezzo di trasmissione è l acqua che viene riscaldata al di sotto della temperatura di ebollizione in caldaia e fatta circolare mediante tubazioni nei radiatori, la cui forma è studiata in modo da presentare, a pari capacità, la massima superficie esterna, distribuiti nei vari locali. La circolazione è assicurata da una pompa che fornisce la portata richiesta per mantenere un opportuna differenza di temperatura tra la linea di mandata e quella di ritorno. Il sistema di tubazioni deve inoltre consentire la dilatazione dell acqua in seguito al riscaldamento: nel sistema con vaso d espansione chiuso essa viene compensata dalla compressione dell aria contenuta nel vaso medesimo. I radiatori, che sono provvisti di valvola di regolazione del flusso di acqua calda e di valvole di spurgo dell aria che si ferma in essi, emettono calore per irraggiamento e parzialmente per conduzione dell aria che li lambisce; il calore viene poi distribuito in ambiente dai moto convettivi dell aria. La produzione di acqua calda oltre a circolare nei radiatori, passa anche in uno scambiatore di calore (bollitore) collegato all impianto domestico: l acqua calda dell impianto idrico viene così tenuta separata da quella circolante nei radiatori. Gestione esercitazioni Dopo aver avviato il programma la prima schermata che si presenta all'operatore è la seguente: In questa sezione, ad accesso riservato al solo Docente/Istruttore, è possibile selezionare guasti all'impianto ed il tempo, a partire dall'inizio dell'esercitazione, trascorso il quale si attiveranno. In essa è possibile inserire i dati identificativi dell allievo, scegliere l esercitazione predisposta dal Docente e il tipo di impianto. ramite Il tasto visualizzata la finestra, dopo aver digitato la password, nell'apposito riquadro, viene Inoltre, è possibile caratterizzare l'esercitazione con una descrizione, digitando un breve testo nell'apposito spazio. DIDACA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ orino - Italy el Fax info@didacta.it

16 Il sinottico riporta: la strumentazione di controllo; la distribuzione, esemplificata, delle linee dell'impianto con caldaia murale a gas, complete di valvolame; la centralina; il quadro di controllo della caldaia e del bollitore ad accumulo con relative utenze. L impianto una volta avviato simula il funzionamento di un impianto reale e la presenza di un timer permette di poter valutare gli scambi termici in gioco. Sono inoltre presenti una sezione di registrazione Page 2

17 ed una sezione di ricerca guasti da essa per mezzo dei tasti relativi si può escludere Il guasto. Se il guasto è stato correttamente individuato comparirà il messaggio

18 viceversa comparirà un messaggio del tipo In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 4