V10CFD0 - Impianto Generazione e Utilizzazione Vapore

Transcript

1 TERMODINAMICA V10CFD0 - Impianto Generazione e Utilizzazione Vapore 1. Generalità Gli impianti per la generazione e utilizzazione del vapore d acqua rivestono particolare importanza didattica, in quanto per la loro complessità, interessano diversi indirizzi scolastici come la termodinamica, l elettrotecnica, la meccanica, l impiantistica ed altri ancora. Didacta Italia propone un impianto di dimensioni contenute, elevati standard di sicurezza e semplice utilizzo che permette un ampio numero di esperienze sulla tecnologia e sull utilizzo degli impianti a vapore. Anche l installazione è molto semplice: non sono richieste opere murarie ma esclusivamente l alimentazione elettrica ed idrica fornita dalle normali reti di distribuzione. L impianto base (vedi sinottico di fig. 3) consente la generazione del vapore tramite caldaia, il suo utilizzo tramite turbina ad azione ed infine la condensazione ed il recupero del vapore stesso. L impianto comprende i gruppi per l alimentazione acqua e combustibile, il quadro elettrico di comando e controllo, la strumentazione necessaria per l esecuzione delle esperienze di base. Alcuni kit opzionali permettono di ampliare le possibilità di utilizzo dell impianto e di realizzare ulteriori prove. È disponibile un sistema di acquisizione e analisi dati per Personal Computer, denominato SAD/V10CF che consente il monitoraggio dei parametri principali dell impianto in tempo reale, l esecuzione di misure tramite Personal Computer, la produzione su video o in stampa delle curve caratteristiche di diversi componenti, l archiviazione su disco o la stampa del dati sperimentali. I kit opzionali ed il sistema SAD/V10CF sono descritti in schede separate. Il sistema viene fornito con una completa manualistica che descrive il sistema in ogni sua parte, le modalità di installazione ed utilizzo e propone numerose esperienze didattiche corredate da risultati sperimentali. 2. Composizione Impianto base (cod ) Gruppo trattamento acqua di alimentazione (A); Gruppo alimentazione acqua (M); Gruppo alimentazione combustibile (C); Gruppo generazione vapore (D); Gruppo misura portata vapore (E); Gruppo utilizzazione vapore (H); Gruppo condensazione e recupero vapore (B); Quadro elettrico di comando (L). DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

2 Fig. 1 - Gruppo generazione vapore (D) Gruppi opzionali Surriscaldatore elettrico (cod ); Desurriscaldatore a superficie (cod ); Torre di raffreddamento (cod ); Titolometro per vapore (cod ); Apparecchiatura per lo studio di iniettori a vapore (cod ); Apparecchiatura per lo studio dell efficienza di coibentazioni termiche (cod ); Apparecchiatura per lo studio dei condensatori a vapore (cod ); Banco prova ugelli vapore (cod ); Misuratore temperatura gas di scarico (cod ); Kit per l analisi chimica dei gas di scarico (cod ); Kit analisi acqua (cod ); Banco evaporatore doppio effetto (cod ); Banco di processo per impianti a vapore (cod ). SAD/V10CF - Sistema automatico di acquisizione dati per impianti a vapore Fig. 2 - Gruppo utilizzazione vapore senza isolamento (H) kit trasduttori elettronici, completo di Unità di Alimentazione e Condizionamento Segnali e Scheda di Conversione A/D (Cod ) software per Windows di acquisizione ed analisi dati (Cod ). 3. Descrizione Gruppo trattamento acqua alimentazione (A) Addolcitore in materiale plastico (A1) con portata max l/h e funzionamento automatico con rigenerazione della resina a tempo, escludibile tramite valvole di by-pass; Dosatore di polifosfati per neutralizzazione acqua (A2); Misuratore volumetrico di portata acqua di alimentazione (QA); Filtro acqua di alimentazione (FA); Manometro di controllo pressione acqua di alimentazione (PA). Gruppo alimentazione acqua (M) Serbatoio acqua di alimentazione (M1), in acciaio protetto con vernice epossidica, capacità 300 litri; Termometro acqua di alimentazione (TM); Sistema di regolazione del livello acqua e troppo pieno con indicatore livello (LM); Filtri acqua di alimentazione (FM1, FM2). Page 2

3 Gruppo alimentazione combustibile (C) Serbatoio gasolio (C1), capacità 100 litri; Indicatore livello combustibile (LC); Termometro combustibile (TC); Valvola di sicurezza (VC); Gruppo di valvole per prova consumo in condizioni di massimo prelievo e di riflusso dal bruciatore. Gruppo generazione vapore (D) Il gruppo (vedi fig. 1) è composto da: Caldaia a tubi d acqua (D1) a circolazione forzata ad alto rendimento, assolutamente sicura dal punto di vista antinfortunistico (non è richiesta patente di conduzione); - produzione vapore 200 kg/h - potenzialità max kcal/h - superficie riscaldata 8 m 2 - pressione max 12 bar - pressione di esercizio 10 bar bruciatore a gasolio di tipo industriale (D2); pompa a pistone di alimentazione acqua (D3); - Portata 200 l/h - Pressione 12 bar Filtro combustibile (FD); Valvola di scarico automatico condensa (VD1); Valvola di sicurezza caldaia (VD2); Pressostato di massima vapore (PD1); Pressostato di sicurezza vapore (PD2); Manometro pressione vapore (PD3); Manometro pressione bruciatore (PD4); Termostato digitale vapore (TD); Flussostato controllo alimentazione acqua (QD); Camino per scarico fumi (D4), in acciaio zincato, costruito secondo necessità (lunghezza standard 12 m). Gruppo misura portata vapore (E) Diaframma tarato (E1) posto direttamente sulla tubazione vapore; Manometro differenziale (PE) per la misura portata vapore; Barilotti di raccolta condensa (E2, E3). Gruppo utilizzazione vapore (H) Il gruppo (vedi fig. 2) è composto da: Turbina a vapore ad azione (H1) funzionante a scarico atmosferico o sotto vuoto; - potenza erogata 1 kw - velocità 2900 giri/min - dispositivo di blocco automatico in caso di velocità di fuga - dispositivo di arresto manuale in caso di emergenza Valvola regolazione manuale portata ingresso vapore (VH1); Valvole di scarico automatico condensa (VH2, VH3, VH4); Filtri vapore (FH1, FH2, FH3, FH4, FH5); Manometro misura pressione vapore ingresso turbina (PH1); Manovuotometro misura pressione / vuoto a valle della turbina (PH2); Termoresistenze Pt100 misura temperatura vapore a valle ed a monte della turbina (TH1,TH2); Unità dinamometrica a carcassa oscillante (H2) dotata di cella di carico per la misura della coppia (T), e sensore di prossimità per il rilievo della velocità di rotazione (n). L unità dinamometrica trasforma l energia meccanica prodotta dalla turbina in energia elettrica. Carico elettrico costituito da una serie di 3 resistenze elettriche da 0.5Ω e da un voltmetro e un amperometro per valutare la potenza elettrica. L energia elettrica prodotta attraverso l unità dinamometrica è completamente dissipata nel carico elettrico.

4 Gruppo condensazione e recupero vapore (B) Condensatore di vapore a fascio tubiero (B1) con sistema di controllo di pressione e temperatura; Elettropompa per vuoto ad anello di liquido ad uno stadio (B3) per il recupero del vapore condensato nel serbatoio acqua alimentazione M1; - vuoto mm Hg - portata aspirata 7 50 m 3 /h - portata anello liquido 8 12 l/m Scambiatore di calore (B2); Flussometro misura portata acqua di raffreddamento al condensatore (QB); Termoresistenze Pt100 per la misura della temperatura acqua e vapore (TB1, TB2, TB3, TB4). Quadro elettrico di comando e controllo (L) Il quadro fornisce l alimentazione elettrica a tutti i componenti elettrici dell impianto e comprende i seguenti comandi e controlli: Interruttore generale magnetotermico con differenziale; Interruttore magnetotermico per addolcitore A1; Pulsante di alimentazione quadro elettrico; Pulsante inserimento elettropompa B3; Interruttore caldaia D1; Interruttore unità dinamometrica H2; Variatore carico unità dinamometrica H2; Voltmetro e amperometri unità dinamometrica H2; Strumento indicatore numero di giri unità dinamometrica H2; Strumento indicatore misura della coppia unità dinamometrica H2; Carico resistivo per dissipazione unità dinamometrica H2; Indicatore digitale temperature con selettore, collegato alle termoresistenze Pt100 poste nei punti caratteristici dell impianto; Indicatore digitale temperature con selettore, collegato alle termoresistenze Pt100 poste nei punti caratteristici degli opzionali (torre di raffreddamento cod , desurriscaldatore cod ). 4. Esperienze realizzabili Modalità di conduzione di un impianto termico Norme di sicurezza Messa in funzione dell impianto Prova di pressurizzazione Collaudo di un impianto a vapore Conduzione di un impianto termico Procedure di manutenzione Principi di funzionamento di un impianto termico Tecniche di misura e di controllo della pressione in un impianto termico; Tecniche di misura e di controllo della temperatura in un impianto termico; Studio del trasferimento di calore in un condensatore acqua/vapore, operante in modalità equi-corrente o contro-corrente (con gruppo opzionale cod ). Misure sul vapore Misure di portata vapore; Determinazione del titolo del vapore (con gruppo opzionale cod ); Determinazione dei valori di entalpia ed entropia del vapore (con gruppo opzionale cod ). Analisi del ciclo Rankine Determinazione del rendimento termico del principali componenti dell impianto; Determinazione del rendimento termico complessivo dell impianto; Confronto tra il rendimento termico complessivo reale ed ideale dell impianto; Influenza della pressione di condensazione e della temperatura di lavoro sul ciclo Rankine; Influenza della laminazione di vapore sul ciclo Rankine; Effetti della caduta di pressione tra uscita generatore ed ingresso turbina sul ciclo reale. Misure sul generatore di vapore Determinazione della quantità di calore prodotta dalla combustione; Determinazione della quantità di calore ricevuta dal vapore d acqua nella caldaia; Page 4

5 Determinazione del rendimento del generatore di vapore; Determinazione delle perdite nel camino; Analisi dei fumi di combustione ed ottimizzazione delle condizioni di funzionamento del generatore (con gruppo opzionale cod ). Misure sulla turbina a vapore Determinazione della potenza ideale sviluppata dal vapore; Determinazione della potenza reale sviluppata dal vapore; Determinazione dell efficienza termodinamica della turbina; Determinazione della potenza meccanica all asse della turbina; Determinazione dell efficienza meccanica della turbina. Misure sul condensatore di vapore Determinazione della quantità di calore ceduta dal vapore al condensatore; Determinazione del bilancio termico del condensatore; Determinazione dell efficienza di una torre di raffreddamento ad evaporazione (con gruppo opzionale cod ). 5. Servizi richiesti Alimentazione elettrica: 380 trifase, 50/60 Hz, 4 kw Alimentazione acqua da rete idrica 6. Pesi e dimensioni Dimensioni: 3500 x 4000 x 3500h mm Peso a vuoto: 1400 kg Fig.3 - Sinottico Impianto Base A. Gruppo trattamento acqua di alimentazione B. Gruppo condensazione e recupero vapore C. Gruppo alimentazione combustibile D. Gruppo generazione vapore E. Gruppo misura portata vapore H. Gruppo utilizzazione vapore L. Quadro elettrico di comando e controllo M. Gruppo alimentazione acqua

6 OPZIONALE SAD/V10CF - Sistema Automatico di Acquisizione Dati per Impianti Vapore 1. Generalità Il sistema permette di eseguire automaticamente gli esperimenti previsti per gli Impianti vapore Didacta V10CF attraverso un PC minimo Pentium, 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/V10CF comprende: kit trasduttori elettronici, completo di Unità di Alimentazione e Condizionamento Segnali e Scheda di Conversione A/D (Cod ) software per Windows di acquisizione ed analisi dati (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: N. 2 trasduttori di pressione per la misura della pressione ingresso e uscita turbina. Trasduttore di pressione differenziale per la misura della portata vapore. Trasduttore per la misurazione portata acqua con indicatore digitale. N. 7 indicatori digitali di temperatura (invece di un indicatore digitale con selettore). Convertitore di segnale per la misura della coppia turbina. Convertitore di segnale per la misura dei giri turbina. Unità condizionamento segnali, 16 ingressi analogici, risoluzione 16 bit; massima velocità di campionamento 250 Ks/s, acquisizione segnale ad alta velocità su porta USB. Software di acquisizione ed 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. Tale 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; Windows XP o successivi; Stampante grafica. Cod. R00518/I 0511 Ed. 01 Rev. 05 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 6