Tecnologia solare termodinamico ad alta temperatura. con accumulo termico a sali fusi sviluppata dall ENEA

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1 CAPITOLO 1 Tecnologia solare termodinamico ad alta temperatura con accumulo termico a sali fusi sviluppata dall Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 6 di 121

2 1.1 - Tecnologia solare a concentrazione ad alta temperatura I recenti sviluppi degli impianti solari termici ad alta temperatura altrimenti detto solare termodinamico, hanno rinnovato a livello mondiale l'interesse per questa tecnologia che si presta ad essere adoperata sia per la produzione di energia termica sia per la generazione di energia elettrica. [1.1][1.2][1.3][1.4][1.5][1.6][1.7][1.8] La tecnologia del solare termodinamico grazie alle sue caratteristiche permette di soddisfare quei paramenti di efficienza di conversione energetica e decarbonizzazione della fonte di approvvigionamento che sono le linee guida della politica energetica in atto sia Europa che in campo internazionale [1.5][1.9][1.10][1.11][1.12][1.13][1.14][1.15][1.16]. Alla base degli impianti solari ad alta temperatura vi è un sistema detto collettore solare, che raccoglie e concentra la radiazione solare su un fluido termovettore riscaldandolo ad una temperatura compresa tra i 100 C a oltre i C (a seconda del tipo di collettore e del fluido utilizzato), trasformando così l energia solare in energia termica e rendendola disponibile per i più svariati processi industriali [1.8][1.11][1.17][1.18][1.19][1.20][1.21][1.22][1.29].I sistemi a concentrazione più diffusi sono: concentratori parabolici lineari dove l energia solare viene captata mediante una serie di specchi lineari di forma parabolica che seguono il movimento del sole sull orizzonte, ruotando su un solo asse e concentrano la radiazione solare su un tubo ricevitore posto nel fuoco delle parabole (figura 1.1) [1.21][1.25][1.26][1.29]; torre con ricevitore centrale in cui un sistema di specchi indipendenti (eliostati) insegue il sole e concentra i suoi raggi su un ricevitore fisso posto alla sommità di una struttura a torre. In questi sistemi si raggiungono temperature elevatissime (figura 1.1) [1.21][1.27][1.28] disco concentratori parabolici puntuali che sono realizzati mediante un pannello riflettente che insegue il sole, con un movimento di rotazione attorno a due assi ortogonali, e concentra la radiazione solare su un ricevitore inserito nel suo punto focale (fig.1.1) [1.21][1.31][1.23][1.24]. Figura 1.1 Tipologie di impianti solari a concentrazione La gamma di potenze ottenibili con questi sistemi va da una decina di kw ad alcune centinaia di MW, raggiungibili raggruppando più impianti modulari. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 7 di 121

3 Attualmente solo le centrali solari a concentratori parabolici lineari (CSP Trough) hanno raggiunto una maturità tecnologica tale da potere essere proposte come impianti energetici competitivi con i sistemi di tipo convenzionali. Quelle costruite in California nel deserto del Mojave (vedi figura 1.2) tra il 1981 e il 1990 dalla società Luz, per una potenza installata di 354 MW e, sono una realtà industriale in esercizio da quasi 20 anni, che ha dimostrato di essere affidabile ed efficiente. In tabella 1.1 sono riassunti i dati relativi ai costi di produzione e di costruzione delle attuali centrali solari a concentrazione in servizio negli Stati Uniti e le previsioni di riduzioni di tali costi al [1.28][1.29][1.33][1.34][1.38]. SunLab Sargent & Lundy Case baseline Breve termine Medio termine Lungo termine Breve termine medio termine Lungo termine Project SEGS VI Trough 50 Trough 150 Trough 400 Trough 50 Trough 150 Trough 400 In Service Solar Collection System [$/m 2 ] Support Structure [$/m 2 ] Heat Collection Elements [$/unit] Mirrors [$/m 2 ] Power Block [$/kwe] Thermal Storage [$/kwe] NA Total Plant cost [$/kwe] Tabella 1.1 Previsioni di costo impianti solari a concentrazione lineare (CSP)[1.28] È interessare confrontare tali valori con i valori obbiettivo che si è posto il progetto solare termodinamico dell, riportati in tabella 1.2. Componente Costo unitario N unità Costo specifico /m 2 Tubo ricevitore ,4 Struttura ,6 Specchi ,9 Movimentazione ,9 Totale collettore 158,8 Tabella Previsioni di costo impianti solari a concentrazione lineare: programma solare termodinamico [1.1];[1.35] Figura 1.2 Impianto CSP di Kramer Junction nel deserto del Mojave La validità delle previsioni sopra riportate è suffragata sia da alcuni eventi come il nuovo piano energetico dello stato del Nevada che prevede la realizzazione di nuove centrali solari a concentrazione per una potenza di 100 MW (centrali già commissionate) sia dalle analisi economiche di diverse autori ed enti governativi [1.1];[1.15];[1.19];[1.22];[1.25];[1.26];[1.29];[1.30];[1.33]; Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 8 di 121

4 [1.34], uniti nel sostenere che nei prossimi anni gli impianti con concentratori parabolici lineari dovrebbero consentire la produzione di energia elettrica a costi dell'ordine di 4-5 cents$/kwh, contro i 20 cents$/kwh del 1988 ed i 10 cents$/kwh attuali. Queste prospettive hanno messo in moto una serie di progetti per la realizzazione, nei prossimi anni, di qualche migliaio di MW di centrali tipo CSP. Iniziative di questo tipo sono in corso in Messico, Brasile, Marocco, Spagna, Tunisia, Grecia, Egitto, Israele, Giordania, Iran e India [1.1]; [1.21]. La stessa Banca Mondiale comincia a guardare con interesse a queste prospettive e di recente ha firmato un accordo con SolarPaces [1.36], l'agenzia che raccoglie i paesi impegnati nello sviluppo delle centrali solari a concentrazioni, alla quale l'italia partecipa solo indirettamente. A fronte di questo sviluppi e prospettive di impiego della tecnologia CSP è necessario evidenziare come il bacino del Mediterraneo rappresenta una delle zone più promettenti per l installazione di centrali solari termodinamiche, come asserito da alcuni enti indipendenti vedi ad esempio il Institute of Technical Thermodynamics del German Aerospace Center (DLR) [1.9][1.10][1.29]. Diverse fonti, inoltre, ipotizzano, che in vista della nascente anello di collegamento elettrico del Mediterraneo (vedi fig 1.3) i paesi dell Africa che si affacciano sul Mediterraneo potrebbero essere utilizzati come bacini solari da cui attingere una buona parte dell energia pulita di cui necessitano i paesi industrializzati della comunità Europea per rispettare gli impegni di Kyoto il tutto a costi competitivi, quindi senza arrecare nessun danno alle politiche di sviluppo dell industria europea [1.37][1.38]. Le stesse fonti segnalano il potenziale di sviluppo che può avere questa tecnologia se asservita a impianti su desalinizzzione. È evidente come quest ultima applicazione potrebbero risolvere il problema dell approvvigionamento dell acqua di molti paesi contribuendo così a stabilizzare le tensioni politiche in atto nel bacino del Mediterraneo. In tabella 1.2 sono riepilogati, per i vari paesi che si affacciano sul Mediteranno compresi nella cosiddetta sun belt (fig. 1.4), i dati elaborati dal Ministero dell Ambiente tedesco e lo scenario CG/HE con traguardo 2050 che mostrano potenziali tecnici ed economici di impiego della tecnologia CSP (Concentating solar power) per produzione di energia elettrica e quelli per la costruzione di impianti di desalinizzazione. Figura 1.3 Rete elettrica di connessione proposta nella regione EU-MENA [1.9] Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 9 di 121

5 Figura 1.4 livello di irradiazione solare nel bacino del Mediterraneo [1.9] Paese Potenziale tecnico (DNI >1800 kwh/m2/anno) Poteziale economico (DNI >2000 kwh/m2/anno) Domanda di energia 2000 Domanda energia 2050 (scenario CG/HE) Penetrazione CSP al 2050 (scenario CG/HE) Potenziale presente in riva al mare (<20 a.s.s.l.) Energia da fonte CSP utile per impianti di desanilizzazione TWh/anno TWh/anno TWh/anno TWh/anno TWh/anno TWh/anno TWh/anno Algeria Cipro <1 Giordania Grecia <1 Israele Italia Libano <1 Libia Marocco Portogallo <1 Siria Spagna Tunisia Turchia <1 Tabella 1.3 Potenzialità della tecnologia solare termodinamico nel bacino del Mediteranno [1.9] Figura 1.5 Potenziale di generazione di elettricità da solare termodinamico in Italia [1.9] In Italia il potenziale energetico solare è elevato in particolar modo nelle regioni del sud dove si hanno livelli medi annui di radiazione solare su piano orizzontale di circa kwh/m 2 /anno. Uno studio commissionato Ministero dell Ambiente della Germania [1.9][1.10] ha indicato che in Italia esiste un potenziale di generazione di energia elettrica da fonte solare termodinamica di circa 8800 MWh e come riportato in figura 1.5. Nella stessa figura sono indicati anche una esemplificazione dei siti con i potenziali di irraggiamento utili per l impiego delle presenti tecnologie solari. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 10 di 121

6 1.2 - Progetto Solare Termodinamico Nel 2001 l in attuazione di quanto stabilito dall art. 111 della Legge 23 Dicembre 2000, n 388 ha avviato un programma di ricerca, sviluppo e produzione dimostrativa alla scala industriale di energia elettrica a partire dall energia solare utilizzata come sorgente di calore ad alta temperatura. Le attività di ricerca e sviluppo sulle tecnologie solari termodinamiche sono elaborate all interno del Grande progetto solare termodinamico (SOLATERM) le cui attività si articolano prevalentemente [1.1][1.2][1.17][1.22]: sviluppo e prototipazione di componenti e sistemi innovativi per impianti solari a concentrazione per centrali elettriche di potenza; realizzazione di impianti di prova per le attività sperimentali; progettazione di centrali solari dimostrative, da realizzare tramite investimenti congiunti con soggetti industriali; produzione di idrogeno mediane l uso di energia termica di origine solari ; La proposta tecnologica, rispetto ad altre soluzioni già presenti sul mercato, si caratterizza : per lo sviluppo di innovativi collettori solari lineari (struttura di supporto specchi, apparato movimentazione [1.41][1.60] con utilizzo di specchi a basso costo, che si caratterizzano per una progettazione impostata in maniera tale da privilegiare gli aspetti legati alla modularità e facilità di montaggio dell apparato in oggetto [1.40]; per lo sviluppo di un tubo ricevitore (tipo CERMET [1.40] ) in grado di operare fino a temperature di 550 C [1.40][1.41] (inalzando di circa 100 C il limite superiore dei sitemi attualmente presenti sul mercato); per l impiego come fluido termovettore, in sostituzione degli olii diatermici, di una miscela di sali fusi (miscela binaria di sali costituita in peso da 40% KNO 3 e 60% NaNO 3 ); che presento i seguenti principali vantaggi[1.42] [1.43][1.44][1.45][1.46][1.47][1.59]: aumento della massima temperatura di esercizio fino a 550 C e quindi ad aumentare l efficienza di conversione dell energia solare in energia termica; realizzazione di un efficiente ed economico accumulo termico ad alta temperatura che risolve i problemi legati alla discontinuità della fonte solare; riduzione drastica dei livelli di rischio ambientale; riduzione del carico incendio; basso costo; È da evidenziare come l uso dei sali fusi al posto dei più comuni olii diatermici elimina i problemi di sicurezza ed ambientali connessi ad eventuali fuoriuscite accidentali di fluido di lavoro dai circuiti di impianto (vedi fig. 1.6); infatti nel caso dei sali fusi, eventuali perdite non provocano nessun tipo di problema ambientale e di sicurezza in quanto il sale fuso a contatto con l aria si solidifica quasi istantaneamente addensandosi in caratteristiche stalattiti/stalagmiti che possono essere rimosse facilmente senza nessun rischio, al contrario dell olio che tende a diffondersi nell ambiente contaminandolo come segnalato dalla scheda tecnica dell olio diatermico dove viene classificato come una sostanza a rischio cancerogeno. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 11 di 121

7 Figura Simulazione di perdita sali fusi su terreno sabbioso Un altro aspetto peculiare della tecnologia sviluppata da è dato dal fatto che grazie alla presenza di un efficiente accumulo termico consente a quest ultima di potersi proporre come un sistema energetico idoneo ad essere adoperato nella risoluzione dei problemi connessi con la regolazione dei flussi di potenza sulla rete elettrica: infatti grazie alla presenza di un potenziale di energia termica costituito dal sale stoccato ad alta temperatura ed alla possibilità di produrre vapore ad alto contenuto entalpico in tempi rapidi, possono erogare energia elettrica con rapidità svolgendo così una funzione di riserva di energia rotante analoga a quella svolta dalle centrali idroelettriche [1.39]. Accanto a questi aspetti tecnologici, occorre rimarcare che l attività di ricerca e sviluppo è stata concepita con l obiettivo principale di creare una opportunità di sviluppo dell industria nazionale e qualora fosse sviluppata su scala adeguata, consentirebbe di avere anche un benefico impatto sull occupazione in zone caratterizzate da elevati livelli di disoccupazione quali sono le regioni dell Italia peninsulare. In tal proposito si riporta in figura 1.7 uno istogramma che descrive l impatto occupazionale che può avere la costruzione di un parco di 100 MW di centrali elettriche solari di potenza nello stato del Nevada [1.30]. Figura Studio impatto occupazionale costruzione 100 MW e impianti tipo CSP stato Nevada [1.30] Riassumendo le centrali solari termodinamiche costruite con le tecnologie sviluppate dall sono dei sistemi energetici capaci di produrre calore di processo ad alta temperatura adatto ad essere utilizzato in una grande varietà di applicazioni industriali. A seconda della taglia degli impianti solari termodinamici è possibile individuare tre settori industriale di applicazione delle centrali solari termodinamiche, come di seguito riportato: Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 12 di 121

8 applicazioni in grande taglia per produzione di energia elettrica diretta ( in paesi con elevati valori di irradiazione solare come: nord africa) [1.26][1.9][1.19][1.21] applicazioni di media taglia per repowering di centrali esistenti in sostituzione/ complementarietà della caldaia tradizionale [1.1][1.49] applicazioni di piccola taglia con sfruttamento diversificato del calore (cogenerazione/ trigenerazione) [1.50] La proposta tecnologica per l elettricità solare mediante l utilizzo di sali fusi in sistemi a collettori parabolici: il progetto Archimede [1.49] Gli impianti elettrici di potenza a collettori parabolici lineari a sali fusi proposto da trova i suoi punti di forza nella possibilità di raggiungere temperature elevate di esercizio (max 550 C) e nella capacità dei sali fusi di accumulare l energia termica in serbatoio di accumulo. Figura Schema della tecnologia per impianto a sali fusi [1.1] Il sistema proposto da, come illustrato in figura 1.8, prevede la presenza di due cicli di funzionamento un ciclo per la cattura dell energia solare ed un ciclo per la generazione del vapore. I due cicli operano su due circuiti completamente separati: un circuito sali e un circuito vapore. Il primo è caratterizzato dalla presenza di due serbatoi di accumulo sali fusi da cui si dipartano i circuiti connessi con il campo solare termodinamico, in cui il sale è spinto da opportune pompe di circolazione. I due serbatoi si differenziano per la temperatura media del sale che viene accumulato al loro interno, in particolare si ha: un serbatoio detto caldo che accumula al suo interno sale fuso ad una temperatura di 550 C; un serbatoio detto freddo che è utilizzato per stoccare il sale ad una temperatura media di 290 C. In presenza di irraggiamento sufficiente il sale viene pompato dal serbatoio freddo al circuito del campo solare dove circolando all interno dei collettori solari si scalda fino a 550 C e quindi viene poi stoccato nel serbatoio caldo. Durante il funzionamento del circuito vapore (Generatore di Vapore GV) il sale viene prelevato dal serbatoio caldo e, dopo aver prodotto vapore surriscaldato nel GV, ritorna al serbatoio freddo. Nei limiti della capacità di accumulo, i due cicli sono completamente svincolati, e consentono una produzione elettrica controllabile (con elevata dispacciabilità) a prescindere dalla disponibilità dell irraggiamento solare( [1.40];[1.48];[1.49] ). Il sistema descritto permette di sfruttare l energia solare a concentrazione per la produzione di calore Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 13 di 121

9 ad alta temperatura consentendo di utilizzare, anche attraverso il retro-fitting, l uso dell energia solare in un gran numero di applicazioni industriali correnti, in particolare il calore ad alta temperatura così prodotto può essere trasferito a qualunque applicazione industriale nella forma più opportuna in sostituzione del calore fornito dai combustibili fossili. L energia termica prodotta da questi tipi di impianto può alimentare sistemi tradizionali e consolidati come quelli con turbine a vapore, a gas o a cicli combinati. La concezione innovativa, oltre ad una riduzione dei costi, offre una più elevata temperatura di esercizio, un nuovo liquido termovettore non infiammabile e un accumulo termico [1.64] tale da consentire il funzionamento dell impianto senza richiedere l integrazione con combustibili fossili. L impianti solari tipo grazie alle loro caratteristiche permettono di essere integrati facilmente con impianti termoelettrici convenzionali, compresi quelli a ciclo combinato, per incrementarne la potenza elettrica complessiva. Su queste basi è stato firmato un accordo di collaborazione -ENEL e istituito un gruppo di lavoro congiunto per elaborare il Progetto Archimede (integrazione di solare avanzato con un ciclo combinato), opportunità strategica da realizzarsi presso una centrale ENEL nel sud dell Italia (la centrale di Priolo Gargallo, Siracusa, originariamente ad olio combustibile e recentemente riconvertita a gas con ciclo combinato), che costituisce la prima applicazione a livello mondiale di integrazione tra un impianto a ciclo combinato e un impianto solare termodinamico: nei mesi estivi l impianto solare incrementerà la potenza della centrale pari a 760 MWe di circa 20 MWe durante le ore diurne (dalle 7 alle 21) [1.1][1.2][1.35][1.49] La solarizzazione, per mezzo della tecnologia, di un moderno impianto convenzionale a ciclo combinato che già produce energia elettrica, risulta molto semplice e non richiede grandi modifiche nel sistema esistente: infatti il vapore prodotto dall impianto solare ha praticamente le stesse caratteristiche di temperatura e pressione di quello che proviene dal generatore a recupero di calore dai fumi di scarico del turbogas. I risultati attesi dal prototipo industriale riguardano, innanzitutto, le conoscenze derivanti da una applicazione in piena scala della nuova tecnologia solare, ma anche un effetto di trascinamento per altre applicazioni e un primo contributo, limitato ma già significativo, all esigenza ormai improrogabile di aumentare la disponibilità di potenza elettrica sulla rete nazionale [1.22]. Tale impianto costituirà il prototipo di successive realizzazioni da effettuare principalmente nell Italia meridionale o all estero, specialmente nei paesi sulla sponda meridionale del Mediterraneo Impianto PCS A supporto dello sviluppo della tecnologia dei sali fusi e del solare termodinamico sono stati realizzati: l impianto prova collettori solari P.C.S. (Prova Collettori Solari) oggetto del presente paragrafo [1.51][1.52][1.53]; l impianto prove termofluidodinamiche MO.S.E. (MOlten Salt Expirement) [1.61] (vedi figura 1.9). Figura 1.9 Impianto MO.S.E. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 14 di 121

10 Dove l impianto P.C.S., realizzato e messo in esercizio nell anno 2003, presso il Centro Ricerche Casaccia dell, è un circuito sperimentale progettato per analizzare e qualificare sperimentalmente, in condizioni reali di esercizio la tecnologia solare termodinamico ad alta temperatura con accumulo a sali fusi per l applicazione a centrali elettriche di potenza, mentre l impianto MO.S.E. è un impianto di laboratorio nato prima per eseguire una serie di prove termofluidodianmiche dei sali fusi e poi modificato per l esecuzione di test dinamici di corrosione di lunga durata. In virtù delle finalità delle sperimentazioni l impianto P.C.S. è stato certificato con Modulo G dall Ente Notificato ISPESL (certificato n. 0293/04/CE emesso dall ISPESL di Roma in data 12/02/2004) ciò ha permesso sia di garantire che l impianto presentasse tutti i requisiti di sicurezza di esercizio previsti dalle normative sia di poterlo considerare come un circuito prototipale da poter essere preso a modello per lo sviluppo di sistemi impiegabili in campo industriale Dal marzo 2003 al dicembre 2006 sull Impianto PCS sono state eseguite tre campagne di misure. La prima campagna di sperimentazione, eseguita nel periodo aprile novembre 2004, ha riguardato la sperimentazione di un sistema collettore/ricevitore solare, di seguito indicato con il termine Sezione di Prova (SdP), costituita da collettori solari e tubi ricevitori tipo black chrome con temperature massima di funzionamento fino a 360 C [1.55]. La seconda campagna, svoltasi nel periodo marzo 2005 ottobre 2005, è stata caratterizzata da una SdP costituita da collettori solari e tubi ricevitori tipo CERMET commerciale, caratterizzati da una temperatura di funzionamento fino a 400 C [1.54]. Dal gennaio 2006 è iniziata la terza campagna di prove dove viene sperimentata una configurazione di collettore che si differenzia rispetto alla soluzione adottata nelle prove della seconda campagna di misure in quanto sul collettore sono stati applicati gli specchi di seconda serie, realizzati da Arca Compositi che come quelli di prima serie utilizzano sempre tecnologia costruttiva tipo honeycomb. Le tre campagne di prove condotte sull impianto PCS hanno permesso di: verificare il corretto funzionamento ottico e meccanico del modello di collettori solari sviluppato da ; valutare le prestazioni energetiche di alcune configurazioni prototipali di collettori e ricevitori solari sviluppati dall in collaborazione con partner industriali; analizzare gli aspetti relativi alla conservazione dell energia accumulata, con lo scopo di studiare soluzioni atte a minimizzare le perdite termiche dal serbatoio di accumulo dei sali fusi; definire le specifiche funzionali e operative del piping dei circuiti a sali fusi e dei suoi componenti principali quali valvole, pompe etc; definire alcune procedure operative di gestione degli impianti a sali fusi; trarre importanti indicazioni sulla affidabilità di componenti e soluzioni ingegneristiche utili per la progettazione e realizzazione di impianti a sali fusi; è stato inoltre possibile, grazie alla redazione del progetto dell impianto PCS e la successiva costruzione dell Impianto P.C.S. in conformità alle norme PED (Pressure Equipment Directive 97/23 CE), individuare l acciaio austenitico AISI 321(H), come materiale di riferimento per le applicazioni con i sali fusi prescritti (miscela 60% NaNO % KNO 3 ). Tale tipo di prodotto consente infatti di rimanere all interno delle normative tecniche più in uso (codici ASME, ANSI, DIN) per gli utilizzi con temperature fino a 600 C. L Impianto PCS, riportato schematicamente in figura 1.10, è stato concepito secondo una filosofia monotubolare dove le tubazioni, con opportune pendenze atte a facilitare il riempimento e lo svuotamento del circuito sali fusi, collegano la Sezione di Prova (SdP), e specificatamente il tubo ricevitore, agli altri componenti di impianto. L impianto è dotato di un serbatoio di stoccaggio dei sali di circa 7,6 m³, convenientemente attrezzato con riscaldatori elettrici a patrone scaldanti immerse, con un sistema di mantenimento a temperatura con cavi scaldanti posizionati a contatto sul mantello esterno, e con adeguata strumentazione per misura di livello e temperature. La Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 15 di 121

11 circolazione dei sali fusi è assicurata dalla pompa centrifuga ad asse verticale, PC.1.01, immersa sotto battente liquido nel serbatoio di accumulo, SA.1.01, mentre la temperatura dei sali in ingresso alla SdP è controllata mediante la caldaia elettrica tubolare CE Il fluido, dopo aver assorbito l energia solare concentrata dagli specchi parabolici, viene fatto passare prima attraverso idonei scambiatore di calore ad aria (AE.1.01 e AE.1.02), che hanno la funzione di smaltire l energia termica assorbita dalla radiazione solare, per poi rientrare nel serbatoio di accumulo alle condizioni di temperatura più adatte al prosieguo della prova sperimentale. Il sistema è completato con un secondo serbatoio utilizzato sia per la fusione e il caricamento iniziale dei sali che per il loro drenaggio. La SdP dell impianto è costituita da due collettori parabolici lineari, orientati secondo la direzione EST - OVEST, con apertura di circa 6 metri e lunghi circa 50 m ciascuno, equipaggiati con un sistema oleodinamico a bielle e pistoni per la movimentazione. Il controllo del puntamento ottimale dei collettori solari rispetto alla radiazione solare è effettuato da computer tramite un algoritmo che, in funzione dei segnali acquisiti, restituisce la posizione corretta degli specchi parabolici in base all ora e al giorno dell anno. Data l alta temperatura di solidificazione della miscela di sali adoperata, circa 240 C, tutti i circuiti e i componenti di impianto sono opportunamente coibentati, al fine di minimizzare le dispersioni termiche verso l ambiente, e riscaldati con cavi scaldanti elettrici esterni (serbatoio di accumulo, tubazioni, valvole, flangie, etc.) o per effetto Joule diretto (caldaia, sezione di prova e aerotermi), per evitare in maniera assoluta il raffreddamento dei sali al disotto della temperatura di solidificazione in condizioni anomale e/o in condizioni di stand-by. L impianto prevede tre stati di funzionamento operativi: circolazione/produzione: il fluido circola all interno del circuito sali e i collettori sono puntati al sole in condizione di produzione (a fuoco), secondo le specifiche di prova; stand-by caldo: il fluido è raccolto all interno del serbatoio di accumulo, pronto impartite dagli operatori che supervisionano il processo mediante un sistema DCS (Digital Control System);ad essere messo in circolazione dalla pompa PC.1.01; in questa fase l intero impianto è mantenuto ad una temperatura di circa 260 C dal sistema di riscaldamento ausiliario, controllato in automatico dal sistema DCS; stand-by freddo: il fluido è conservato nel serbatoio di accumulo e mantenuto alla minima temperatura di sicurezza da due riscaldatori elettrici immersi nel fluido e da cavi scaldanti applicati sulla parete esterna del serbatoio sotto la coibentazione; il resto dell impianto non è mantenuto in temperatura. Il ciclo produttivo dell Impianto PCS prevede che, a fine giornata lavorativa, l impianto passi dallo stato circolazione a quello di stand-by caldo, per poi tornare allo stato circolazione all inizio della successiva giornata di sperimentazione, e così via. Il sistema viene portato allo stato stand-by freddo solo quando si prevede un lungo periodo di non funzionamento dell impianto, quali ad esempio durante le fasi di manutenzione straordinaria In figura 1.11a è riportata una vista dal fondo dell impianto PCS dove è possibile riconoscere: la sala controllo, la zona componenti di processo, la tubazione di ritorno ed il collettore solare, mentre in figura 1.11b è illustrato l interno della zona componenti dell impianto PCS. Nel corso del dottorato è stato elaborato un progetto di un prototipo di sistema energetico che applica la tecnologia dei sali fusi e dei solare termodinamico ad impianti cogenerativi di di piccola taglia asserviti a cicli industriali o civili. La progettazione è stata possibile grazie all analisi delle principali risultanze sperimentali ricavate dai dati sperimentali rilevati durante il funzionamento dell impianto PCS, specialmente per quanto riguarda gli aspetti connessi alle modalità di captazione dell energia solare, dell accumulo termico, della termofluidodinamica dei sali fusi e definizione dei componenti e gestione del circuito. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 16 di 121

12 Figura 1.10 Schema dell Impianto PCS Zona Componenti Sala Controllo Collettore Solare a) b) Figura 1.11a,b a) Vista dall alto dell Impianto PCS; b) Interno zona componenti di processo impianto PCS Analisi sperimentale dell insieme Collettore solare/tubo ricevitore solare. [1.55] L esercizio dell impianto PCS nelle tre successive campagne di prova come precedentemente ricordato è stato dedicato alla caratterizzazione sperimentale e alla messa a punto dei componenti e dei sistemi e sottosistemi caratteristici degli impianti a sali fusi, sia allo svolgimento di prove sperimentali dedicate espressamente a testare e misurare il funzionamento e comportamento del sistema collettore/ricevitore. In figura 1.12 è riportato un esempio di report degli andamenti settimanali di alcune grandezze che descrivono il funzionamento dell impianto PCS in una settimana tipica di campagna di prove sperimentali dedicata alla caratterizzazione della SdP. Nella figura 1.13 sono riportati gli andamenti in funzione del tempo delle grandezze principali che servono per qualificare il comportamento della SdP e definire le condizioni ambientali di insolazione ed il funzionamento dell impianto in un determinato giorno durante una tipica prova sperimentale. In particolare di seguito sono riprodotti gli andamenti della: radiazione solare efficace, I& S, eff ; Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 17 di 121

13 portata dei sali, M & sali; temperatura di ingresso e uscita della SdP, T in e T out ; calore specifico della miscela C p ; Per il rilievo grandezze dirette si sono utilizzate le seguenti catene di misura: T in : TI.1.005, termoresistenza posizionata in pozzetto all ingresso del tubo ricevitore, [ C]; T out : TI.1.006, termoresistenza posizionata in pozzetto all uscita del tubo ricevitore, [ C]; M & sali : FI.1.001, portata misurata dallo strumento a flangia tarata, [kg/s]; e successivamente al è stato utilizzato un misuratore di portata ad ultrasuoni identificato con la sigla FI fino al 10/03/2005, quindi lo stesso strumento è stato indicato con il nome FI Le grandezze derivate C p e I& S, eff sono state determinate con i seguenti procedimenti: C p : calore specifico della miscela, [J/kg C], è stato determinato attraverso il polinomio standard alla temperatura media T m,r del tubo ricevitore, pari a (T in +T out )/2. la radiazione solare efficace, I& S, eff è calcolata dalla seguente relazione: & = & I S cos( ) (1.1) I S, eff i essendo I& S la radiazione solare diretta incidente sul suolo [W/m 2 ] misurata dal pireliometro (sensore RT.6.001) e cos (i), il coseno dell angolo i, formato dalla posizione del sole rispetto al piano del campo specchi, determinato istante per istante da un apposito algoritmo s/w. Nella figura 1.13 sono riportate le evoluzioni giornaliere delle prestazioni energetiche, istantanee e cumulative, che hanno caratterizzato, nel giorno della prova (8 marzo 2006), il ciclo della raccolta di energia solare operato dal collettore solare. In particolare sono confrontati i valori della potenza solare incidente sul collettore con quelli della potenza utile raccolta dal tubo ricevitore e assorbita dal fluido che danno importanti indicazioni relative all efficienza di conversione del sistema funzioni sia delle caratteristiche del collettore utilizzato che delle condizioni sia ambientali che termofluidodinamiche (condizionate dagli operatori di impianto) in cui è stata eseguita la prova. Accanto a queste grandezze energetiche istantanee sono riportate, anche, i valori cumulativi dell energia incidente sul collettore in produzione (cioè l energia che arriva sul collettore a fuoco nella giornata ) e dell energia raccolta dai sali fluenti nel tubo ricevitore nel periodo della prova. In particolare vengono riportate le grandezze definite di seguito: la potenza solare incidente sul collettore: Q & = & I A (1.2) S S,eff specchi la potenza utile raccolta dal tubo ricevitore e assorbita dal fluido: Q & = M & c T (1.3) R sali p out in il rapporto tra le due potenze, che rappresenta l efficienza (rendimento utile) del sistema: η = Q & & (1.4) R Q S l energia incidente sul collettore in produzione (cioè l energia che arriva sul collettore a fuoco nel periodo t) Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 18 di 121

14 Settimana 19 Luglio 25 Luglio 2004 Grandezze caratterizzanti le prove Tempo [gg] T ingresso SdP [ C] Radiazione solare efficace [W/m²] T Uscita SdP [ C] Portata pompa [kg/s] Temperature [ C], Livello [mm], Radiazione Sol. [W/m²] Portata [kg/s] lunedì 19 Luglio martedì 20 Luglio mercoledì 21 Luglio giovedì 22 Luglio venerdì 23 Luglio sabato 24 Luglio domenica 25 Luglio Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in stand-by Impianto in standby Radiazione solare radiazione solare radiazione solare radiazione solare radiazione solare radiazione solare radiazione solare efficace max [Wm²] efficace max [Wm²] efficace max [Wm²] efficace max [Wm²] Efficace max [Wm²] efficace max [Wm²] efficace max [Wm²] 816,0 821,2 754,7 810,6 799,8 641,5 265, Settimana 19 Luglio 25 Luglio 2004 Energie e potenze relative al collettore / ricevitore solare Energia totale incidente sul collettore solare [MJ] Energia raccolta dal tubo ricevitore [MJ] Energia solare incidente con collettore in produzione [MJ] Potenza assorbita dal fluido [kw] Energia [MJ] Potenza assorbita dal fluido [kw] lunedì 19 Luglio martedì 20 Luglio mercoledì 21 Luglio giovedì 22 Luglio venerdì 23 Luglio sabato 24 Luglio domenica 25 Luglio Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in funzione Impianto in stand-by Impianto in stand-by Energia raccolta (MJ) Energia raccolta (MJ) Energia raccolta (MJ) Energia raccolta (MJ) Energia raccolta (MJ) 2958, , , , ,293 Figura Andamento settimanale (19 25 luglio 2004) delle grandezze principali caratterizzanti le prove sperimentali, con indicazione dello stato operativo dell impianto configurazione collettore I serie. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 19 di 121

15 RADIAZIONE EFFICACE / (W/ m²) Radiazione efficace Temperatura ingresso SdP Temperatura uscita SdP (a Rilievi del 08 marzo TEMPERATURA / ( C) PORTATA / (kg/s) 5 0 Portata sali (b POTENZA / (kw) Potenza incidente Potenza raccolta Energia cumulativa incidente Energia cumulativa raccolta (c ENERGIA / (kwh) ,75 Rendimento utile Rapporto cumulativo E. assorbita/ E. incidente Rendimento ottico (d EFFICIENZA / (-) 0,5 0, ORA RILIEVO / (hh.mm) Figura 1.13 Andamenti delle principali grandezze della prova sperimentale dell 8marzo2006. Q S t = Q& dt (1.5) 0 S l energia raccolta dai sali fluenti nel tubo ricevitore: Q R t = Q& dt (1.6) 0 R e infine l indice di produttività giornaliera dell impianto: P = Q R Q S (1.7) Si noti come la potenza assorbita dai sali sia soltanto una quota parte della potenza solare incidente sul collettore; tale fatto può essere esplicitato dalla relazione: Q & R = η Q& Q& (1.8) S S d,r Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 20 di 121

16 dove: con il fattore η S si indica il rendimento ottico del collettore solare, e cioè il parametro che porta in conto l efficienza di captazione e concentrazione del collettore (fattori di forma degli specchi, eventuali inefficienze di montaggio, specchi rotti o sporchi, ecc.), oltre gli effetti ottici del tubo ricevitore stesso (perdite per luminosità, trasmissione di luce, ecc.); con il termine Q &. si indica la potenza termica dispersa dal tubo ricevitore, in funzione d, R della sua temperatura e del suo stato di conservazione (involucri in vetro più o meno rotti con perdite di vuoto, stato del coating, eventuale fuori fuoco per deformazioni permanenti, ecc.), nonché della condizioni atmosferiche (vento, temperatura esterna, ecc.). La potenza termica dispersa Q & per il tubo ricevitore in prova è stata determinata d, R sperimentalmente con prove in laboratorio su moduli base da 4060 mm e successivamente verificata con apposite prove in campo sull impianto PCS in assenza di irraggiamento solare, assumendo valori medi caratteristici. I risultati sono riportati in figura 1.14 in funzione della temperatura media di prova, e sono riferiti al tubo ricevitore integro [1.54]. Tali prestazioni devono essere verificate durante l esercizio dell impianto con apposite prove di potenza dispersa, per monitorare l eventuale degrado del tubo ricevitore in funzione delle ore di funzionamento cumulate. In base a quanto riportato è possibile intuire che un primo parametro che indica in maniera ineluttabile il comportamento dell intero sistema Collettore solare/tubo ricevitore è costituito dalla potenza termica dispersa dal tubo ricevitore che dipende essenzialmente solo dalla temperatura media di esercizio del tubo stesso con un influenza di qualche percento riferita alle condizioni atmosferiche, mentre un secondo parametro, che caratterizza il comportamento del sistema incluse le componenti legate all ottica e alla geometria delle dispersioni del tubo ricevitore, è l efficienza del sistema Collettore solare. Prima di trarre, dai dati riportati le necessarie valutazioni tecniche necessarie per il dimensionamento delle capacità di produzione di energia termica di un collettore tipo, è utile osservare che i dati di figura 1.13 sono relativi ad una giornata invernale (8 marzo 2006); e rappresentano, quindi, una delle condizioni di funzionamento più disagiate del collettore lineare in quanto il sole risulta ancora molto inclinato sull orizzonte POTENZA DISPERSA UNITARIA / (W/m) Misure di caratterizzazione in laboratorio su modulo 4060 mm Misure in campo su impianto PCS (valori mediati su n. 24 moduli da 4060 mm assemblati) TEMPERATURA / ( C) Figura 1.14 Caratterizzazione della potenza dispersa del tubo ricevitore [1.54]. Posto quanto detto é possibile utilizzare i dati della prova dell 8 marzo 2006 per eseguire dimensionamento di un impianto che utilizza l energia primaria captata dal collettore solare tipo ed accumulo a sali fusi, in quanto rappresentando una condizione di minimo permettono di fare delle valutazioni di fattibilità tecnico economiche con larghi margini di affidabilità. Dall analisi dei grafici in figura 1.13, stante le condizioni meteoclimatiche e le condizioni operative del giorno 08 Marzo 2006, è possibile desumere le seguenti osservazioni: Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 21 di 121

17 l inversione tra le temperature di ingresso e di uscita del fluido dalla SdP, ossia l inizio della produzione di potenza e di raccolta netta di energia si ha alle ore 08:22, mentre simmetricamente alle il sistema cessa di produrre potenza netta e quindi anche la raccolta di energia, in questi istanti si ha un valore della potenza utile nullo, Q& R = 0, e quindi si verifica la seguente condizione (ricavabile dalla relazione 1.8): η Q & = Q& (1.9) S S d,r ossia la quota η S di potenza solare incidente sul tubo ricevitore Q & S (cioè quella captata ed effettivamente concentrata sul tubo stesso) uguaglia la potenza termica dispersa alla temperatura media del tubo stesso; il ciclo di produzione del giorno è durato circa 9 ore a fronte di un di un periodo di circolazione di circa 10 ore I due valori non coincidono perché sia la mattina che la sera si sono avuti dei periodi di circolazioni sali con un livello di irraggiamento solare tale che non consentiva di superare la quota di potenza dispersa caratteristica del tubo ricevitore in prova; il picco di massima potenza raccolta ( Q & R = 333 kw) e di massima potenza incidente ( Q & S =542 kw) si ha intorno alle 12:22 (ora solare), e corrisponde al massimo rendimento utile del sistema (η = 61,38 %); tale rendimento utile η non rimane costante durante il giorno per effetto essenzialmente del rendimento ottico η S ; infatti combinando la (1.3) con la (1.2) si può scrivere: η = η Q & Q& (1.10) S d,r S che, essendo Q & d, R quasi costante a valori prossimi a quelli corrispondenti alla temperatura di ingresso al tubo ricevitore, determina un andamento del rendimento dipendente essenzialmente dall angolo di incidenza della radiazione solare, con valori massimi nelle ore centrali del giorno; l indice di produttività giornaliera P è pari a 52,63%, che corrisponde al valore massimo raggiunto dal rapporto cumulativo tra energia assorbita/energia incidente; il valore globale di energia raccolta al termine della giornata di prove è stato di 1803 kwh a fronte di una potenza media oraria di 220 kw. Tale indice P non rappresenta l efficienza del sistema collettore/ricevitore solare in quanto è legato alle modalità di funzionamento dell impianto (ora di messa in produzione degli specchi, prove effettuate durante la giornata, ecc.) e delle condizioni ambientali, in particolare insolazione e vento, che possono variare molto durante il periodo di funzionamento. L efficienza del sistema deve essere considerata e valutata in maniera idonea, più puntuale e precisa, con prove appositamente dedicate Analisi transitori termici dovuti al passaggio delle nuvole [1.55][1.56] Al fine di analizzare i transitori termofluidodinamici che si instaurano nella impianto PCS in presenza di una copertura nuvolosa intermittente sul campo solare, durante la prima campagna di prove sull impianto P.C.S. con la SdP prima serie sono state condotte alcune prove dei transitori termofluidodinamici di raffreddamento connessi con condizioni significative di nuvolosità intermittente. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 22 di 121

18 È da evidenziare come i transitori causati dal passaggio di corpi nuvolosi sul campo solare interessano pressoché tutti i parametri caratteristici di funzionamento del circuito di prova, tuttavia l attenzione è stata concentrata sull analisi dei ratei di raffreddamento cui è soggetto il tubo ricevitore in presenza di una copertura nuvolosa al fine di individuare transitori termici che rispondono ai seguenti due requisiti : repentina caduta della radiazione solare fino ad valore nullo; protrarsi del valore nullo di radiazione solare per un tempo pari o superiore al tempo di transito caratteristico della SdP valutabile in prima approssimazione pari a circa 2,5 minuti (valore ottenuto come rapporto tra la lunghezza di tubazione tra le due misure di temperatura, circa 150 m, e la velocità del fluido, circa 1 m/s in condizioni nominali); che è assunta come caso standard di riferimento. Per meglio caratterizzare l analisi dei suddetti transitori le prove sperimentali sono state eseguite imponendo all impianto PCS le seguenti condizioni di esercizio: immissione sali fusi nella SdP a portata costante (6,2 kg/s); imposizione, mediante la caldaia CE.1.01, di una temperatura costante in ingresso alla SdP; regolazione automatica ad un livello costante del vaso di espansione; libera variazione delle altre grandezze termiche misurate sulla SdP; La tipica prova sperimentale risulta essere caratterizzata dalle variazioni delle condizioni di insolazione e di funzionamento della SdP ( I&, S, eff T in, T out e M & ), accuratamente rilevate da sali apposita strumentazione durante l intervallo temporale di acquisizione dei dati t acq pari a ad 1 minuto, e dalle variazioni delle prestazioni energetiche, istantanee della SdP da esse derivate, quali: la differenza di temperatura ingresso/uscita dei sali fusi, T o-i = (T out -T in ) (1.11) il suo gradiente, ( T o-i )/ t, calcolato come: ( T t o i ) = ( T T ) ( T T ) ( T T ) out t in = out in i 1 t acq out in i (1.12) Dove il con i pedice i e i-1 sono state indicate le grandezze transitorie misurate prima e dopo un intervallo temporale pari a t acq che corrisponde al temporale di acquisizione dei dati, che nel caso specifico è stato assunto pari a 1 minuto. La potenza solare incidente sul collettore: Q & = & I A (1.13) S S,eff specchi la potenza utile raccolta dal tubo ricevitore e assorbita dal fluido: Q & = M & c T (1.14) R sali p out in e il gradiente temporale della potenza raccolta dal tubo ricevitore Q& t R M& = sali c p,sali (T t acq out T in ) (1.15) Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 23 di 121

19 In figura 1.15 sono riportati gli andamenti dei parametri caratteristici sopra menzionati durante una condizioni di nuvolosità intermittente che risponde alle specifiche assunte a riferimento per lo studio del fenomeno; in tale figura è possibile osservare come T in e M & siano sufficientemente stabili, mentre T out è in stretta correlazione con il valore della I& S, eff sali. Analizzando gli andamenti tipici della potenza istantanea assorbita, Q & R, che si instaurano durante i transitori di raffreddamento dovuti ad improvvisi azzeramenti della radiazione solare che si protraggono nel tempo, si può osservare che gli istanti di annullamento del gradiente della potenza ceduta dal tubo ricevitore corrispondono agli istanti in cui si registrano i max della potenza ceduta, Q & R (potenza dispersa) dal tubo ricevitore, come risulta evidente anche in figura 1.15 durante l intervallo temporale compreso tra le 12:39 e le 12:46, dove si sviluppa un transitorio con caratteristiche compatibili con quelle assunte a riferimento. In tale periodo temporale si può osservare come all azzeramento della potenza assorbita Q & R = 0,00 kw al tempo t = 12:42, corrisponde il minimo negativo del gradiente di potenza, Q & t t = -68,86 kw, ed analogamente al tempo t = 12:44 (dopo un periodo di 3 min pari R min acq cioè alla costante di tempo caratteristica sopra definita, a meno dell intervallo di acquisizione dei dati), in corrispondenza dell azzeramento del gradiente della potenza assorbita & t = 0, si ha il minimo di potenza assorbita negativa Q & R = - 69,23 kw, e cioè la max potenza ceduta o dispersa. Al fine di confermare sperimentalmente dell esistenza di una correlazione tra la potenza dispersa dal tubo ricevitore misurata in condizioni stazionarie ed il valore del minimo di gradiente della potenza assorbita misurato in un transitorio termico come sopra definito, sono stati analizzati tutti i transitori termofluidodinamici rispondenti alle condizioni di riferimento che si sono avuti durante la I campagna di prove, quindi si è proceduto a confrontare i valori trovati di minimo di gradiente di Q & R con quelli della potenza dispersa misurata con il metodo classico del bilancio termico stazionario sulla SdP. L esame degli andamenti di figura 1.16, dove sono stati tratteggiati i valori della potenza dispersa misurata con i due metodi durante la campagna di prove , conferma con sufficiente validità sperimentale, a meno della dispersione dei dati derivante dall intervallo temporale di acquisizione dati scelto e dal non completo sviluppo di tutti i transitori esaminati, che l ipotesi che la potenza dispersa sia correlata con il minimo negativo del gradiente di potenza assorbita sia vera. In questo modo è stato individuato un possibile metodo di misura della potenza dispersa dal tubo ricevitore, non più con un bilancio termico in regime stazionario, ma con la misura del gradiente della potenza assorbita in un transitorio ben sviluppato di azzeramento improvviso della radiazione solare (nuvolosità intermittente). Per quanto riguarda i massimi valori di potenza assorbita, il loro utilizzo risulta più complicato dal fatto che in questo caso entrano in gioco sia la potenza dispersa che quella assorbita effettivamente per innalzare la temperatura dei sali fusi, per arrivare ad un livello di potenza prodotta che dipende dalla radiazione solare e quindi indefinita come valore. La presente metodologia di rilevo della potenza dispersa può essere convenientemente applicata ai vari segmenti della stringa di collettori e rappresenta un metodo sperimentale efficace di semplice diagnosi sia dell efficienza che del degrado dei diversi sistemi ricevitori presenti in un campo solare di una centrale solare termodinamica tipo quella. Il metodo messo a punto è particolarmente utile nelle nel caso delle centrale di potenza solari dove i vari segmenti di una stringa si portano alle proprie temperature di esercizio solo in condizioni di Q R Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 24 di 121

20 Transitorio nuvole 13 ago :21-14:01 Tin Tout portata Temperatura [ C] Portata sali fusi [kg/s] Tout-Tin (Tout-Tin)/ t rad eff Differenza temperatura [ C] Gradiente Diff. Temp. [ C/min] Radiazione solare efficace [W/m 2 ] Mcp (Tout-Tin)/ t Potenza assorbita Potenza assorbita [kw] Gradiente Pot. ass. [kw/min] Tempo (orario) [hh:mm] Figura 1.15 Tipico transitorio operativo in condizioni di nuvolosità intermittente, con rappresentazione delle principali grandezze di bilancio termico e dei relativi gradienti :21 14:01 [1.55]. irraggiamento solare effettivo dove risulta impossibile effettuare prove stazionarie significative di potenza dispersa in assenza di irradiazione solare. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 25 di 121

21 [kw] Max variazione potenza assorbita min variazione potenza assorbita Potenza dispersa stazionaria Lineare (min variazione potenza assorbita) apr 6-mag 5-giu 5-lug 4-ago 3-set Tempo (data) [gg/mm] Figura Andamenti dei max e min di variazione della potenza prodotta (assorbita) in regime transitorio per nuvolosità intermittente, confrontati con i dati di potenza dispersa stazionari rilevati nel periodo con la configurazione collettore I tipo [1.55] Analisi e caratterizzazione delle dispersioni termiche delle tubazioni [1.55] Le campagne sperimentali condotte sull impianto sperimentale PCS oltre a caratterizzare le tre configurazioni di sistemi collettore tubo ricevitore prima descritte, sono state utili per studiare e caratterizzare sperimentalmente molti aspetti critici degli impianti a sali fusi, tra questi uno dei principali è quello delle perdite termiche delle tubazioni di impianto. L analisi di questo fenomeno termotecnico, oltre ad essere importate ai fini di un miglioramento delle prestazioni energetiche dell impianto è utile per comprendere gli aspetti connessi con il processo di solidificazione del fluido all interno delle tubazioni e quindi per il miglioramento dell affidabilità dei circuiti a sali fusi. A tal proposito è necessario evidenziare che durante l esercizio di impianto, come previsto, è stato osservato che la miscela di sali fusi utilizzata come fluido termovettore nell impianto PCS, una volta raggiunta la temperatura di 240 C inizia il processo di solidificazione passando dallo stato liquido allo stato solido attraverso una serie di stati intermedi in cui si comporta come un fluido molto viscoso (la miscela usata infatti è quasi eutettica). Questo fenomeno durante alcune fasi di funzionamento dell impianto (ad esempio circolazione sali fusi con tubazioni non perfettamente riscaldate, operazioni di scarico sali fusi dalle tubazioni) può portare alla formazione di incipienti grumi di sale che alterano il profilo termico delle tubazioni e possono anche causare la solidificazione locale del fluido nel caso vi siano elevati valori di dispersione termica nella zona interessata Descrizione apparato di misura e caratterizzazione sperimentale Per analizzare sperimentalmente le dispersioni termiche nelle tubazioni di impianto, in fase di progettazione dell impianto PCS lungo la tubazione di ritorno è stata allestita una speciale sezione di prova; che è stata equipaggiata con: un sistema automatico di rilievo delle temperature collegato al sistema DCS (Digital Control Systm) di supervisione e controllo dell impianto PCS; Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 26 di 121

22 un impianto autonomo di cavi scaldanti asserviti ad un alimentatore elettrico (ALAC V 20kW) con una potenza superiore alle reali necessità di riscaldamento del sezione sotto osservazione. L alimentatore ALAC102 essendo controllato da DCS ha permesso, durante le prove sperimentali, di fornire istantaneamente la potenza necessaria a compensare le dispersioni termiche in atto e quindi ha permesso di quantificarle sperimentalmente mediante idonea strumentazione. Per una caratterizzazione puntuale del profilo termico della tubazione di ritorno ed una migliore misura delle dispersioni termiche la sezione è stata dotata di un adeguato apparato di strumentazione di rilevamento delle temperature, composta da 6 termocoppie di parete tipo K disposte lungo lo sviluppo assiale della condotta e fissate mediante fascette di acciaio inox. Tale sistema di misura per le necessita di prova è stato anche adoperato per regolare il funzionamento dell alimentatore ALAC102. In figura 1.17 è riportata uno scorcio della tubazione di ritorno dove sono evidenziati il sistema di cavi scaldanti utilizzato per tracciare la tubazione, le paline di supporto poste ad una distanza di 2,8 m ciascuna d altra e le modalità di fissaggio delle termocoppie. Tubazione di ritorno Cavo scaldante termocoppia Palina di supporto Figura 1.17 Tubazione di ritorno dal fondo del campo solare, supportata da vincoli a palina con pattino scorrevole appoggiato, con particolare delle termocoppie di misura della temperatura di parete e del cavo scaldante. Le prove sono state eseguite rilevando il profilo delle temperature lungo la tubazione sia in condizioni di temperatura imposta dalla circolazione del fluido sia in condizioni di tubazione riscaldata con flusso termico imposto dai cavi scaldanti ausiliari, senza fluido circolante. In figura 1.18 sono confrontati i profili tipici di temperatura di parete rilevati durante una delle esperienze effettuate sul sistema sopra descritto. In tale grafico è possibile osservare, che quando è in atto la circolazione dei sali il profilo termico assume un andamento abbastanza regolare e uniforme con T di 4 C, mentre in assenza di circolazione dei sali, il profilo è irregolare con T superiori ai 100 C rispetto alla temperatura media di tutte le sei termocoppie; la differenza di profilo termico è ancor più evidente in figura 1.19 dove sono state riportate le temperature di parete in funzione della distanza dalla palina di supporto più vicina alla termocoppia di rilevamento. Tali andamenti permettono di evidenziare che la vicinanza delle paline deprime fortemente il campo termico e quindi si deduce che le paline di sostegno delle tubazioni adoperate nell impianto PCS causano elevati dispersioni termiche localizzate. Per una migliore caratterizzazione dell influenza dei supporti nelle dispersioni termiche delle condotte, sono state riportate, nello stesso grafico, le potenza dispersa della tubazione di ritorno misurate in cinque casi significativi tra C, e la potenza dispersa di una generica tubazione senza supporti (fig. 1.20). Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 27 di 121

23 profili temperature tubazione di ritorno temperatura parete [ C] 400,00 350,00 300,00 250,00 200,00 150,00 100,00 50,00 0, asse tubazione ritorno [m] temperatura parete tubo esterna a flusso imposto da riscaldatori ausiliari temperatura parete tubo esterna a fluido circolante temperatura fluido circolante temperatura media tubo in riscaldamento ausiliario Figura Profilo delle temperature di parete vs l asse della tubazione di ritorno in condizioni di temperatura imposta (fluido circolante) e di flusso imposto (fluido non circolante, riscaldamento con cavi scaldanti) [1.55]. profili temperature tubazione ritorno temperatura parete [ C] 350,00 330,00 310,00 290,00 270,00 250,00 230,00 210,00 190,00 170,00 150,00 0 0,5 1 1,5 semi-interasse tra due paline vincoli [m] differenza temperatura parete tubo esterna - temperatura aria esterna differenza idem a fluido circolante differenza di temperatura media tra fluido circolante e aria esterna Figura Profilo delle temperature di parete vs la metà dell interasse tra le paline di due appoggi (vincoli) consecutivi della tubazione di ritorno in condizioni di temperatura imposta (fluido circolante) e di flusso imposto (fluido non circolante, riscaldamento con cavi scaldanti) [1.55] Te = 10 C Te = 30 C Te = 40 C Potenza disp. sperimentale a Te ~ 35 C Potenza dispersa tubazioni [W] Temperatura parete [ C] Figura Potenza dispersa dalla tubazione di ritorno vs la temperatura media di parete. Valori calcolati confrontati con quelli sperimentali, in condizione di temperatura imposta (fluido circolante) [1.55]. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 28 di 121

24 Pur se i suddetti dati sono affetti da una certa dispersione, a causa del basso T misurato tra ingresso e uscita dei sali fluidi nella tubazione di ritorno, il trend rilevabile dal grafico di figura 1.20 evidenzia in maniera inequivocabile che le perdite termiche misurate in tubazioni reali con paline sono superiori (2 3 volte) rispetto a quelle calcolate senza paline; per inciso, poiché il calcolo è stato effettuato imponendo temperature al lamierino (quindi l uguaglianza tra la temperatura del lamierino e quella esterna), si può osservare che le condizioni esterne influenzano poco tali perdite. Per analizzare con maggiore dettaglio le dispersioni termiche causate dai vincoli delle condotte, è stata realizzata una particolare sezione di prova in un tratto di tubazione compreso tra l uscita della caldaia CE.1.01 e la valvola a tre vie VT La strumentazione della sezione di prova, come evidenziato in figura 1.21, è composta da tre termocoppie tipo K (TI_X_locale_N_1-2-3) disposte sullo stesso asse. Al fine di avere un profilo termico il più possibile rappresentativo della situazioni reale, la TI_X_locale_N_1 è stata posizionata al centro del supporto scorrevole a pattino del vincolo in esame, e le altre due rispettivamente a una distanza di 0,430 m e a 0,870 m. Le tre termocoppie utilizzate nell esperienza sono state munite nella parte attiva di fasce metalliche che hanno facilitato le funzioni di fissaggio delle stesse. Infatti il collegamento è avvenuto con la semplice saldatura (mediante puntatrice elettrica) di dette fasce alla tubazione. La soluzione si è resa necessaria sia per migliorare il contatto sensore parte esterna del condotto sia per bloccare la TI_X_locale_1 al centro del vincolo (in figura 1.21 è visibile la piccola finestra al centro del vincolo all interno della quale è stato posizionato il sensore). L analisi dei profili termici (vedi figura 1.22) rilevato dai tre sensori nelle condizioni: di temperatura imposta dalla circolazione del fluido in condizioni di tubazione riscaldata con flusso termico imposto dai cavi scaldanti ausiliari, senza fluido circolante hanno confermato l elevata influenza del tipo di vincolo di supporto con pattino scorrevole sulle dispersioni termiche: infatti, mentre con fluido circolante abbiamo una distribuzione di temperature regolare con T max 4 C, senza fluido circolante (riscaldamento con cavi scaldanti) abbiamo una distribuzione di temperature irregolare con un T che arriva oltre a 140 C. Vincolo supporto a pattino scorrevole Figura 1.21 Tratto di tubazione strumentata per il rilievo delle perdite termiche dovute ai vincoli (pattino di supporto scorrevole) nel ramo di tubazione tra caldaia elettrica CE.1.01 e valvola VT Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 29 di 121

25 /07/2004 ore 7,25 senza cicolazione fluido 19/07/2004 ore 10,47 con cicolazione fluido Temperatura [ Distanza da centro supporto scorrevole [mm] Figura Profilo delle temperature di parete del tubo all uscita della caldaia elettrica CE.1.01, con termocoppie posizionate, rispetto al centro del supporto scorrevole, a 0, 430 e 870 mm, nelle condizioni di fluido non circolate (riscaldamento con cavi scaldanti) e fluido circolante [1.55]. Le osservazioni sperimentali sopra riportate hanno portato alla progettazione e realizzazione di speciali sistemi di supporto più adatti alle funzionalità degli impianti a sali fusi nonché alla definizione di alcune indicazioni utili per la progettazione e realizzazione di impianti a sali fusi che semplificano le modalità di gestione degli impianti a Sali fusi Analisi e caratterizzazione sperimentale accumulo sali fusi Una importate caratteristica degli impianti a sali fusi è la capacità intrinseca offerta da questi tipi di sistemi di realizzare semplici ed economici accumuli di energia termica ad alta temperatura a basse pressioni di esercizio, infatti date le caratteristiche grande capacità termica volumetrica (compresa tra kj/m 3 C nel campo C) 1 dei sali fusi, è sufficiente realizzare serbatoio di contenimento per ottenere un efficiente accumulo di energia termica. Al fine di ottenere precise indicazioni per la realizzazione di serbatoio di accumulo per impianti a sali fusi sono state eseguite una serie di esperienze tese a caratterizzare sperimentalmente le perdite termiche del serbatoio di accumulo dei sali fusi presente nell impianto PCS le cui caratteristiche principali sono stati riportate in tabella 1.4 Temperatura min / max 270 C /550 Serbatoio di accumulo: - diametro 2 M - altezza 2,8 M - pressione progetto 250 kpa - potenza el. Riscaldatori 100 kw - quantità di sali stoccata ~12 Mg Tabella 1.4- Dati caratteristici del serbatoio Sali fusi SA.1.01 impianto PCS [1.51] Fissate con apposite prove di laboratorio le capacità termiche volumetriche dei sali fusi (compresa tra kj/m 3 C nel campo C), e la loro conducibilità termica sia in 1 la capacità volumetrica è definita data dal prodotto ρ c p dove la densità ρ varia tra kg/m 3 ed il calore specifico c p varia nel campo 1,490 1,550 kj/kg C nel campo delle temperature C) Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 30 di 121

26 fase liquida (0,50 0,56 W/m C nel campo C), che in fase solida ( 2,1 W/m C cioè circa 4 volte quella misurata allo stato liquido), le prove sperimentali si sono concentrate sull analisi della stratificazione termica dei sali fusi stoccati all interno dell serbatoio di accumulo dell Impianto P.C.S., in special modo durante i transitori di raffreddamento vedi fig e profilo esterno coibentazione profilo esterno coibentazione PROSPETTO PIANTA Figura Serbatoio di accumulo sali fusi, SA.1.01, dell Impianto PCS. Dettagli costruttivi [1.51] Figura 1.24 vista serbatoio di accumulo SA.1.01 impianto PCS Come transitori tipici di raffreddamento di riferimento sono stati utilizzati quelli che si verificano durante i fine settimana, quando l impianto PCS viene posto in stand by freddo ed il sale viene stoccato all interno del serbatoio ad una temperatura media di 420 C. In queste condizioni il sale accumulato, da inizio ad un transitorio di raffreddamento che si arresta dopo circa due giorni e mezzo, quando interviene il sistema riscaldamento di sicurezza del serbatoio (realizzato con cavi scaldanti sul mantello esterno) che ha il compito di mantenere il serbatoio alla temperatura media di 290 C. In figura 1.25 è riportata una schermata del sistema DCS che illustra un tipico transitorio utilizzato per la caratterizzazione energetica del serbatoio. In tale figura si possono osservare le pendolazioni delle temperature esaminate intono ai 290 C quando entra in azione il già citato sistema di cavi scaldati. Il riscaldamento iniziale dei sali contenuti nel serbatoio è reso possibile grazie all ausilio di due riscaldatori immersi nei sali, della potenza ciascuno di 50kW asserviti ad un alimentatore elettrico di 100 kw (ALA V 100 kw) controllato in temperatura. Per evidenziare il fenomeno della stratificazione termica all interno del serbatoio, tra le varie combinazioni di misure di temperatura disponibili sulle pareti del serbatoio e nella massa dei sali fusi, si è scelto di prendere in esame tre punti di misura che si trovassero ad una sezione orizzontale del serbatoio posta circa alla metà del livello liquido nominale (in modo tale da minimizzare le influenze degli effetti di bordo); in particolare sono state presi come misure di temperatura significative del fenomeno in studio quelle costituite dalle termocoppie di parete esterna Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 31 di 121

27 TI_X_1_ (che in prima approssimazione si possono considerare eguale a quella delle temperature interna al serbatoio), quelle delle termoresistenze in pozzetto immerso TI_1_ che si trova ad una distanza di 0,10 m dalla parete interna del serbatoio, e quelle delle termocoppie (di controllo) TI_1_106-7 posizionate dei riscaldatori elettrici immersi nel serbatoio che si trovano ad una distanza di 0,30 m dalla parete interna dello stesso (vedi figura 1.26). Figura 1.25 Transitorio di raffreddamento del serbatoio SA.1.01 In figura 1.27 sono riportati gli andamenti dei valori delle temperature nei punti di misura suddetti, in funzione del tempo di raffreddamento. L analisi di questi profili evidenzia la tendenza alla stratificazione termica verticale e trasversale del fluido. Dai valori misurati si possono ricavare utilmente il flusso locale, sulla sezione orizzontale di riferimento, con la relazione: ( T T ) 0. 1 q& λ sali (1.16) sali,0.1m dove T sali,0,1m è la temperatura dei sali fusi misurata a 0,1 m dalla parete interna, T p,i è la temperatura di parete interna (assunta in prima approssimazione pari a T p,o che è quella effettivamente misurata), e 0,1 m lo spessore dei sali attraversato dal flusso termico, pari appunto alla distanza fissa tra i due punti di misura. Noto il flusso termico è possibile stabilire anche il valore dello spessore dello strato limite, s p,lim, nel quale si attua tutta la caduta di temperatura verso la parete, lasciando la parte più interna dei sali a temperatura costante indicata come T b ( bulk, che si può assumere pari equivalente a T sali,0,3m ); infatti si può scrivere la relazione: λ p, i λsali ( T T ) ( T T ) sali q& (1.17) sali,lim p,i sali,0.3m p,i s p,lim sp,lim che, combinata con la (1.16), fornisce la seguente relazione: Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 32 di 121

28 s p,lim ( T sali,0.3 m T p,i ) ( T T ) sali, 0.1m p,i = 0,1 (1.18) > Temperatura Tp Tb Ta < > Distanza da parete interna sali fusi parete serbatoio acciaio inox coibentazione (lana ceramica + lana di roccia) Tp,o Tb, 10 cm Tb, 30 cm Figura 1.26 Schema del serbatoio di accumulo sali fusi con indicazione delle posizioni delle misure di temperatura.[1.55] TEMPERATURA / ( C) spessore limite 14/1/ /1/ /1/ /1/ ,000 0,100 0,200 0,300 DISTANZA DALLA PARETE SERBATOIO / (m) Figura Andamenti delle temperature di parete e di bulk con indicazione dello spessore limite [1.55]. Il valore di tale spessore limite, s p,lim, è riportato in fig. 1.28, dalla quale si vede come esso aumenti al diminuire della temperatura dei sali nel serbatoio (con il passare del tempo); è prevedibile, quindi, che proseguendo il transitorio, senza far intervenire i cavi scaldanti di mantello del serbatoio, lo spessore limite e la temperatura dei sali raggiungano un valore critico, per il quale comincerà a formarsi uno strato congelato solido sulla parete interna che cresce con il prolungarsi del fenomeno che, date le caratteristiche dei sali, determina un aumento della resistenza termica contrastando il congelamento incipiente dei sali fusi presenti nella parte centrale del serbatoio. Per inciso, se si considerano i flussi termici trasversali associati alla stratificazione dei sali, si avrebbero dei valori di potenza dispersa dalle pareti del serbatoio circa sei volte inferiori a quella calcolata Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 33 di 121

29 come variazione della dell energia associata alla capacità termica dei sali nel serbatoio, vedi fig Le risultanze sperimentali portano a concludere che le perdite termiche del serbatoio a riposo possono essere minimizzate limitando i ponti termici delle apparecchiature utilizzate, e che il fenomeno della stratificazioni dei sali aiuta a diminuirle. È stato provato inoltre nelle successive sperimentazioni che il processo di solidificazione nei serbatoio ha per inizio nella periferia e che il sistema tende a preservare un cuore sempre liquido. Queste caratteristiche dei sali possono essere utilmente sfruttate, per la costruzione di serbatoi di accumulo termico senza riscaldamento ausiliario esterno di compensazione delle perdite di calore verso l ambiente o il terreno. È possibile, infatti, ipotizzare la costruzione di serbatoi dotati soltanto di un cuore interno dove il sale si trova permanentemente allo stato liquido (grazie ad esempio all azione di sistemi elettrici di riscaldamento a candela ancorati al duomo del serbatoio e azionabili con controllori elettronici). In questi tipi di serbatoio sarebbero caratterizzati da due fasi di funzionamento: una durante l esercizio ordinario (periodi con circolazione sali) nella quale l agitazione fluidodinamica indotta dall azione della pompe centrifuga immersa nel cosiddetto impedisce la formazione di strati di sale solido; e l altra durante le fermate di ciclo produttivo allorché i sali fusi vengono fatti rifluire nel serbatoio di accumulo. In questi periodi il cuore potrebbe essere mantenuto grazie all azione di riscaldamento ausiliario delle candele scaldanti operazione che richiederebbe minimi consumi di energia in quanto lo spessore di sali solidi formatosi lungo la periferia del serbatoio limita fortemente le dispersioni di energia termica. Per lo scongelamento, durante il ritorno in esercizio, è possibile usare lo stesso fluido circolante nel campo solare, avviato per il tempo necessario al serbatoio in ripristino, utilizzando così calore primario e non energia elettrica. Per un corretto funzionamento del sistema, ovviamente, è necessario approntare una efficace diagnostica dello stato del sistema del serbatoio. In conclusione è possibile affermare che la sperimentazione condotta sull impianto P.C.S. ha evidenziato come i sali fusi possono essere usati proficuamente per l accumulo di energia termica ,55 FLUSSO TERMICO / (W/m²) flusso termico locale [W/m²] flusso termico medio transitorio [W/m²] conducibilità termica sali fusi [W/m C] 0,53 0,51 0,49 0,47 CONDUCIBILITA' TERMICA / (W/m C) 0 0,45 14/1/ /1/ /1/ /1/ DATA RILIEVO / (gg.mm.aa hh.mm) Figura Andamenti dei flussi termici locale (a metà serbatoio) e medio durante il transitorio di raffreddamento [1.55] Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 34 di 121

30 1.9 - Analisi delle esperienze maturate durante l esercizio dell impianto P.C.S Brevetti L esercizio di oltre tre anni dell impianto P.C.S. ha permesso di acquisire una notevole esperienza ed una serie di cognizioni sperimentali e gestionali per quanto riguarda l impiego di sali fusi come fluido termovettore; ponendo di fatto l ad elevati livelli di leadership nel settore specifico degli impianti a sali fusi, settore che fino all inizio delle attività degli impianti P.C.S. e MO.S.E era di esclusiva competenza delle società USA Nexant e Boeing, che avevano realizzato l impianto Solar Two. Le conoscenze acquisite hanno permesso di sviluppare una serie di soluzioni tecnologiche che possono essere proficuamente utilizzate per realizzare cicli termici a sali fusi semplificati caratterizzati da costi di realizzazione contenuti, da gestione semplificate d impianto e da ordinari piani di manutenzione; in particolare Le diverse attività sperimentali condotte sull impianto P.C.S., hanno permesso di definire una serie di procedure gestionali che permettono facilitare le operazioni di gestione e manutenzione di questi tipi di impianto, e di mettere a punto alcune soluzioni tecnologiche dai costi contenuti che risolvono alcuni problemi peculiari dei circuiti a sali fusi. In particolare le risultanze sperimentali sono stati utili per: perfezionare i dispositivi e i componenti di tracciatura delle tubazioni e delle prese fluide di misura (pressioni assolute e differenziali, livelli), con ridondanza di potenza scaldante e disposizione, al fine di evitare il congelamento dei sali (anche nei possibili punti di ristagno) e il loro scongelamento in caso di incidente; mettere a punto la definizione degli standard di costruzione da utilizzare nella progettazione e realizzazione delle parti elettriche dell Impianto P.C.S., che costituiscono un punto di vulnerabilità dell impianto in caso di malfunzionamento; progettare originali catene di controllo (misura, regolazione, indicazione, allarme e altro) per la gestione del processo, in tutti gli aspetti funzionali e costruttivi, tenendo conto delle particolari condizioni di processo dei sali fusi (temperature di 600 C e possibilità di congelamento sotto i 240 C); In particolare sono state sviluppate soluzioni costruttive e funzionali che consentono la misura delle varie grandezze. Di seguito sono presentati le principali tecnologie ed apparati strumentali di cui, data l originalità del prodotto, è stata richiesta il rilascio di brevetto Presa strumentale per circuiti a sali fusi La presa strumentale per circuiti a sali fusi è un sistema che permette con facilità e in totale sicurezza di esercizio di introdurre all interno delle tubazioni di processo di circuiti a sali fusi ausiliari e strumenti vari. La presa operativamente si presenta come una derivazione costituita da un bocchello saldato verticalmente o obliquamente rispetto alla condotta, con una porzione immersa nella coibentazione della tubazione ed una all esterno della stessa, avente una lunghezza determinata in base a calcoli di termofluidodinamica e con una speciale camera interna dove i sali fusi durante l esercizio di impianto si trovano ad una temperatura tale che si solidificano. Il processo di solidificazione dei sali viene utilizzato sia per realizzare la chiusura della derivazione con tenuta idraulica compatibile con le specifiche di impianto a sali fusi, sia per bloccare i dispositivi ausiliari inseriti all interno della derivazione. Un successivo riscaldamento per un tempo prefissato di zona esterna della porzione di bocchello, determina la fusione dei sali solidi e lo sbloccaggio degli strumenti/ausiliari inseriti nella derivazione. In fig. 1.29a viene riportato una rappresentazione fotografica degli attacchi al piping dove verranno applicati le prese di temperatura mentre in figura 1.29b sono visualizzate dette prese strumentali poste in opera sulla tubazione prima della coibentazione, infine in figura 1.29c viene riportato il dettaglio della testa della presa strumentale per impianti a sali fusi dove si può osservare Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 35 di 121

31 come il dispositivo possa essere utilizzato per inserire tre termocoppie all interno di una tubazione di impianto a varie altezze per un misura di stratificazione delle temperature. A B C Figura 1.29 a) piping circuito a sali fusi predisposta con attacchi per presa strumentali per circuiti a sali fusi; b) prese strumentali per circuiti a sali fusi poste in opera prima della coibentazione; c) dettaglio termocoppie inserite nella presa di strumentazione Valvola termostatica di radice La valvola termostatica di radice per impianti industriali che utilizzano fluidi termovettori tipo sali fusi è un dispositivo caratterizzato dalla possibilità di utilizzare il processo di solidificazione/fusione del fluido all interno del condotto spiraliforme al fine di attuare le funzionalità di spillamento ed intercettazione delle valvole di radice convenzionali con le medesime proprietà di tenuta idraulica. Il processo di solidificazione/fusione del fluido di processo all interno del dispositivo può essere controllato mediante l azione di alimentatore elettrico e/o di un sistema di raffreddamento esterni. L attacco alla tubazione principale è realizzato con una giunzione speciale anti-solidificazione del sale. È da notare come il dispositivo può essere adoperato anche per la costruzione di dispositivi di speciali strumenti misura di pressione. In questa applicazione al dispositivo verrà applicato uno strumento per la misura della pressione in aria che misura la pressione esercitata dall aria compressa dai sali fusi che risalgono, per effetto della pressione di impianto, la spirale fino ad una predetermina. Poiché si dimostra l azione dell aria compressa sulla membrana dello strumento di misura è proporzionale alla pressione del fluido il dispositivo si presta per essere adoperato per misure di pressioni. La spirale durante il funzionamento dell apparato viene costatemene mantenuta ad una temperatura superiore a quella della solidificazione dei sali. Il sistema si caratterizza per essere intrinsecamente sicuro in quanto non appena viene meno il riscaldamento della spirale il sale si congela preservando così lo strumento di misura. Per inciso occorre notare che nel caso di tubazioni riscaldate per effetto joule il sistema può essere dimensionato in maniera tale che sia la stessa tubazione di impianto a mantenere in temperatura la spirale del dispositivo. Lo strumento qui descritto trova diverse altre applicazioni per la costruzione di speciali componenti come tubi di pitot che saranno oggetto di brevetti a parte. In figura 1.30 è riportato un disegno d insieme del presente dispositivo mentre in figura 1.31 è raffigurata un caso di applicazione ad un apparato dell impianto PCS. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 36 di 121

32 Figura 1.30 Figura d insieme di una valvola termostatica di radice Figura 1.31 Esempio di applicazione della valvola termostatica di radice Speciale supporto per circuito a sali fusi Il supporto per condotte di impianti industriali riscaldate per effetto joule con fluidi tipo sali fusi è un apparato meccanico in grado di realizzare un vincolo fisso o mobile, a secondo della disposizione dei suoi componenti, in grado di isolare elettricamente e termicamente il piping dagli appoggi della stessa linea industriale. L originalità del presente supporto è determinata dalla peculiarità di unire le caratteristiche meccaniche di resistenza e affidabilità di un normale vincolo con la capacità di isolare elettricamente e termicamente il piping dagli appoggi della linea di processo. È inoltre da evidenziare che tutto l apparato è caratterizzato da bassi costi di realizzazione nonché semplicità di installazione. Il principio di funzionamento si basa sulla realizzazione di speciali vincoli che utilizzano ordinari portali di sostegno per piping di processo e strutture ai quali vengono connessi degli originali tiranti/sospensori rigidi composti da due elementi accoppiati tra di loro con una speciale connessione che isola elettricamente e termicamente i due bracci del tirante/sospensore. La connessione ha una forma tipo perno-cappa ed è studiata in modo tale che per qualsiasi temperatura di esercizio riesca a garantire sia l isolamento elettrico e termico, sia la necessaria resistenza che alle sollecitazioni meccaniche proprie del vincolo. Il sistema è concepito in maniera tale che può essere adoperato per realizzare sia vincoli a guisa di un punto fisso che mobile. In figura 1.32 è illustrato una applicazione del dispositivo sopra descritto. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 37 di 121

33 Figura 1.32 Supporto isolate per tubazione di impianti a sali fusi Valvola termostatica a singola sede di ritegno per tubazioni orizzontali di impianti industriali con fluidi di lavoro tipo sali fusi. La valvola termostatica a singola sede di ritegno per tubazioni orizzontali di impianti industriali con fluidi di lavoro tipo sali fusi è composta da un sifone riscaldato elettricamente per effetto joule, che sfruttando le caratteristiche chimico fisiche di fluidi tipo sali fusi ed i principi di idraulica, consente il libero passaggio del fluido in una sola direzione mentre nel verso opposto garantisce ermeticità di tenuta grazie alla tenuta di una guardia idraulica che si forma nel braccio di monte del sifone. La tenuta è assicurata dal processo di congelamento della colonna di fluido della tenuta idraulica, che si ottiene diminuendo l azione del sistema di riscaldamento per effetto joule del sifone e/o azionando un sistema di raffreddamento forzato. Il dispositivo è completato da un condotto di by-pass del sifone fornito di un sistema autonomo di riscaldamento elettrico che permette di fondere il fluido tipo sali fusi presente allo stato solido al suo intorno e che sigilla il canale in condizioni di normale funzionamento della valvola. Tale condotto oltre a permettere la rapida apertura del canale della valvola può essere utilizzato durante il normale funzionamento di impianto come sistema di misura della portata, infatti esso, dal punto di vista fluidodinamico, rappresenta un canale calibrato che può essere adoperato per la misura della caduta di pressione indotta dal passaggio del fluido e quindi della portata. Questa soluzione può essere utilmente adoperata come valvola terminale di stringhe di collettori solari ed inoltre, se utilizzata in combinazione con le speciali prese di pressione a sali fusi permette di eseguire una misura di portata mediante normali strumenti per misure in aria con un evidente contenimento dei costi. Il presente dispositivo grazie alle sue funzionalità è in grado di sostituire le costose valvole di intercettazione di fine stringa collettori facilitando inoltre le operazioni di fermata e partenza, per inciso occorre evidenziare come il presente apparato possa essere adoperato anche in speciali sezioni di prove per lo studio della stratificazione delle temperature nel fluido sali. In figura 1.33 viene riportato il P&ID della valvola dove è possibile osservare le diverse funzionalità dell apparato, mentre in figura 1.34 è riportata una immagine della stesso dispositivo, inserito in un circuito a sali fusi, prima di essere coibentato. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 38 di 121

34 Service molten salt valve Assignments: Check valve On-off valve Flow meter (gauged pipe, P measurement) SunLab Workshop on ongoing activities on trough CSP October 09-11, 2006 #5 Figura 1.33 Schema di funzionamento valvola termostatica di ritegno a sali fusi Figura 1.34 Valvola termostatica di ritegno a sali fusi Presa di pressione per circuiti a sali fusi Le prese di pressione per circuiti a sali fusi riscaldate per effetto Joule sono caratterizzate dal fatto di comprendere una speciale vaso di espansione di dimensioni ridotte dimensionato in maniera tale che per ogni condizione di funzionamento del circuito il fluido di processo (sale fuso) vi si possa espandere comprimendo l aria del duomo d aria del presente dispositivo che è in comunicazione, per mezzo di un condotto di opportune dimensioni con la membrane di un normale strumento di misura di pressione in aria. L aria è utilizzata come fluido di interposizione tra processo e strumento di misura e per un corretto funzionamento dell intero dispositivo deve essere realizzato un circuito a tenuta stagna. È da evidenziare come il presente strumento è intrinsecamente sicuro in quanto, se per un evento accidentale il fluido di processo (sale fuso) dovesse superare il duomo d aria questi si solidificherebbe nel condotto di adduzione allo strumento di misura salvaguardandolo, infatti il Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 39 di 121

35 canale di raccordo strumento componente si trova ad una temperatura al di sotto della temperatura di solidificazione del sale In figura 1.35 è riportata una realizzazione di una presa di pressione a sali fusi lungo una speciale sezione di prova attrezzata nel circuito principale dell impianto PCS. Figura 1.35 Speciale presa di pressione per circuiti a sali fusi Misuratore di portata a tubo di Pitot per circuiti a sali fusi Il misuratore di portata a tubo di Pitot per circuiti a sali fusi, come evidenziato in figura 1.36, risulta essere composto da una presa a tubo di Pitot immerso all interno della tubazione e da due sonde elicoidali riscaldate elettricamente per effetto joule che riportano la pressione statica e quella dinamica ad uno strumento di misura P in aria. Le due sonde sono collegate alla condotta principale ed alla presa tipo Pitot mediante delle speciali giunzioni che consentono al sale di risalire al loro interno senza solidificarsi in detti punti di raccordo. Il principio di funzionamento del dispositivo si basa sulla possibilità che al sale di risalire i condotti costituiti dalle due sonde comprimendo l aria presente all interno di detti canali. Compressione che viene rilevata dalla membrana di un comune apparecchio rilevatore di pressione La disposizione e la conformazione delle due serpentine (isolate elettricamente tra di loro) permette di assorbire le dilatazioni termiche senza alcun danno per lo strumento in aria. La presa di misura della pressione dinamica, immersa nel sale, è stata realizzata in maniera tale che lo stesso sale fuso presente all interno della conduttura provveda a riscaldare tale componente in maniera tale da evitare improvvide solidificazioni di fluido al suo interno. Figura 1.36 Schema misuratore di portata Pitot per fluidi tipo sali fusi Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 40 di 121

36 Sviluppi sperimentali della tecnologia dei sali fusi e possibili ricadute tecnologiche. Come delineato precedentemente, le prime risultanze sperimentali e dati di esercizio ricavati dal funzionamento dell impianto PCS., hanno permesso di corroborare la fattibilità impiantistica di una centrale cogenerativa di piccola/media taglia basata sullo schema dell impianto PCS, dove un serbatoio a sali fusi svolge le funzioni di pozzo di energia termica ad alta temperatura, un campo solare termodinamico modello ed una o più fonti energetiche termiche di tipo convenzionale provvedono a mantenere costate il contenuto entalpico dei sali fusi ivi stoccati, mentre un semplice o doppio serpentino immerso nel pozzo funge da scambiatore termico di un generatore vapore tipo a tubi ad acqua con circolazione naturale. La soluzione impiantistica qui proposta si è posta come target quello di realizzare un sistema flessibile di produzione di energia termica ad elevata efficienza, capace di interfacciarsi al meglio con sistemi di produzione e fornitura di energia termica/elettrica e con una capacità intrinseca di utilizzare sia la fonte solare che fonti convenzionali come olio combustibile, gas, biomasse biogas etc. La tipologia di impianto fa riferimento a quella prima classificata come impianti solari termodinamici di piccola taglia. In ragione delle ridotte dimensioni questi sistemi rispetto ai classici impianti CSP Trough dovranno essere realizzati in maniera tale da: - assicurare consistenti semplificazioni di ciclo di produzione del vapore rispetto ai grandi impianti CSP; - utilizzare componenti di realizzazione economica ed alta affidabilità; - avere una gestione semplificata dell intero impianto. A supporto di questa attività progettuale all interno delle attività dell impianto PCS è stato avviato un programma di ricerca sperimentale teso ad approfondire di alcune proprietà termofluidodinamiche dei sali fusi non documentate nelle prime sperimentazioni e non reperibili dai dati di letteratura. Tali dati saranno la base sperimentale su cui impostare la messa a punto di apparati/componenti utili per la realizzazione di centrali cogenerative di media e piccola taglia. A tal proposito sono state progettate ed in parte realizzate alcune sezioni di prova compartibili con lo schema di funzionamento nell impianto PCS con il compito di: - studiare approfonditamente il comportamento e le caratteristiche peculiari della miscela di sali utilizzata come fluido termovettore in modo da sfruttarle a proprio vantaggio: questa sostanza infatti è liquida solo a temperature superiori ai 240 C e il suo uso è difficoltoso in impianti convenzionali; - testare originali componenti di processo, come nuovi tipi di valvole o nuove catene di misura; - analizzare il comportamento di un generatore di vapore di nuova concezione che prevede l impiego di un fascio tubiero elicoidale immerso nel serbatoio di accumulo ed in grado di, integrare insieme i due componenti più impegnativi dell impianto: serbatoio di accumulo e generatore di vapore; Dati di letteratura e modelli di riferimento In letteratura [1.62][1.63][1.64] è possibile reperire sia alcuni dati rispetto alle proprietà fisiche della miscela binaria di sali utilizzata (in peso, 40% KNO 3 e 60% NaNO 3 ) negli stati solido e/o liquido sia alcuni modelli approssimativi con i quali è possibile eseguire, con un certo grado di affidabilità, una progettazione termoidraulica e termofluidodinamico di massima del generatore di vapore a serpentino elicoidale, cuore degli impianti a sali fusi cogenerativi di piccola/media taglia, nonché di altri componenti di processo. In particolare nel progetto del generatore di vapore sono state utilizzate le seguenti correlazioni [1.65][1.66]: - correlazione di Dittus Boelter per il calcolo del coefficiente di scambio termico lato tubi in acqua monofase liquida in regime turbolento: Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 41 di 121

37 Nu= 0,023 x Re 0,8 x Pr 1/3, (1.19) - correlazione di Chen per il calcolo del coefficiente di scambio termico lato tubi in acqua bifase bollente: dove: α tp = α nb + α c (1.20) α nb = f (prop. fis., T, p, X tt, F, S), (1.21) e α c = f (prop. fis., D, F), (1.22) - correlazione di Nagata et al. per il calcolo del coefficiente di scambio termico esterno ad un tubo elicoidale: Nu = K Re a Pr b (µ b /µ w ) c (fattore geometrico), (1.23) Una analisi approfondita dei diversi problemi progettuali connessi alla realizzazione di piccoli/medi impianti cogenerativi solari termodinamici a sali fusi ha evidenziato ha evidenziato che è necessario approfondire con appositi tests sperimentali il comportamento delle proprietà fisiche dei sali fusi durante particolari stati di funzionamento quali: - transizioni di fase solido/liquido e viceversa; - regimi termofluidodinamici di deflusso laminare o turbolento; - in condizione di fluido stratificato, sia a fluido fermo (ad es. nel serbatoio) che a fluido in movimento in regime laminare (ad es. in una tubazione riscaldata da un flusso termico disuniforme e radialmente asimmetrico: tubo ricevitore) Attività sperimentali Le attività sperimentali sono state impostate in maniera tale da raccogliere il maggiore numero di dati utili alla validazione sperimentale di alcune soluzioni tecnologiche progettate che possono sostituire alcuni componenti di impianto critici, dove per criticità di componente si intende: - costo elevato: ogni componente speciale deve lavorare con un fluido particolare a temperature elevate (550 C); - gestione complessa e non diretta: l eventualità che il sale solidifichi all interno dei componenti di processo implica la necessità di avere linee di processo che lavorino mediamente a temperature intono i 240 C, e ciò implica l impiego di procedure particolari in avvio e in fermata di impianto un maggiore discernimento nelle scelte progettuali e una maggiore cura dei dettagli durante i lavori di cantiere. In ragione dei predetti intendimenti le attività di studio sono state integrate con l impostazione di una serie di sperimentazione in geometria reale, che partendo dai dati già noti e dai modelli reperibili dalla letteratura, permettessero di acquisire una serie di informazioni utili per la messa a punto di metodi di progettazioni e tecnologie utili per avere una: - riduzione dei costo di costruzione degli impianti a sali fusi; Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 42 di 121

38 - semplificazione dei ciclo di produzione a sali fusi; - miglioramento delle operazioni di gestione impianto; - ottimizzazione dei consumi energetici; In ragione di ciò sono state individuate quattro famiglie di sperimentazioni ognuna concentrato su uno dei seguenti quattro aspetti degli impianti a sali fusi: 1. Interazione sali fusi/materiali Questo tipo di prove avranno il compito di verificare e misurare in condizioni dinamiche i fenomeni corrosivi connessi all interazioni chimiche tra acciaio e sali fusi. Dette prove, pertanto, prevedranno essenzialmente: prove di lunga durata (8000 ore) con temperatura di prova C e velocità del fluido: m/s su provini di AISI321H e di AISI 316 Ti, con sampling dei sali: ogni 1000 ore; misura della corrosione dell acciaio di 4 set di provini, estratti ad intervalli di circa 2000 ore; esame finale microscopico e chimico dei provini; Per l effettuazioni di queste prove sperimentali è stato necessario adeguare ed aggiornare alle mutate esigenze sperimentali l impianto MO.S.E. (vedi figura 1.37) utilizzato nelle prime fasi del Grande Progetto Solare termodinamico per alcune verifiche di funzionamento di componenti da utilizzare in impianto a sali fusi. Figura 1.37 Fase di lavori adeguamento Impianto MO.S.E. 2. Fenomeno della stratificazione dei sali liquidi sulla parete esterna di un serbatoio, fino all eventuale solidificazione Compito di questa famiglia di tests sperimentali sarà quello di approfondire gli aspetti fisi connessi alla modalità di formazione e misura dello strato solido dei sali fusi contenuti in un serbatoio; al rilievo degli andamenti delle proprietà termofluidodinamiche durante il processo di fusione dei sali in condizioni di nuova cessione di calore ai sali; Per questo tipo di prove è stata approntata una speciale sezione di prove che prevede l inserimento all interno del serbatoio di accumulo dell impianto PCS di una speciale struttura (vedi figura 1.38) attrezzata con una serie di termocoppie che sono in grado di rilevare il profilo delle Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 43 di 121

39 temperature e l andamento delle stesse durante le fasi di riscaldamento e raffreddamento del sale contenuto all interno del componete. Occorre notare come le informazioni attese da questi tests sono particolarmente utili per mettere a punto una corretta gestione ed un dimensionamento ottimale degli impianti a sali fusi. Figura 1.38 Sezione di prova per la misura del profilo di temperature nel serbatoio Figura 1.39 Sketch della Sezione di prova per la determinazione dei principali parametri termoidraulici di un Generatore Vapore immerso in serbatoio 3. Verifica sperimentale del funzionamento di una concezione innovativa di generatore di vapore immerso in serbatoio (uno sketch del tipo di generatore è riportato in figura 1.39) Queste tipo di prove saranno concentrate sulla: determinazione e misura del coefficiente di scambio termico (vedi figura 1.40) all esterno di tubi elicoidali immersi in un serbatoio contenente sali liquidi caldi e percorsi da acqua/vapore saturo sia in condizioni di pressione a temperature superiori alla temperatura di solidificazione dei sali, sia per valori del vapore tali da provocare una condizione di incipiente congelamento dei sali sulla parete, o di congelamento effettivo; analisi del moto dei sali fluidi contenuti in un serbatoio, originato da un agitatore interno e governato da setti opportunamente disposti; determinazione sperimentale delle principali grandezze termoidrauliche della Generatore di Vapore sopra rappresentato i cui andamenti teorici determinati da modello fisicomatematico ed utilizzati per il progetto della macchina sono riportati in figura 1.41a,b,c. Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 44 di 121

40 Figura 1.40 Andamento scambio termico di parte 5000 p H2O= 5.5 MPa Tsat= C A Exchanged Power [kw] Tsalt= 370 C, DTsub= 10 C Tsalt= 410 C, DTsub= 10 C Tsalt= 450 C, DTsub= 10 C Tsalt= 370 C, DTsub= 55 C Tsalt= 410 C, DTsub= 55 C Tsalt= 450 C, DTsub= 55 C Tsalt= 370 C, DTsub= 100 C Tsalt= 410 C, DTsub= 100 C Tsalt= 450 C, DTsub= 100 C Tsalt= 370 C, DTsub= 145 C Tsalt= 410 C, DTsub= 145 C Tsalt= 450 C, DTsub= 145 C Ts= 450 C Ts= 410 C Ts= 370 C N [rpm] Exchanged Power [kw] p H2O= 5.5 Mpa Tsat= C Tsalt= 370 C, DTsub= 10 C Tsalt= 410 C, DTsub= 10 C Tsalt= 450 C, DTsub= 10 C Tsalt= 370 C, DTsub= 55 C Tsalt= 410 C, DTsub= 55 C Tsalt= 450 C, DTsub= 55 C Tsalt= 370 C, DTsub= 100 C Tsalt= 410 C, DTsub= 100 C Tsalt= 450 C, DTsub= 100 C Tsalt= 370 C, DTsub= 145 C Tsalt= 410 C, DTsub= 145 C Tsalt= 450 C, DTsub= 145 C B U, overall HT coeff. [kw/m² C] 3,5 3 2,5 2 1,5 1 Portata vapore out [kg/s] Tsalt= 370 C, DTsub= 10 C Tsalt= 410 C, DTsub= 10 C Tsalt= 450 C, DTsub= 10 C Tsalt= 370 C, DTsub= 55 C Tsalt= 410 C, DTsub= 55 C Tsalt= 450 C, DTsub= 55 C Tsalt= 370 C, DTsub= 100 C Tsalt= 410 C, DTsub= 100 C Tsalt= 450 C, DTsub= 100 C Tsalt= 370 C, DTsub= 145 C Tsalt= 410 C, DTsub= 145 C Tsalt= 450 C, DTsub= 145 C p H2O= 5.5 MPa Tsat= C C N [rpm] 0, Figura 1.41 a,b,c - Andamenti teorici determinati da modello fisico-matematico delle principali grandezze termoidrauliche del GV immerso in serbatoio Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 45 di 121

41 Per lo studio di tali fenomeni è stata progettata una speciale sezione di prova il cui schema è riportato in figura 1.42a. Tale apparato di prova sarà dotato di una speciale strumentazione; in particolare vi saranno inserite delle termocoppie da 0,5 millimetri sulla superficie della serpentina per la misura dell entità della solidificazione dei sali su di essa e degli speciali tubi di Pitot per sali fusi che consentiranno di studiare il coefficiente di scambio parete serpentina sali fusi nelle varie condizioni di esercizio ed in particolar modo in presenza di strati di sali solidificatesi su di essa. È previsto come ulteriore stadio di analisi del funzionamento del generatore vapore (GV) anche la realizzazione di un secondo circuito (1.42b) dove, in previsione di una semplificazione di funzionamento di tale macchina, sarà esaminato il funzionamento della stessa combinato con un separatore di vapore in condizioni di circolazione del vapore di tipo naturale (Condizioni di prova : P = 0,8 6,0 MPa;T = C e vapore saturo ). A B Figura 1.42a,b Circuiti di prova per analizzare i parametri di funzionamento del Generatore Vapore 4. Proprietà termofluidodinamiche dei sali fusi In quest ultima tipologia di rilievi sperimentali saranno esaminati e studiati i fenomeni connessi con i regimi termofluidodinamici dei sali fluidi con particolare riguardo all individuazione del momento di transizione da moto di tipo laminare a moto di tipo turbolento (vedi figura 1.45). gli andamenti della stratificazione termica dei sali fluidi all interno di un condotto in funzione del regime di deflusso sia che il condotto venga riscaldato in maniera uniforme che disuniformemente; (vedi figura 1.46); a tal proposito nella presente sezione di prova è stata attrezzata con il dispositivo di figura (1.47) dove degli appositi riscaldatori posti lungo le generatrici del dispositivo possono simulare un riscaldamento asimmetrico, mentre delle termocoppie indicano la stratificazione del fluido all interno della stessa in diverse sezioni. Per lo studio di queste proprietà è stato progettato ed in parte realizzato uno speciale circuito di prova sull impianto PCS ( vedi figura 1.43 e 1.44) dove state inserite anche alcune soluzioni tecnologiche illustrate precedentemente nella sezione dei brevetti. Detto circuito rappresenta, quindi, anche un banco di prova per la messa a punto dei dispositivi innovativi. In particolare nella sezione di prova sono stati inserite i seguenti componenti : - supporti di tubazioni isolanti elettricamente e termicamente, per consentire il riscaldamento diretto per effetto Joule delle tubazioni e contemporaneamente minimizzare le loro dispersioni termiche; Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 46 di 121

42 - valvole termostatiche con funzione di intercettazione, azione check-valve e guardia idraulica, e possibilità di misura diretta della portata; - tubi di Pitot per sali fusi; - prese di misura di pressione per circuiti a sali fusi; - prese di misura di temperature per circuiti a sali fusi È da evidenziare inoltre che il presente circuito costituiste un punto di partenza per la qualificazione di circuiti a sali fusi riscaldati ad effetto Joule. Figura 1.43 Schema circuito di prova per studio delle grandezze termofluidodinamiche dei sali fusi Figura 1.44 Fase di costruzione circuito di prova per studio delle grandezze termofluidodinamiche dei sali fusi Figura 1.45 Studio fenomeno transizione da moto laminare a turbolento ed influenza sulla stratificazione termica: nel caso di riscaldamento non ed uniforme Tesi di Dottorato in Energetica ing. Walter Gaggioli pag. 47 di 121