TERMODINAMICA. T60D - Unità di Studio sugli Scambi Termici

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1 TERMODINAMICA T60D - Unità di Studio sugli Scambi Termici T60D/C Unità Studio Scambi Termici Computerizzata (Cod ) 1. Generalità L unità di studio Didacta T60D costituisce uno strumento fondamentale per la comprensione dei fenomeni riguardanti gli scambi termici e della tecnologia degli scambiatori termici di tipo industriale, attraverso misure sperimentali. L unità è disponibile in due versioni: T60D Unità di studio sugli scambi termici (cod ) T60D/C Unità di studio sugli scambi termici computerizzata (cod ) L unità comprende i seguenti scambiatori: S1 Scambiatore a radiatore di tipo automobilistico acqua/aria (liquido/gas); S2 Scambiatore a fascio tubiero acqua/acqua (liquido/liquido); S3 Scambiatore a doppio tubo concentrico acqua/acqua (liquido/liquido); S4 Scambiatore opzionale a fascio tubiero acqua/vapore (liquido/vapore) (Opzionale); S5 Scambiatore opzionale a piastre acqua/acqua (liquido/liquido) (Opzionale). Gli scambiatori sono montati in parallelo e possono operare in equi-corrente o in contro-corrente, ad eccezione di S1 ed S4. La selezione dello scambiatore e del modo di funzionamento avviene tramite valvole manuali. Il sistema comprende un riscaldatore elettrico con termostato per la produzione dell acqua calda. L acqua fredda è invece prelevata dalla rete. DIDACTA Italia S.r.l. - Strada del Cascinotto, 139/ Torino - Italy Tel Fax info@didacta.it

2 Il banco è carrellato e dotato di un pannello frontale, con schema sinottico serigrafato. L unità viene fornita con una completa manualistica che descrive l unità in ogni sua parte, le modalità di installazione e utilizzo e propone numerose esperienze didattiche corredate da risultati sperimentali. 2. Composizione L unità comprende: T60D - cod comprendente i circuiti idraulici, le pompe, l apparecchiatura elettrica, gli strumenti di misura e gli scambiatori S1, S2, S3; T60D/C - cod , in alternativa al cod comprendente i circuiti idraulici, le pompe, l apparecchiatura elettrica, gli strumenti di misura, gli scambiatori S1, S2, S3, il kit trasduttori elettronici, completo di unità di alimentazione e condizionamento segnali e scheda di conversione A/D e il software di acquisizione e analisi dati per Windows Opzionale cod : Scambiatore S4 a fascio tubiero acqua/vapore con caldaietta di produzione vapore (cod ); Opzionale cod : Scambiatore S5 a piastre acqua/acqua. 3. Descrizione Gruppo base - cod La figura 5 riporta il sinottico generale dell unità di studio, comprensiva degli scambiatori opzionali. Le due pompe centrifughe P1 e P2 creano rispettivamente un flusso di acqua calda e uno di acqua fredda. L acqua calda è ottenuta attraverso il riscaldatore elettrico HT con termostato TIC. Mediante valvole è possibile dirigere tali flussi verso lo scambiatore in prova e di selezionare per S2, S3 e S5 il funzionamento in equicorrente o controcorrente. La portata di acqua calda e di acqua fredda è misurabile attraverso i flussimetri F1 ed F2 mentre la pressione è misurabile tramite i manometri M1 e M2. Lo scambiatore S1 necessita, oltre che del flusso di acqua calda, anche di un flusso di aria creato dal ventilatore VE. La portata di aria è misurata attraverso il diaframma tarato DC ed il micromanometro differenziale Dl. Un secondo micromanometro differenziale D2 consente di misurare la perdita di carico dell aria tra monte e valle dello scambiatore S1. Un manometro a mercurio ad U consente la misura della perdita di carico dell acqua tra monte e valle degli scambiatori, essendo collegabile secondo necessità alle diverse prese di pressione PM presenti nel circuito. Il serbatoio di raccolta acqua TA, dotata di termometro TI, consente la misura della temperatura del flusso di acqua calda e fredda in uscita dagli scambiatori. Nei punti caratteristici dell impianto sono sistemate 12 termoresistenze Pt100 collegate ad uno strumento digitale presente nell apparecchiatura elettrica E. L apparecchiatura elettrica dell unità T60D svolge la funzione di alimentare e controllare i componenti elettrici del gruppo. In particolare essa comprende gli interruttori ed i selettori per l inserimento o l esclusione dei diversi componenti elettrici, il termoregolatore per l impostazione della temperatura dell acqua calda, il display digitale di visualizzazione delle temperature rilevate dalle sonde Pt100 a bordo dell impianto. Il termoregolatore TIC (2) consente il controllo del riscaldatore H interrompendone il funzionamento quando viene raggiunta la temperatura impostata (Set-Point). Le caratteristiche tecniche dei diversi scambiatori sono riportati nella tabella 1. Gruppo base computerizzato - cod La figura 5 riporta il sinottico generale dell unità di studio, comprensiva degli scambiatori opzionali e dei trasduttori forniti col sistema automatico di acquisizione dati. Le due pompe centrifughe P1 e P2 creano rispettivamente un flusso di acqua calda e uno di acqua fredda. L acqua calda è ottenuta attraverso il riscaldatore elettrico HT con termostato TIC. Mediante valvole è possibile dirigere tali flussi verso lo scambiatore in prova e di selezionare per S2, S3 e S5 il funzionamento in equicorrente o controcorrente. La portata di acqua calda e di acqua fredda è misurabile attraverso i flussimetri F1 ed F2 a cui corrispondono i trasduttori di flusso a turbinetta TQ1 e TQ2 completi di convertitore di segnali - mentre la pressione è misurabile tramite i manometri M1 e M2. Lo scambiatore S1 necessita, oltre che del flusso di acqua calda, anche di un flusso d aria creato dal ventilatore VE. La portata d aria è misurata attraverso il diaframma tarato DC ed il micromanometro differenziale Dl. Un secondo micromanometro differenziale D2 consente di misurare la perdita di carico dell aria tra monte e valle dello scambiatore S1. Un manometro a mercurio ad U consente la misura della perdita di carico dell acqua tra monte e valle degli scambiatori, essendo collegabile secondo necessità alle diverse prese di pressione PM presenti nel circuito. Il trasduttore differenziale di pressione TDP completo di convertitore di segnali permette di acquisire la perdita di carico nel tratto di circuito selezionato Il serbatoio di raccolta acqua TA, dotata di termometro TI, consente la misura della temperatura del flusso di acqua calda e fredda in uscita dagli scambiatori. Nei punti caratteristici dell impianto sono sistemate 12 termoresistenze Pt100 collegate ad uno strumento digitale completo di convertitore di segnali presente nell apparecchiatura elettrica E. L apparecchiatura elettrica del sistema T60D svolge la funzione di alimentare e controllare i componenti elettrici del gruppo. In particolare essa comprende gli interruttori ed i selettori per l inserimento o l esclusione dei diversi componenti elettrici, il termoregolatore per l impostazione della temperatura dell acqua calda, e il display digitale di visualizzazione delle temperature rilevate dalle sonde Pt100 a bordo dell impianto, l unità di condizionamento segnali e conversione A/D. Il termoregolatore TIC (2) consente il controllo del riscaldatore H interrompendone il funzionamento quando viene raggiunta la temperatura impostata (set-point). Page 2

3 Le caratteristiche tecniche dei diversi scambiatori sono riportate nella tabella 1. Il software di acquisizione e analisi dati opera in ambiente MS-Windows ed è usato per acquisire i dati in tempo reale, per elaborarli e archiviarli. Esso permette di ottenere a video o in stampa i parametri e i diagrammi previsti nelle diverse prove. Inoltre, anziché acquisire automaticamente i dati dai trasduttori, è possibile immettere tali dati da tastiera leggendoli dagli strumenti tradizionali a bordo impianto e sfruttando le possibilità di elaborazione e archiviazione del software. Tale soluzione permette l'uso indipendente del software in assenza del kit trasduttori. Scambiatore S4 - opzionale cod Lo scambiatore opzionale S4 (cod ) (fig. 1) viene montato su un proprio telaio carrellato separato, facilmente collegabile al sistema base. Lo scambiatore S4 necessita, oltre che del flusso di acqua fredda, di un flusso di vapore prodotto da una propria caldaietta CA (opzionale cod ). È anche possibile alimentare il circuito dell acqua calda del gruppo T60D con l acqua calda prodotta da S4, escludendo il riscaldatore elettrico H. Con lo scambiatore acqua/vapore viene fornito un secondo scambiatore di raffreddamento per condensare il vapore in uscita ed un accumulatore HS per l acqua calda in uscita dallo scambiatore. Il collegamento del modulo al gruppo principale, si realizza con tubazioni flessibili ad innesto rapido di cui il modulo è dotato. Fig. 1 Scambiatore opzionale S4 (cod ) Fig. 2 Scambiatore opzionale S5 (cod ) Scambiatore S5 - opzionale cod Lo scambiatore opzionale S5 (cod ) (fig. 2) è costituito da 10 piastre, con possibilità di espansione, in acciaio AlSI 316. Lo scambiatore S5 viene montato sul telaio del modulo base. 4. Esperienze realizzabili Scambiatore acqua/aria S1 Studio del trasferimento di calore acqua/aria: misura delle temperature dell acqua e dell aria nei diversi punti dello scambiatore, calcolo della quantità di calore scambiata nei due sensi nell unità di tempo. Misura della perdita di pressione dell acqua tra monte e valle di S1 e studio della dipendenza dalla portata di acqua. Misura della perdita di pressione dell aria tra monte e valle di S1 e studio della dipendenza dalla portata di aria. Scambiatori acqua/acqua S2,S3,S5 Studio del trasferimento di calore acqua/acqua in equicorrente: misura delle temperature dell acqua nei diversi punti dello scambiatore, calcolo della quantità di calore scambiata nei due sensi nell unità di tempo, misura della temperatura finale della miscela tra acqua calda e acqua fredda all uscita dello scambiatore e confronto con il valore teorico (vedi fig. 3). Studio del trasferimento di calore acqua/acqua in contro-corrente: misura delle temperature dell acqua nei diversi punti dello scambiatore, calcolo della quantità di calore scambiata nei due sensi nell unità di tempo, misura della temperatura finale della miscela tra acqua calda e acqua fredda all uscita dello scambiatore e confronto con il valore teorico. Misura della differenza di pressione dell acqua calda tra monte e valle dello scambiatore e studio della dipendenza dalla portata di acqua calda. Misura della differenza di pressione dell acqua fredda tra monte e valle dello scambiatore e studio della dipendenza dalla portata di acqua fredda (vedi fig. 4). Confronto tra il modo di funzionamento in equicorrente e in controcorrente. Confronto tra i diversi scambiatori. Scambiatore opzionale acqua/vapore S4 Studio del trasferimento di calore acqua/vapore: misura delle temperature dell acqua e del vapore nei diversi punti dello scambiatore, calcolo della quantità di calore scambiata ne due sensi nell unità di tempo. Misura della perdita di pressione dell acqua tra monte e valle di S4 e studio della dipendenza dalla portata d acqua.

4 Misura della perdita di pressione del vapore tra monte e valle di S4 e studio della dipendenza dalla portata d vapore. 5. Servizi richiesti Alimentazione elettrica: trifase, 50/60 Hz, 8 kw Alimentazione idrica: 1500 I/h - 3 bar Scarico acqua PC minimo Pentium con Hard Disk (>10Gb) e CD drive, scheda grafica SVGA 800x600, mouse, RAM 32 MB, porta USB; MS-Windows XP o successivi Stampante grafica. 6. Pesi e dimensioni Gruppo base Dimensioni: 1900 x 950 x 1800 h mm Peso: 280 kg circa (290 kg con scambiatore opzionale S5) Scambiatore opzionale S4 Dimensioni: 900 x 650 x 1550 h mm Peso: 60 kg Fig. 3 Trasferimento di calore in S3 operando in equicorrente Tabella 1 Caratteristiche tecniche degli scambiatori Fig. 4 Differenza di pressione acqua fredda in S3 in funzione del flusso di acqua Scambiatore S1 S2 S3 S4 S5 Tipo Acqua/aria a Acqua/acqua a Acqua/acqua a Acqua/vapore a Acqua/acqua a radiatore fascio tubiero doppio tubo fascio tubiero piastre Materiale Corpo in alluminio Corpo in Anticorodal con fascio tubiero ed alettatura in rame Superficie di scambio Dati fisici 0,0317 m 2 (frontale) Passo fra le alette 1.05 mm concentrico Corpo in acciaio con tubi in rame Corpo in Anticorodal con fascio tubiero ed alettatura in rame 0,3 m 2 0,3 m 2 0,3 m 2 0,37 m 2 N tubi: 4 dei tubi: 15,875 mm N tubi: 6 dei tubi lato acqua calda: 13 mm N tubi: 4 dei tubi: mm Corpo in acciaio con piastre in acciaio inossidabile AISI 316 N piastre: 10 Dimensione delle piastre: 138 x 448 mm Lunghezza dei tubi: 610 mm dei tubi lato acqua fredda: 27 mm lunghezza dei tubi: 430 mm Lunghezza dei tubi: 610 mm Page 4

5 Fig. 1 Sinottico generale

6 Legenda P1 Pompa centrifuga acqua calda P2 Pompa centrifuga acqua fredda M1 Manometro pressione acqua calda M2 Manometro pressione acqua fredda M3 Manometro pressione vapore (solo con S4 opzionale cod ) HT Accumulatore acqua calda H Riscaldatore elettrico acqua calda a resistenze TIC Termostato acqua calda TMAX Termostato di sicurezza massima temperatura acqua calda SA Serbatoio acqua LI Indicatore di livello CA Caldaia produzione vapore (solo con S4 opzionale cod ) HS Accumulatore acqua calda (solo con S4 opzionale cod ) BE Contenitore graduato raccolta acqua di condensa (solo con S4 opzionale cod ) S1 Scambiatore acqua/aria a radiatore S2 Scambiatore acqua/acqua a fascio tubiero S3 Scambiatore acqua/acqua a doppio tubo concentrico S4 Scambiatore acqua/vapore (S4 opzionale cod ) S5 Scambiatore acqua/acqua a piastre (S5 opzionale cod ) V1 Valvola selezione S1 circuito acqua calda V2 Valvola selezione S2 circuito acqua calda V3 Valvola selezione S3 circuito acqua calda V4 Valvola selezione S4 circuito acqua calda o intercettazione V5 Valvola selezione S5 circuito acqua calda (solo con opzionale S5 cod ) VA2,VB2,VC2 Valvole selezione funzionamento S2 in equicorrente o controcorrente VA3,VB3,VC3 Valvole selezione funzionamento S3 in equicorrente o controcorrente VA4,VB4,VC4 Valvole selezione modi di funzionamento S4 (solo con opzionale S4 cod ) VA5,VB5,VC5 Valvole selezione di funzionamento S5 in equicorrente o controcorrente (solo con opzionale S5 cod ) VD2,VD3, VD5 Valvole di esclusione S2, S3, S5 F1 Flussimetro acqua calda F2 Flussimetro acqua fredda G1 Valvola manuale di controllo flusso acqua calda G2 Valvola manuale di controllo flusso acqua fredda G3 Valvola manuale a tre vie per ricircolo acqua calda TA Serbatoio di scarico acqua calda e fredda TI Termometro acqua di scarico VE Ventilatore a velocità variabile per S1 DC Diaframma calibrato per misura portata aria per S1 D1 Micromanometro differenziale misura portata aria da DC D2 Micromanometro differenziale misura perdita di carico aria in S1 U Manometro differenziale a mercurio per misura perdite di carico acqua negli scambiatori S1, S2, S3, S5 T1,T2... T12 Termoresistenze Pt100 T18,T19...T22 Termometri bimetallici (solo con opzionale S4 cod ) PM Prese misura pressione TQ1 Trasduttore elettronico portata acqua calda Q1 (solo versione computerizzata T60D/C cod ) TQ2 Trasduttore elettronico portata acqua fredda Q2 (solo versione computerizzata T60D/C cod ) TDP Trasduttore elettronico differenza di pressione Dp1 e Dp2 (solo versione computerizzata T60D/C cod ) E Apparecchiatura elettrica, contenente anche l unità di condizionamento segnali e conversione A/D (solo versione computerizzata T60D/C cod ) PC Personal Computer (solo versione computerizzata T60D/C cod non fornito) Cod. R00519/I 0314 Ed. 01 Rev. 02 In qualsiasi momento e senza preavviso, la Didacta Italia potrà apportare ai propri prodotti, ferme restando le caratteristiche essenziali descritte, le modifiche che riterrà opportune secondo le esigenze di carattere costruttivo o didattico. Page 6