Non avete il controllo sul consumo energetico delle utilities dei vostri impianti? Questa mancanza di consapevolezza può comportare sprechi di risorse, inefficienze e consumi energetici inutili. Come possono i tecnici e i responsabili di impianto ottimizzare le risorse e l’energia utilizzata nelle utilities? Diverse applicazioni offrono opportunità di risparmio energetico. Un buon punto di partenza è migliorare l’efficienza delle caldaie e la qualità del vapore.

Per identificare i problemi e misurare il consumo di vapore lungo l’intero impianto, è essenziale disporre della giusta strumentazione. Migliorare l’efficienza è complesso poiché dipende da molteplici variabili. Nell’analisi di un impianto a vapore, si scopre che quasi ogni aspetto influisce sull’efficienza: dalla temperatura dell’aria di combustione nella caldaia a uno scaricatore di condensa difettoso in una linea di distribuzione.

Di solito, le caldaie sono dotate di una strumentazione standard. Tuttavia, il controllo delle caldaie può essere migliorato aggiungendo una strumentazione più sofisticata con capacità di monitoraggio avanzate. Con la strumentazione appropriata, il personale dell’impianto può effettuare un monitoraggio dettagliato del consumo di energia e dell’efficienza delle caldaie, ottimizzando così le prestazioni e riducendo gli sprechi energetici.

Vapore saturo o vapore secco

Il vapore saturo o secco è il tipo di vapore che otteniamo se tutte le molecole d’acqua rimangono allo stato gassoso. Prendiamo ad esempio un bollitore che fischia quando è pronto. Il vapore non fuoriesce liberamente perché la pressione è controllata dall’uso previsto. A volte si vede una nebbiolina fuoriuscire dal bollitore, il vapore secco.

Il vapore secco perde parte della sua energia quando viene rilasciato nell’atmosfera più fredda. Tale energia viene trasferita nell’aria ambiente, rendendola condensata e visibile come nebbiolina. In altre parole: Il vapore secco viene prodotto riscaldando l’acqua in una camera chiusa.

La temperatura del vapore è vicina al punto di ebollizione a quella pressione.

Vapore non saturo o umido

Quando il vapore attira piccole goccioline d’acqua al momento del riscaldamento, si genera vapore non saturo o umido. Quando una caldaia a vapore riscalda l’acqua, le bolle si rompono attraverso la superficie. Quindi, quando inizia a formarsi, il vapore contiene liquido. È questo liquido che rende il vapore parzialmente umido a meno che non si utilizzi un surriscaldatore. Anche le migliori caldaie a vapore possono rilasciare vapore con umidità del 3% – 5%.

In genere, il vapore ha un rapporto diretto con la pressione e la temperatura.

• Più alta è la pressione nella caldaia, più energia è necessaria per generare vapore.
• Con una pressione maggiore, il vapore viene prodotto a temperature più elevate. Questo vapore a temperatura più elevata contiene più energia per kg.
• Il vapore surriscaldato è un’eccezione a questa regola.

Frazione di secchezza del vapore

Come menzionato in precedenza, è quasi impossibile per le caldaie a vapore produrre vapore secco al 100%. Misuriamo il livello effettivo di vapore nella frazione di secchezza, ovvero la misura che utilizziamo per definire quanto il vapore è effettivamente secco. Ha un impatto sulla capacità di riscaldamento del vapore.

Se il vapore contiene il 5% di acqua, lo si definisce secco al 95% con una frazione di secchezza di 0,95.

La frazione di secchezza ha un effetto diretto sulla quantità totale di energia trasferibile. A sua volta, ciò influisce sulla qualità e sull’efficienza del riscaldamento.

Ricordiamo la differenza tra calore latente e sensibile? Il vapore secco al 100% contiene anche il 100% del calore latente disponibile (a quella pressione specifica). L’acqua satura con una secchezza dello 0% contiene solo calore sensibile.

Sapevi che è possibile riscaldare il vapore oltre il punto di ebollizione per ottenere vapore surriscaldato?

A differenza del vapore saturo, il vapore surriscaldato non ha un rapporto diretto tra temperatura e pressione. Ciò significa che può esistere a un’ampia gamma di temperature. Preferiamo il vapore saturo per le applicazioni di riscaldamento e il vapore surriscaldato per la generazione di energia o nelle turbine.

Sembra improbabile, ma sapevi che la secchezza del vapore può essere superiore al 100%? In questo caso parliamo di vapore surriscaldato. Preferiamo il vapore secco saturo per le applicazioni di riscaldamento, mentre il vapore surriscaldato è l’opzione ideale per la generazione di energia o nelle turbine.

Vapore secco e vapore umido: vantaggi e svantaggi

Il vapore saturo (secco) costituisce un’eccellente fonte di calore per i seguenti motivi:

• Grazie al riscaldamento rapido e uniforme, la qualità del prodotto e la produttività miglioreranno.
• Poiché la pressione controlla la temperatura, possiamo raggiungere in modo rapido e preciso una temperatura specifica.
• Poiché esiste un elevato coefficiente di trasferimento termico, è necessaria una superficie termica più piccola. Ciò significa che è possibile ridurre le spese iniziali per le apparecchiature.
• Poiché il vapore proviene dall’acqua, è sicuro, pulito e a basso costo.

Tuttavia, sappiamo che il vapore non è secco al 100%. La perdita di calore radiante provoca la condensazione di parte del vapore, rendendo il vapore ancora più umido e causando anche la formazione di condensa. Se non vengono gestiti e sottoposti a manutenzione correttamente con le apparecchiature (e gli accessori) giusti, possono avere effetti negativi:

• Influire sull’efficienza del trasferimento di calore.
• Provocare corrosione delle tubazioni e delle apparecchiature critiche.

La frazione di secchezza del vapore influisce significativamente sull’efficienza delle caldaie

Il monitoraggio della frazione di secchezza del vapore è essenziale per garantire un funzionamento ottimale. La qualità del vapore, sia esso secco o umido, può aumentare o ridurre il consumo di energia e i costi operativi. Energia persa, trasferimento di calore inefficiente, corrosione e consumo di vapore sono tutti fattori che influiscono sull’efficienza delle caldaie. Pertanto, il controllo dell’acqua di alimentazione, la separazione del vapore e il funzionamento corretto delle caldaie sono fondamentali per migliorare le prestazioni complessive.

Se la frazione di secchezza è solo il 90%, significa che il 10% dell’energia disponibile è già persa. Inoltre, i misuratori di portata tradizionali possono presentare un errore di misura del 5-8% a causa della frazione liquida in uscita dalla caldaia.

La qualità del vapore influisce sulla sicurezza complessiva dell’impianto

Per ottimizzare la durata, la disponibilità, l’efficienza e la sicurezza della caldaia, è essenziale un’analisi completa dei cicli acqua/vapore. Questa analisi deve includere la preparazione dei campioni per misurare parametri come la conducibilità cationica, il pH, l’ossigeno disciolto, la torbidità, il sodio, la silice, il fosfato, il redox (ORP), l’ammonio, la durezza, il ferro, il rame e altri ancora.

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