di Duilio Curcio
Le valvole per il raffreddamento degli impianti termolettrici vanno scelte con attenzione, in particolare quando il liquido utilizzato per raffreddare è acqua salmastra. L’acqua di mare, infatti, è molto corrosiva e per questo conviene preferire valvole in plastica. Vediamo meglio come scegliere una valvola e come dimensionarla per il raffreddamento di un impianto termoelettrico.
Scelta e dimensionamento di una valvola
Come in ogni altra situazione, anche in questa applicazione valgono i criteri generali per la scelta di una valvola:
- definizione della tipologia di fluido (acqua, aria, fluidi corrosivi) e delle sue proprietà chimico-fisiche assieme a tutte le informazioni di sicurezza e tossicità;
- verifica delle specifiche dimensionali e costruttive delle tubazioni in cui il fluido viene convogliato;
- tipologia di otturatore.
- determinazione della direzione del fluido;
La scelta di una valvola è strettamente connessa alla tipologia di otturatore poiché da quest’ultimo dipende la curva caratteristica della valvola, cioè la relazione che lega la variazione di portata alla corsa dell’otturatore.
In dettaglio, esistono tre tipologie di otturatori: a caratteristica lineare, a caratteristica equi-percentuale e ad apertura rapida o a piattello.
Un metodo rapido e molto utilizzato dal punto di vista pratico nella fase di scelta e dimensionamento di una valvola si basa sul coefficiente Kv definito come il flusso di acqua (tra 5°C e 40°C), espresso in m3/h, che attraversa una valvola con una pressione differenziale (caduta di pressione) di 1 bar.
Tale parametro consente:
1) il calcolo della portata che attraversa la valvola in funzione della differenza di pressione;
2) il dimensionamento della valvola in funzione della portata e della perdita di carico definita;
3) il calcolo della perdita di carico concentrata della valvola in funzione della portata e dello stesso Kv.
Il processo di raffreddamento negli impianti termoelettrici
Un ruolo fondamentale nelle centrali termoelettriche è svolto dal condensatore, scambiatore di calore che permette il raffreddamento.
Il vapore che esce della turbina, generando energia che viene utilizzata meccanicamente per la rotazione dell’alternatore, entra direttamente al condensatore dove subisce la trasformazione finale passando da condizioni sature (miscela di acqua e vapore) allo stato liquido.
Maggiore è l’efficacia del processo di condensazione (dipendente principalmente dalla temperatura del fluido refrigerante), maggiore è la possibilità di ridurre la pressione al di sotto di quella atmosferica, massimizzando la potenza meccanica disponibile alla turbina (cfr. Figura 1).
Lo schema in Figura 2 evidenzia il dettaglio del processo di condensazione: il fluido utilizzato è l’acqua marina prelevata direttamente attraverso la Pompa 1 e la Pompa 2 che lo convogliano al condensatore.
Le Valvole V1 e V2 sono di tipo a farfalla, mentre le Valvole V3÷V7 sono di tipo a sfera.
Com’è noto l’acqua marina si contraddistingue per le sue caratteristiche chimico-fisiche di corrosione ed ossidazione, per cui attenzione specifica deve essere prestata alla scelta dei materiali di tutti gli elementi che costituiscono l’impianto.
Case study: scelta e dimensionamento delle valvole a farfalla mod. ASV Stubbe K210
ASV Stubbe mette a disposizione sul proprio e-commerce una vasta gamma di valvole adatte alle varie esigenze produttive ed applicative.
In Figura 3 sono rappresentate le valvole mod. ASV Stubbe a farfalla K220 – a sfera C200 – a clapet RSK500 realizzate in materiale plastico (PVC, PP o PVDF).
Con riferimento al processo di condensazione di una centrale termoelettrica sopra descritto, qui di seguito vengono illustrati i passi utili per la scelta della valvola a farfalla più idonea.
Sono note le seguenti specifiche:
- applicazione: impianto termoelettrico;
- fluido: acqua marina;
- portata (Q): 100000 l/min;
- temperatura dell’acqua (T): 16°C;
- massima caduta di pressione (Δpmax): 1 bar;
- pressione di esercizio (P): 2 bar.
Consultando il data sheet delle valvole a farfalla commercializzate da ASV Stubbe, essendo l’acqua marina altamente corrosiva, in relazione alla portata (nota) Q= 100000 l/min, la valvola a farfalla più idonea è il mod. K220, DN 400 mm (www.asvshop.com/wp-content/uploads/2018/11/Valvola-a-farfalla-K220-wafer-ITA.pdf).
Individuato il modello di valvola, dal diagramma “Portata – Caduta di pressione” fornito dal costruttore si verifica se la valvola rispetta il vincolo sulla massima caduta di pressione consentita Δpmax pari ad 1 bar.
La valvola scelta genera una caduta di pressione Δp=0,79 bar<Δpmax= 1 bar per cui risulta idonea all’applicazione sopra descritta.
Si verifica ora l’idoneità dal punto di vista costruttivo (materiali del disco a farfalla e delle tenute).
Come si può notare dal diagramma in Figura 5, il punto di intersezione tra temperatura (nota) dell’acqua marina T=16°C e pressione di esercizio (nota) P=2 bar ricade all’interno dell’area di “lavoro” della valvola mod. K220 in PVDF che, di conseguenza, risulta idonea per il caso in esame dal punto di vista costruttivo.
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