GRUPPO 597:
GENERATORE DI VAPORE ISTANTANEO

Analisi termodinamica

Le verifiche tecniche riguardano l’analisi delle prestazioni del nostro generatore di vapore, il transitorio di riscaldamento termico e i relativi sforzi interni. Per garantire un corretto funzionamento sono state analizzate le variazioni di prestazione in funzione della potenza della resistenza e della temperatura di stazionamento del prodotto. Supponendo che il vapore fuoriesca in equilibrio termico con il generatore di vapore si osserva la massima portata elaborata prima che la temperatura scenda sotto i 150°C (figura 1).

Come si può notare in figura 1, il numero di iniezioni possibili e il volume in litri aumentano quasi linearmente con l’aumentare della potenza disponibile e della temperatura di stazionamento. In questo modo, il vincolo relativo alla potenza elettrica assorbita (800 Watt) non impedisce il funzionamento a condizioni operative variabili, sarà sufficiente aumentare la temperatura di stazionamento per garantire un numero superiore di iniezioni e una portata maggiore.

Nella seguente tabella sono elencati i materiali con cui è stato realizzato il generatore e le relative proprietà.

Svolgimento simulazione

Viene simulato il comportamento del generatore di vapore in un determinato range temporale, partendo dalla condizione di temperatura ambiente e considerando un tempo di funzionamento della resistenza tale da garantire per la parte interna, zona in cui è previsto il passaggio del flusso, il raggiungimento di una temperatura di regime di circa 190°C. La resistenza produce 800 Watt di potenza mentre la coibentazione dissipa all’incirca 10 Watt.
Di seguito si mostra l’andamento della temperatura nei punti del generatore di maggiore interesse.

Ingresso (figura 2):

Uscita (figura 3):

Come si vede dal grafico in figura 4, la differenza di temperatura tra ingresso, punto medio e uscita rimane all’incirca costante fino a quando la resistenza viene spenta. Successivamente l’intero pezzo si stabilizza ad una temperatura poco superiore ai 464 K (191° C).

E' importante analizzare il corretto funzionamento del coibente adottato per rispettare i requisiti. Come si può notare osservando la figura 5, l’isolante raggiunge una temperatura di stazionamento di circa 345-350 K (72-78°C).

Sempre in figura 5 è possibile notare che la differenza media tra temperatura interna ed esterna nell’isolante è superiore a 100°C, ciò indica un buon isolamento del generatore di vapore, fattore fondamentale per rispettare le norme vigenti nel settore.

Il distanziale garantisce un buon isolamento nell’attacco sulla struttura a patto di avere sessioni di lavoro non troppo prolungate; il grafico (figura 6) mostra infatti un aumento repentino della temperatura nelle fasi finali della simulazione.

Analisi degli sforzi dovuti alle deformazioni termiche

L'analisi degli sforzi, è stata eseguita considerando le condizione operative più critiche, ovvero funzionamento a regime e transitorio iniziale. La prima preoccupazione è stata quella di individuare gli sforzi massimi secondo Von Mises (figura 7) e garantire un fattore di sicurezza adeguato dell’intera struttura (figura 8).

La figura 8 mostra che il fattore di sicurezza è sempre maggiore di 4, ciò indica una buona integrità strutturale del generatore di vapore sottoposto a sforzi di natura termica. E’, inoltre, possibile vedere le deformazioni di natura termica, il cui valore massimo è 0.8 mm.

E' stata simulata anche una condizione di lavoro “estrema” in cui viene raggiunta una temperatura operativa di circa 245°C, ipotizzando che la resistenza venga mantenuta accesa per circa 190 secondi; la condizione critica di funzionamento corrisponde al transitorio di riscaldamento. Nonostante si sia simulato il funzionamento in condizioni molto più critiche rispetto a quelle richieste dall'applicazione, il nostro prodotto mantiene un fattore di sicurezza ampiamente maggiore di 1.4, garantendo quindi un’ottima integrità strutturale (figura 9).