COPERTINA
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E-F-G-H-K-I-L-M-N-O
PICCOLO GLOSSARIO (P-Q-R-S-T-U-V-Z)
PALETTA: la paletta è l'organo che nelle turbine riceve l'energia termodinamica del vapore e la trasforma in energia meccanica dell'asse della macchina. La forma, le dimensioni, il materiale e la disposizione delle palette sono problemi di alta tecnologia che relativamente pochi stati possono permettersi.
PH: è un numero (logaritmo in base 10 dell'inverso della concentrazione degli ioni H+) che misura il grado di acidità o di basicità di una soluzione. Un pH compreso fra 7 e zero indica acidità; un pH compreso fra 7 e 14 indica basicità.
I metalli come l'acciaio sono assai sensibili agli acidi che li corrodono; assai meno alle basi, per cui l'acqua e il vapore sono tenuti con opportuni interventi ad un pH compreso fra 10 e 11. Lo ione tipico dell'acidità è H+ mentre quello tipico della basicità è (O H- ). Naturalmente non sono gli unici (vedi IONI).
PRERISCALDAMENTO: si esegue sia sull'acqua che sull'aria. In entrambi i casi si sottrae calore al fumo prima che esso entri nel camino. Il vantaggio è doppio: il fumo perde calore che altrimenti sarebbe disperso nell'atmosfera e l'acqua o l'aria entrano in caldaia a temperatura superiore, limitando la spesa di calore per produrre il vapore oppure per mantenere la combustione.
REINTEGRO: sarebbe utile ed economico se tutta l'acqua che ha lavorato nella turbina potesse essere reimpiegata, cioè che davvero il circuito caldaia - turbina - condensatore fosse chiuso. In questo modo infatti non ci sarebbe gran bisogno di purificare spesso l'acqua. Invece una parte del vapore viene continuamente persa per svariati motivi (nei degasatori, nel bruciatore, per riscaldare il combustibile, per trafilamento nei giunti, per gli spurghi; ecc.) e quindi occorre reintegrare il volume di liquido prelevandolo dal serbatoio esterno (lago, fiume, mare), dopo averlo debitamente trattato.
RISURRISCALDATORE: come il surriscaladatore si trova immerso nella corrente dei fumi ed è costituito di un tubo avvolto a serpentina. Riceve il vapore dalla turbina di alta pressione e lo manda a quella di media pressione, dopo averne elevato la temperatura.
SPILLAMENTO: il vapore può essere prelevato da un punto qualunque del suo circuito per svariati motivi: a) essere inviato nel deposito del combustibile (vedi) per riscaldarlo e mantenerlo fluido; b) essere adoperato per servizi di pulizia; c) essere adoperato in macchine ausiliarie (motori per pompe, argani, verricelli, ecc.); d) essere riportato in caldaia in fase di accelerazione della macchina utilizzatrice principale; e) essere utilizzato nei degasatori; f) per diminuire il volume del vapore circolante quando la pressione diminuisce; ecc. Ciascuno dei prelievi prende il nome di spillamento.
SPURGO: l'acqua e il vapore, nonostante tutto, creano e trascinano particelle solide e sostanze chimiche di varia natura, che sono dannose all'impianto. Queste impurità tendono a concentrarsi nel c.c.s. dove il vapore viene filtrato e "asciugato" in modo specifico. Ne segue che periodicamente una parte dell'acqua accumulata nel c.c.s. deve essere estratta dal suo fondo. Insieme all'acqua esce anche la melma contenente la parte solida.
Un identico problema si verifica nel c.c.i. Queste operazioni prendono il nome di spurgo.
SURRISCALDATORE: è un tubo avvolto a serpentina immerso nel fumo, alla temperatura massima dell'impianto, nel quale scorre il vapore proveniente dal duomo. Il vapore possiede quindi la massima energia sia sotto forma di pressione che di temperatura.
E' essenziale che nel surriscaldatore non arrivino gocce d'acqua; infatti, esse vaporizzerebbero istantaneamente, in forma quasi esplosiva, danneggiando i tubi.
TIRAGGIO: è il fenomeno che determina il movimento ascendente del fumo nel camino per effetto del suo peso specifico, inferiore a quello dell'aria. Naturalmente ciò avviene per ogni sostanza disciolta in un'altra di peso specifico maggiore, per esempio per un gas disciolto in un liquido: il gas si muove verso l'alto e si libera. In realtà non tutto il fumo e non tutto il gas si libera: ciò avviene solo per la parte in esubero (sovrasaturazione) rispetto a quella che può essere "sciolta" nel diluente.
Anche fra acqua e sale avviene lo stesso fenomeno: un certo volume d'acqua può sciogliere solo un certo volume di sale; se il sale è di più esso rimane allo stato solido sul fondo del recipiente.
TITOLO (DEL VAPORE): si chiama titolo del vapore (di solito espresso in percentuale e indicato con x) il rapporto fra il peso (o il volume) di vapore già sviluppato e il peso (o il volume) di acqua iniziale. Dire x = 30% significa dire che il 30% di acqua si è già trasformata in vapore, se siamo nei tubi bollitori, oppure che c'è ancora il 30% di vapore se siamo nel condensatore.
Nel diagramma "curva a campana" il titolo si può ricavare graficamente come rapporto fra il segmento compreso fra la curva limite inferiore e il punto in esame e il segmento compreso fra le due curve limite.
TRATTAMENTI: tutte le acque contengono "impurità" a seconda dell'uso che se ne vuole fare. Per le caldaie le impurità sono i gas disciolti e gli ioni che possono determinare incrostazioni oppure corrosioni (vedi la voce IONI e il paragrafo DEPURAZIONE). Da ciò segue che essa deve subire una lunga serie di operazioni, in speciali torri dette demineralizzanti, tali da renderla adatta alle condizioni particolari esistenti nell'impianto.
I trattamenti sono di tipo fisico (eliminazione di solidi come polveri e sabbie oppure i gas) e di tipo chimico (neutralizzazione di ioni particolari e aggiunta di altri ioni).
E' importante notare che l'acqua di caldaia non deve essere acqua distillata, cioè priva di ioni. Infatti, in ogni caso una parte dell'acqua è dissociata nei suoi ioni 2H+ e OH- e lo ione H+ è quello che determina l'acidità e quindi produce la corrosione. In forma sommaria si può affermare che l'acqua distillata è "affamata" di ioni e quindi è molto aggressiva nei confronti dei metalli.
Questi trattamenti si devono effettuare non solo sull'acqua di reintegro ma anche sulla condensa proveniente dal condensatore: essa infatti trasporta ad esempio particelle di metallo (acciaio, rame) sottratte ai tubi, ai giunti, alla turbina, agli ugelli, tutte cose che a lungo andare sono soggette ad usura.
TROPPO PIENO: nel c.c.s. si accumula con continuità l'acqua trascinata dal vapore, per cui esso tende a riempirsi completamente. Per evitare ciò su un lato, verso l'esterno, viene sistemato un tubo, detto di troppo pieno, che mantiene costante il livello riportando l'acqua in eccesso al c.c.i.
Tale tubo è all'esterno della caldaia e quindi il liquido si raffredda, cadendo per effetto di gravità.
TUBO BOLLITORE: è il luogo dove avviene la trasformazione di stato: nella parte inferiore si trova l'acqua, nella parte superiore il vapore (vedi foto nell'ultima pagina). In realtà dovrebbero essere chiamati tubi vaporizzatori, poiché dentro tali tubi non avviene "ebollizione" bensì "vaporizzazione". L'ebollizione è legata alla presenza di gas disciolto nel liquido e tali gas nelle acque di caldaia non ci devono essere (degasazione).
La presenza di gas (aria o altro) nei tubi ad alta temperatura costituisce uno dei rischi maggiori delle caldaie, in quanto possono innescare reazioni chimiche in grado di corrodere il metallo indebolendolo, sino a produrre l'esplosione dei tubi per effetto della pressione esistente.
TURBINA: è la macchina che consente di sfruttare l'energia posseduta dal vapore trasformandola in energia meccanica. Questa energia è poi adoperata per far muovere il generatore elettrico oppure l'elica delle navi oppure il compressore dell'aria nei motori "turbo" ecc.
VAPORE: i liquidi per effetto di un aumento di temperatura passano allo stato di aeriforme. L'aeriforme si chiama vapore quando la sua temperatura è minore di quella critica (per l'acqua 374 °C); a temperatura superiore a quella critica l'aeriforme si chiama gas. Dal punto di vista fisico gas e vapore si distinguono perché il gas non può in alcun modo essere condensato (ridotto allo stato liquido) se non dopo essere stato portato a temperatura inferiore a quella critica. Ad esempio l'aria può essere compressa sino a migliaia di atmosfere di pressione rimanendo gas; per renderla liquida è necessario che la sua temperatura sia minore di circa - 150 °C.
VAPORE SATURO: UMIDO O SECCO: il vapore si dice saturo quando è in presenza del suo liquido: nei tubi bollitori, nel c.c.s., nel condensatore il vapore è saturo. Quando il vapore saturo contiene gocce d'acqua, come la nebbia, si dice che è umido: nei tubi bollitori, nel c.c.s., nel condensatore il vapore è saturo umido. Quando il vapore saturo non contiene gocce d'acqua si dice che è secco: nel duomo il vapore è saturo secco. In tutti questi casi la temperatura è sempre quella di vaporizzazione o di condensazione. Quando la temperatura è maggiore, il vapore diventa surriscaldato ed è ovviamente secco.
VAPORIZZAZIONE: a causa del calore ricevuto l'acqua subisce una trasformazione di stato diventando vapore a pressione e temperatura (vedi) costanti. Durante tale processo si continua a fornire calore (calore di vaporizzazione) che non serve ad aumentare la temperatura, bensì a rompere la forza di coesione fra le molecole, che quindi si liberano completamente (salvo l'effetto della forza di gravità).
Il calore di vaporizzazione è veramente molto grande: per portare un litro d'acqua da 0 a 100 °C bastano 100 Calorie (a pressione atmosferica normale), per vaporizzarla ne occorrono più di 500. E' perciò un danno notevole perdere per qualsiasi causa il vapore (come accade nei motori a ciclo aperto), ma anche dover procedere alla sua condensazione (l'acqua di raffreddamento deve sottrarre oltre 500 Calorie ad ogni chilogrammo di vapore per ridurlo allo stato liquido nel condensatore, come accade nelle macchine a circuito chiuso).
Negli impianti più all'avanguardia il vapore dopo l'uscita dalle turbine viene utilizzato per il riscaldamento domestico oppure in particolari industrie dove occorre calore a bassa temperatura, anziché sprecarlo nel condensatore.
VARIAZIONE DI POTENZA: le centrali termoelettriche sono macchine molto grandi, molto costose, molto complesse per cui esse vengono mantenute a regime costante. Tuttavia può accadere che siano necessarie variazioni di potenza elettrica nella rete e quindi deve essere variata la potenza sviluppata dalle turbine, aumentando o diminuendo la portata di vapore.
In generale si possono distinguere due situazioni: a) variazioni lente: si interviene modificando la portata di combustibile e di aria, agendo sulle pompe e sul compressore o il ventilatore; b) variazioni improvvise: si interviene sui bruciatori brandeggiandoli verso l'alto o verso il basso. Il brandeggio verso la parte alta dei tubi bollitori produce due effetti: 1) aumenta la velocità della vaporizzazione facendo crescere la portata di vapore; 2) aumenta la temperatura del vapore nel surriscaldatore e quindi l'energia a disposizione nelle turbine. Il brandeggio verso il basso al contrario diminuisce la portata del vapore e la sua temperatura. Questo intervento rapido è seguito da quello lento con la regolazione delle portate di combustibile e di aria.
VOLANO TERMICO: si chiama volano un organo meccanico (solitamente una ruota più o meno grande e pesante) in grado di assorbire energia quando essa è troppa per restituirla quando tende a mancare, con l'effetto globale di tendere ad uniformare il moto degli elementi collegati.
Si intende per volano termico la massa d'acqua presente nella caldaia, nel senso che, se essa è piccola, sono possibili grandi variazioni di energia (accelerazioni e decelerazioni); accade invece il contrario se essa è grande. L'importanza del volano è tecnicamente questa: se il volano termico è piccolo, bastano piccoli errori nella conduzione della combustione per determinare la rovina della macchina intera. Da ciò segue per esempio che con piccole masse d'acqua sarà utile avere un c.c.i. relativamente grande, in modo che, facendo affidamento sul naturale moto di scambio con il c.c.s. attraverso il tubo di troppo pieno, i tubi bollitori non rimangano mai vuoti. E' da qui che nasce la necessità che le macchine a piccola massa d'acqua, come sono spesso quelle monotubolari, talvolta prive addirittura di c.c.s., siano gestite da personale di alta competenza e professionalità.
VOLUME SPECIFICO: è una variabile dello stato fisico del vapore, con grandi escursioni a seconda della pressione e della temperatura. E' definito come "volume dell'unità di massa o di peso" ( [v] = [m3 / kgm] oppure [v] = [m3 / kgp]) e quindi è l'inverso del peso specifico (peso dell'unità di volume: [g] = [kgp / m3] ) oppure della densità (massa dell'unità di volume: [r] = [kgm / m3]). Per avere un'idea della sua variabilità basta ricordare che un litro d'acqua (cioè 1 kg) diventa 28.730 litri (cioè 28,730 m3) di vapore a 0,05 atmosfere (temperatura 32,5 °C) e 3,10 litri a 225 atmosfere (temperatura 374,0 °C).