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Dimensionamento della tracciatura elettrica

Dimensionamento della tracciatura elettrica

Tutte le problematiche per cui è richiesta la tracciatura elettrica si possono dividere in due categorie principali:

  • Mantenimento a temperatura: quando il cavo scaldante viene utilizzato per evitare il raffreddamento del prodotto che arriva già caldo nelle tubazioni o nei serbatoi
  • Riscaldamento: quando il cavo scaldante viene utilizzato per aumentare la temperatura del prodotto che arriva freddo nelle tubazioni o nei serbatoi

Nel caso del mantenimento a temperatura è sufficiente calcolare le dispersioni termiche della tubazione o del serbatoio e scegliere il cavo scaldante che fornisca la giusta quantità di calore per pareggiare queste dispersioni.
Nel caso del riscaldamento, invece, bisogna calcolare anche il fabbisogno energetico per poter innalzare la temperatura del prodotto nel tempo desiderato.
Qui di seguito le principali formule di calcolo della termodinamica per il dimensionamento termico della tracciatura elettrica

Mantenimento a temperatura di tubazioni isolate termicamente

Per determinare la potenza specifica (in W/m di tubazione) necessaria per il mantenimento alla temperatura richiesta si può utilizzare la seguente formula: Wm = 2,75 x K x (Tm – Ta) / E x log x (D + 2s / D)

dove:
  • Wm = potenza in watt/m necessaria per compensare le perdite su una tubazione
  • K = conducibilità termica del coibente (W/m °C)
  • D = diametro esterno della tubazione (mm)
  • s = spessore del coibente (mm)
  • Tm = temperatura da mantenere (°C)
  • Ta = temperatura minima ambiente (°C)
  • E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Riscaldamento di tubazioni isolate termicamente

La potenza necessaria per elevare la temperatura del fluido contenuto nelle tubazione si determina con la seguente formula: WrT = (P x S + C x Q) / E x H x ΔT + 2/3 WmT

dove:
  • WrT = potenza in watt/m necessaria per il riscaldamento pari a ΔT lungo la tubazione
  • WmT = potenza in watt/m necessaria per compensare le perdite su una tubazione
  • P = peso unitario della tubazione vuota (kg/m)
  • S = calore specifico del materiale costituente la tubazione (Wh/kg °C)
  • C = peso unitario del fluido contenuto nella tubazione (kg/m)
  • Q = calore specifico del fluido contenuto nella tubazione (Wh/kg °C)
  • ΔT = salto termico tra la temperatura iniziale e la temperatura di arrivo (°C)
  • H = tempo di riscaldamento (h)
  • E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Mantenimento a temperatura di serbatoi isolati termicamente

La potenza totale necessaria per compensare le perdite di calore attraverso il coibente si ottiene mediante la formula: WmS = A x K x (Tm – Ta) / S x E

dove:
  • WmS = potenza totale necessaria per compensare le perdite su un serbatoio
  • A = superficie totale del serbatoio (m2)
  • K = conducibilità termica del coibente (W/m °C)
  • Tm = temperatura da mantenere (°C)
  • Ta = temperatura minima ambiente (°C)
  • S = spessore del coibente (mm)
  • E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Riscaldamento di serbatoi isolati termicamente

La potenza totale per elevare la temperatura del prodotto contenuto nel serbatoio si determina con la seguente formula: WrS = (P x S + C x Q) / E x H x ΔT + 2/3 WmS

dove:
  • WrS = potenza totale necessaria per effettuare il riscaldamento (W), pari a ΔT, per il volume totale del serbatoio
  • WmS = potenza totale necessaria per compensare le perdite su un serbatoio (W)
  • P = peso del prodotto contenuto nel serbatoio (kg)
  • S = calore specifico del prodotto contenuto nel serbatoio (Wh/kg °C)
  • C = peso del serbatoio vuoto (kg)
  • Q = calore specifico del materiale costituente il serbatoio (Wh/kg °C)
  • ΔT = salto termico tra la temperatura iniziale e la temperatura di arrivo (°C)
  • H = tempo di riscaldamento (h)
  • E = fattore di efficienza (normalmente 0,8)

Mantenimento a temperatura di tubazioni e serbatoi non isolati termicamente

Nel caso che la tubazione (o il serbatoio) non sia isolata termicamente, la potenza necessaria (W) per compensare le dispersioni di calore è proporzionale:

  • alla superficie di scambio S, cioè alla superficie esterna della tubazione (m2/m) o del serbatoio (m2);
  • al coefficiente di scambio termico K fra la superficie esterna della tubazione o del serbatoio (Wh/m2) e l’ambiente. In condizioni normali il valore di K è normalmente uguale a 11÷13;
  • alla differenza fra la temperatura di mantenimento (Tm) e quella ambiente (Ta).

Con approssimazione si può pertanto indicare la seguente formula sperimentale: Wm = K · S (tm – ta)

Dove Wm è espresso in W/m per le tubazioni e in W per i serbatoi

Attenzione: come si può rilevare dalle formule di cui sopra, quando le tubazioni e i serbatoi non sono isolati termicamente la potenza necessaria risulta molto elevata, pertanto un sistema di tracciatura elettrica senza coibentazione non risulta vantaggioso né dal punto di vista energetico né dal punto di vista economico

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