Introduzione
I serbatoi di pressione trovano impiego in numerose applicazioni e si dividono in due categorie principali: non riscaldati e riscaldati. I serbatoi di pressione non riscaldati non sono esposti a combustione, come i cilindri per immersione e i serbatoi di stoccaggio del gas. I serbatoi di pressione riscaldati, invece, sono esposti a combustione, come le caldaie a tubi di fiamma e le caldaie a tubi d'acqua.
Il modello 3D di saVRee rappresenta un serbatoio di pressione non riscaldato progettato per l'uso in un sistema di aria compressa. In questo articolo, considereremo un serbatoio di pressione utilizzato in un sistema di aria compressa a 6-8 bar(g).
Perché sono necessari i serbatoi di pressione?
I serbatoi di pressione immagazzinano energia in modo simile a una batteria. Esistono diverse ragioni per accumulare energia nei serbatoi di pressione.
Fluttuazioni di Pressione del Sistema
Le richieste sul sistema possono variare e i serbatoi di pressione consentono di gestire queste variazioni senza interrompere il servizio. Ad esempio, se molti lavoratori in una fabbrica utilizzano strumenti pneumatici contemporaneamente, la domanda sul sistema di aria compressa aumenta rapidamente. Senza un serbatoio di pressione, la pressione nel sistema calerebbe rapidamente, causando possibili interruzioni in altre aree.
Scambiatore di Calore
L'aria compressa emessa da un compressore è calda. Immagazzinandola in un serbatoio di pressione, parte del calore viene trasferito all'aria circostante. La riduzione del calore comporta una diminuzione della pressione, migliorando l'efficienza complessiva del sistema.
Smorzatore
L'avvio e l'arresto dei compressori causano fluttuazioni di pressione, ma un serbatoio di pressione attenua queste variazioni, garantendo una pressione costante e stabile, più adatta ai consumatori finali.
Carico e Scarico dei Compressori
Qualsiasi fluttuazione di pressione nel sistema di aria compressa deve essere gestita dai compressori. Se la pressione è troppo bassa, un compressore si avvia per aumentare la pressione fino a ricevere un segnale di arresto. In un sistema piccolo senza serbatoio di pressione, il compressore si avvierebbe e fermerebbe frequentemente, un fenomeno noto come ciclo breve, che non è vantaggioso per il compressore.
Rimozione dell'Umidità
Nonostante l'uso di essiccatori per rimuovere l'umidità dopo la compressione, può verificarsi trasporto di umidità. Il raffreddamento all'interno del serbatoio di pressione favorisce la formazione di condensa, facilmente rimovibile tramite lo scarico della condensa.
Costruzione
Il serbatoio di pressione rappresentato dal modello 3D è di tipo standard; la scocca è cilindrica, mentre le estremità ('fondi') sono arrotondate. Una forma arrotondata senza angoli acuti assicura una distribuzione uniforme della pressione. Gli angoli o bordi acuti sono definiti 'concentratori di tensione' e dovrebbero essere evitati poiché indeboliscono la resistenza strutturale del serbatoio. Se il serbatoio non è fabbricato da un unico foglio di metallo, viene solitamente saldata, sebbene i serbatoi più vecchi fossero spesso rivettati.
Il serbatoio è solitamente costruito in acciaio. L'esterno è coperto da primer o vernice, mentre l'interno è spesso in acciaio nudo. Alcuni serbatoi hanno interni rivestiti in epossidico o resina per aumentarne la resistenza alla corrosione. I serbatoi in acciaio inossidabile sono rari, ma utilizzati in industrie che richiedono aria di alta purezza, come quelle mediche e dei semiconduttori.
Appendici
Diversi tubi di varie dimensioni sono collegati al serbatoio di pressione. I due tubi grandi sono per l'ingresso e lo scarico dell'aria compressa. I tubi più piccoli servono per il collegamento delle varie appendici necessarie per operare il serbatoio in modo efficiente e sicuro. Alcune appendici comuni sono elencate di seguito.
Manometro Locale
Un manometro montato direttamente sul serbatoio fornisce un'indicazione visiva locale della pressione. I manometri possono essere isolati dal serbatoio tramite una valvola, permettendo la loro sostituzione senza scaricare la pressione dall'intero serbatoio. Il manometro di tipo bourdon è il più comune oggi. I manometri su sistemi ad alta pressione dovrebbero avere vetro infrangibile come standard.
Interruttori di Pressione Differenziale
Questi interruttori gestiscono i segnali di avvio (cut-in) e arresto (cut-out) al compressore; sono comunemente chiamati interruttori 'delta P'. Gli interruttori Delta P sono anche utilizzati per impostare punti di allarme a pressioni specifiche, ad esempio una pressione elevata del serbatoio attiverà l'interruttore delta P e un allarme visivo e acustico.
Valvola di Sicurezza (SRV)
Le valvole di sicurezza (SRV) a molla sono ora standard su quasi tutti i serbatoi di pressione sopra una certa dimensione e pressione. È buona pratica montare la SRV direttamente sul serbatoio senza alcun mezzo di isolamento (valvola) tra la SRV e il serbatoio.
In passato, potevano essere utilizzate SRV a contrappeso e SRV a molla, ma le SRV a contrappeso sono ora cadute in disuso poiché meno affidabili del tipo a molla.
La tensione della molla della SRV è calcolata per mantenere la valvola chiusa fino al raggiungimento di una pressione specifica nel serbatoio, momento in cui la molla si comprime e la valvola si apre.
Valvola di Scarico della Condensa
Il punto più basso del serbatoio è dotato di uno scarico per rimuovere la condensa. È fondamentale rimuovere la condensa per prevenire la corrosione interna. Gli essiccatori rimuovono l'umidità dall'aria compressa prima che entri nel serbatoio, ma gli scarichi della condensa devono comunque essere installati e operati per garantire il corretto funzionamento dell'essiccatore. Esistono due metodi principali per scaricare la condensa dal serbatoio.
Il primo è la tradizionale valvola azionata manualmente, che deve essere aperta a intervalli programmati per scaricare la condensa. Questa soluzione è semplice ma dipende dal personale per l'esecuzione del compito, il che può portare a una frequenza insufficiente di apertura dello scarico.
Il secondo è uno scarico automatico della condensa, che scarica la condensa a intervalli programmati per un periodo di tempo impostato, ad esempio una volta al giorno per 30 secondi. Teoricamente, lo scarico automatico è l'opzione migliore, sebbene un guasto possa passare inosservato e la condensa accumularsi fino a quando il problema non viene rilevato.
Tappo Fusibile
Una SRV protegge il serbatoio dalla sovrapressione, mentre un tappo fusibile protegge dal surriscaldamento. Un incendio vicino al serbatoio aumenterebbe temperatura e pressione interne. Per prevenire un'esplosione, la lega fusibile nel tappo si scioglie, rilasciando la pressione.
Porte di Ispezione
Le porte di ispezione possono essere fori di vista, fori per le mani o boccaporti. Consentono al personale di visualizzare l'interno del serbatoio e di eseguire valutazioni delle condizioni. È anche possibile accedere all'interno per scopi di pulizia.
Manutenzione e Test
I requisiti di manutenzione e test sono solitamente stabiliti dalla legislazione locale. Ispezioni visive esterne e interne, esame della scocca e delle saldature, e test della SRV, dovrebbero essere condotti a intervalli programmati.
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Pressure_vessel
https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/pressure-vessel