19 agosto 2019

Ctm Ambiente, il "silenzio" delle caldaie di teleriscaldamento

4 aprile, 2013 - 13:05
A cura di: 
Luca Lanzini

Negli ultimi tempi, la maggior parte dei nuovi impianti di produzione di energia sono gli impianti di cogenerazione, in particolare per il teleriscaldamento. Essi sono costituiti dal cogeneratore vero e proprio, che in generale è un motore a combustione interna oppure più raramente una turbina  a gas, e da una o più caldaie di integrazione riserva. Il problema della rumorosità è ben presente nella progettazione e nell’installazione delle centrali di cogenerazione anche perché, per motivi evidenti, si trovano sempre piuttosto vicine ai centri abitati che costituiscono le utenze stesse del teleriscaldamento.

Tuttavia, mentre si adottano tutte le precauzioni per abbattere il rumore generato dal cogeneratore, spesso non ci si occupa abbastanza, o ci si occupa superficialmente, di abbattere il rumore proveniente dalle caldaie.
Queste ultime hanno una potenzialità elevata che va da circa 6 MW a oltre 15 MW. Gli elementi più rumorosi che possono essere percepiti all’esterno sono il bruciatore, con il suo ventilatore di aria comburente e il condotto fumi. Per il bruciatore e il ventilatore di aria comburente è piuttosto semplice eseguire una corretta attenuazione, è sufficiente predisporre degli adeguati setti afonici ad assorbimento all’ingresso delle prese dell’aria sia in prossimità del ventilatore che delle griglie di ingresso dell’aria nel locale della centrale.
Altro discorso è quello dell’abbattimento del rumore che fuoriesce dal condotto fumi. Qui le problematiche sono più complesse; ne elenchiamo alcune:

-    il rumore è caratterizzato dalle basse frequenze
-    i fumi sono generalmente ad alta temperatura
-    le perdite di carico devono essere molto limitate
-    il layout dell’impianto spesso non concede spazi adeguati per l’inserimento di silenziatori tradizionali     

Ultimamente è piuttosto frequente il caso in cui la causa delMontaggio di un silenziatore superamento del limite acustico ai recettori più sensibili non sia tanto dovuto al cogeneratore, quanto alle caldaie di integrazione e riserva. E in particolare al rumore a bassa frequenza che fuoriesce dal camino dei fumi. 

In figura 1 è illustrato lo spettro misurato in terzi di ottava all’interno del condotto fumi di una caldaia da 14 MW. Come si vede i valori sono molto elevati e la maggior parte dell’energia acustica è concentrata alle frequenze di 40 e 50 Hz.

Inoltre spesso sono presenti ai recettori le caratteristiche del “tono puro” che è giudicato particolarmente fastidioso, tanto è vero che comporta la penalizzazione, in caso di frequenze inferiori a 200 Hz e in ore notturne, di ben 6 dB(A) rispetto al rumore misurato. È facile comprendere quanto sia importante abbattere il rumore a bassa frequenza emesso dal condotto fumi delle caldaie per evitare che l’impianto venga fermato per il superamento dei limiti.  Quando purtroppo ciò accade si adottano di solito “soluzioni tampone”, spesso estemporanee, che raramente raggiungono un risultato soddisfacente se non a prezzo di modifiche importanti ai condotti dei fumi, di consistenti perdite di carico e costi elevati.

La CTM Ambiente ha messo a punto e sperimentato con successo un tipo di silenziatore adatto per i condotti fumi delle caldaie che ovvia a questo tipo di problemi in quanto concentra l’efficacia alle basse frequenze, le perdite di carico sono trascurabili e le modifiche al layout dell’impianto non sono significative.

Il silenziatore sfrutta i noti principi della risonanza acustica, ma a differenza dei silenziatori tradizionali, come ad esempio quelli utilizzati per i motori a combustione interna, non interviene a modificare il flusso dei fumi e non provoca quindi turbolenze e perdite di carico. Inoltre l’ingombro trasversale del silenziatore è di poco superiore a quello del condotto fumi stesso e può essere posizionato entro lo stesso cavedio o la stessa tralicciatura di sostegno dei condotti fumi senza modifiche sostanziali: in pratica il silenziatore reattivo sostituisce un tratto del condotto fumi avendone grosso modo le stesse dimensioni e peso.     

Figura 1 - Rumore condotto fumi

 

Best practice: il caso realizzato presso la centrale a cogenerazione di Rozzano (MI)

Nella centrale di cogenerazione di Rozzano sono state installate nel 2010 due caldaie a gas una da 11 MW e l’altra da 14 MW in aggiunta ad un impianto preesistente che era composto da 2 cogeneratori e da due caldaie più piccole.  Quando sono state messe in funzione le nuove caldaie la popolazione delle abitazioni circostanti, poste nel raggio di 100 m, ha manifestato un profondo disagio per via della rumorosità emessa che incrementava di oltre 12 dB(A) il rumore di fondo. 

Sono stati eseguiti alcuni interventi di bonifica acustica sulla ripresa dell’aria ed è stato inserito un silenziatore assorbitivo sui fumi, dopo di che il superamento del rumore di fondo è sceso a 6 dB(A): il rumore, dovuto ai fumi delle due nuove caldaie, era concentrato a 40 e 50 Hz  frequenze alle quali i silenziatori ad assorbimento sono scarsamente efficaci. CTM Ambiente ha quindi proposto di adottare per ciascuna delle caldaie un silenziatore a risonanza, o reattivo, che sfrutta il ben noto principio del risuonatore di Helmotz (Figura 2).

In questo caso il volume risuonante è costituito da una intercapedine fra il diametro del condotto fumi ed il diametro esterno del silenziatore. L’effetto risuonante si esplica attraverso una serie di aperture che mettono in comunicazione l’intercapedine con il condotto fumi vero e proprio: poiché i fumi non attraversano tali aperture le perdite di carico attraverso il silenziatore sono trascurabili.

CTM Ambiente ha sviluppato un programma di calcolo per la determinazione delle attenuazioni acustiche, già testato su applicazioni diverse, principalmente sui motori a combustione, e lo ha adattato alle esigenze della insonorizzazione delle caldaie. Mediante l’uso di tale programma sono stati determinati i parametri fondamentali per l’attenuazione sonora richiesta. Per ognuna delle caldaie sono stati quindi costruiti 3 moduli silenzianti sovrapposti, uno accordato a 40 Hz, un altro a 50 Hz e l’ultimo a 80 Hz. In tal modo si è coperto uno spettro sonoro ampio e  centrato sulle disturbanti fondamentali. I tre moduli sovrapposti hanno formato un silenziatore unico  di altezza 5 m che ha sostituito un tratto della tubazione originale. Il diametro del silenziatore è di soli 200 mm superiore a quello del condotto fumi originale così da poter sfruttare la struttura a traliccio di sostegno: diametro 1.400mm per la caldaia da 14 MW e 1.300 mm per quella da 11 MW. Nella foto (in alto a destra) si può vedere l’operazione di inserimento di uno dei silenziatori nello stesso traliccio di sostegno delle condotte preesistenti che non ha necessitato di alcuna modifica.

Figura 2 - Principio del misuratore di Helmotz

Le attenuazioni conseguite, per le due caldaie, sono state in linea con i calcoli teorici: nella figura 3 sono illustrati i risultati delle misure alla bocca dei due camini (grafici rossi e verdi) prima dell’intervento  (linea continua) e dopo l’intervento (linea tratteggiata).  Come previsto, lo spettro di attenuazione, particolarmente elevato a 40 e 50 Hz si estende anche a frequenze più alte, fino a 250 Hz e oltre. In prospettiva risulta quindi inutile utilizzare anche i silenziatori ad assorbimento che vengono previsti di default in molte applicazioni.

Il rumore misurato con le caldaie in funzione in prossimità delle abitazioni non mostra variazioni rispetto al rumore di fondo, il che ha permesso di risolvere la vertenza fra la proprietà e gestione dell’impianto di cogenerazione e la popolazione circostante.

La soluzione sperimentata con successo nella centrale di cogenerazione di Rozzano può essere adottata in sede preventiva: il suo basso impatto rispetto ai parametri di funzionamento delle caldaie, che come noto non permettono significative perdite di pressione allo sbocco e turbolenze nei condotti, e il suo limitato peso ed ingombro trasversale, che consente di non modificare il layout di centrale e sfruttare il tratto verticale della tubazione con la medesima struttura già prevista, può evitare l’insorgere di problematiche legate alla eccessiva rumorosità lato fumi delle caldaie negli impianti di teleriscaldamento. 


Figura 3 - misure acustiche


(Da "L'Industria Meccanica" n.684, marzo-aprile 2013)