TERMOREGOLAZIONE
TERMOREGOLAZIONE (XXXIII, p. 600)
Termoregolazione nell'industria. - La termoregolazione nell'industria ha lo scopo di mantenere automaticamente costante la temperatura di determinati ambienti (forni, celle frigorifere, case d'abitazione, serre, termostati per usi scientifici, bagni per reazioni chimiche, riscaldatori d'acqua per scaldabagni o cucine, incubatrici, ecc.).
Lo scopo si raggiunge agendo sull'organo che produce il riscaldamento (od il raffreddamento) dell'ambiente che dev'essere mantenuto a temperatura costante mediante un organo meccanico (termostato); questo deve risentire le variazioni di temperatura del locale e provocare in conseguenza, per compensarle, il movimento degli organi di regolazione della sorgente riscaldante, in particolare della valvola regolatrice di afflusso del fluido scaldante.
Questo funzionamento schematico viene perfezionato suddividendo l'organo regolatore in due: il termostato, che deve essere sensibile alle minime variazioni di temperatura ed il più possibile pronto, installato nel locale; ed il servomotore, collegato in vicinanza della valvola regolatrice. I due organi sono collegati da una linea elettrica o da una trasmissione meccanica o pneumatica.
L'elemento termostatico, apparecchio delicato e di scarsa potenza, può limitarsi a chiudere od aprire un contatto elettrico; il servomotore, che attinge energia da una rete elettrica locale, è costituito da un motorino che può comandare la valvola in un senso o nell'altro, secondo la posizione del commutatore comandato dal termostato, restando fermo quando la temperatura del locale ha il valore esatto. La manovra del servomotore (detto pure valvola motorizzata) può avvenire anche con comando pneumatico od idraulico, azionato da un piccolo compressore, o con altri sistemi.
Il servomotore può agire su valvole di strozzamento del vapore di riscaldamento, dì acqua calda, di fluidi refrigeranti provenienti da impianti frigoriferi, secondo i casi; può anche essere impiegato allo scopo di provocare la parziale inserzione o disinserzione di un reostato di regolazione della corrente elettrica nel caso che il riscaldamento sia elettrico, e così via.
Un tipo semplice di elemento termostatico è costituito da un comune termometro a mercurio con un contatto metallico interno al tubo capillare ed un altro nel bulbo, in modo da chiudere il circuito elettrico del servomotore solo quando si raggiunge una data temperatura e riaprirlo se la temperatura discende. Con due contatti nel capillare si possono realizzare manovre più complesse tra una temperatura massima ed una minima.
Nella fig. 1 è indicato un altro tipo di termostato: la spirale bimetallica A, sensibile alle variazioni di temperatura ambiente, è incastrata ad un estremo B e porta all'altro estremo un'ampolla tubolare C, contenente del mercurio ed avente alle due estemità due contatti metallici incastrati nel vetro. Quando l'ampolla è orizzontale il mercurio chiude il circuito elettrico tra i due contatti, se invece essa è inclinata il circuito è interrotto. Si può modificare a volontà la temperatura di scatto automatico del termoregolatore spostando a mano avanti o indietro il disco girevole B in cui si incastra l'estremità fissa della spirale bimetallica. Questo disco può portare una scala incisa al contorno, scorrevole di fronte all'indice fisso, per indicare le temperature a cui avverrà lo scatto automatico.
Un altro tipo di termoregolatore per comandare una valvola motorizzata è schematicamente indicato nella fig. 2: S è una spirale bimetallica incastrata ad un estremo ed avente l'altro estremo collegato ad un indice, girevole come la lancetta di un orologio, che fornisce sopra un quadrante la lettura diretta delle temperature; sullo stesso quadrante sono fissati due contatti metallici A e B contro i quali urterà l'indice girevole quando la temperatura aumenta o diminuisce oltre dati limiti, regolabili a volontà se si spostano i contatti stessi. Si approfitta del contatto A per provocare la rotazione della valvola motorizzata in un senso, del contatto B per provocare la rotazione in senso opposto; quando la temperatura è stabile al valore desiderato l'indice non tocca i contatti e la valvola motorizzata è ferma.
Un inconveniente che si presenta nella termoregolazione è l'inerzia termica delle pareti degli ambienti e la massa notevole di liquidi adoperati per il riscaldamento o il raffreddamento. Per es., quando un impianto di riscaldamento a termosifone è in fase di avviamento, il termoregolatore ha provveduto ad aprire completamente le valvole di ammissione del fluido caldo, quindi circola nelle tubazioni e nei radiatori una grande quantità d'acqua calda, più di quella necessaria a regime, appunto per render più rapido il raggiungimento del regime 1iormale.
La temperatura ambiente sale lentamente. Raggiunto il valore normale scatta il termoregolatore, onde si strozza parzialmente la circolazione d'acqua, ma la temperatura ambiente continua ancora a crescere, sempre più lentamente, a causa della trasmissione di calore dall'acqua già introdotta nei radiatori. Intanto il termoregolatore continua a ostacolare la circolazione dell'acqua ed esagera, quindi, nella sua funzione regolatrice. In conseguenza la temperatura ambiente, sia pure con ritardo, comincia a discendere, ed il regolatore, appena la temperatura sarà discesa al disotto di quella desiderata, comanderà l'apertura graduale della valvola. Naturalmente anche in questa regolazione opposta la sua azione verrà esageratamente prolungata, in modo da provocare successivamente un nuovo strozzamento della valvola, ecc. Si rimedia a questa manovra pendolare con un periodico, automatico distacco del termoregolatore sensibile dal servomotore, in modo che il funzionamento del servomotore avvenga per brevi periodi separati tra loro da lunghe soste. Così l'azione del regolatore avviene a gradini successivi tutti nello stesso senso: ogni volta che il servomotore risulta inserito nel circuito agisce solo nel senso opportuno, ed una volta raggiunta la temperatura di regime il regolatore, pur inserito nel circuito, non darà alcun comando ulteriore alla valvola od all'organo da governare.
Possiamo accennare infine alla regolazione centralizzata, che si adotta in grandi centrali di riscaldamento a vapore o ad acqua surriscaldata, ove il fluido ad alta pressione ed alta temperatura viene distribuito, mediante tubazioni sotterranee, ai singoli impianti di riscaldamento locali, p. es. termosifoni per singole palazzine o padiglioni ospedalieri. Questi impianti locali hanno come sorgente centrale uno scambiatore di calore (o trasformatore) che utilizza il calore ceduto dal vapore (o acqua surriscaldata) del circuito primario per riscaldare l'acqua del circuito secondario di termosifone. In fig. 3 AB è la tubazione primaria, R il serpentino di riscaldamento dell'acqua, CD sono gli attacchi della rete secondaria. Un termostato T introdotto nell'acqua di questo scambiatore comanda automaticamente a mezzo della valvola motorizzata V la quantità di vapore primario che dovrà circolare nel serpentino di riscaldamento in conseguenza delle variazioni di richiesta di energia da parte dei singoli utenti. Ma potrà convenire di sovrapporre a questo meccanismo automatico locale una regolazione generale di tutta la rete, allo scopo di adeguare la potenza di tutti i singoli impianti alle variazioni della temperatura atmosferica. Ed allora dalla centrale di riscaldamento si possono modificare a distanza i limiti di temperatura di scatto del termostato T provocando la trasmissione di impulsi lungo la linea elettrica L allo scopo di provocare la rotazione a scatti di un grado o di mezzo grado alla volta del disco che sposta i contatti fissi del termoregolatore (contatti A e B della fig. 2).
Con questo mezzo alla regolazione fondamentale comandata dalla temperatura dell'acqua si sovrappone una regolazione più ristretta che può essere eventualmente comandata automaticamente da altri termostati.
Quest'ultimo sistema si presta a molte varianti per raggiungere gli scopi più differenti. Per es. si può affidare la grossa regolazione ad un termostato che segua la temperatura esterna (atmosfera) fortemente variabile nelle varie ore del giorno, ed affidare al termostato ambiente la eventuale rettifica in più o in meno dei limiti di taratura dell'altro termostato. Essendo in tal modo limitato il campo d'azione di questa seconda regolazione, è difficile che si manifesti l'oscillazione pendolare anzidetta.
Si può ancora applicare anche nella termoregolazione il principio dell'asservimento, largamente adottato nei regolatori di velocità delle macchine motrici, facendo agire la quantità regolata sull'organo regolatore in senso tale da smorzare la manovra provocata, e ciò sempre allo scopo di non prolungare eccessivamente l'azione del regolatore. Supponiamo, p. es., che la regolazione del riscaldamento sia affidata ad una valvola miscelatrice di acqua calda e fredda obbediente al termostato ambiente. Se l'aria ambiente si va raffreddando il termostato fa affluire acqua più calda ai radiatori. Se questo afflusso d'acqua calda agisce in qualche modo sullo stesso termostato ambiente, questo potrà tempestivamente preparare l'operazione inversa, cioè la chiusura graduale della valvola miscelatrice, senza attendere che l'effetto della precedente apertura sia segnalato dal definitivo aumento della temperatura ambiente, inevitabilmente lento. Si comprende che sulla efficacia e regolarità di questo funzionamento automatico influisce la dosatura di questo asservimento: è chiaro quindi che gli organi da impiegare riescano tanto più complessi e costosi quanto più si esige dalla regolazione.
Mentre in Italia, ove la manodopera abbonda, la termoregolazione automatica è poco diffusa, negli S. U., ove invece abbondano i capitali, si tende ad automatizzare all'eccesso, risparmiando manodopera costosa. Oltre alle caldaie ed ai forni alimentati a nafta e regolati automaticamente, vi sono impianti di riscaldamento e di condizionamento di edifici affidati completamente ai termostati, i quali provvedono addirittura senza interventi esterni al passaggio dal riscaldamento invernale (a nafta) alla refrigerazione estiva (elettrica) e viceversa, quando la temperatura ambiente lo richieda.