1. Premessa

Nei quadri elettrici per ambienti industriali vengono comunemente installati sistemi per la prevenzione della formazione di condensa al loro interno, formazione riconducibile allo scambio termico derivante dalle variazioni della temperatura ambiente nel passaggio dal giorno alla notte e viceversa.

È noto che tutti gli involucri metallici, nel cambiamento di temperatura dall’interno all’esterno, subiscono un “Trasudamento” per capillarità che determina la creazione di aria fredda che si trasforma in condensa/acqua.

Per evitare questo fenomeno, i progettisti hanno da tempo impiegato dei sistemi semplici, ma funzionali, che impediscono la precipitazione della condensa sulle pareti degli involucri, utilizzando o vernici che trattengono tale fenomeno o sistemi di riscaldamento.

Per lo stesso motivo, anche nelle apparecchiature elettriche ed elettroniche per ambienti con pericolo di esplosione, serve adottare lo stesso criterio di prevenzione e, essendo queste apparecchiature in genere installate all’esterno di fabbricati, hanno una necessità maggiore rispetto a quelle installate all’interno di ambienti industriali.

2. I sistemi 

Nel processo di determinazione del metodo di prevenzione o protezione, esistono due tipologie di sistemi che possono essere riassunte in:

1. Sistema anticondensa (lo schema è rappresentato in assenza di tensione)

Questo sistema consiste essenzialmente in un generatore di calore “Resistenza”, dimensionato per garantire il mantenimento di una temperatura prefissata all’interno dell’involucro che si disinserisce al raggiungimento di una temperatura di sicurezza funzionale, al fine di evitare la formazione dello sgocciolamento delle lamiere all’interno dell’involucro stesso. In genere, tale sistema è composto da una resistenza corazzata e da un termostato differenziale con soglie di inserzione/disinserzione prefissate in fabbrica.

2. Sistema di preriscaldo (lo schema è rappresentato in assenza di tensione e predisposto per il funzionamento con temperatura negativa)

Dimensionare il preriscaldamento è una funzione variabile che si applica solo quando la temperatura ambiente è negativa (da -20°C sino a –60°C) e che il progettista dovrà considerare, anche se non espressamente richiesta dal cliente, in quanto necessario per il corretto funzionamento degli equipaggiamenti a temperatura negativa.

Tutti gli equipaggiamenti elettrici e elettronici sono costruiti per operare a precise condizioni climatiche che possono variare da costruttore a costruttore ma che di prassi vanno da -20°C a +40°C.

Quando la temperatura è negativa, si deve effettuare la verifica con i valori dichiarati dai costruttori e, se tale temperatura non rientrasse nel valore di progetto, si deve prevedere un sistema di preriscaldo al fine di garantire la piena funzionalità degli equipaggiamenti.

Questo sistema ha una funzionalità specifica, quella di garantire che gli equipaggiamenti all’interno dell’involucro non vengano fatti operare elettricamente se la temperatura interna è al di sotto della soglia minima funzionale dichiarata dal costruttore di tali equipaggiamenti.

In questo caso, pur essendo concettualmente concepito con le stesse componenti del primo caso, questo sistema ha la funzionalità di proteggere le apparecchiature in ambienti con temperature negative estreme (ad esempio -60°C tipico per zone artiche), quindi servirà prestare la massima attenzione nel dimensionamento. Il dimensionamento viene definito in base a otto parametri fondamentali quali:

1. Dimensioni interne del contenitore

2. Materiale del contenitore

3. Spessore del metallo

4. Materiale della coibentazione esterna (se prevista)

5. Coefficiente di conducibilità termica del materiale del contenitore

6. La temperatura ambiente limite

7. La temperatura minima funzionale degli equipaggiamenti posti all’interno dell’involucro

8. La scelta del “campo” di funzionamento (delta “t”)

I primi cinque parametri sono di primaria importanza in quanto sono quelli che di fatto determinano la capacità di dissipazione del materiale e, quindi, sono da prendere in considerazione nel modello di calcolo.

Il sesto parametro è la temperatura ambiente limite. In questo caso si intende la temperatura negativa massima, quindi al di sotto dello “Zero termico”, parametro che determinerà la grandezza elettrica da considerare per un corretto funzionamento degli equipaggiamenti interno all’involucro. 

Il settimo parametro è la temperatura minima funzionale degli equipaggiamenti. Altro parametro che riveste primaria importanza. In questo caso sarà cura ed onere del progettista la “raccolta” delle informazioni tecniche di ogni equipaggiamento che dovrà essere installato all’interno dell’involucro e, conseguentemente, la determinazione della temperatura minima funzionale, selezionando quella più critica (la più bassa), in accordo con le indicazioni tecniche funzionali date dal costruttore dell’equipaggiamento.

L’ottavo parametro è la scelta del campo di funzionamento. Un buon progettista sa che non necessariamente si deve attuare la funzionalità nel campo degli estremi ma bensì considerare un campo che garantisca la funzionalità ed il rispetto dei parametri minimi previsti dai costruttori degli equipaggiamenti. Infatti, di prassi si adotta il concetto di non permettere all’apparecchiatura di raggiungere la temperatura negativa estrema, che comporterebbe ovviamente di dover dimensionare il sistema dal minimo estremo al minimo funzionale, ma di porre un limite inferiore superiore, al fine di garantire il funzionamento ma di non dover surdimensionare tale sistema di protezione. Ad esempio, se la temperatura esterna sarà di -60°C e la temperatura minima funzionale degli equipaggiamenti è di -20°C, si adotta il criterio di inserire la resistenza di preriscaldo a partire da -5°C rispetto alla temperatura minima funzionale degli equipaggiamenti, facendo sì che il sistema debba operare nel campo di 5°C, ovvero da -25°C a -20°C, con un dispendio inferiore di energia.

Ovviamente questo sistema dovrà essere concepito in modo tale da garantire la funzionalità dell’apparecchiatura e dovrà essere disinserito dopo un “delta t” di temperatura, ad esempio 5°C sopra la soglia funzionale minima, al fine di evitare il parallelismo delle dissipazioni che non possono essere contemporanee. Questo può, infatti, causare il superamento della massima dissipazione ammissibile per l’apparecchiatura in funzione della classe di temperatura “T…” e della temperatura ambiente “Tamb…” che sono determinare nei parametri di certificato specifico per ogni apparecchiatura.

In base a tali dati, tramite specifico calcolo, saranno determinati il “delta t” in °C, il coefficiente di scambio globale, la potenza richiesta in Kcal e la potenza richiesta in Watt.

Ipotizzando che il “delta t” vada da -60°C a -35°C, si avrà un valore di “delta t” pari a 25°C, quindi si dovrà dimensionare il sistema di preriscaldo per tale valore di “delta t”, in modo da garantire l’operatività degli equipaggiamenti senza danneggiamenti permanenti.

Come si può notare dallo Schema sopra riportato, per poter garantire il funzionamento degli equipaggiamenti con una temperatura ambiente di – 60°C, sarà necessario inserire, a valle dell’interruttore generale di quadro, un contattore che, pilotato dal termostato differenziale –B, comanderà la chiusura ed apertura del contattore –K e conseguentemente l’inserzione e la disinserzione della resistenza di preriscaldo -R. Tramite l’interruttore –QB sarà tuttavia possibile, nel periodo estivo, escludere la resistenza di preriscaldo operando semplicemente sull’apertura dello stesso che, tramite un contatto ausiliario discorde, alimenta il contattore –K, permettendo così il funzionamento del quadro.

Cortem Group analizza, insieme all’ufficio tecnico dei suoi clienti, quali siano le necessità impiantistiche e quale delle tipologie di protezione sopra descritte possa essere la più congeniale al progetto specifico e, di conseguenza, adotta il modello funzionale più idoneo, sempre nel pieno rispetto dei parametri previsti nelle sue certificazioni. Gli esempi di applicazione schematica presentati non devono essere considerati come unici sistemi di applicazione. Sta come sempre al progettista dell’impianto la selezione e scelta funzionale del modello adottabile.

Concludiamo rammentando che tutte le attività finalizzate al dimensionamento elettro-meccanico, sono appannaggio del costruttore dei Quadri a prova di esplosione e che sono di sua responsabilità le analisi, i calcoli e il conseguente progetto esecutivo, apponendo di fatto la targa attestante la conformità alle normative di riferimento.