Sala prove caldaia per Immergas

Author(s):
A. Marchini - CATE
M. Landini - CATE
C. Zambrelli - IMMERGAS

Industry:
Consumer Goods

Products:
LabVIEW, CompactRIO

The Challenge:
Evolvere il campo del collaudo funzionale e (soprattutto) prestazionale di apparecchiature particolari come sono le caldaie. Fino ad oggi, questo aspetto dello sviluppo di una caldaia era demandato esclusivamente ai field-tests (o collaudi sul campo), cioè si installava il prodotto in casa di un volontario e se ne monitorava il funzionamento con grossolani strumenti.

The Solution:
L’infrastruttura utilizzata per risolvere i problemi legati all’ambiente ed al clima è concettualmente semplice: per simulare diversi ambienti (in diverse situazioni) si sono costruite stanze attrezzate con differenti tipi di impianti ed isolate termicamente dall’esterno attraverso un’intercapedine climatizzata così da poterne controllare la temperatura fino a –15°. Per un facile accesso alle caldaie in esame è stata progettata una parete attrezzata ad ospitare tutte le tipologie di interesse e gli strumenti utili alla rilevazione delle grandezze sensibili.

IMMERGAS, motivazioni dell’investimento:
• eseguire i test durante tutto il periodo dell’anno e non stagionalmente con conseguente riduzione del time-to-market;
• creare ambienti sperimentali in condizioni climatiche coerenti con le normative termotecniche;
• testare contemporaneamente più componenti anche tipologicamente diversi;
• simulare tutte le tipologie di impianti: termosifoni, pannelli radianti, ventilconvettori;
• modificare le condizioni climatiche per verificarne l’impatto negli ambienti controllati;
• monitorare le performance dei cronotermostati per migliorarne le prestazioni;
• monitorare il comportamento della caldaia e l’impatto sul comfort sia ambientale sia del circuito sanitario, ottenuto con pompa modulante IMMERGAS;
• individuare le grandezze utili alla determinazione della durata di vita della caldaia e di altri componenti;
• migliorare il comfort degli ambienti riscaldati da apparecchiature IMMERGAS.

Le limitazioni del field-test per una caldaia sono molteplici e di diverso impatto:

1) La stagionalità dell’utilizzo del riscaldamento
In luoghi temperati come il nostro non è affrontabile un utilizzo del riscaldamento ogni giorno dell’anno, viene quindi meno la possibilità di provare e monitorare la funzione di riscaldamento di una caldaia per tutta la durata dei mesi caldi.
Questo porta ad un sostanziale arresto dello sviluppo sperimentale del soggetto e ad un allungamento dei tempi di validazione/immissione nel mercato.

2) La scarsa accuratezza delle informazioni acquisite
La maggior parte degli impianti di riscaldamento sono di tipo tradizionale (a radiatori), risulta quindi difficile acquisire dati sensibili (e sufficienti) per affrontare un solido piano di ricerca e sviluppo nei nuovi tipi di impianto quali pannelli radianti a pavimento, a parete o a soffitto.
Questo rallenta l’adozione (e l’immissione sul mercato) di nuove tecnologie o il miglioramento delle esistenti, pregiudicando l’innovazione del produttore stesso.

3) La scarsa accuratezza delle informazioni acquisite
Non è possibile installare in ambienti domestici apparecchiature di alto profilo tecnologico (spesso di solo utilizzo industriale) e soprattutto non è possibile averne un controllo completo e continuato e con la possibilità di intervenire immediatamente per modificare il sistema secondo una nuova idea progettuale o per esasperare situazioni che il progettista ritiene di dover sperimentare particolarmente. Ne è sostenibile richiedere al “volontario” un determinato utilizzo della caldaia nelle varie funzionalità offerte.
Tutto questo limita la possibilità di analisi dei dati acquisiti, sia per la circostanzialità dell’ambiente che per l’effettiva precisione degli stessi. Solo i macro difetti verranno evidenziati in tempi brevi, mentre ogni inefficienza o limitato difetto sarà presumibilmente corretto dopo la commercializzazione.
Rimane quasi impossibile “tirare” il sistema in quelle condizioni limite che permetterebbero però di migliorarne l’efficienza e di meglio verificarne la durata.

4) L’inconsistenza dei risultati di comparazione per i punti sopraccitati
La caldaia è un elemento dalla sostituzione a lungo termine e l’impianto di riscaldamento viene difficilmente cambiato, risultano quindi inconsistenti (quando non impossibili) eventuali comparazioni dei dati acquisiti (mantenendo un aspetto costante: l’impianto o la caldaia).
L’analisi (prestazionale o di durata) è un importante strumento per raggiungere affidabilità e performance superiori, migliorando la vendibilità dei propri prodotti e l’immagine del produttore stesso.
E’ per rispondere a queste ed altre necessità che IMMERGAS SPA di Brescello ha deciso di realizzare questo progetto lavorando in sinergia con CATE SRL.

Grazie a queste soluzioni si è in grado di ricreare un ambiente esterno analogo (o prossimo) a quello utilizzato dai termotecnici per l’analisi e la progettazione di un impianto.
Nei punti critici del circuito (di riscaldamento e di prelievo sanitario) sono stati inseriti strumenti per la rilevazione e misurazione dei dati ritenuti sensibili dai termotecnici, in alcuni casi sono stati utilizzati componenti utilizzati all’interno delle caldaie stesse, così da testarne ulteriormente durata ed affidabilità.
Oltre alla verifica delle caldaie è nata l’esigenza di testare le prestazioni (ovvero il comfort percepito in stanza) dei cronotermostati prodotti.
In ogni stanza si è realizzato un quadro di collegamento per tutti gli apparecchi utilizzati a tale scopo, così da poter passare rapidamente e facilmente da un modello all’altro senza cambiare il resto (caldaia e circuito) oltre a poter eseguire commutazioni sui circuiti idraulici per modificare situazioni ambientali utili ai test.
Tutta questa mole di informazioni e condizionamenti deve essere coordinata, acquisita ed analizzata correttamente per poter essere sfruttata pienamente.
Per realizzare un sistema di acquisizione flessibile, affidabile e soprattutto fruibile si è deciso di utilizzare alcune tecnologie National Instruments, in particolare: CompactRIO per la parte hardware e LabVIEW per la parte software.
L’evidente decentralizzazione degli strumenti di acquisizione unita all’alta densità di informazioni recepite ha suggerito l’adozione di una struttura del sistema a stella.

Ogni CompactRIO (NI cRIO) ha il compito di gestire il suo “ambiente” e tutte le utenze relative secondo le impostazioni comunicate dal PC HOST, in particolare:
• acquisizione giornaliera delle temperature ambientali con caldaia controllata da un cronotermostato reale, simulato da cRIO oppure da una programmazione oraria ON/OFF;
• prelievo giornaliero programmato dell’acqua calda sanitaria attraverso 3 differenti metodologie: a portata fissa, ad apertura lineare oppure ad aperture/chiusure a gradino;

Attraverso le procedure di simulazione Real-Life implementate attraverso la programmazione software dei moduli cRIO si raggiungono gli obiettivi di flessibilità, controllo ed affidabilità dei dati irraggiungibili attraverso gli usuali collaudi sul campo.

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