STRUMENTAZIONE E APPARECCHI ELETTRICI - QUARTA PARTE

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10/08/2015 01:11 #3684 da mandala
mandala ha creato la discussione STRUMENTAZIONE E APPARECCHI ELETTRICI - QUARTA PARTE
Passiamo ora all' impianto elettrico vero e proprio.

- CAVI ELETTRICI
Usare preferibilmente cavi stagnati (si riconoscono per il colore bianco brillante invece che rosso), con guaina resistente agli idrocarburi.
I comuni cavi per uso civile non vanno bene: col tempo, esposti all' ambiente salino, si ossidano (spelandoli si presentano neri) e diventano pericolosi: l' ossidazione provoca la riduzione della sezione ed a questo punto cominciano a scaldare: si comportano come una resistenza e sono la principale causa di incendio.
I cavi consigliati sono marchiati esternamente sulla guaina, sono generalmente di produzione USA e riportano, tra l' altro,la sigla "AWG-xx" (in cui xx rappresenta la sezione (riferirsi alle apposite tabelle per la conversione in mm quadrati), oltre a scritte varie riferite alla classe di isolamento (IPxx), resistenza agli idrocarburi e classe di infiammabilità.
Per la scelta della sezione riferirsi alle apposite tabelle: la scelta va fatta in funzione, oltre che alla corrente massima in A prevista alla lunghezza del cavo (lunghezza totale, sommando il positivo al negativo!). La scelta di un cavo a sezione più grande darà più sicurezza (ed un costo maggiore), mentre un cavo troppo piccolo produce perdite di tensione e riscaldamento del cavo stesso.
I terminali vanno scelti in base alla sezione del cavo (ROSSO per i più piccoli, BLU intermedi, GIALLO i più grandi) crimpati utilizzando utensili professionali (le semplici pinze normalmente a corredo dei kit non vanno bene). Una volta crimpato, tirare con forza il terminale per assicurarsi di aver fatto un buon lavoro: se si sfila ricominciare con un nuovo terminale (magari utilizzando la taglia più piccola).
La semplice crimpatura non sempre garantisce un buon contatto di lunga durata e non c' è cosa più antipatica della ricerca del guasto dovuto ad un contatto intermittente! Non a caso gli elettricisti chiamati per risolvere tali problemi, per risparmiare tempo, preferiscono installare una nuova linea! Malauguratamente, sempre per la stessa ragione, omettono di asportare i vecchi cavi (limitandosiba tagliarne l' estremità) per cui, su barche un po' datate, non è raro imbattersi in cavi abbandonati di cui non si capisce la funzione.
Personalmente preferisco saldare a stagno i terminali e procedo cosi': asporto l' isolante dal terminale, crimpo e procedo alla saldatura a stagno (con saldatore elettrico per i più piccoli, con torcia a gas di dimensione adeguata per i più grandi), poi procedo all' isolamento con guaina termorestringente. Per una corretta saldatura lo stagno deve fondere a contatto delle parti da saldare e NON del saldatore! Per i cavi più grossi (batterie) utilizzare terminali a saldare (presentano un piccolo foro dal lato opposto a quello in cui si inserisce il cavo); se non li trovate praticatevi un foro di 2,5 mm.
Evitare, per quanto possibile, i terminali tipo Faston (salvo che per la connessione di apparecchi provvisti di questo terminale). Per le derivazioni utilizzate le apposite barre munite di viti per terminale ad occhiello (preferibile) o a forchetta. Del tutto sconsigliati i connettori tipo Mammuth: viti e connettori si ossidano in fretta! Per gli apparecchi muniti di morsettiera in cui va inserito direttamente il cavo utilizzate terminali cilidrici od almeno stagnate l' estremità spelata del cavo.

- IMPIANTO ELETTRICO A 12V O A 24V?
Solitamente le barche fino a 45' sono fornite di impianto a 12V. I 24V sono utilizzati per quelle di dimensioni maggiori.
Il vantaggio dell' impianto a 24V è che consente l' uso di cavi con sezione pari alla metà rispetto a quello a 12V a parità di potenza assorbita: W=VxA. 120W a 12V richiedono 10A; 120W a 24V richiedono 5A.
La capacità delle batterie richeste è la stessa: 2 batterie da 12V da 150 Ah ciascuna collegate in parallelo (impianto a 12V) forniscono 3600Wh [(150Ah + 150Wh) x 12V = 3600Wh]; le stesse batterie collegate in serie sempre 3600Wh [150Ah x (12V + 12V) = 3600Wh].
Passare da 12V a 24V è relativamente semplice e tecnicamente possibile, ma sconsigliabile a meno che non si tratti di una vecchia imbarcazione da rimettere a nuovo. Se la barca dispone di 2 batterie servizi basta connetterle in serie: i cavi elettrici risulteranno surdimensionati, ma bisognerà sostituire tutto cio' che non è previsto per funzionamento multivoltaggio (in particolare compressore frigorifero, lampadine, tutti inmotori elettrici...), aggiungere una batteria per l' avviamento motore (da mettere in serie a quella esistente), cambiare tutto il sistema di ricarica batterie (alternatore, caricabatterie....).
Tenere presente che i costi di manutenzione risultano maggiori per gli impianti a 24V, in quanto i ricambi costano più cari (per la minore produzione) e di più difficile reperibilità.
L' eventuale passaggio da 24V a 12V è praticamente impossibile in quanto richiederebbe il rifacimento completo dell' impianto elettrico.

- BATTERIE 1 - DIMENSIONAMENTO
Ormai quasi tutte le barche sono munite di almeno due batterie (una dedicata al motore, la/le altre per i servizi).
Per la batteria avviamento motore riferirsi al manuale motore.
Per le batterie servizi occorre un accurato calcolo dell' assorbimento massimo (in Ampère) di TUTTE le utenze di bordo (escluse quelle utilizzabili esclusivamente a motore in moto [salpaancore, propulsore di prua, luce navigazione motore]) e moltiplicare i singoli assorbimenti per il numero massimo di ore prevedibili di funzionamento. Ad es. il frigorifero consuma tipicamente 6 A (8 A per i modelli provvisti di accumulatore e relativo controllo elettronico) ed il compressore funziona per un tempo variabile tra il 30% ed il 50% (dipende dalla temperatura esterna e dalla qualità dell' isolamento della cella): 6A x 12h (24/2)= 72Ah; il laptop assorbe 3A e, se viene utilizzato come chartplotter per la navigazione, lavora 24h (una volta arrivati a destinazione viene utilizzato per Internet): 3A x 24h = 72Ah, ecc....
Se è il caso misurare i singoli assorbimenti utilizzando un tester in modalità Ampère inserito in serie sull' alimentazione.
Sommando il tutto si ottiene il consumo giornaliero in Ah.
La capacità delle batterie dovrebbe consentire almeno 24h di autonomia senza nessun tipo di ricarica (meglio 48h) e si ottiene moltiplicando il consumo giornaliero per 2 (24h di autonomia) o per 4 (48h di autonomia).
Questo poichè la capacità nominale delle batterie va divisa a metà: è espressa per una batteria completamente carica portata alla scarica completa in determinate modalità (assorbimento costante in un numero determinato di ore). Nella pratica non si raggiunge la carica massima (superando anche di poco tale limite si danneggerebbe la batteria) e molti utilizzatori smettono di funzionare se la tensione scende al di sotto dei 12V (tensione alla quale la batteria è da considerare completamente scarica: continuando ad utilizzarla potrebbe danneggiarsi e ne ridurrebbe comunque la vita).

- BATTERIE 2 - SCELTA DEL TIPO
Quasi tutte le batterie finora utilizzate usano la tecnologia piombo/acido (o lega di piombo-antimonio/acido su alcuni modelli); ma presentano alcune differenze costruttive (e prezzi diversi). La durata non può'essere che indicativa: a parte la fortuna di trovare una batteria quasi eterna, molto dipende dalle condizioni di utilizzo ed una batteria sottoposta a frequenti scariche profonde avrà una vita limitata.
Più la tecnica costruttiva è elevata (e per conseguenza durata ed affidabilità) , più salgono i prezzi.
Tutte le batterie soffrono, con i cicli di ricarica, di una riduzione di capacità: talvolta occorre sostituirle prima del collasso totale.
Quando occorre sostituire una batteria servizi bisogna sostituire l' intero parco: mai mettere in parallelo batterie vecchie e nuove!
Quando si dispone di più batterie servizi bisogna utilizzarle tutte in parallelo contemporaneamente: l' inserzione in parallelo di una batteria completamente carica con una anche solo parzialmente scarica può danneggiarle entrambe!
Se si lascia l' imbarcazione per lunghi periodi con le batterie disconnesse senza un adeguato sistema di ricarica, occorre procedere ad una ricarica completa prima di connetterle in parallelo.

a) Batterie a bassa manutenzione.
Sono del tipo automobilistico, le più economiche. Possono essere usate per l' avviamento, sconsigliate per i servizi. Necessitano di sporadici controlli del livello dell' elettrolita ed eventuale rabbocco con acqua distillata. Raramente raggiungono i 2 anni di vita.

b) Batterie senza manutenzione.
Analoghe alle precedenti, leggermente più care. Sono dotate di un primordiale indicatore di carica ottico che cambia colore, posizionato su una sola cella (l' indicatore puo' essere verde, ma la batteria puo' essere inservibile). Durata superiore alle precedenti.

c) Batterie per Kart elettrici (tipo Trojan).
Disponibili solo moduli 6V (ne occorrono 2 in serie per 12V, 4 per 24V). Concepite per una scarica profonda. Adatte per i servizi possono essere usate anche per l' avviamento. Richiedono un frequente controllo e rabbocco del livello dell' elettrolita (almeno settimanale). Possono arrivare a 5 anni di vita. Prezzo in crescita rispetto alle precedenti.

d) Batterie per carrelli elevatori industriali (muletti).
Le cito per onor di cronaca, in quanto, a mia conoscenza, non vengono usate nella nautica. Consistono in singole celle da 2V e sono concepite per un uso industriale. Caratteristiche analoghe alle precedenti, ma più robuste. E' possibile la sostituzione della singola cella eventualmente guasta, ma occorre farlo con una della stessa marca e modello e per una barca avere il ricambio in tempi brevi non è facile. Durata elevata ma molto pesanti.

e) Batterie AGM.
Gli elettrodi sono avvolti da lana di vetro, che riempie tutto lo spazio della cella, imbevuta di acido solforico puro. Sono sigillate e non necessitano di manutenzione. Non si possono verificare perdite di elettrolita in caso di rottura dell' involucro. Adatte a scariche profonde, non utilizzabili per l' avviamento se non in casi di emergenza. Per la ricarica occorre commutare il caricabatterie in posizione AGM. Affidabili e di lunga durata. Costo proporzionale.

f) Batterie GEL.
Analoghe alle precedenti, ma questa volta l' elettrolita è un gel acido. In seguito a scarica completa il gel puo' solidificarsi ed occorrono particolari precauzioni per tentare una ricarica, a batteria sbarcata, pena il rischio di esplosione. Commutare il caricabatterie in posizione GEL. Caratteristiche e costi come le AGM.

- BATTERIE LiFePO4.
Meritano un discorso a parte. Si tratta dell' ultima generazione di batterie, nate per l'uso su auto elettriche.
Decisamente più compatte e leggere delle batterie al piombo. Si presentano in moduli da 3,2V, disponibili in un' ampia gamma di capacità: ne occorrono 4 per sostituire una batteria da 12V.
I vantaggi sono parecchi: forniscono una tensione quasi costante fino alla scarica completa (praticamente la capacità disponibile è pari all' 85% di quella nominale (ad es. una batteria da 100Ah di questo tipo puo' tranquillamente sostituirne una tradizionale da 150Ah); possono sopportare scariche violente (di picco fino a 12 volte la capacità nominale); grazie alla bassissima resistenza interna possono tollerare cariche rapidissime: ricarica completa in 20' (ammesso di possedere un caricabatterie di una tale potenza); possono sopportare sovratensioni di carica fino a 3,6V; sopportano più di 2000 cicli di ricarica (da batteria scaricata all' 80%); quasi assente la perdita di capacità con l' invecchiamento; autoscarica inferiore al 3%/mese.
L' unico svantaggio è rappresentato dal prezzo d' acquisto iniziale, decisamente alto, ma che si ammortizza nel corso degli anni.



Ora che abbiamo stabilito la capacità del nostro parco batterie (in base ai calcoli) ed il tipo (in base al proprio buget) affrontiamo il problema della ricarica.
Le batterie (in realtà bisognerebbe chiamarle accumulatori) sono come dei serbatoi che devono essere riforniti!
In base al tipo di navigazione e di soggiorno che vogliamo affrontare vediamo di scegliere e dimensionare i sistemi di ricarica. Tutti i sistemi possono funzionare contemporaneamente, salvo il caricabatterie.
Tutti i sistemi di ricarica, salvo l' alternatore, devono essere connessi direttamente alle sole batterie servizi; la batteria motore va connessa, tramite un diodo di potenza munito di dissipatore di calore, in modo da conservarne la carica.

- CARICABATTERIE
I caricabatterie recenti sono multitensione/multifrequenza a stato solido: predisposti per tutti i tipi di batterie, leggeri, affidabili e disponibili in una vasta gamma di potenza (a costi esponenziali).
Per i puristi della linea della barca, che non vogliono "sporcare"con l' aggiunta di pannelli o generatori eolici è quasi il solo sistema di ricarica, se non si affrontano navigazioni più lunghe di 24 ore e poi si va in porto. Va dimensionato in funzione della capacità delle batterie: deve garantire la completa ricarica nell' arco di una notte più i normali consumi, indicativamente della potenza di 1/10 della capacità totale nominale delle batterie (40A se le batterie non superano i 400Ah).
Per gli amanti delle lunghe navigazioni e dei soggiorni all' ancora il caricabatteria è quasi un optional: un piccolo 10A è più che sufficiente per mantenere a piena carica le batterie quando si lascia la barca in porto. Lo stesso vale per coloro che soggiornano sempre in porto e navigano raramente: 10A sono più che sufficienti a soddisfare i normali consumi a terra e a mantenere le batterie al massimo della carica.
E' buona norma inserire un interruttore bipolare sulla linea 12V cc (possibilmente abbinato, con una delle apposite barrette, con il magnetotermico di accensione) in modo di evitare che venga danneggiato dalla corrente prodotta dall' alternatore.
Inserire sempre un fusibile adeguato sul cavo positivo 12V.

- ALTERNATORE
Generalmente l' alternatore montato di serie sul motore è insufficiente.
Pur producendo corrente al regime di rotazione minimo, raggiunge la potenza nominale solo al massimo dei giri del motore. Qualora si intenda utilizzarlo come sola fonte di energia per la ricarica dovrebbe avere la potenza nominale delle batterie, in modo da garantire la completa ricarica in un' ora o poco più. Se risulta troppo ingombrante si puo' tentare di installarne 2.
Per mantenare i banchi batterie separati elettricamente usate l' apposito ripartitore adeguato alla potenza dell' alternatore: è composto da un dissipatore di calore in alluminio anodizzato nero su cui sono montati 2 o più diodi di potenza (1 per batteria); è facilmente autocostruibile reperendo i componenti presso un negozio di componenti elettronici e facendovi consigliare per il dimensionamento del dissipatore; si collega il cavo proveniente dall' alternatore al dissipatore e si saldano le uscite dei diodi ai cavi che vanno alle batterie.
Attenzione: sul dissipatore, quando il motore è in moto, è presente la corrente positiva, pertanto occorre fissarlo in una posizione possibilmente ventilata (si può eventualmente aggiungere un microventilatore) al riparo di ogni accidentale contatto con parti connesse al negativo delle batterie!

- PANNELLI SOLARI.
Ne esiste una vasta gamma di dimensioni, tipi (rigidi, semirigidi, arrotolabili), monocristallini (i più diffusi) o policristallini (più performanti ma decisamentepiù cari).
Un calcolo empirico ma valido della potenza effettivamente erogata è trovare sul data sheet del pannello la corrente massima (espressa in A), dividerla per 2 e moltiplcarla per 8 (in media le ore in cui il pannello è illuminato dal sole con un angolo sufficiente): il risultato è la produzione media giornaliera in Ah di quel dato pannello. Dimensioni e numero dei pannelli sono in funzione dei vostri consumi.
Tutti i pannelli possono essere collegati in parallelo (anche se di forma e marca diversi) e vanno connessi alle batterie tramite un regolatore di tensione in grado di supportare la somma delle correnti massime teoriche dei pannelli.
Inserire tra l' uscita positiva del regolatore e la batteria un fusibile in grado di supportare la corrente massima erogabile dai pannelli.

- GENERATORI EOLICI
Ne esiste in commercio una bella quantità di modelli: a 3 o 6 pale, con regolatore integrato o esterno, in grado di fornire correnti massime da 20A a 60A.
I modelli a 3 pale necessitano di almeno 15 nodi di vento per cominciare a produrre una corrente accettabile (3A), sono più rumorosi, ma resistono bene i venti forti.
I modelli a 6 pale iniziano a produrre con venti inferiori, sono più silenziosi, ma resistono male i venti forti.
I modelli con regolatore integrato si arrestano automaticamente quando le batterie sono cariche, quelli con regolatore esterno sono generalmente più pesanti ed ingombranti (quando le batterie sono cariche dissipano la potenza in eccesso su una resistenza presente nel regolatore stesso). Entrambi i tipi possono essere arrestati (per lo meno ruotano lentamente) manualmente tramite un interruttore che li mette in corto circuito, ma se il vento è forte si rischia di bruciare gli avvolggimenti: è meglio legare le pale per arrestarle.
Funzionano benissimo con andature dalla bolina fino al lasco, fino a divenire inutili nelle andature portanti. Nelle traversate servono a ben poco.
Anche all' ancora (generalmente si cerca una baia ridossata) la produzione è scarsa.
Va sempre inserito un fusibile sul cavo positivo connesso alla batteria.

- IDROGENERATORI
I vecchi modelli consistevano essenzialmente in un alternatore che andava fissato sul pulpito di poppa ed in un' elica collegata all' alternatore tramite un cavo d' acciaio lungo una decina di metri: scomodo, ingombrante, un po' pericoloso e inaffidabile (l' elica aveva tendenza a saltare fupori dall' acqua).
I nuovi modelli sono simili al piede di un fuoribordo; l' alternatore è integrato nel piede, mentre il regolatore è esterno. Quando non lo si usa può essere ribaltato di 180°, oppure asportato con relativa facilità.
Funzionano benissimo in navigazione a tutte le andature e sono in grado di mantenere sempre cariche le batterie anche usando il pilota automatico.
Naturalmente non funzionano quando si è all' ancora.
Ideale per chi fa lunghe traversate o per le barche che non vogliono installare pannelli solari.

- GENERATORI TRASFORMABILI
Li cito perché esistono!
Sono orribili, pesanti, ingombranti e macchinosi: consistono in un grosso e lungo tubo pivotante su un supporto fissato a poppa, con relativo contrappeso; all' estremità c' è un rinvio angolare che trasmette il moto all' alternatore, situato sul centro di rotazione. In configurazione eolico si fissa un' elica a 6 pale e si posiziona il tubo in verticale, con il rinvio verso l' alto; per trasformarlo in idrogeneratore si cambia elica e si ruota il tutto di 180°.

- GENERATORI A MOTORE.
Non c' è che l' imbarazzo della scelta: portatili a 2 o 4 tempi, fissi 4 tempi o diesel, raffreddati ad aria o ad acqua, potenze variabili da 700 W a svariati KW.
I modelli a 2 tempi sono portatili, ad avviamento manuale, raffreddati ad aria, rumorosi e puzzolenti. sono i più economici.
I modelli a 4 tempi sono generalmente portatili, raffreddati ad aria e silenziati.
I modelli a gasolio, pur esistendo qualche modello portatile (trasportabile) raffreddato ad aria, sulle imbarcazioni si utilizzano quelli raffreddati a liquido, insonorizzati, con scambiatore di calore e scarico umido, avviamento elettrico. Dati i pesi e gli ingombri somo riservati alle barche più grandi. Se ben installati sono quasi inaudibili a bordo, semmai i problemi sono di coloro che si trovano sottovento e ne godono gli effluvi!
Rimanendo nel campo dei portatili, un generatore 4 tempi di potenza intorno ai 2KW risulta molto comodo per far funzionare un forno a microonde, un piccolo condizionatore, una stufetta elettrica, un compressore ecc... ma purtroppo non serve per ricaricare le batterie, a meno di dotarsi di un ingombrante e costoso caricabatterie in grado di erogare almeno 100A, potenza minima richiesta per ricaricare le batterie in un tempo ragionevole. Questi generatori hanno anche una presa a 12V, ma non fornisce più di 10A. A mia conoscenza non esistono generatori che forniscano cc a 12V con una corrente di 150A.

Con questo penso di aver esaurito l' argomento
B.V.
Ringraziano per il messaggio: spartacali71, skippereli, rossanorossella85

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14/08/2015 08:43 #3689 da rossanorossella85
rossanorossella85 ha risposto alla discussione STRUMENTAZIONE E APPARECCHI ELETTRICI - QUARTA PARTE
Complimenti per aver trattato con grande competenza questo importante argomento in maniera sintetica, semplice ed esaustiva, bravo!

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