CALDAIA A CONDENSAZIONE. Il rendimento termico di una caldaia, con riferimento al potere calorifico inferiore LHV, può essere espresso come:

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1 CALDAIA A CONDENSAZIONE Il rendimento termio di una aldaia, on riferimento al otere alorifio inferiore, uò essere esresso ome: i d dove i, e d raresentano le otenze erse er unità di otenza messa a disosizione dal ombustibile, ovvero: i Qi ; m Q ; m d m Q d dove: Qi è la otenza ersa er inombusti; Q è la otenza ersa er alore sensibile nei ; Qd è la otenza ersa er disersioni di alore attraverso il mantello della aldaia. La otenza ersa er alore sensibile nei tiene onto del fatto he i rodotti di ombustione emessi dalla aldaia vengono rilasiati al amino ad una temeratura sueriore a uella dell aria omburente e uò essere esressa, in rima arossimazione, ome: m A + m m m ( T T ) + A ( + e) ( T T ) a m st a dove: m è la ortata di al amino, T è la temeratura dei all usita della aldaia, Ta la temeratura dell aria all ingresso della aldaia, è il alore seifio medio tra Ta e T (ari a ira,05 kj/kg C).

2 Faendo esliito riferimento alla ombustione di metano on aria sea e on un eesso d aria del 4,9 % (valore he orrisonde ad un ontenuto di ossigeno nei del %, valore tiio er la ombustione di un ombustibile gassoso), si ottiene:,05,05 [ + 7,( + 0,49) ] ( T Ta ) [ 0,8 ] ( T Ta ) 0,0044( T Ta ) Assumendo una temeratura dell aria ari a 5 C e una temeratura dei di 00 C si ottiene: ( 85) , % 0,0044 Trasurando i e d, il rendimento termio della aldaia diventerebbe, in tal aso: 0,07 0,96 96,% A seguito della ombustione nei è resente un erto uantitativo di aua sotto forma di vaore. Faendo anora riferimento alla ombustione del metano, la frazione in volume di aua nei (ovviamente umidi) è ari a: [ ] HO ( + e) + e Assumendo anora una volta e0,49, si ottiene: [ HO ] 0, 67 La frazione in massa di aua xh0 la si uò alolare on la relazione: x [ ] dove la massa moleolare dei risulta ari a: [ ] + [ N ] + [ O] + [ CO] N O CO 8 7,8 ottenendo uindi: x [ 0,67] 0, 08 7,8 kg kmole la frazione in volume di ossigeno è legata all eesso d aria dalla relazione: [ ] O e + 7.5, ovvero ( + e) + e e 8,5 O 9,5 [ ] [ O ]

3 Si noti ome tale uantitativo di aua è di un ordine di grandezza sueriore risetto all eventuale aua resente nell aria umidità, basti ensare he un umidità relativa del 60% a 5 C euivale ad una frazione in massa di aua nell aria inferiore all %. Nella aldaia a ondensazione si intende reuerare arte del alore latente di vaorizzazione dell aua resente nei oerando un raffreddamento dei fino ad una temeratura tale da onsentire la ondensazione dell aua e oi risaldarli nuovamente er oterli adeguatamente diserdere in atmosfera; in figura è riortato lo shema della linea di ondensazione dell aua dei resenti nei rodotti di ombustione. Q Q umidi sehi H0 liuida Figura Con riferimento alla Figura, si uò srivere: ( T T ) + mh 0 Δ lat Q m h ( m m ) ( T ) Q T Q Q Q Q m H 0 Δ lat ( T T ) + m h ( m m ) ( T T ) ( T T ) + m h m ( T T ) m H 0 Δ lat m Q m m ( T T ) + x Δh x ( T T ) H 0 lat m + m A st ( + e) [ ] ( T T ) + x Δh ( T T ) H 0 lat

4 Il rendimento termio della aldaia a ondensazione risulta uindi ora esrimibile ome: i d + Suonendo TT e trasurando (T T) risetto a Δhlat, si ottiene: m + m A st ( + e) x H 0 Δh lat he numeriamente, suonendo di ondensare tutta la massa di aua resente nei, diventa: 0, [ 0,8 ] 0., max ortando uindi ad un valore massimo del rendimento termio della aldaia ari a: 0,0 + 0.,079 08% In realtà il uantitativo di aua he rieso a ondensare diende dalla temeratura del unto. Infatti la massima onentrazione in volume di aua anora resente nei nel unto è esrimibile ome: [ O] H sat (T ) atm ed è uindi funzione di T ome mostra la figura. 0.0 [HO] T ( C) Figura 4

5 Conseguentemente: x, [ ] sat (T ) atm La frazione in massa di aua he rieso a ondensare ortandomi fino a T vale uindi: x x x, Suonendo di oter raggiungere una temeratura T0 C (sat0,04 bar) si ottiene: [ O] 0, 04 H (da figura ) 8 x, 0,04 0,06 7,8 x 0,08 0,06 0,08 e uindi C diventa: 0, [ 0,8] e il rendimento termio della aldaia ari a: 0,0 + 0,085,05 05% Oorre riordare he il valore di uò risultare maggiore di uello stimato se si oera la aldaia in maniera tale he T<T, ed inoltre oorre, er una stima orretta, tenere in onsiderazione il ontributo del termine (T T) he nei aloli resentati è stato trasurato risetto a Δhlat (in realtà onsiderando un salto di temeratura tra e di 70 C, il termine (T T) vale ira il 5 % del alore latente di vaorizzazione). E inoltre orretto osservare he, arlando di aldaie a ondensazione oorrerebbe esrimere il rendimento riferito al otere alorifio sueriore. In tal aso, riordando he il metano ha un HHV55600 kj/kg, si ottiene: HHV,05 0,9 0,95 HHV 5

6 Infine, nelle figure e 4viene resentata la linea di ondensazione dei on la resenza di un rigeneratore alimentato dai stessi er il risaldamento finale rima dell emissione in atmosfera. aua a bassa T umidi sehi H0 liuida Figura T ' Q Figura 4 6