UNITA di MISURA di VOLUME dei COMBUSTIBILI LEGNOSI. Numeri e nozioni di Xiloenergetica. QUADRO DI RIFERIMENTO

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1 Numeri e nozioni di Xiloenergetica Per richiedere il volume rivolgersi a: Settore Politiche Forestali della Regione Piemonte Corso Stati Uniti, TORINO E_mail: tosettore.foreste14-@regione.piemonte.it Eliseo Antonini & Valter Francescato AIEL Associazione Italiana Energie Agroforestali antonini.aiel@cia.it QUADRO DI RIFERIMENTO - Il LEGNO non è mai (o poco) stato studiato sotto l aspetto energetico. -Il legno è un combustibile (ovvero energia termica potenzialmente ritraibile) ovvero - Il legno è un combustibile a certe condizioni : quali? Esistono varie forme di comb. legnoso che hanno un contenuto energetico differente (anche in funzione della specie oltre che dell umidità/contenuto idrico) e anche una logistca differente; - Quanta energia per generare un certo comb. legnoso con un det. contenuto energetico ritraibile? - Il legno VALE in ragione del suo Contenuto Energetico UNITA di MISURA di VOLUME dei COMBUSTIBILI LEGNOSI Metro cubo (legno pieno) m 3 Metro stero (ms) (vuoti per pieni) Accatastato (msa) Alla rinfusa (msr) (In Austria esiste la Norma ONORM M 7132 che disciplina queste unità di misura)

2 Unità di misura combustibili legnosi Unità di misura tonnellata chilogrammo metro cubo metro stero alla rinfusa metro stero accatastato Simbolo t kg m 3 msr msa Legna da ardere Cippato Briquettes Pellet Cippato Pellet Legna da ardere (Legna da ardere) UNITÀ DI MISURA DEL CONTENUTO ENERGETICO DEL LEGNO SISTEMA INTERNAZIONALE MJ/kg MJ/m 3 MJ/ms kwh/kg kwh/m 3 kwh/ms ALTRE UNITÀ IN USO kcal/kg kcal/m 3 tep/t tep/m 3 Btu/kg Btu/m 3 1 kwh = 860 Kcal = 3,6 MJ = 0,036 GJ 1 MJ = 239 kcal = 0,278 kwh Equivalenze tra unità di misura kj kcal kwh tep Btu 1 kj 1 0,239 0,278x ,88x10-9 0,948 1 kcal 4, ,163x10-3 0,1x10-6 3,968 1 kwh x tep 41,87x x ,63x ,68x Btu 1,055 0,252 0,293x ,2x10-9 1

3 Rapporti di conversione per il legno da energia (Fonte: A. JONAS) Assortimento Tondo Spacco ni 1 m Legna spaccata corta accatastat o alla rinfusa Fino Cippato medio m 3 msa msa msr msr msr 1 m 3 tondo 1 1,4 1,2 2,0 2,5 3,0 1 msa spacconi 1 m 0,7 1 0,8 1,4 (1,75) (2,1) 1 msa legno da stufa 0,85 1,2 1 1,7 1 msr legno da stufa 0,5 0,7 0,6 1 1 msr cippato fino di bosco 1 msr cippato medio di bosco 0,4 (0,55) 1 1,2 0,33 (0,5) 0,8 1 Peso e volume (1) Il rapporto fra la massa del combustibile legnoso e il suo volume, può essere espresso con tre differenti e distinte unità di misura: PESO SPECIFICO: (adimensionale) si riferisce alla sostanza legnosa delle pareti cellulari (cellulose, emicellusose, lignine etc.) con cui si struttura il corpo legnoso. La sostanza legnosa ha un peso specifico di 1,5 che NON varia per le diverse specie legnose. Peso e volume (2) MASSA VOLUMICA: Si riferisce al peso e al volume del corpo legnoso (corpo poroso) o al singolo pezzo di combustibile densificato (pellet e briquette); composti da un insieme di sostanze e da vuoti (lumi vascolari etc.) riempiti da aria e/o acqua. Spesso la massa volumica è indicata come peso specifico apparente oppure anche solamente come peso specifico. Si esprime in gr/cm 3 o kg/m 3.

4 Peso e volume (3) MASSA VOLUMICA STERICA: E impiegata per gli ammassi dei combustibili legnosi tal quali (legna da ardere, cippato e pellet) che presentano al loro interno degli spazi vuoti, più o meno grandi in funzione della pezzatura e della forma. Si esprime in peso (kg o t) per unità di volume sterico (msr e msa). Di un combustibile legnoso si definiscono: POTERE CALORIFICO (P.C.): Quantità di energia termica che si può ricavare (che è liberata) dalla combustione completa riferita all unità di peso. E generalmente espresso in MJ/kg o kwh/kg. Si fa quasi sempre riferimento al potere calorifico inferiore. DENSITÀ ENERGETICA (E): E il rapporto tra il contenuto energetico del legno e il volume sterico in cui è compreso. (CIPPATO vs PELLET) E generalmente espresso in MJ/ms o kwh/ms. Dimensionamento del silo Variabili che influenzano il IL CONTENUTO ENERGETICO del legno Il contenuto idrico (M%) Il peso

5 L ACQUA NEL LEGNO Il legno, per la sua struttura e architettura chimicoistologica, presenta una DOPPIA POROSITÀ: - macroporosità costituita dalle cavità dei vasi conduttori e dalle cellule parenchimatiche; - microporosità della sostanza legnosa vera e propria (cellulosa, emicellulosa e lignina). La biomassa legnosa normalmente non si trova allo stato anidro, ma ha un contenuto idrico variabile. COME SI ESPRIME il CONTENUTO IDRICO e L UMIDITÀ del LEGNO Per indicare l umidità del legno, generalmente esprimendola in termini percentuali, esistono due criteri: 1. Umidità sul secco (anidro) u% M u M u = M a M u M w = M u a a *100[%] 2. Contenuto idrico (sul tal quale) M% *100[%] Potere calorifico e M Il contenuto idrico del legno modifica RIDUCENDOLO - il potere calorifico del legno. PERCHÉ parte dell energia liberata nel processo di combustione è infatti assorbita dall evaporazione dell acqua e quindi non è disponibile per l uso termico desiderato.

6 Potere calorifico e M% L evaporazione dell acqua «consuma» 2,44 MJ/kg, pertanto si distingue: 1. Potere calorifico superiore (P.C.S.): nel prodotto della combustione si considera l acqua allo stato liquido; 2. Potere calorifico inferiore (P.C.I.): l acqua liberata è considerata allo stato di vapore, ovvero è stata sottratta l energia termica necessaria per l evaporazione dell acqua. Potere calorifico e M DETERMINAZIONE ANALITICA DEL POTERE CALORIFICO La formula per il calcolo del P.C.I. di un legno generico ad un certo CONTENUTO IDRICO (M) è la seguente: (riportata in HARTMAN): 18,5*(100 M ) 2,44* M P. C. I. M = *0,278[ kwh / kg] 100 NOTA ALLO STATO ANIDRO, i legni hanno in media un potere calorifico di 5,2 kwh/kg = 19 MJ/kg 2,44 MJ/kg H 2 0 = energia per evaporazione di un kg di acqua. Potere calorifico e M 5,0 4,5 POTERE CALORIFICO DEL LEGNO IN FUNZIONE DEL CONTENUTO IDRICO 4,0 Potere calorifico (kwh/kg) 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0, Contenuto idrico (w M% %) Pellet Legna ardere (1-2 anni stagionata) Legna fresca

7 POTERE CALORIFICO Se riferito all unità di peso, il potere calorifico del legno nelle diverse specie, a parità di contenuto idrico, varia molto poco. Tuttavia è risaputo che tendenzialmente il legno di latifoglie ha un potere calorifico allo stato anidro leggermente inferiore a quello delle conifere. Giordano, per il legno anidro, riporta 18,1 MJ/kg e 17,6 MJ/kg, rispettivamente per le conifere e le latifoglie. Jonas e Hartman indicano un solo valore valido sia per le conifere che per le latifoglie rispettivamente 18,9 MJ/kg e 18,5 MJ/kg. Poteri calorifici inferiori al contenuto idrico (M) 13% (Fonte: HOLZ) POTERI CALORIFICI SPECIE LEGNOSE 4,0 kwh/kg Faggio 4,1 kwh/kg Pioppo, Acero, Robinia, Olmo 4,2 kwh/kg Frassino, Quercia 4,3 kwh/kg Larice 4,4 kwh/kg Pino, Douglasia 4,5 kwh/kg Picea, Abete PCI relativi alle specie P.C.I. in base al peso (kg) Posto uguale a 100 il faggio ROBINIA CARPINO FRASSINO FAGGIO QUERCIA BETULLA LARICE PINO SALICE ONTANO ABETE ROSSO ABETE BIANCO PIOPPO Legno (w=20%) = 4.0 kwh/kg = 14.4 MJ/kg = 3440 kcal/kg

8 Specie legnose e masse volumiche I legni hanno diverse masse volumiche (kg/m 3 ) e quindi masse steriche (kg/ms). Abete r. 410 (430) Abete b. 410 Pino sil. 510 Pino nero 560 Larice 550 Douglasia 470 P. Cembro 400 Quercia 670 Cerro 740 Faggio 680 (650) Carpino b. 750 Olmo 640 Frassino 670 Acero 590 Nocciolo 560 Ontano 490 Robinia 730 Betulla 640 Tiglio 520 Pioppo ss.pp. 410 Salice 520 Pioppo tremulo 450 E (kwh/ms) relativa alle specie Contenuto energetico in base al volume (msr) Posto uguale a 100 il faggio ROBINIA CARPINO FRASSINO FAGGIO QUERCIA BETULLA LARICE PINO SALICE ONTANO ABETE ROSSO ABETE BIANCO PIOPPO Legno (w=20%) = 4.0 kwh/kg = 14.4 MJ/kg = 3440 kcal/kg DATI Stato del legno M (%) Potere calorifico Fresco di taglio ,0 kwh/kg = 7,2 MJ/kg Una stagione estiva Più stagioni estive kwh/kg = 12,2 MJ/kg 4,0 kwh/kg = 14,4 MJ/kg

9 POTERE CALORIFICO Variazione del potere calorifico inferiore in funzione del contenuto idrico sul secco (u) e sul tal quale (M) (Fonte: HELLRIGL) U % M % 0 10,7 15, ,9 33,3 42, P.C.I ,3 15,3 14,3 13,7 11,5 9,53 8,03 5,94 (MJ/kg) P.C.I. (kwh/kg 5,14 4,53 4,25 3,98 3,81 3,20 2,65 2,23 1,65 Il calo del contenuto idrico dal 50%, facilmente riscontrabile nei legni leggeri allo stato fresco, al 20% (valore medio per la legna ben stagionata in legnaia) fa AUMENTARE il potere calorifico dell 78 %. Potere calorifico inferiore di alcuni combustibili (Effective thermal value) Legno Anidro 18,5 21,0 MJ/kg kwh/kg Carbone 23,3 24,0 MJ/kg Torba anidra 20,0 21, 0 MJ/kg Olio combustibile 40,0 42,3 MJ/kg Idrogeno 10,75 MJ/m 3 Metano 38-35,87 MJ/m 3 Gasolio 43,1 MJ/kg Nafta 41 MJ/kg 1 MJ = 0,278 kwh/kg LEGNA DA ARDERE Parametri energetici indicativi Unità di misura Valori Massa volumica kg/m Contenuto idrico (M) % 20 Potere calorifico inferiore kwh/kg 4 Densità energetica kwh/msa (spacconi) kwh/msa (da stufa) Densità energetica kwh/msr (da stufa) Ceneri % (in peso) 0,2-0,5

10 CIPPATO di LEGNO Parametri energetici indicativi Unità di misura Valori Massa sterica kg/msr Contenuto idrico (M) % 30 Potere calorifico inferiore kwh/kg 3,4 Densità energetica kwh/msr Ceneri % (in peso) 1-3 PELLET Parametri energetici indicativi Unità di misura Valore Lunghezza mm Diametro mm 6-10 Massa volumica kg/m Massa sterica kg/msr Contenuto idrico (M) % 8-12 Potere calorifico inferiore kwh/kg 4,7-5 Ceneri % (in peso) 0,3 - <1 Det. contenuto idrico del cippato Il contenuto idrico del cippato può essere determinato impiegando due tipologie di strumenti che si differenziano essenzialmente per il metodo di determinazione, la precisione e la rapidità della misura: - Bilancia ad infrarossi: bilancia di alta precisione che utilizza il metodo di essiccazione a raggi infrarossi. Questa operazione necessità di circa Analizzatore del contenuto idrico: contenitore che utilizza il metodo di misura dielettrico con un grado di precisione del ± 2-3%; si tratta di uno strumento speditivo dove l operatore versa circa 3-5 kg di cippato anche pellet -; il display restituisce il valore in pochi secondi.

11 Det. contenuto idrico del cippato Metodo speditivo Messtechnik Schaller GmbH Ludersdorf 148 A Gleisdorf Tel: +43(0)3112 / Fax: +43(0)3112 / office@schaller-gmbh.at