Combustione e Rendimento di combustione degli apparecchi a gas

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1 Combustione e Rendimento di combustione degli apparecchi a gas 1 La combustione è un processo di rapida ossidazione, con forte sviluppo di calore ( e fumo), delle sostanze combustibili ad opera di una sostanza comburente, che generalmente è l ossigeno presente nell aria. CALORE Fumo 2 La combustione sviluppa: Calore Fiamma Gas di combustione Energia radiante Fumo CALORE Fumo 3 1

2 Temperatura di accensione Affinché avvenga la combustione si devono verificare tre concause PRESENZA DI COMBUSTIBILE PRESENZA DI COMBURENTE RAGGIUNGIMENTO DELLA TEMPERATURA DI ACCENSIONE OSSIGENO COMBUSTIBILE 4 5 I combustibili tradizionali sono costituiti principalmente da Carbonio (C) e Idrogeno (H) e hanno le le seguenti qualità: Bruciando producono una grande quantità di calore Subiscono una combustione completa con una minima produzione di inquinanti Sono facilmente disponibili e hanno un basso costo. In relazione al loro stato fisico possiamo avere combustibili Solidi, Liquidi o Gassosi 6 2

3 7 Esaminiamo la Combustione del Metano (il combustibile più diffuso in Italia) La molecola del Metano CH 4 Si combina con due molecole di ossigeno presenti nell aria O 2 CH 4 +2 O 2 = 2H 2 O + CO kj/mol Formando due molecole di acqua (H 2 O) una molecole di Anidride Carbonica (CO 2 ) e generando energia termica per 803 kj/mol

4 Questa combustione è detta stechiometrica, perché avviene in condizioni perfette, con quantità di combustibile e comburente perfettamente bilanciate e perché nella combustione tutti gli elementi reagiscono correttamente tra di loro. Se la combustione non è perfetta una parte del combustibile non reagisce con l Ossigeno e quindi si genera meno calore. Inoltre la combustione incompleta produce il famigerato Ossido di Carbonio (CO) che causa ogni anno di numerosi decessi. 10 Le condizioni che producono una combustione incompleta sono riconducibili al fatto che durante la combustione tutto il combustibile non viene in contatto con l ossigeno dell aria a causa ad esempio di: Aperture di ventilazione insufficienti Difetto di tiraggio dell apparecchio (che non richiama sufficiente aria) Cattiva conformazione e manutenzione del bruciatore che non miscela finemente il combustibile con l aria 11 Qualunque tipo di combustibile, per bruciare ha bisogno dell ossigeno contenuto nell aria. Affinché un combustibile possa bruciare completamente dev essergli fornita una certa quantità d aria, occorre infatti che durante la combustione ogni molecola del combustibile possa essere in contatto con le molecole del comburente per avviare la trasformazione chimica. Per essere sicuri che questo avvenga è abitudine fornire un certo eccesso d aria agli apparecchi di combustione. L aria che serve è quindi quella relativa alla combustione perfetta del combustibile (Stechiometrica) sommata all eccesso d aria che ci garantisce la completa combustione. Nella combustione del gas l eccesso d aria necessario è minimo perché si miscelano facilmente con l aria. 12 4

5 Pensando a questo aspetto, possiamo notare come la combustione di un m3 (volume di metano) richieda due m3 (volumi di ossigeno). L ossigeno a sua volta è contenuto nella misura di circa il 21% in aria perciò la combustione teorica del metano richiede circa 9,5m 3 d aria, in pratica aggiungendo l eccesso d aria di circa il 20% otteniamo m Se la combustione avviene con un apporto d aria eccessivo si provoca la diminuzione del rendimento del generatore di calore a causa dell aumento del volume di fumi caldi dispersi dal camino. La combustione in difetto d aria è incompleta, quindi una parte del combustibile non viene bruciato, si verifica un calo del rendimento del generatore e, la formazione di gas incombusti come l ossido di carbonio (CO). Anche se di colore bianco i fumi della combustione del metano sono ugualmente pericolosi per la salute e quindi è sempre necessario un efficace sistema di scarico dei fumi. 14 Anche se una caldaia è perfettamente regolata ed installata ma non si è provveduto ad assicurare la necessaria ventilazione il funzionamento è difettoso e possono verificarsi: bassi rendimenti di combustione pericolo di formazione di ossido di carbonio in ambiente alte emissioni inquinanti in atmosfera difficoltà di tiraggio della canna fumaria maggiore quantità di condense acide Problemi simili si possono generare anche con una errata regolazione del bruciatore ma, sempre più di frequente, si notano problemi derivanti dai sistemi di evacuazione dei fumi. Non è sufficiente una adeguata ventilazione della caldaia ed una sua perfetta regolazione se i camini e le canne fumarie risultano inadeguati. 15 5

6 Si possono avere quindi quattro tipi di combustione 1 Stechiometrica; nel fumo non è presente l ossigeno O 2, ne vi sono tracce di combustibile, L aria teorica (A t ) coincide con quella reale (A v ) 16 2 In eccesso d aria: nel fumo non ci sono residui di combustibile incombusto, L aria teorica (A t ) è minore di quella reale (A v ). Nel fumo sono presenti H 2 O, CO 2, O 2, e ossidi di azoto ( e zolfo) 17 3 In difetto d aria: nel fumo non è presente l Ossigeno, ma è presente combustibile incombusto, H 2 O, CO 2, CO, ossidi di azoto (e zolfo) e fuliggine (indicatore di combustione incompleta) 18 6

7 4 Incompleta: nel fumo sono presenti combustibile incombusto, l ossigeno, H 2 O, CO 2, CO, ossidi di azoto ( e zolfo) e fuliggine nel caso di combustibili liquidi (indicatore di combustione incompleta) 19 L esecuzione della misura del rendimento di combustione è una operazione complessa che richiede la conoscenza di nozioni sia di carattere teorico che pratico, ma con l introduzione di nuovi strumenti di misura è stata notevolmente semplificata. «potenza termica del focolare» di un generatore di calore, il prodotto del potere calorifico inferiore del combustibile impiegato e della portata di combustibile bruciato; L'unità di misura utilizzata è il kw Potenza termica (portata) al focolare P foc = Q (Combustibile) x Pci 20 Potenza fumi P f «potenza termica convenzionale» di un generatore di calore, è la potenza termica del focolare diminuita della potenza termica persa al camino; l'unità di misura utilizzata è il kw P c = P foc - P f Potenza termica (portata) al focolare P foc = Q (Combustibile) x Pci 21 7

8 Potenza fumi P f «potenza termica utile» di un generatore di calore, la quantità di calore trasferita nell'unità di tempo al fluido termovettore, corrispondente alla potenza termica del focolare diminuita della potenza termica scambiata dall'involucro del generatore con l'ambiente e della potenza termica persa al camino; l'unità di misura utilizza è il kw; P u = P foc (P f + P irr ) Potenza fluido Pu Potenza irragiamento Pirr Potenza termica (portata) al focolare P foc = Q (Combustibile) x Pci P foc > P c > P u 22 Potenza fumi P f «rendimento di combustione», sinonimo di «rendimento termico convenzionale» di un generatore di calore, è il rapporto tra la potenza termica convenzionale e la potenza termica del focolare; Rendimento di combustione ηc = ((P foc -P f ) / P foc ) x 100 Potenza fluido Pu P u = P foc (P f + P irr ) Potenza irragiamento Pirr Potenza termica (portata) al focolare P foc = Q (Combustibile) x Pci P foc > P c > P u 23 P c = P foc - P f Potenza fumi P f «rendimento termico utile» di un generatore di calore, il rapporto tra la potenza termica utile e la potenza termica del focolare Rendimento termico utile ηu = (P u / P foc ) x 100 Potenza fluido Pu P u = P foc (P f + P irr ) Potenza irragiamento Pirr Potenza termica (portata) al focolare P foc > P c > P u P foc = Q (Combustibile) x Pci 24 ηc > ηu 8

9 IL DPR 412/93 La Norma che definisce come effettuare la misura in opera del rendimento di combustione è al UNI 10389, questa norma non si applica agli apparecchi alimentati a combustibile solido Potenza fumi P f Aria terziaria Rendimento termico utile ηu = (P u / P foc ) x 100 Rendimento di combustione Aria secondaria ηc = ((P foc -P f ) / P foc ) x 100 Potenza utile P u Potenza per irraggiamento 25 La misura del rendimento di combustione per gli apparecchi alimentati a gas si effettua utilizzando le indicazioni della norma UNI Questa Norma stabilisce anche il valore del contenuto massimo di ossido di carbonio (CO) e che può essere presente nei fumi secchi ponendone il limite allo 0,1 % (1000 ppm). Nota il limite è riferito ai fumi secchi per evitare che la misura sia falsata da ingressi d aria 26 Per eseguire la misura del rendimento di combustione la norma UNI prevede una successione di controlli differenziati, a seconda che gli stessi siano eseguiti nell ambito delle verifiche periodiche dell impianto, o in occasione della verifica dell ente controllore. In ambedue i casi devono essere messi a disposizione dell operatore il libretto di impianto o di centrale e il libretto d uso e manutenzione del generatore 27 9

10 La stessa Norma due figure professionali, due modi di intervento Il Manutentore L operatore incaricato dell effettuazione delle verifiche periodiche deve: 1. effettuare il controllo sul generatore regolato alla potenza massima effettiva di funzionamento; 2. registrare le misure ottenute nel libretto di impianto o di centrale 28 Il Verificatore L operatore dell ente controllore deve : 1. effettuare la misurazione alla potenza termica del focolare effettiva; se non coincide con quella nominale, si deve effettuare comunque la misura, riferendo sul rapporto di prova la differenza; 2. effettuare la misura alla presenza del proprietario o di un suo rappresentante; 3. evitare di agire sulla regolazione dell impianto; 4. segnalare sul libretto di impianto o di centrale le circostanze che impediscono l esecuzione della misura; segnalare se per la misurazione sono state utilizzate procedure diverse da quelle previste dalla norma tecnica; 6. utilizzare un apparecchio di misura in grado di stampare la data e l ora della misurazione, i parametri di combustione importanti e un codice di apparecchio; 7. il rapporto di prova deve essere redatto conformemente al modello riportato nella norma in almeno tre copie identiche, una copia deve essere trattenuta dal verificatore, una dal responsabile dell impianto ed una inviata all ente 8. astenersi dall inserire all interno del rapporto di prova i consigli o raccomandazioni relativi all impianto

11 Il prelievo dei prodotti della combustione e la misurazione della temperatura degli stessi, deve avvenire in corrispondenza di un foro passante nel condotto di evacuazione dei prodotti della combustione, il foro, che durante il normale funzionamento dell impianto deve essere chiuso con un idoneo tappo, deve avere un diametro compreso tra 10 e 21 mm. 31 Il punto di prelievo dei prodotti della combustione, se non è già stato predisposto dal costruttore del generatore, e se nel libretto d uso e manutenzione dell apparecchio non è indicata la posizione di realizzazione, deve essere posto ad una distanza pari o superiore a due volte il diametro interno del condotto fumi; se all interno di questa distanza è posta una curva, il foro deve essere praticato ad un distanza di un diametro a valle della curva. 32 Se sul condotto di scarico dei fumi è posto un recuperatore di calore, il foro deve essere a valle dello stesso. Nel caso dei generatori con bruciatore di tipo atmosferico con dispositivo rompitiraggio-antivento, il foro di prelievo dei fumi deve essere posto, rispettando le distanze già indicate, a valle del dispositivo. Quando il condotto di scarico dei fumi è parte integrante del generatore di calore, come nel caso degli apparecchi di tipo C, il foro può essere installato solo su indicazione del costruttore nella posizione prevista nel libretto d uso e manutenzione

12 Se non è possibile realizzare un punto di prelievo dei prodotti della combustione, la misura non può essere effettuata e nel rapporto di controllo devono essere indicati i motivi che rendono la misura non eseguibile e l operatore deve prescrivere il lavori necessari alla realizzazione di un punto di prelievo dei prodotti della combustione. Al termine della misura, il foro deve essere richiuso in maniera da assicurare la tenuta del condotto durante il normale funzionamento. 34 Le misurazioni del contenuto di ossido di carbonio, di ossigeno (o anidride carbonica) e della temperatura dei fumi, devono essere effettuate nello stesso punto, deve essere evitato l ingresso, attraverso il foro di prelievo, di aria parassita che potrebbe falsare la misura, il condotto per il trasporto dei fumi all interno dell apparecchio analizzatore deve essere il più corto possibile e la punta della sonda di prelievo deve essere posizionata al centro della vena fluida dello scarico dei fumi ( nel punto in cui la temperatura dei fumi è maggiore). 35 Il prelievo dell aria comburente deve essere effettuato quanto più vicino possibile al punto di ingresso dell aria nella camera di combustione ad esempio: vicino alla bocca di aspirazione dei generatori ad aria soffiata; all ingresso dell aria nel generatore di calore ad aria aspirata; nel punto definito dal costruttore dell apparecchio, sul condotto di aspirazione per i generatori di tipo C (stagni)

13 Nel caso dei generatori a combustibile liquido deve essere effettuata anche la misura dell indice di fumosità. Si può utilizzare un apposito strumento oppure un analizzatore multifunzione; in ambedue i casi i fumi sono aspirati dal condotto di scarico e fatti passare in un filtro. Il grado di annerimento del filtro viene confrontato visivamente con una serie di campioni e per somiglianza si ottiene l indice di Bacharach. 37 N. Di Bacharach CO ppm f.secchi CO2 % F.secchi T. Fumi ( C) Metano ,7-10, GPL ,5 12, Gasolio Olio combustibile BTZ 1% Olio Comb. 3%S Prima di procedere al rilievo dei parametri di combustione bisogna determinare la potenza termica del focolare. Questo dato può essere rilevato nel libretto d uso e manutenzione dell apparecchio o dalla lettura della targa. Ma se queste fonti di informazione non sono disponibili o se il bruciatore del generatore è regolato in modo diverso è possibile determinare la potenza termica del focolare in modo induttivo

14 Negli impianti termici a combustibile gassoso si controlla attraverso il contatore del combustibile il consumo in 120 secondi e si moltiplica il valore rilevato per un coefficiente definito dalla norma in funzione del tipo di combustibile. Negli impianti termici a combustibile liquido, occorre conoscere la portata nominale dell ugello e la pressione di polverizzazione per ricavare, attraverso le tabelle del costruttore dell ugello, la portata massima del combustibile espressa in kilogrammi/ora: il valore rilevato deve essere moltiplicato per il coefficiente riportato nella tabella Coefficiente Gasolio 11,872 Per ottenere la potenza termica del focolare in kilowatt Per ottenere lo potenza termica del focolare in kilocalorie/ora Metano 11,477 Per ottenere la potenza termica del focolare in kilowatt 9870 Per ottenere lo potenza termica del focolare in kilocalorie/ora 40 Ogni misurazione deve essere eseguita quando il generatore di calore si trova allo stato di regime alla potenza termica per la quale tale misurazione è prevista. Raggiunto lo stato di regime l operatore deve rilevare la temperatura del fluido in mandata del generatore di calore (generalmente acqua), utilizzando l apposito pozzetto per i generatori di calore con potenzialità superiore a 35 kw, o rilevandola dal termometro dell apparecchio per tutti gli altri generatori. 41 La misura del rendimento si effettua alla massima potenza termica del focolare, tuttavia, quando non è possibile, anche escludendo il termostato ambiente, raggiungere questo stato per un periodo di tempo sufficiente ad effettuare le misure, se il generatore è di tipo combinato lo si fa funzionare in produzione di acqua calda sanitaria ; il rendimento ottenuto deve essere riferito alla potenza termica del focolare del generatore durante la produzione di acqua sanitaria

15 Per ciò che concerne i parametri della combustione, devono essere effettuate almeno tre misurazioni ad intervalli di tempo uguali, ma è possibile eseguire anche più misurazioni se i valori rilevati non sono significativi o appaiono anomali; la media delle prime tre misurazioni attendibili determina il valore del parametro. Al termine della misura nel rapporto di prova devono essere riportati i seguenti valori: - identificativo dell operatore; - identificativo dell impianto controllato; - riferimento alla norma utilizzata per la misurazione; - identificativo dello strumento di prova; - risultati della prova; - informazioni supplementari significative; - data di esecuzione del controllo; - firma dell operatore ; firma del responsabile dell impianto 43 Lo strumento utilizzato per la misurazione deve essere convenientemente manutentato e tarato secondo le istruzioni del costruttore e deve essere idoneo per la misurazione dei seguenti parametri: - temperatura dei prodotti della combustione; intervallo incertezza + 5 C - temperatura dell aria comburente; intervallo incertezza + 2 C - concentrazione di ossigeno; 0-21% + 0,5% - anidride carbonica nei fumi; 0-16% + 0,5% - concentrazione di ossido di carbonio nei fumi; ppm + 20 ppm - indice di fumosità per i combustibili liquidi. 44 Secondo quanto stabilito dalla Norma UNI al fine della determinazione del rendimento devono essere misurati una serie di parametri, utilizzando strumenti singoli o multifunzione rispondenti ai requisiti da tabella riportata a seguire. Ne consegue che questi e solo questi, sono i parametri misurati. Gli altri parametri da riportare nel libretto sono derivati da quelli misurati, attraverso l applicazione delle opportune formule di calcolo. E opportuno precisare che in genere il manutentore non ha necessità di applicare le formule di calcolo, perché è lo strumento multifunzione che provvede a fornire i risultati, ma questa facilitazione può portare alla confusione tra valori misurati e calcolati. Le misure devono essere effettuate con il generatore a regime alla potenza termica prevista; ma è anche possibile effettuare la misura a potenza termica ridotta, indicando tale evenienza nel rapporto di controllo e nel libretto. I fumi devono essere prelevati, secondo il caso specifico, nel punto di prelievo definito dal costruttore dell apparecchio o in un punto determinato dal manutentore. La misura di ogni singolo parametro deve essere effettuata almeno tre volte ad intervalli di tempo uguali nel periodo di prova necessario (almeno 120 secondi). Il valore misurato di ogni singolo parametro e ottenuto dalla media aritmetica della tre misurazioni significative 45 15

16 Parametro Tempo Caratteristiche dello strumento n.n. Temperatura fumi Campo C precisione + 5 C Temperatura aria comburente Campo C precisione + 2 C Concentrazione ossigeno Campo 0 21% Incertezza 0,5% Oppure, in alternativa all analizzatore di ossigeno Concentrazione Anidride Carbonica Campo 0 16% Incertezza 0,5% Concentrazione monossido di carbonio Indice di fumosità (solo combustibile liquido) Campo ppm Incertezza 20 ppm fino a 400ppm; + 5% per valori superiori 46 Temperatura fumi ( C): il valore è ottenuto dalla media aritmetica della tre misurazioni significative. Il punto di prelievo definito dal costruttore dal generatore, o definito dal manutentore, secondo i casi. Occorre evitare l ingresso dell aria dall esterno del condotto di scarico per non falsare le misurazioni. Temperatura aria comburente ( C): il valore è ottenuto dalla media aritmetica della tre misurazioni significative. Il punto di prelievo è nei pressi della bocca di aspirazione dei generatori ad aria soffiata, ingresso dell aria nella camera di combustione dei generatori a camera aperta; sul condotto aria dei generatori stagni ovvero punto di prelievo definito dal costruttore. O 2 (%) oppure CO 2 (%): il valore è ottenuto dalla media aritmetica della tre misurazioni significative. E possibile, secondo il tipo di strumento rilevare la concentrazione % di O2 oppure di CO2 che sono tra loro in relazione. 47 Indice di Bacharach: Questa misura deve essere eseguita solo per i generatori alimentati con combustibili liquidi, la misura prevede tre rilievi che devono essere annotati sul libretto negli appositi spazi. La prova si considera superata se almeno due delle tre misurazioni forniscono risultati migliori di quelli richiesti (2 per il gasolio e 6 per l olio combustibile). VERIFICHE Rispetta l indice di Bacharach: Se l indice di fumosità, nel caso dei generatori a combustibile liquido, è maggiore di 2 per il gasolio e 5 per l olio combustibile, l esito della misurazione deve essere considerato negativo

17 CO nei fumi secchi (ppm v/v): il valore è ottenuto dalla media aritmetica della prime tre misure significative. Il valore misurato rappresenta la concentrazione di CO nei fumi così come rilevato dallo strumento, ed è detto anche CO Diluito. A questo proposito si precisa che, per evitare che l eccesso d aria necessario alla combustione possa essere utilizzato per falsare la misura, la norma fissa il limite di concentrazione di CO in riferimento ai fumi secchi, cioè senza aria in eccesso ( 1000pp/m). Occorre infine prestare attenzione all incertezza di misura dello strumento, ad esempio se dalla lettura otteniamo una misura di CO = 100 ppm, essendo prevista una tolleranza del 20ppm nella misura il valore (tabella precedente) diventa: CO diluito = CO medio + 20 cioè 120 ppm Questo è il valore da indicare nel libretto e da utilizzare come base per il calcolo del CO stechiometrico (senza aria e acqua). Nella parte seguente, relativa ai valori calcolati, dovrà essere indicato il valore del CO stechiometrico, ma anche in questo caso si sottolinea che i nuovi strumenti multifunzione forniscono automaticamente il risultato del valore calcolato. 49 CO nei fumi secchi e senz aria (ppm v/v) E la concentrazione di CO nei fumi ma in riferimento alle condizioni di combustione stechiometrica, questo valore è detto anche stechiometrico, corretto, non diluito, normalizzato. Il valore del parametro è generalmente fornito dallo strumento multifunzione secondo le relazioni: Per il calcolo, a seconda del tipo di misura effettuato (concentrazione di ossigeno o concentrazione di anidride carbonica) vengono utilizzate le seguenti relazioni CO stechiometrico = CO fumi secchi [21/(21-O 2 )] nel caso della misura dell ossigeno e CO fumi secchi [CO 2 teorica /CO 2 ] nel caso della misura dell anidride carbonica Dove il valore di CO 2 t vale : 11, 7 per il metano; 13,9 per il GPL 15,1 per il gasolio 15,7 per l olio combustibile I valori tra [n ] sono l indice d aria. 50 Portata combustibile (m 3 /h oppure kg/h) : valore della portata di combustibile ricordando che se l impianto è dotato di contatore volumetrico, si rileva il volume di gas utilizzato alla massima potenza termica per un periodo minimo di 120s, rapportando successivamente il consumo del periodo al totale orario. Se l impianto non ha il contatore, o se il contatore non da garanzia di una misura attendibile, si ritengono accettabili i dati forniti dal costruttore dell apparecchio, fatta salva la verifica della corretta pressione di alimentazione del gas. Potenza termica del focolare effettiva (kw) Dopo aver determinato la quantità in volume di gas utilizzato nelle condizioni di massima potenza (m 3 /h), si moltiplica il valore per 9,6 (metano) e si ottiene la potenza termica effettiva del focolare nelle condizioni di esercizio. Alcuni costruttori predispongono diagrammi in cui in base alla pressione del gas e al tipo di caldaia (uggello) viene determinata la portata termica effettiva del focolare. Analoghe considerazioni possono essere svolte per gli altri tipi di combustibile. (Gli strumenti multifunzione non richiedono la portata perché ininfluente per l effettuazione del calcolo del rendimento ma solo il tipo di combustibile)

18 Indice d aria (n): l indice d aria non è previsto dalla UNI ed è peraltro un valore calcolato dagli strumenti multifunzione. Riferendosi alla teoria della combustione, per assicurare una buona combustione occorre che combustibile e comburente (ossigeno) siano perfettamente miscelati, da ciò la necessità di fornire un leggero eccesso d aria, considerando comunque che un quantitativo d aria elevato aumenta la quantità dei fumi, la dispersione di calore dal camino e diminuisce il rendimento di combustione. Il valore dell indice d aria è dato dalla relazione n = CO 2t /CO 2 se lo strumento misura la CO 2 ovvero n = 21/(21- O 2 ) se lo strumento misura l O 2 52 VALORI CALCOLATI Indice d aria (n): % n = CO 2t /CO 2 se lo strumento misura la CO 2 ovvero n = 21/(21- O 2 ) se lo strumento misura l O 2 dove CO 2t è funzione del tipo di combustibile e vale 11,7 per il metano, 13,9 per il GPL e 15,1 per il gasolio. Alcuni strumenti titolano questo valore come eccesso d aria, ciò che ci consente di differenziare i due tipi di indicatori è l unità di misura; infatti nel caso dell indice d aria siamo in presenza di un numero adimensionale, mentre nel caso dell eccesso d aria siamo in presenza di un valore percentuale (%). Il valore dell indice d aria e dato dalla media delle tre letture (n1 + n2+ n3) /3 =n m Mentre per determinare l eccesso d aria percentuale (e) si applica e = (nm 1) * CO 2 (%) oppure O 2 (%): è il parametro non misurato dallo strumento (O 2 ovvero CO 2 ) viene calcolato dallo strumento sulla base delle reazioni di combustione che correlano tra loro i seguenti quattro parametri CO 2 percentuale nei fumi secchi O 2 percentuale nei fumi secchi CO percentuale nei fumi secchi Indice d aria (n) oppure eccesso d aria (e) percentuale Noti due parametri è possibile ricavare il valore degli altri due; quindi lo strumento semplifica ciò che gia era reso graficamente dal triangolo di Ostwald

19 Nella figura, riferito al gas metano, notiamo che la retta CO = 0% interseca l asse delle ascisse nel punto in cui CO 2 = 11,7 e O 2 = 0; questo punto rappresenta la combustione stechiometrica. Inoltre la medesima retta interseca l asse delle ordinate nel punto CO 2 = 0 e O 2 = 21 (tendente), in questo punto la combustione avviene in eccesso d aria tendente all infinito. La particolarità del triangolo risiede nel fatto che tutte le condizioni di combustione sono comprese al suo interno, all esterno non è fisicamente possibile la combustione. 55 Perdita per calore sensibile Q s (%)La perdita di calore sensibile è generalmente calcolata dalla strumento ed è determinata dall applicazione della seguente formula Qs = (A1/(21-O2) + B) (Tf Ta) Quando si è rilevata la concentrazione di Ossigeno nei fumi, ovvero Qs = (A2/CO2+ B) (Tf Ta) A1 A2 B 0,66 0,38 0,010 Metano 0,63 0,42 0,008 GPL 0,68 0,50 0,007 Gasolio 0,68 0,52 0,007 Olio Comb. Quando si è rilevata la concentrazione di CO 2 nei fumi Dove Qs è la perdita ai fumi espressa in % O2 è la concentrazione di ossigeno in % Tf è la temperatura dei fumi in C Ta è la temperatura dell aria comburente A1, A2 e B sono costanti relative al tipo di combustibile in C 56 I nuovi strumenti multifunzione forniscono automaticamente il risultato del calcolato. Rendimento di combustione η c : Il rendimento di combustione, riferito alla potenza termica alla quale è stata effettuata la prova è dato dalla applicazione della seguente formula η = 100 Qs I nuovi strumenti multifunzione forniscono automaticamente il risultato del calcolato

20 η c η DPR412 Dpr Se il rendimento di combustione calcolato, diminuito di 2(%), è inferiore al limite definito dal Dpr 412 e se non è possibile ricondurre il generatore ai valori di rendimento prestabilito, l esito della misurazione deve essere considerato negativo. Deve inoltre essere emessa prescrizione per la sostituzione del generatore Altre verifiche effettuate: in relazione all esito indicare indicare P per positivo, N per Negativo e NC per non controllabile, per i seguenti elementi: Stato delle coibentazioni, Stato della canna fumaria Dispositivi di regolazione e controllo Sistema di aerazione del locale 58 Nell ambito della verifica periodica effettuata dal manutentore e dei controlli eseguiti dagli enti che hanno in carico la sorveglianza, deve essere eseguita la misura del rendimento di combustione. I valori di rendimento di combustione riscontrati devono risultare superiori ai limiti definiti dallo stesso Regolamento e che sono riportati nella tabella successiva. Nel caso in cui la misura evidenzi valori inferiori al limite minimo consentito devono essere eseguite le manutenzioni necessarie per ripristinare le condizioni di corretto utilizzo del generatore e se, dopo avere effettuato la manutenzione, continuano ad essere rilevati dei valori irregolari, occorre sostituire il generatore entro 300 giorni dalla data della verifica. 59 Il testo del Regolamento specifica che il rendimento di combustione deve essere misurato alla massima potenza termica effettiva del focolare, nelle condizioni di normale funzionamento; questo significa che è ammessa, come peraltro indicato anche dalle norme tecniche, anche l effettuazione della misura in regime di modulazione del bruciatore, cioè a potenza termica ridotta; in questo caso nel rapporto di misura occorre specificare le condizioni di effettuazione della prova. Nella tabella sottostante sono riportati i valori dei rendimenti di combustione minimi previsti per una serie di apparecchi diversi in base alla potenza termica nominale 60 20

21 Valore minimo rendimento di combustione I generatori di calore ad acqua calda installati prima del 29/10/1993 devono avere un rendimento di combustione (caldaie standard) ηc >ηu -2 = LogPn I generatori di calore ad acqua calda installati dal 29/10/1993 al 31/12/1997 devono avere un rendimento di combustione (caldaie standard) ηc > LogPn I generatori di calore ad acqua calda installati dal 01/01/1998 al 8/10/2005 devono avere un rendimento di combustione (caldaie standard) ηc > LogPn (caldaie bassa temp.) ηc > ,5LogPn (caldaie condensazione) ηc > LogPn I generatori di calore ad acqua calda installati dal 8/10/2005 devono avere un rendimento di combustione (caldaie di qualsiasi tipo) ηc > LogPn 61 Valore minimo Rendimento di combustione 62 Valore minimo Rendimento di combustione 63 21

22 Valore minimo rendimento di combustione (approfondimento) Direttiva 92/42/CEE (DPR 660/96). La direttiva si applica ai generatori alimentati a combustibile liquido o gassoso, con potenza termica nominale compresa tra 4 e 400 kw e prevede che ogni generatore di calore, in ragione del tipo e della potenzialità, abbia un rendimento termico utile superiore al valore minimo derivante dall applicazione delle formule contenute nella tabella. 64 Valore minimo rendimento di combustione generatori ad aria I generatori ad aria calda (utilizzati prevalentemente in ambienti industriali e nelle serre) installati nei nuovi impianti, ristrutturazioni e per la sostituzione di quelli esistenti, devono avere un rendimento di combustione (definito come il rapporto tra la potenza termica convenzionale e la potenza termica utile) superiore a: Generatori installati prima del 29/10/93 µc = ( logpn) % [-6] Generatori installati dopo del 29/10/93 µc = ( logpn) % [-3] Il valore del rendimento è funzione della potenza termica nominale e si calcola con la formula : µc = ( logpn) % dove log Pn = logaritmo in base 10 della potenza nominale espressa in kw. Per potenza nominale superiore a 400 kw il valore del rendimento di combustione deve essere uguale o superiore al valore sopra indicato e calcolato a Pn = 400 kw