TERNI  03/05/2014

COSA RECUPERIAMO NELLA CALDAIA A CONDENSAZIONE

Il gas naturale è una miscela di gas formata prevalentemente da metano (CH4) e da altri gas quali etano, propano, butano etc. La quantità percentuale dei componenti presenti nel gas naturale varia da giacimento a giacimento, in ogni caso il metano risulta avere percentuali molto elevate ed in alcune miscele raggiunge il 99%.

La combustione del gas metano in un gruppo termico genera calore. Questo calore è composto da due poteri calorifici: quello superiore e quello inferiore.

• Il potere calorifico inferiore e quello superiore di un combustibile rappresentano la quantità di energia che si può ricavare dalla sua combustione: quello superiore comprende anche il calore latente di vaporizzazione (calore contenuto nel vapore acqueo).
• Per dare una misura a questo effetto vediamo che cosa sono il Potere Calorifico Superiore (P.C.S.) ed il Potere Calorifico Inferiore (P.C.I.).
• Il Potere Calorifico Inferiore (P.C.I.) è la quantità di calore liberata durante la combustione completa di un combustibile, senza considerare il calore di evaporazione del vapore acqueo.
• Il Potere Calorifico Superiore (P.C.S.) é la quantità di calore liberata durante la combustione completa di un combustibile, incluso il calore di evaporazione contenuto nel vapore acqueo presente come prodotto della reazione chimica, rappresentata nella figura.

In teoria condensando tutto il vapore contenuto nei fumi, si ottiene un incremento del rendimento pari all’11% rispetto a quello massimo riferito al potere calorifico inferiore del combustibile.

Con le caldaie tradizionali, anche ad alto rendimento, si considera esclusivamente il P.C.I. in quanto per il loro sistema costruttivo non possono che sfruttare una sola parte del calore teorico. Con le caldaie tradizionali, arrivare alla condensazione dei gas di combustione potrebbe provocare danni da corrosione delle superfici di scambio termico interne.
Per poter confrontare la tecnica di combustione convenzionale con quella della condensazione, e quindi i relativi gradi di rendimento utile, si fa riferimento ancora oggi al P.C.I. In linea di massima, tanto più è elevata la differenza tra il potere calorifico inferiore e il potere calorifico superiore, tanto maggiore è la possibilità di applicare efficacemente la tecnica della condensazione. Ad esempio, per il gasolio questa differenza è pari al 6%, mentre per il gas metano il P.C.S. si trova circa l’11% sopra al P.C.I. Inoltre, la temperatura di condensazione del metano risulta di 10 °K superiore a quella del gasolio. Ne consegue un maggior sfruttamento dell’energia tratta dal metano rispetto al gasolio.

Energia in gioco durante la combustione.

ENERGIA UTILIZZATA E DISPERSA NELLE CALDAIE TRADIZIONALI

Nello schema riportato, vediamo come in una caldaia tradizionale il calore latente (11%) venga perso direttamente nei fumi, che vengono espulsi a temperature superiori a 150°C.
L’alta temperatura dei fumi di scarico fa sì che anche le perdite al camino siano elevate (circa 10%), così come le perdite all’involucro (circa 5%).

Ne conseguirà che di tutto il calore generato dalla combustione solo l’85% andrà all’impianto.

                      TRADIZIONALE                                                   CONDENSAZIONE

ENERGIA UTILIZZATA E DISPERSA NELLE CALDAIE A CONDENSAZIONE

In una caldaia a condensazione il rendimento è variabile secondo la temperatura dell’acqua che rientra in caldaia.
Quando la temperatura di ritorno fa sì che i fumi scendano sotto la temperatura di rugiada del metano, il rendimento oltrepasserà il 100% sul P.C.I. e aumenterà esponenzialmente per ogni grado al di sotto della temperatura di rugiada.
Nello schema qui illustrato si può notare come la bassa temperatura dei fumi consenta meno perdite al camino (nell’ordine del 2%) e minori perdite all’involucro (nell’ordine del 2%), ottenendo già così un rendimento sul P.C.I. del 96%.
Al 96% andrà ad aggiungersi un ulteriore 8% dato dal recupero del calore latente contenuto nei fumi, portando così il rendimento al 104% sul potere calorifico inferiore.
Il concetto fondamentale che nasce da questo schema è che tanto più si può spingere la temperatura fumi al di sotto del punto di rugiada, tanto più aumenta il rendimento.