lunedì 3 ottobre 2016

un pò di storia.....


Petrolio
















Il 27 agosto 1859 ebbe inizio la "grande corsa al petrolio".
Le tecniche di perforazione sperimentate a Titusville avevano dato il risultato sperato di estrarre petrolio in profondità a costi competitivi.
Come spesso accade in questi casi, i capitalisti pionieri che dominarono la scena nella fase iniziale furono rapidamente sostituiti da altri personaggi.
Tra questi nuovi capitalisti si distinse rapidamente John D. Rockefeller.
Il suo nome è diventato il simbolo storico del capitalismo di fine ottocento e dell'animal- spirit che spingeva i self-made man all'investimento e all'imprenditoria nel grande sconfinato territorio americano.
La guerra di secessione era finita da poco lasciando un paese da ricostruire a cui si aggiungevano le grandi praterie dell'ovest da conquistare e "civilizzare".
Come molti capitalisti-imprenditori dell'epoca, Rockefeller, poco più che ventenne, fondò una società commerciale il cui core-business era alquanto vago.
Si commerciava di tutto purché avesse un prezzo di vendita.
La società era a capo di Rockefeller e del socio Maurice Clark ed operava nel territorio di Cleveland nei mercati della carne e del frumento.
Il boom del petrolio del 1859 li coinvolse nel mercato nascente. Rockefeller e Clark avviarono alcune piccole industrie di raffinazione di petrolio lungo la ferrovia di Cleveland.
Il trasporto su rotaia era l'unico modo per trasportare il petrolio dai luoghi di estrazione ai grandi mercati dell'est e la città di Cleveland si trovava in una favorevole posizione geo-economica.
I profitti elevati provenienti dalla raffinazione convinsero Rockefeller a dedicare la sua attenzione esclusivamente al settore del petrolio.
In breve, liquidò il suo socio acquistando l'intera proprietà dell'azienda per mettersi in grado di manovrare una politica commerciale ambiziosa e aggressiva.
Nel settore della raffinazione operavano diverse società in forte concorrenza tra loro e Rockefeller ambiva apertamente al controllo monopolistico dell'intero mercato.
Lo stesso "Rockefeller" definì il contesto come "il grande gioco".
Era un particolare momento del capitalismo in cui l'entusiasmo negli affari e la corsa al profitto dominavano su ogni altro aspetto.
Le aziende erano guidate da uomini che si sfidavano in affari come in aspre guerre personali senza esclusioni di colpi.

Il "colpaccio" di Rockefeller

L'entusiasmo nella corsa al petrolio portò rapidamente ad una situazione di sovra produzione petrolifera e il prezzo del petrolio si dimezzò causando perdite economiche sia ai produttori/estrattori di petrolio sia anche alle aziende di raffinazione che lo preparavano per essere immesso sui mercati di sbocco.
Il tipico panico che segue una fase di grande entusiasmo portò molti investitori a svendere le proprie industrie.
Rockefeller comprese l'importanza del momento, un'occasione unica per acquistare le industrie di raffinazione concorrenti.
Nel 1870 fondò la società per azioni Standard Oil Company riuscendo ad ottenere nuova liquidità dalla vendita delle azioni e acquistare le aziende concorrenti in svendita.
Nel suo gioco mantenne comunque il capitale di controllo della Standard Oil Company.
Nel pieno della depressione Rockefeller ebbe il coraggio di andare contro tendenza realizzando una serie di grandi fusioni industriali allo scopo di raggiungere la leadership nella raffinazione del petrolio.
Ci riuscì.
La Standard Oil Company era diventata in breve tempo l'industria di raffinazione più forte del mercato americano.


Il petrolio (dal latino petrus–roccia e oleum–olio), anche detto oro nero, è un liquido infiammabile, denso di colore marrone scuro o verdognolo, che si trova in alcuni punti negli strati superiori della crosta terrestre.
È composto da una mistura di vari idrocarburi, in prevalenza alcani, ma possono esserci variazioni nell'aspetto nella composizione e nelle proprietà del petrolio.
La teoria biogenica, supportata dalla maggior parte dei geologi petroliferi, dice che il petrolio deriva da materia organica rimasta sepolta, che si scompone in un materiale ceroso noto come Cherosene, che sotto l'influenza di elevato calore e pressione si trasforma in idrocarburi. La differenza di densità e la ridotta viscosità consentono agli idrocarburi di migrare dalla roccia madre, più profonda, alla roccia serbatoio dove permane per effetto di trappole sedimentarie (luoghi in cui si trovano dei depositi di petrolio a grande profondità) dando luogo ai giacimenti petroliferi attuali.

Teorie alternative o complementari

Molte di queste teorie sono complementari e non mutualmente esclusive.
C'è generale accordo sul fatto che i giacimenti di origine abiotica esistenti, siano comunque minoritari.
Peró la teoria abiotica sostiene che tutti gli idrocarburi naturali sono di origine abiotica, eccetto del metano prodotto attraverso dei batteri in superficie.
La teoria dell'origine abiotica del petrolio prevede che al momento della formazione della Terra si siano formati dei significativi depositi di carbonio, ora preservati solo nel mantello superiore.
Questi depositi, trovandosi in condizioni di elevata temperatura e pressione, catalizzerebbero molecole elementari di metano a formare idrocarburi complessi.
Questa teoria non è in contraddizione col secondo principio della termodinamica.
Una variante di questa teoria prevede l'idrolisi di peridotiti del mantello allo scopo di formare un fluido ricco in idrogeno che, risalendo, dilaverebbe le rocce carbonatiche superiori e con metalli catalizzatori come Ni, Cr, Co, V, ecc., generando idrocarburi.
Questa reazione chimica si chiama sintesi di Fischer-Tropsch.

Composizione

Il petrolio deriva da depositi di carbonio ed idrogeno esposti ad elevate pressioni e ad elevato calore.
Sia la fase liquida oleosa (petrolio) che la fase gassosa (gas naturali) tendono a migrare attraverso le rocce porose fino a quando incontrano strati impermeabili del terreno dove tendono a raccogliersi.
Dopo il processo di estrazione, il petrolio greggio viene raffinato attraverso la distillazione. Il prodotto finale include cherosene, benzene, benzina, paraffina, asfalto, ecc...
Propriamente parlando, il petrolio consiste per la maggior parte di idrocarburi alifatici sia lineari che ramificati e di idrocarburi aromatici (mono-, bi- e poli- ciclici) composti quasi esclusivamente da idrogeno e carbonio.
Sono tuttavia presenti quantità di composti solforati (solfuri e disolfuri), azotati (chinoline e piridine) e ossigenati (acidi grassi, acidi naftenici e fenoli) anche se la loro percentuale, complessivamente, difficilmente supera il 7 %.
Nel petrolio si trovano anche metalli come Ni, V, Co, Cr, Cd, Pb, As, Hg, ecc.
I quattro idrocarburi più leggeri -- CH4 (metano), C2H6 (etano), C3H8 (propano) e C4H10 (butano) -- sono gas, hanno una temperatura di ebollizione rispettivamente di -107°C, -67°C, -43°C, e -18°C.
Le catene molecolari nel range di C5-7 sono nafte leggere, evaporano facilmente.
Vengono usate come solventi, fluidi per pulizia a secco, e altri prodotti ad asciugatura rapida.
Le catene da C6H14 a C12H26 sono miscelate insieme e usate per la benzina.
Il cherosene è composto da catene nel range da C10 a C15, seguito dal combustibile diesel e per riscaldamento (da C10 a C20) e combustibili più pesanti come quelli usati nei motori delle navi.
Questi derivati del petrolio sono liquidi a temperatura ambiente.
Gli olii lubrificanti e grassi semi solidi (come la vaselina®) sono nel range da C16 fino a C20.
Le catene da C20 in avanti sono solidi, cominciando dalla "paraffina", poi catrame e bitume per asfalto.
Intervalli di temperature di ebollizione delle frazioni di distillazione del petrolio a pressione atmosferica in gradi Celsius:
Lo stabilimento dove si trasforma il petrolio greggio in prodotti finiti è detto raffineria.

Storia del petrolio

Il petrolio accompagna la storia dell'uomo da secoli e fin dall'antichità il greco "naphtha" richiamava il fiammeggiare tipico delle emanazioni petrolifere.
I popoli dell'antichità avevano già ben noti i giacimenti di petrolio superficiali che utilizzavano per produrre medicinali e bitume o per illuminare le lampade.
Non mancarono anche gli usi bellici del petrolio.
Già ai tempi di Troia dell'Iliade, Omero narra di un "fuoco perenne" lanciato contro le navi greche.
Il "fuoco greco" dei Bizantini era la più nota e temuta arma dell'antichità tratta dal petrolio, una miscela di olio, zolfo, resina e salnitro in grado di prendere fuoco a contatto con l'aria.
La micidiale miscela era cosparsa sulle frecce o lanciata verso le navi nemiche incendiandole.
La conoscenza del petrolio ha pertanto origini antiche soprattutto in Medio Oriente.
Venne introdotto in occidente soprattutto come medicinale tramite l'espansionismo arabo.
Le sue doti terapeutiche si diffusero con grande rapidità e alcune fonti d'olio a cielo aperto, come l'antica Blufi (santuario della Madonna dell'olio) e Petralia in Sicilia, divennero noti centri termali dell'antichità.
Il valore del petrolio come fonte di energia trasportabile e facilmente utilizzabile, (usata dalla la maggioranza dei veicoli (automobili, camion, treni, navi, aeroplani) e come base di molti prodotti chimici industriali lo rende una delle materie prime più importanti del mondo.
L'accesso al petrolio è stato uno dei principali fattori in molti conflitti militari, compresi la Seconda guerra mondiale e la guerra del Golfo.
La maggior parte delle riserve facilmente accessibili è collocata nel Medio Oriente, una regione politicamente instabile.

Campo di estrazione petrolifera in California, 1938
L'industria petrolifera nacque negli Stati Uniti per l'iniziativa di Edwin Drake negli anni 1850, nei pressi di Titusville, Pennsylvania.
L'industria crebbe lentamente durante il 1800 e non diventò di interesse nazionale (USA) fino agli inizi del ventesimo secolo; l'introduzione del motore a combustione interna fornì la domanda che ha largamente sostenuto questa industria fino ai giorni nostri.
I primi piccoli giacimenti "locali" in Pennsylvania e in Ontario sono stati velocemente esauriti, portando ai " boom petroliferi" in Texas, Oklahoma, e California.
Altre nazioni avevano considerevoli riserve petrolifere nei loro possedimenti coloniali, e incominciarono ad utilizzarli a livello industriale.
Sebbene negli anni 50 il carbone fosse ancora il combustibile più usato nel mondo, il petrolio cominciò a soppiantarlo.
Oggigiorno circa il 90% del fabbisogno di combustibile è coperto dal petrolio.
In conseguenza della crisi energetica del 1973 e della crisi energetica del 1979 si è sollevato l'interesse nella pubblica opinione sui livelli delle scorte di petrolio, portando alla luce la preoccupazione che essendo il petrolio una risorsa limitata essa sia destinata ad esaurirsi (almeno come risorsa economicamente sfruttabile).
Il prezzo del barile di petrolio è, fra alti e bassi, costantemente aumentato, con un particolare picco nell’estate del 2008. E’ nuovamente risceso improvvisamente nell’autunno di quell’anno, per poi risalire gradualmente fino alla primavera del 2012.
Da allora in poi solo oscillazioni marginali, culminate nel brusco calo di inizio 2015, che si è mantenuto inalterato fino ad oggi
Esistono e sono continuamente allo studio fonti alternative e rinnovabili di energia, sebbene la misura in cui queste possano rimpiazzare il petrolio e i loro eventuali effetti negativi sull'ambiente sono attualmente oggetto di dibattito.

COMBUSTIBILI

Sono definiti combustibili le sostanze, composte prevalentemente da carbonio e da idrogeno, le quali, combinandosi con l'ossigeno dell'aria, danno luogo ad una reazione chimica con sviluppo di calore.
Secondo lo stato fisico in cui si presentano, i combustibili si dividono in "solidi", "liquidi" e "gassosi" e possono essere "naturali" o "artificiali".

Combustibili solidi

naturali artificiali
carboni coke
ligniti carbone di legna
torbe agglomerati
legno

Alcuni cenni sui combustibili solidi sono doverosi, anche se oggi poco utilizzati quale combustibile nell'ambito del riscaldamento degli ambienti e per la produzione di acqua calda sanitaria.

  • antracite; è un carbone fossile, risultato della trasformazione di prodotti
vegetali rimasti sepolti per milioni di anni, è di colore nero, brucia quasi senza fiamma.

  • litantrace; è un carbone fossile e si divide in litantrace a fiamma corta, a
fiamma lunga ed in litantraci da gas, questi ultimi essendo molto ricchi di sostanze volatili, sono stati in passato utilizzati per la produzione di gas città.

  • lignite; è un combustibile naturale, si distingue in lignite xiloide e
lignite picea le ligniti sono ricche di sostanze volatili ed hanno un alto tenore di umidità.

- torba; proviene dalla trasformazione di piante acquatiche è
direttamente immersa nell'acqua o miscelata a grandi quantità, per essere utilizzata deve subire un processo di essiccamento, ha un alto tenore di umidità.

- legno; è il combustibile solido più comune, il suo impiego offre il
vantaggio di non determinare inquinamento atmosferico in quanto privo di zolfo.

- coke; è un combustibile artificiale ne esistono due specie coke
metallurgico che si ottiene dalla distillazione di litantrace ad una temperatura di circa 1100-1200 °C., e coke da gas che si ottiene dalla distillazione a lunga fiamma ad una temperatura di circa 1000-1100 °C.

- agglomerati; gli agglomerati si ottengono pressando polvere di carbone e
pece, citiamo gli ovuli preparati con antraciti e le mattonelle realizzati con ligniti.

Combustibili liquidi

I combustibili liquidi sono tutti derivanti dal petrolio "greggio".
Il greggio e composto da un'insieme di idrocarburi composti di "carbonio" e "idrogeno" e si dividono in:

  • paraffinici
  • naftenici
  • olefinici
  • acetilenici
  • aromatici

Come avviene la produzione dei vari tipi di combustibile :

Il greggio viene sottoposto al processo di distillazione frazionata, viene riscaldato e separato nei vari tagli, sfruttando il diverso ponto di ebollizione dei componenti, i prodotti che si ricavano sono:

  • GPL (gas di petrolio liquefatto)
  • benzine (distillati leggeri di petrolio)
  • petrolio kerosene
  • gasolio
  • oli combustibili
  • residui





Combustibili gassosi


naturali artificiali

gas naturale (metano) G.P.L. (petrolio liquefatto)
gas manifatturati
gas di sintesi


IL POTERE CALORIFICO

La quantità di calore sviluppata dalla combustione completa di 1 kg. o di 1 m3 di combustibile, con riferimento agli elementi utili, viene definita " potere calorifico".

Per un combustibile si distingue:

(P.c.s.) potere calorifico superiore;

(P.c.i.) potere calorifico inferiore.

Nel processo della combustione si produce "vapor d'acqua", dovuto sia all'"ossidazione dell'idrogeno" che all'"evaporazione dell'acqua" contenuta nel combustibile questo vapor d'acqua, per vaporizzazione, assorbe una certa quantità di calore (mediamente 0,7/0,74 kw per kg. di combustibile) che va perduto con i fumi.

Il fumo grigiastro o nero è normalmente vapor d'acqua insieme a fuliggine.

La differenza tra i due poteri calorifici consiste nel tenere conto (P.c.s.) e non del (P.c.i.) delle calorie assorbite dal vapor d'acqua e disperse con i fumi, quindi se tra le calorie sviluppate dal combustibile si comprendono anche quelle contenute nel vapor d'acqua si parla di potere calorifico superiore;

Se non se ne tiene conto, come avviene nella pratica, si parla di "potere calorifico inferiore".

Per la formazione di questo vapore si spendono 0,06 kw per ogni unità in % di idrogeno.

In un combustibile con tenore medio del 12% di idrogeno, si ha una differenza
tra potere calorifico superiore ed inferiore di 0,75 kw (2.715 kj/kg).


POTERE CALORIFICO INFERIORE DI ALCUNI COMBUSTIBILI

combustibile unità potere potere
di misura calorifico calorifico
kw inferiore inferiore
in kw in kcal

antracite kw/kg 8,84 kcal/kg 7600
litantraci a corta fiamma kw/kg 8,6/9,07 kcal/kg 7400/7800
litantraci a lunga fiamma kw/kg 6,98/9,14 kcal/kg 6000/7000
ligniti (mattonelle) kw/kg 5,58 kcal/kg 4800
torba kw/kg 2,33 kcal/kg 2000
legna (essiccata all'aria) kw/kg 4,07 kcal/kg 3500
coke kw/kg 7,44/9,14 kcal/kg 6400/7000
carbone di legna kw/kg 9,14 kcal/kg 7000

petrolio Kerosene kw/kg 11,98 kcal/kg 10300
gasolio (olio da gas) kw/kg 11,86 kcal/kg 10200
gasolio (olio da gas) kw/lt 10,08 kacl/lt (0,850) 8670
olio fluido kw/kg 11,40 kcal/kg 9800
olio denso ATZ kw/kg 11,16 kcal/kg 9600
olio denso BTZ kw/kg 11,16 kcal/kg 9600
olio wuthermo kw/kg 8,93 kcal/kg 7680
olio ecologico kw/kg 11,70 kcal/kg 10060
olio ecologico ecoflu kw/kg 11,63 kacl/kg 10000

gas naturale kw/ m3 9,97 kcal/m3 8570
gas naturale (m3 standard) kw/ m3 9,59 kcal/m3 8250
gas propano kw/ m3 25,89 kcal/m3 22265
gas butano kw/ m3 34,40 kcal/m3 29580
gas GPL kw/ m3 26,31/28,44 kcal/m3 22630/24460
gas aria propanata kw/ m3 6,90 kcal/m3 5930
gas di città kw/ m3 4,39/4,49 kcal/m3 3775/3865
gas biogas kw/ m3 6,38 kcal/m3 5490

Altri elementi caratteristici dei combustibili sono:

  • peso specifico (combustibili liquidi);

Il peso specifico è il peso dell'unità di volume, ossia il rapporto tra il peso di un dato volume di combustibile alla temperatura di 15° C. ed il peso di uguale volume d'acqua alla temperatura di 4° C., al pari della viscosità (ne parleremo più avanti) il peso specifico varia al variare della temperatura, i valori usuali del peso specifico per gli oli combustibili sono nell'ordine di 0,92 - 0.96 kp/dm3.

  • acqua e sedimenti;

La presenza di acqua e sedimenti nei combustibili è una causa di notevole disturbo nella utilizzazione dei combustibili stessi, queste infatti, possono provocare irregolarità nella combustione.

combustibile acqua e sedimenti % max.

petrolio Kerosene 0,05
gasolio (olio da gas) 0,05
olio fluido 1,0
olio denso ATZ 2,0
olio denso BTZ 2,0
olio ecologico 0,05

- punto di infiammabilità (combustibili liquidi);

Il punto di infiammabilità è la temperatura in corrispondenza della quale, in determinate condizioni, si produce una quantità di vapori, tale da formare con l'aria una miscela infiammabile, tutto ciò non si deve confondere con il "punto di accensione" che corrisponde alla temperatura alla quale i vapori prodotti sono tali da instaurare una combustione continua, il punto di infiammabilità è in relazione con il peso specifico e la viscosità di un olio combustibile; è più alto per gli oli densi e più basso per gli oli leggeri, la conoscenza del punto di infiammabilità è importante per la predisposizione di misure di sicurezza contro il pericolo di incendio durante le operazioni di stoccaggio, trasporto ecc., il valore ammesso non deve essere inferiore a 65° C..

  • tenore di zolfo;

Lo zolfo, pur essendo combustibile, è un elemento nocivo ed indesiderato nei combustibili, in quanto è causa di corrosioni e di inquinamento.
Il valore attuale imposto dalla direttiva CEE con decorrenza ultima del 01/01/1996 prevede un contenuto di zolfo di < 0,05. (convenzione del Ministero dell'Industria del Commercio e dell'Artigianato ottobre 1992).

- Le piogge acide;

La presenza di zolfo nel combustibile alza il punto di rugiada dei fumi, anche un aumento del tenore di SO3 comporta un aumento del punto di rugiada, l'innalzamento del punto di rugiada è un evento tecnico particolarmente sgradito, perché obbliga a scaricare i fumi a temperatura adeguatamente più alta, onde impedire la formazione di condensa acida, che è particolarmente aggressiva nei confronti delle caldaie e dei camini, sotto questo aspetto anche combustibili privi di zolfo, quale ad esempio il gas naturale, danno luogo a condensa acida proveniente dalla combustione, è il caso di caldaie a metano a condensazione, dove il difetto di trattamento di neutralizzazione o di diluzione delle condense di scarico, che ammontano anche a 1,5 litri per ogni m3 di gas bruciato, sono riscontrabili ph variabili tra 3,4 e 4, certamente al di fuori dei limiti di accettazione della normativa italiana vigente.


  • ceneri;

Le ceneri sono impurità di origine minerale difficilmente eliminabili, sono definite dalla legge 615 (residui solidi della combustione completa di sostanze combustibili).
combustibile ceneri % max.

petrolio Kerosene 0,0
gasolio (olio da gas) 0,01
olio fluido 0,10
olio denso ATZ 0,20
olio denso BTZ 0,20
olio ecologico 0,01

  • opacità (combustibili liquidi);

E' la proprietà di un corpo di non essere trasparente, si determina secondo le modalità previste nel DPR 1391 del 22/12/1970 art. 14, si tratta di osservare per trasparenza, l'olio contenuto in una scatola di vetro di piccolo spessore, posta alla distanza di 10 cm da una piccola lampada elettrica a filamento metallico del potere illuminante di 50 candele decimali, l'opacità deve essere totale per uno spessore ben definito che è di 3 mm per l'olio fluidissimo, 2 mm per l'olio fluido e semifluido, 1 mm per l'olio denso.

  • viscosità (combustibili liquidi);

La viscosità può essere definita, in modo più o meno approssimativo, come "la resistenza che un combustibile liquido oppone al proprio scorrimento", essa è legata al peso specifico del combustibile ed alla temperatura (proprietà dei fluidi di opporsi al moto relativo delle loro particelle) alla quale si trova il combustibile stesso, quest'ultima ha importanza rilevante, in quanto influenza direttamente la viscosità:


combustibile ° Engler viscosità a 20°C. ° Engler viscosità a 50°C.

petrolio (kerosene) 1,6
gasolio (olio da gas) 1,12/1,6
olio fluido 3/5
olio semifluido 5/7
olio denso ATZ > 7
olio denso BTZ > 7
olio ecologico 13


  • densità relativa all'acqua e all'aria;


combustibile densità relativa all'acqua a 15°C. densità relativa all'aria

petrolio (kerosene) 0,77/0,83
gasolio (olio da gas) 0,815/0,875
gasolio (olio da gas) 0,835/0,850
olio fluido 0,92
olio semifluido 0,94
olio denso ATZ 0,97
olio denso BTZ 0,97
olio ecologico 0,913
gas naturale 0,555
gas propano 1,562
gas butano 2,094
gas GPL 1,587/1,713
gas aria propanata 1,15
gas di città 0,463/0,514
gas biogas 0,895


- CO2 massimo in volume %;

combustibile CO2 massimo in volume %;

petrolio (kerosene) 14,99
gasolio (olio da gas) 15,4
olio fluido 15,6
olio semifluido 15,7
olio denso ATZ 15,8
olio denso BTZ 15,9
olio ecologico 15,6
gas naturale 11,73
gas propano 13,75
gas butano 14,06
gas GPL 13,77/13,86
gas aria propanata 13,78
gas di città 12,00/13,00
gas biogas 16,95


  • preriscaldamento per la combustione e per il trasporto;


combustibile per la combustione per il trasporto

petrolio (kerosene) no no
gasolio (olio da gas) no no
olio fluido si 100/110 no
olio semifluido si 100/110 no
olio denso ATZ si 120/140 si
olio denso BTZ si 120/140 si
olio ecologico si 120/140 si



- temperatura di rugiada e vapor d'acqua;


combustibile temperatura vapor d'acqua
di rugiada °C. kg/kg

petrolio Kerosene 95 1,26
gasolio (olio da gas) 95 1,24
olio fluido 145 1,05
olio denso ATZ 150 0,99
olio denso BTZ 130 1,02
olio ecologico 95/105 1,13
gas naturale 58 1,66
gas propano 54 3,32
gas butano 54 4,15
gas GPL 52/54 3,36/3,57
gas aria propanata 53 0,88
gas di città 60/61 0,78
gas biogas 53 1,06


  • volume aria.


combustibile volume fumi volume fumi
secchi Nm3/Nm3 umidi Nm3/Nm3


petrolio Kerosene 11,33 12,02
gasolio (olio da gas) 11,24 11,98
olio fluido 10,7
olio denso ATZ 10,57 11,14
olio denso BTZ 10,57 11,18
olio ecologico 11,03 11,71
gas naturale 8,52 10,52
gas propano 21,81 25,81
gas butano 28,15 33,45
gas GPL 22,14/23,80 26,19/28,10
gas aria propanata 5,8 6,86
gas di città 3,60/3,65 4,55/4,58
gas biogas 5,82 7,10


  • miscela esplosiva in aria


combustibile miscela esplosiva
in aria %


gas naturale 5/15
gas propano 2,4/9,3
gas butano 2/7,6
gas GPL 2,1-2,4/9,3-9,5
gas aria propanata 7,5/36
gas di città 5-6/32-38
gas biogas 7,8/23,4



OSSIDO DI CARBONIO


L'ossido di carbonio è un gas instabile, inodore, incolore, molto tossico perché, una volta respirato, va direttamente nel sangue, fissando l'emoglobina in carbossiemoblobina ed impedendo per contro il fissaggio vitale dell'ossigeno, gli effetti sul corpo umano dell'esposizione prolungata alle diverse concentrazioni di questo gas sono visibili nella tabella sopra riportata.
L'ossido di carbonio è altresì estremamente pericoloso perché con l'aria forma una miscela esplosiva con grandissima facilità (dal 12,5% al 74%), ha una densità poco inferiore a quella dell'aria (circa il 3% in meno), per cui di fatto diffonde in tutte le direzioni, nello stesso modo ed insieme all'aria ambiente, nel caso di rigurgito di fumi caldi, diffonde nell'ambiente insieme ai fumi, tendenzialmente verso l'alto, al raggiungimento della concentrazione minima di esplosività, l'innesco banale di una scintilla dell'impianto elettrico è sufficiente a determinare l'esplosione, l'ossido di carbonio si produce sia con combustibili liquidi, che con combustibili gassosi, ogni qualvolta per difetto di regolazione dell'aria o di miscelazione aria-combustibile, la combustione avviene nel suo complesso, oppure localmente, in difetto d'aria, la sua formazione è sempre imputabile ad una tecnologia di combustione decisamente inadeguata e per lo più sciatta e scadente, in tali combustioni incomplete si verifica anche l'ulteriore assurdo tecnico che il calore liberato è appena il 30% di quello ottenibile da una combustione completa a CO2, anche l'anidride carbonica, che è un prodotto naturale e voluto della combustione può, a rigore, essere considerata tra i potenziali inquinanti, in quanto una sua eccessiva concentrazione in determinate zone dell'atmosfera, dovuta ad una localizzazione eccessiva delle combustioni e ad una insufficiente diluzione dei loro prodotti, può alla lunga creare importanti modificazioni metereologiche ed ambientali.

1 = nessun effetto apprezzabile
2 = appena percettibile
3 = effetto apprezzabile
4 = mal di testa - nausea
5 = dannoso
6 = morte



MISCELA ESPLOSIVA

Una miscela è esplosiva quando la sua combustione è talmente rapida da far aumentare altrettanto rapidamente la pressione del gas di combustione (il gas si riscalda più velocemente di quanto riesca ad espandersi).
Il metano fa miscela esplosiva con l'aria se è presente in percentuale tra il 5 e il 15%, con meno del 5% di metano in miscela non c'è pericolo di esplosione (è il caso normale), con più del 15% di metano in miscela con l'aria non c'è pericolo di esplosione (caso della tubazione di adduzione del gas, delle bombole, ecc.).
Se per qualche irregolarità si scende sotto il 15% (per esempio quando le bombole di gas di GPL (gas-liquido) scoppiano quando sono prossime ad esaurirsi, per rientrate d'aria dovute a difetti delle valvole e favorite dalla mancanza di sufficiente contro pressione interna), oppure si salga sopra il 5%, l'esplosione si verifica se la miscela viene accesa da un innesco caldo, (per esempio una scintilla, una fiamma od altro ancora).
Nei bruciatori il rapporto metano/aria necessario ad una buona combustione è intorno al 5%, perciò proprio al centro del campo della miscela esplosiva.
Quindi occorre evitare con la massima scrupolosità possibile che si accumuli miscela aria/metano (ma anche aria/gasolio o olio combustibile) non accesa nella caldaia, nei condotti fumo e ovviamente nell'ambiente se si vuole evitare l'esplosione.


PRELAVAGGIO

E' indispensabile, prima di avere l'accensione della miscela, fare un regolare lavaggio con aria fresca della camera di combustione e del camino.

Le norme UNI-CIG 8042 per i bruciatori di gas ad aria soffiata prevedono un tempo di prelavaggio minimo di 30 secondi e un volume d'aria di ricambio di almeno 4 volte il volume del focolare.





COMBUSTIONE STABILE


Per ottenere una combustione stabile e regolare occorre anche in questo caso l'innesco della reazione:

- nel bruciatore la miscela viene accesa da una scintilla elettrica che scocca tra due elettrodi alimentati da un trasformatore, a sua volta comandato dall'apparecchiatura elettrica (programmatore).

Con tutto ciò non si verifica l'esplosione (pur essendo in presenza di miscela esplosiva), perché la combustione viene controllata da immissione regolare d'aria e di combustibile nel giusto rapporto e viene mantenuta stabile nella testa di combustione da apposito stabilizzatore (disco o un sistema di dischi alettati).





DIVIETO DI COMBUSTIONE IN DIFETTO DI ARIA

La combustione in difetto d'aria non è tecnicamente ammissibile, in quanto da luogo a incombusti e va quindi contro alle esigenze fondamentali di sicurezza, ecologia, economia ed affidabilità.

ECONOMIA Pericolo di formazione di miscele esplosive (CO, gas o vapori di idrocarburi) Pericolo per la salute (prodotti tossici come CO o idrocarburi)

ECOLOGIA Prodotti inquinanti (CO, carbone, idrocarburi ecc.)

ECONOMIA Non si utilizza completamente il potere calorifico del combustibile.

AFFIDABILITA' Si sporca la caldaia, si riduce lo scambio termico e si perde molto calore al camino.
Combustione sporca che richiede notevole manutenzione per imbrattamenti ed arresti.



COMPOSIZIONE E COMPORTAMENTO DELL'ARIA DI COMBUSTIONE

L'aria è costituita da ossigeno e azoto oltre a numerosi altri gas, che sono presenti in percentuali così basse, da essere considerati trascurabili.
L'aria ha la seguente composizione in volume:
21% di ossigeno;
79% di azoto.

E la seguente composizione in peso:

23% di ossigeno;
77% di azoto.

L'ossigeno partecipa alla combustione secondo il suo peso e non secondo il suo volume.

Perciò occorre stare molto attenti, in quanto spesso si può verificare che si introducano nel bruciatore gli stessi quantitativi d'aria in volume (il ventilatore allo stesso numero di giri spinge lo stesso volume d'aria), ma con pesi di ossigeno completamente diversi e quindi con combustioni starate.

Due casi tipici: - il cambiamento di stagione
- il cambiamento di altitudine dell'impianto


CAMBIAMENTO DI STAGIONE



Un bruciatore regolato molto bene d'inverno, può avere dei grossissimi problemi d'estate, perché la temperatura ambiente potrebbe variare (per esempio da 0°C. a + 30°C).

In queste condizioni lo stesso volume d'aria che si usa in inverno, porta d'estate un peso d'ossigeno dell'11% in meno, così che si potrebbe anche, in certe situazioni, finire per bruciare in difetto d'aria (in alcune centrali termiche si raggiungono in agosto temperature che passano da -20 a + 40, la variazione in peso è del 21%).
Paradossalmente possiamo concludere che è più difficile bruciare bene d'estate, che non d'inverno.
Per questa ragione è anche buona norma che nelle regolazioni di combustione invernale venga mantenuto ai bruciatori un certo margine di eccesso d'aria (per esempio 15-20% con il gasolio e olio combustibile e 10-15% con il metano), senza andare verso rendimenti di combustione eccessivamente alti (graditi per i risparmi), proprio in ragione degli effetti di stagionalità.

CAMBIAMENTO DI ALTITUDINE




Salendo di quota rispetto al livello del mare, il peso dell'aria e quindi dell'ossigeno contenuto varia nel seguente modo:

livello sul mare metri 0 500 1000 2000 3000

peso specifico dell'aria 1,225 1,168 1,112 1,010 0,909

variazione percentuale 0 -4,7 -9,2 -17,6 -25,8

Quando si installa il bruciatore in quota, il ventilatore eroga lo stesso volume d'aria, ma con un contenuto di ossigeno in peso ridotto.

Anche la pressione sviluppata dal ventilatore segue un andamento analogo.

La conseguenza pratica è che la potenza massima che un bruciatore può sviluppare si riduce di molto.

In pratica, nella scelta della grandezza del bruciatore da installare, si usa il criterio di maggiorare la potenza termica richiesta.


COMBUSTIONE DEL METANO

La quantità d'aria che partecipa alla combustione è assai elevata.
Per ogni parte di metano da bruciare, occorrono due parti di ossigeno e siccome l'ossigeno è circa il 20% dell'aria (la rimanenza è azoto), occorrono circa 10 (2x5) parti d'aria.
Quando si brucia 1 m3. di metano, occorrono dunque 10 m3. d'aria e si ottengono dei fumi che contengono 1 m3. di anidride carbonica, 2 m3 di vapor d'acqua e 8 m3. di azoto.
I fumi della combustione completa del metano sono puliti, perché contengono solo vapor d'acqua, anidride carbonica ed azoto.


Per ogni m3. di metano occorre prelevare ben 10 m3. di aria dell'ambiente.
Un bruciatore per un appartamento di 100 m2 (300 m3.), che necessiti (per esempio di 2 m3/h di metano per riscaldarsi (kcalh 8250 x 2 = kaclah. 16500) e che sia privo di ricambi d'aria (finestre ermetiche), divorerebbe tutta l'aria ambiente in appena 15 ore:

300
--------------- = 15 ore
2x10

Si spiega così la grande importanza dei ricambi d'aria fresca (di rinnovo) e pulita (priva di polvere), ovunque ci siano dei bruciatori in funzione, sia per ottenere una buona combustione, ma anche sopra tutto per ragioni di sicurezza.
L'aria che partecipa alla combustione entra nel bruciatore a temperatura ambiente (esempio 20°C., ma l'aria di rinnovo viene presa alla temperatura esterna) ed esce al camino a una temperatura nettamente più alta.

Vediamo tre casi. corrispondenti a 3 classi differenti di generatori:

- Temperatura di uscita dei fumi al camino di 150-200°C.

E' il caso dei moderni gruppi termici ad alto rendimento:
90% di calore utile reso all'acqua in funzionamento continuativo
85% di calore utile reso all'acqua in funzionamento intermittente

- Temperatura di uscita dei fumi al camino di 250-300°C.

E' il caso dei generatori di precedente generazione, vecchie macchine privi di pretese costruite negli anni 1960/70, dove si chiedeva solo di bruciare e niente più, in quanto l'energia costava pochissimo ed il rendimento non interessava più di tanto.

- Temperatura di uscita fumi al camino sopra i 300°C.

E' il caso delle combustioni inefficienti e "sporche" dei bruciatori di tecnologia completamente superata (moltissimi sono ancora in funzione), macchine "stupide" per concezione e realizzazione, ma anche formidabili rapinatori occulti dei risparmi delle famiglie ad ogni consuntivo stagionale di riscaldamento.
Quale sia la generazione o se vogliamo, il rango del sistema generatore - bruciatore, appare sempre chiaro che la grande quantità d'aria chiamata a partecipare alla combustione porta con se al camino una ancor più grande quantità di calore prezioso che viene sistematicamente sprecato.
Per questo è bene che la temperatura dei fumi sia più bassa possibile, ma è anche importante che, a parità di temperatura di scarico dei fumi, la quantità d'aria utilizzata per la combustione completa sia la minore possibile.

ECCESSO DI ARIA

Quest'ultima considerazione deriva dal fatto che, per avere una combustione completa, non si può utilizzare mai la quantità d'aria teorica prevista nei calcoli chimici, bensì un quantitativo sempre superiore (per esempio attorno al 10-15% caso del metano o al 15-20% caso del gasolio e olio combustibile, in modo d'avere un eccesso d'aria a disposizione che dia maggiori probabilità e possibilità ad ogni particella di combustibile di trovare nella testa di combustione e nella fiamma la sua giusta quantità di ossigeno, al fine di bruciare completamente.


La combustione sarà tanto più efficiente, quanto minore è questo eccesso d'aria.
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