Durante la combustione si producono alcuni prodotti di reazione, tra cui l’acqua, che viene definita acqua di combustione, essa viene prodotta dalla reazione fra idrogeno e ossigeno durante il processo.

A seconda delle condizioni in cui viene prodotta la combustione, l’acqua può condensare o meno, nel primo caso il calore di condensazione del vapore acqueo, viene ceduto e diventa calore utile, e si parla in tal caso di potere calorifico superiore, nel secondo caso l’assenza della condensazione del vapore d’acqua fa sì che il calore venga trattenuto dallo stesso.

Il potere calorifico superiore in genere viene utilizzato nelle macchine endotermiche o, più in generale, quando la combustione si potrebbe considerare a volume costante, se invece la pressione prodotta non viene contenuta in una camera, e la combustione si può considerare a pressione costante (quella atmosferica), il vapore acqueo si allontana senza condensare, è questo quello che avviene in genere nelle stufe e caldaie di nostro interesse, il calore utilizzato per il riscaldamento in tal caso, corrisponde al potere calorifico inferiore.

La normativa prevede la determinazione del potere calorifico superiore, in una combustione a volume costante e in cui il comburente è costituito da ossigeno a pressione controllata, mediante l’utilizzo di un calorimetro.

Il calorimetro da utilizzare segue lo schema classico, è costituito da un recipiente chiuso, riempito con acqua distillata, ed adiabatico, quindi capace di non scambiare calore con l’ambiente esterno.

Al suo interno è posizionata una bomba calorimetrica, dalle pareti buone conduttrici di calore, nella quale avviene la combustione, il comburente viene fornito iniettando ossigeno sotto pressione, il combustibile (in tal caso pellet ridotto in polvere), viene invece posizionato in un piccolo crogiolo, nella quantità di 0,7-0,8 g, una resistenza apposita sviluppa poi calore incendiando un filo di cellulosa, che come una miccia porta la fiamma a contatto con il combustibile, innescando la combustione vera e propria.

Il calore sviluppato viene ceduto alla bomba e da questa all’acqua, nel recipiente poi sono presenti un agitatore che favorisce la distribuzione della temperature all’interno della massa liquida, e un termometro molto sensibile, che registra le variazioni di temperatura nel tempo.

Un processore poi elabora i dati integrando le variazioni termiche con il tempo, e rapportando il calore sviluppato con il quantitativo di combustibile introdotto, fornendo direttamente come dato di output i Joule di calore prodotto per grammo di combustibile.

L’analisi va condotta sotto rigide condizioni per quanto riguarda i tempi, il controllo della temperatura e la massa del campione.

Il campione, nello specifico il pellet, deve essere triturato fino all’ottenimento di una polvere fine, ne va presa ca.1g e messa in un crogiuolo, che deve essere necessariamente di materiale inerte quale, ceramica, silicio o platino, profondo 10-20 mm e con la base capace di ospitare 0,1g/cm² di campione, il crogiuolo prima di iniziare le analisi deve essere messo in muffola a 550 gradi per 60 min. allo scopo di allontanare eventuali residui organici, va fatto raffreddare e, una volta raggiunta la temperatura ambiente, pesato.

Successivamente il campione viene posizionato nel crogiuolo secondo le indicazioni di cui sopra.

A questo punto il campione è pronto per essere introdotto in muffola, la temperatura deve raggiungere i 250 gradi in un periodo di 50 min. (l’incremento deve essere di 5 gradi al minuto), una volta raggiunta tale temperatura questa deve rimanere stabile per 60 min., per permettere ai composti volatili di allontanarsi dal campione; la temperatura deve poi salire a 550 gradi in un periodo di 60 min. (l’incremento termico è lo stesso della precedente fase), essa poi viene mantenuta costante per altri 120 min.; scaduto tale tempo il crogiuolo con il campione vengono fatti raffreddare per 5-10 minuti su una lastra di metallo sufficientemente spessa e poi messi in essiccatore fino al raggiungimento della temperatura ambiente, ora si può procedere alla pesata con una bilancia che ha una precisione di almeno 0,1 mg.

I calcoli da eseguire sono:

dove:

-         m₁ è la massa, in grammi, del crogiolo vuoto;

-         m₂ è la massa, in grammi, del crogiolo più il campione;

-         m₃ è la massa, in grammi, del crogiolo con le ceneri residue;

M_ad è la percentuale relativa al contenuto di umidità del campione (su base umida).

Per la misura dell’umidità è necessario un recipiente non corrodibile e resistente alla temperatura, il campione viene messo nel recipiente prestando attenzione alla superficie da esso occupata, che deve corrispondere a 1 cm2 per ogni g di campione, questo per evitare ostacoli all’evaporazione.

La massa del campione da analizzare non deve essere inferiore a 300g, ma è buona norma che sia compresa tra 500 e 600g.

Il campione deve essere messo in stufa a una temperatura di 105 gradi, e il ricambio d’aria nella stessa deve avvenire 3-5 volte all’ora, fino all’essiccamento del campione che avviene in tempi diversi a seconda della dimensione del materiale, del ricircolo d’aria, dalla superficie occupata dal campione, ecc. L’essiccamento si considera concluso quando, a distanza di 60 minuti, la perdita di peso non supera lo 0,2%, a questo punto si può pesare, la pesata deve essere effettuata quando il materiale è ancora caldo onde evitare l’assorbimento d’acqua dall’atmosfera, data l’elevata igroscopicità dei biocombustibili solidi.

Esistono due procedure di stima dell’umidità, di cui una semplificata.

La procedura completa prevede un fattore di correzione per annullare l’effetto dovuto al differente peso del vassoio e del campione a caldo ed a freddo, effetto dovuto al moto ascendente dell’aria calda che diminuisce la pressione sopra il vassoio rendendolo più leggero di quello che sarebbe realmente. I calcoli da eseguire sono:

dove:

-         m₁ è la massa, in grammi, del vassoio vuoto,

-         m₂ è la massa, in grammi, del vassoio e del campione prima dell’essiccamento,

-         m₃ è la massa, in grammi, del vassoio e del campione dopo dell’essiccamento,

-         m₄ è la massa, in grammi, del vassoio di riferimento a freddo,

-         m₅ è la massa, in grammi, del vassoio di riferimento a caldo.

Per la procedura semplificata, il calcolo si riduce a :

dove:

-         m₁ è la massa, in grammi, del vassoio vuoto,

-         m₂ è la massa, in grammi, del vassoio e del campione prima dell’essiccamento,

-         m₃ è la massa, in grammi, del vassoio e del campione dopo l’essiccamento.

Come già trattato in precedenti post inerenti le analisi da effettuare per monitorare la qualità del pellet, i parametri  da determinare per verificare sono diversi, ognuno dei quali assume la propria importanza. Ma quali sono i parametri più importanti che un consumatore deve valutare sul pellet?

Non vi è dubbio che il contenuto in ceneri, il potere calorifico e la durabilità sono i parametri sui quali focalizzare l’attenzione; in particolare il contenuto in ceneri può condizionare le condizioni di combustione e quindi l’efficienza della stessa; il potere calorifico ci fornisce una valida indicazione in merito al contenuto energetico del pellet e la durabilità è in grado di dirci se il pellet ha una buona attitudine a rimanere aggregato, evitando così perdite di materiale dovute al trasporto o allo stoccaggio dello stesso.

Questi i parametri presi in considerazione dalla raccomandazione e le categorie qualitative contemplate:

Come più volte ricordato in altri post del presente blog, il recepimento di una normativa tecnica in materia di qualità del pellet può essere un punto di incontro tra produttori/importatori di pellet, consumatori e produttori di apparecchi di combustione a pellet.

Nella loro forma ossidata queste sostanze minerali costituiscono la frazione principale (85-95%) delle ceneri. L’altra componente residua della combustione (variabile dalle condizioni di combustione) delle ceneri è rappresentata dagli incombusti che sono costituiti da materia organica (p.e. cellulosa) che ha subito solo una parziale combustione. Nel gergo comune le ceneri, quindi, non sono altro che una miscela di elementi minerali e componenti organici incombusti. Da un punto di vista della composizione chimica le ceneri sono da considerare la frazione inorganica dei materiali. Il contenuto di ceneri cambia a seconda della tipologia di pianta e dalle parti della pianta prese in considerazione.