.:: Tecnologie di combustione

Il pellet è sostanzialmente un combustibile solido granulare fatto di segatura compressa in piccole capsule cilindriche normalmente del diametro da 6 a 10 mm.; Il 6 mm. è il più largamente utilizzato e costituisce uno standard Europeo per gli apparecchi di piccole dimensioni come stufe e caldaie civili (fino al max. 60-100 Kw.). Il suo peso specifico elevato (non galleggia nell'acqua), il suo contenuto acqueo bassissimo (<10%) e la sua trasportabilità fanno si che si comporti quasi come un combustibile liquido. In pratica, grazie alla tecnologia dei microprocessori attuale, il pellet viene avviato nella camera di combustione automaticamente per poi essere incendiato in automatico ad un ora prestabilita (stufe) od una richiesta di calore precisa (caldaie).

Per meglio comprendere il funzionamento dei medio-piccoli apparecchi a pellet presenti sul mercato è necessario dare un piccolo sguardo ai principi meccanico-fisici sui quali si basano. Come si vede dallo schema esistono sostanzialmente tre diversi tipi di sistemi di alimentazione del pellet nella camera di combustione e tutti prevedono l'esistenza di un piccolo serbatoio integrato nella stufa/caldaia:

Il sistema largamente più usato, specie in questa parte d'Europa, è l'alimentatore a coclea inclinata a 40-45° (A) che provvede al prelievo ed al dosaggio stesso del pellet portandolo in caduta libera all'interno di un tubo; di qui il combustibile scivola per gravità sino all'interno della camera di combustione e quindi nel braciere. Tale accorgimento isola perfettamente il serbatoio e gli organi meccanici dalle alte temperature di combustione poiché il tubo di scivolamento non contiene ostruzione alcuna e rimane vuoto la maggior parte del tempo. Il braciere dove avviene la combustione è dotato di appositi fori sul fondo che consentono il passaggio dell'aria comburente ed è proprio questo il lato negativo di tale sistema utilizzato nelle comuni stufe a pellet: pellet ad elevato contenuto ceneri di scarsa qualità, mancanza di regolare pulizia dei fori, portano ad un rapido declino delle prestazioni di combustione e compromettono l'affidabilità dell'apparecchio. Va compreso che rimane comunque uno dei sistemi probabilmente più compatti e sicuri e, dal momento che è installato sulla maggior parte di stufe domestiche, la pulizia periodica risulta sufficientemente comoda e rapida.

Quando si deve maneggiare del combustibile di scarsa qualità ed in generale quando si parla di apparecchi di più grandi dimensioni come alcune caldaie, esiste un secondo metodo (B) già largamente utilizzato nel passato, ancor prima dell'avvento del pellet per uso domestico. Come si vede dallo schema la differenza principale sta nel fatto che esistono due coclee di cui una è direttamente inserita all'interno del braciere di combustione; praticamente il combustibile è alimentato dal basso e non in caduta dall'alto; inoltre l'alimentazione è forzata. In questo modo si ottiene il vantaggio di espellere il materiale mal-combusto e cenere con la pressione esercitata dal nuovo combustibile in arrivo. Ciò fa si che l'apparecchio sia meno sensibile alle variazioni di qualità del combustibile in quanto la cenere, a differenza del sistema precedente, non viene espulsa dalla sola aria comburente ma da un azione soprattutto meccanica.
Gli svantaggi sono una più difficile distribuzione dell'ossigeno comburente necessario in un profondo braciere e la presenza di un organo meccanico come la coclea finale che rimane costantemente a contatto per la sua punta con temperature molto elevate: ciò comporta sicuramente maggior usura dei metalli di questa parte e quindi minor durata.

L'ultimo sistema di alimentazione rappresentato dallo schema è il (C); la differenza principale sta nell'utilizzo di uno stantuffo in luogo di coclee. Il combustibile viene letteralmente "spinto" dalla camera sottostante al serbatoio dentro un "canale" chiuso ai quattro lati che sbuca nella camera di combustione. Non è un sistema molto utilizzato per via della sua difficoltà e costo nella realizzazione (attriti per tolleranze/interferenze) e non va dimenticato che deve essere ben progettato onde evitare ritorni di fiamma per eventuale polvere di segatura residua lasciata dall'attrito stesso. I vantaggi sono legati alla sua capacità di maneggiare combustibili eterogenei in pezzatura e soprattutto con residui ceneri molto elevati.

Una volta scelto il sistema di alimentazione e combustione più adeguato il produttore di tecnologia per il pellet ha la possibilità di adottare "scambiatori" (aria/aria, aria/acqua) di varia natura che permettono di cedere il calore generato dalla fiamma del combustibile all'ambiente domestico circostante; la natura di questo scambiatore condiziona il rendimento generale della macchina per cui la percentuale di calore che viene trasmessa al mezzo di diffusione utilizzato per cedere calore all'ambiente si manifesta in un numero percentuale detto "grado di efficienza".
Come intuibile il grado di efficienza è un dato molto importante: è infatti vero che alcuni apparecchi possono essere robusti e privi di difetti da un punto di vista meccanico/elettronico ma celano consumi eccessivi assolutamente intollerabili ed antieconomici. Questi problemi sono soprattutto legati alle caldaie o termostufe create per cedere calore ad un impianto classico con radiatori/termosifoni, dove le superfici trattate sono ben maggiori di quelle riscaldate dalla normale stufa a pellet ad aria calda. Purtroppo sono molti i casi in cui caldaie nate per la combustione di biomasse di varia natura (legna, cippato, gusci di mandorle e nocciole, sansa esausta di olive, ecc.) sono state proposte per l'utilizzo con il pellet di qualità 6 mm. di diametro. Tali apparecchi esistono già da tempo perché legati appunto a realtà di scarti locali specifici, dove industrie di settore sono produttrici di oli, frutta secca, ecc. Quando l'Italia ha conosciuto il pellet il primo pensiero di alcune aziende è stato quello di proporre questi apparecchi per la combustione dello stesso… La realtà è però ben diversa e si basa su anni di studi e ricerche per l'ottenimento di scambiatori specifici per i gas caldi generati dalla combustione del pellet, in grado di sfruttare appieno questo nobile combustibile.
Il quadro tecnologico di settore vedeva, sino a poco tempo fa, ai primi posti aziende canadesi, svedesi ed austriache che però hanno per contro elevati costi di acquisizione tecnologica e di conseguenza di ammortamento. Le aziende italiane stanno rapidamente crescendo e sono ormai moti i casi di offerta di apparecchi di buona efficienza ed affidabilità: l'importante è chiedere adeguate informazioni e schede tecniche a riguardo.


Clincker, nemico del pellet no. 1:
Per chi già conosce il problema e per chi deve ancora effettuare una scelta di apparecchio e di azienda alla quale appoggiarsi, tentiamo di spiegare che cosa rappresenta questo termine tanto temuto da tutti i fabbricanti di apparecchi a pellet…
Sovente per esperienza personale o perché si è sentito parlare da amici, alcuni sono stati delusi da questi apparecchi per via di problemi legati a cattiva combustione del pellet, talvolta imputati al combustibile stesso, talvolta alla stessa stufa. Problemi di nerofumo in camera di combustione, mancate accensioni automatiche e deboli fiamme scure sono le cose più comuni che possono capitare, legate eventualmente a cattive registrazioni alla prima accensione dell'apparecchio, oppure a condotti fumi intasati e sporchi oltremisura. Se si parla però di strane formazioni spugnose, simili a pietra lavica poco compatta o a "sabbia agglomerata", potrebbe essere colpa di eccessivo "clinker" che, in alcuni casi, obbliga alla fermata e alla pulizia del braciere di combustione nonostante non sia ancora necessario eliminare la cenere.
Il clinker altro non è che il fenomeno della fusione delle ceneri ed esiste in tutti i processi di combustione di biomasse (in quantità differenti), ancor prima che si parlasse di pellet…
Normalmente gli utilizzatori di stufe (e non) danno la colpa al pellet dicendo che è sporco o contaminato, provano a cambiare marca e riscontrano differenze importanti o eliminano il fenomeno totalmente: potrà sembrare strano, nonostante tutto ciò sia vero, al tempo stesso non è il pellet la causa principale!
Per capire si deve far riferimento all'essenza del legno stesso utilizzato per la produzione del pellet: quando si scompone biomassa a mezzo di calore (combustione), per ben completo che sia svolto il processo, è inevitabile ottenere un residuo solido che chiamiamo comunemente cenere. Essa è costituita dalla sostanza inorganica non combustibile (sali di varia natura, ferro, altri metalli pesanti, ecc.) intrecciata tra le fibre organiche (combustibili) come la cellulosa; ovviamente le quantità di ceneri variano molto a seconda del combustibile utilizzato ed anche il pellet non fa differenza. Quello che un produttore serio deve fare è cercare di non contaminare ulteriormente il prodotto durante la fase di movimentazione della segatura, ma sicuramente non si può condannare nessuno se è madre natura stessa ad aver permesso alle piante di assorbire queste sostanze dal terreno a mezzo delle radici… A seconda dell'ubicazione e della tipologia le piante contengono quantità differenti di metalli e sali, di conseguenza la segatura derivata avrà caratteristiche differenti; inoltre è poco chiaro il ruolo che giocano alcuni sali durante la combustione: sembrerebbero prediligere certi metalli legandosi molto più facilmente.
Tra le cose più certe rimane comunque il fatto che ogni biomassa ha delle temperature di fusione differenti e i problemi sembrerebbero iniziare un po' per tutti a partire dai 650 C°.
Nonostante sembri una temperatura molto elevata, le stufe a pellet (ma anche le caldaie) la raggiungono abbastanza facilmente per cui si arriva al paradosso dovendo dire a volte che il pellet più calorico è quello che causa più problemi! Quello che si può fare, a parte il cambio di combustibile, è cercare di far permanere meno cenere possibile e per meno tempo all'interno del braciere, oppure raffreddare il tutto di qualche grado ad intervalli ciclici; normalmente è la variazione di aria aspirata attraverso le braci la soluzione più adottata per le stufe, mentre per altri apparecchi di maggior taglia si adottano di fabbrica sistemi di pulizia meccanica o ventilatori secondari che "raffreddano" il processo.
Conclusioni:
Purtroppo va compreso che nelle stufe di questo genere, specie se molto piccole, le quantità di combustibile bruciato di volta in volta sono alquanto esigue ed a sua volta esigue sono le quantità di aria comburente necessaria; proprio quest'ultima, giocando un importanza fondamentale per una buona combustione, va regolata molto bene, finemente. Le ostruzioni dei fori di passaggio della stessa causate dal clinker alterano le quantità in difetto e causano i problemi già menzionati; se gli intervalli tra una pulizia manuale e l'altra sono ancora accettabili il fenomeno è considerabile normale, se invece diventa una scocciatura molto frequente ci di deve armare di un po' di pazienza ed evitare di puntare di primo acchito il dito sul produttore della stufe o del pellet.
Poiché nessuna azienda, pur non avendo sovente una colpa diretta, ha interesse ad una cattiva pubblicità, potete star certi che insieme potranno scaturire dei consigli circa le abitudini di utilizzo ed eventualmente successive regolazioni al fine di limitare/eliminare il problema.

Come si calcolano le potenze degli apparecchi:
A titolo indicativo Vi lasciamo una piccola regola da adottare per effettuare un primo sgrossamento della potenza da installare in casa vostra; ribadiamo che quello che viene scritto non va preso come oro colato e soprattutto non rappresenta il consumo medio di casa vostra ma è un semplice dimensionamento del tipo di apparecchio necessario, probabilmente dimensionato per eccesso.
Innanzitutto va detto che il consumo calorico di un edificio o casa che sia è rappresentato basicamente dalla quantità di metri cubi di aria da riscaldare; normalmente si considera un assorbimento di c.ca 35 Kcalorie (40 se aggiungiamo la produzione di acqua calda sanitaria) per metro cubo di aria; per chiarezza, dal momento che oggi giorno sono sempre più utilizzati i Kilowatt termici (da non confondersi con il consumo elettrico) come unità di misura, è necessario conoscere i seguenti rapporti di conversione:

1 Kilowatt = 1000 Watt
1 Kwatt. termico = 860 calorie
1 Kilocaloria = 1000 calorie

Per esempio se il ns. alloggio misura una superficie di 120 Metri quadri e l'altezza media dei soffitti è di 2,8 metri lineari:

(120 M². x 2,8 Mt. h.) = M³ 336

quindi per determinare la potenza da installare:

M³ 336 x Kcal. 35 = Kcal. 11760 ;
se si desidera il valore espresso in Kw. termici: Kcal. 11760 diviso per 860 = Kw. 13,67

Come si vede dai calcoli l'alloggio di cui sopra necessita di una caldaia di c.ca 14 Kwatt. di potenza (o di c.ca 12000 Kcal): ovviamente le potenze minime disponibili dei modelli, eventuali correzioni dovute a utilizzo o non di acqua calda sanitaria, condizioni di particolare isolamento, fanno si che la scelta definitiva ricada su potenze un poco differenti; comunque il calcolo fornisce un'idea sufficientemente precisa…
Ricordiamo inoltre che la stessa regola dei consumi (acqua sanitaria esclusa) può essere utilizzata anche per le stufe ad aria calda: in quest'ultimo caso andrà tenuto conto solamente dell'ubicazione esatta dell'apparecchio, essendo la sola aria il mezzo di diffusione calore.

Caratteristiche stufe a pellet aria calda:
Le stufe a pellet sono divenute oramai un oggetto comune ed affidabile; sono praticamente dei piccoli generatori di aria calda in grado di riscaldare ampie superfici con eccezionale uniformità di calore rispetto alla vecchia stufa a legna. Nella maggior parte dei casi, se ben dimensionate, permettono addirittura l'eliminazione totale del vecchio sistema di riscaldamento. In ambienti domestici con normale isolamento una stufa a pellet ben ubicata può arrivare a coprire superfici superiori ai 100 Mq; comunque laddove esista già un classico impianto di riscaldamento a metano o gasolio non si consiglia mai l'espianto dello stesso: non dimentichiamoci che esiste pur sempre la necessità dell'acqua calda sanitaria e la garanzia di avere una doppia possibilità in caso di emergenza.
Ovviamente tutto ciò è subordinato ad una buona consulenza tecnica da parte del concessionario della macchina che dovrà saper consigliare circa la potenza minima da scegliere e l'ubicazione più corretta. Purtroppo il boom di questo settore ha portato anche all'improvvisazione di chi pretende di vendere questi prodotti come il frullatore del supermercato… in realtà la stragrande maggioranza delle lamentele è legata proprio a questa mancanza di professionalità: basti pensare alla credenza molto comune che le stufe a pellet non necessitano di scarico fumi o canna fumaria!
Dal momento poi che i costi di detti apparecchi, anche veduti da ampie strutture come ipermercati e specie se il paragone viene fatto a pari qualità e potenza, sono più o meno simili non vediamo la necessità di rivolgersi a rivenditori inesperti o comunque non in grado di fornire consulenza professionale e servizio di assistenza efficiente.
Funzionamento generale:
Le stufe a pellet ad aria calda presentano oggi vantaggi notevoli per via della loro comodità, efficienza ed economia. Sono tutte dotate di serbatoi capienti che garantiscono moltissime ore di autonomia (fino a 2 giorni) dai quali il combustibile viene prelevato in automatico e trasferito alla camera di combustione; il suo dosaggio, assieme a quello dell'aria comburente, viene costantemente regolato da un microprocessore che calcola la necessità di calore (fiamma) della stufa per raggiungere la temperatura ideale selezionata dall'utente. Una volta raggiunta la temperatura preimpostata la stufa si porta automaticamente in regime minimo (o all'occorrenza si può far spegnere), in attesa di ritornare a dare piena potenza quando la temperatura ambiente ridiscenderà al di sotto della soglia selezionata; in pratica si comporta come una caldaia a metano o gasolio con il suo termostato ambiente a parete…
L'accensione delle stufe a pellet avviene semplicemente premendo un tasto poiché sono tutte dotate di una piccola resistenza elettrica (detta candeletta) che provvede a portare il pellet alla temperatura di innesco in pochissimo tempo. A tale proposito è necessario specificare che il consumo elettrico di tali apparecchi è del tutto insignificante: infatti la candeletta di accensione della potenza comunque minima di 200-300 watt. si disinserisce dopo pochi minuti e la stufa rimane accesa con tutte le sue funzioni di ventilazione aria forzata con consumi simili a quelli di una normale lampadina.
L'economia di utilizzo è quindi enorme ed i risparmi che offre il riscaldamento con una stufa a pellet ad aria forzata vanno dal 50% ad oltre il 70% rispetto ai normali combustibili liquidi e gassosi. Inoltre, nonostante si stia bruciando della biomassa legnosa, il microprocessore dell'apparecchio ci permette di programmare l'accensione e lo spegnimento in nostra assenza: in pratica ci si risveglia al mattino con la casa calda e non è necessario ricordarsi di spegnere la stufa quando si esce di casa per lavoro, e tutto ciò selezionando i giorni della settimana desiderati!
Per quanto riguarda la pulizia ordinaria possiamo dire che anch'essa è ridotta all'osso ed è del tutto imparagonabile a quella di una stufa a legna. Un buon pellet ha un residuo ceneri al disotto dell'1% e vi sono stufe con grandi cassetti cenere che vanno svuotati solo 3-4 volte l'anno ! Praticamente la pulizia ordinaria che può effettuare l'utente dotato di una normale aspirapolvere si limita a 10 minuti di lavoro una o due volte la settimana…

Caldaie centralizzate e termostufe (b):
Quando si parla di superfici più ampie e a più piani, quando si desidera la massima uniformità di calore o comunque viene preferito l'utilizzo del classico impianto di riscaldamento a radiatori, aerotermi, ecc., oggi è possibile optare per una classica caldaia centralizzata a pellet da inserire in locale dedicato; se poi si abita in alloggio e non si dispone di sufficiente spazio o si desidera comunque la presenza visiva di una bella fiamma dietro vetro panoramico, vengono prodotte delle stufe particolari dette "termostufe" a pellet che sono in tutto e per tutto come la Vs. caldaia a metano o a gasolio: l'unica differenza è che faranno bella presenza con la loro dotazione di maiolica colorata all'interno del salotto di casa vostra e consentono risparmi notevoli.

Le caldaie centralizzate a pellet permettono la sostituzione totale della Vs. vecchia caldaia a combustibili fossili e l'istallazione, nonostante vada eseguita da apposito termotecnico, è oggi di una semplicità estrema;
ovvero, la caldaia a pellet:
  • utilizza la Vs. vecchia canna fumaria dedicata al gasolio o alla legna (purchè a norma);
  • non necessita di vaso di espansione aperto (la vaschetta di riempimento d'acqua presente in soffitta, d'obbligo per le caldaie a legna comune);
  • non sono necessari particolari termostati a bracciale o sonde, ne pompe cosiddette "di ricircolo/destratificazione" normalmente usate per caldaie a legna;
  • non sono necessari particolari termostati ambiente ma rimangono utilizzati gli stessi già presenti;
  • nessuna modifica particolare all'impianto già esistente;
  • in caso di necessità gli apparecchi possono già includere al loro interno: vaso di espansione chiuso, valvola di sicurezza, pompa generale d'impianto, valvola miscelatrice, scambiatore per acqua sanitaria eventuale.
Le potenze delle caldaie pellet vanno anche qui selezionate con cura in base alle condizioni climatiche locali ed alle condizioni di isolamento di una casa; la miglior cosa è affidarsi in mano ad esperti o per lo meno partire da dati reali gia acquisiti con precedenti esperienze (vecchia caldaia).
La modulazione delle caldaie:
Le caldaie e termostufe a pellet di buona qualità sono gestite da apposito programma di microprocessore che permette alle stesse di "modulare" la potenza erogata a seconda della necessità. In pratica questo accorgimento permette all'apparecchio di decidere autonomamente la quantità di combustibile (e di aria comburente) da immettere in camera di combustione a seconda dei valori letti da un insieme di sonde presenti nello scarico fumi, nell'acqua della caldaia stessa, ecc.; ciò permette di sviluppare differenti stadi di fiamma e quindi di potenza generale senza alterare i rendimenti. Tutto ciò si traduce in consumi minori, intervalli di pulizia maggiori e soprattutto maggiore affidabilità. Nonostante questa capacità sia da considerarsi in generale un vantaggio per qualsiasi tipo di combustibile, fossile o no che sia, per il pellet assume un importanza enorme. Basti pensare al numero di accensioni e spegnimenti che una caldaia non modulante deve effettuare durante una giornata di lavoro: questi è senza dubbio ben maggiore ed obbliga ad attendere inutili periodi di innesco della fiamma con conseguente lentezza di erogazione di calore, cattiva combustione, attese e conseguente maggiore rischio di mancata accensione.
 
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