Efficienza della Combustione
Comprendere il corretto rapporto aria-combustibile che consente una combustione completa e il rapporto previsto dei prodotti della combustione, permette agli operatori delle caldaie di valutare l'efficacia della combustione.
Le tabelle di efficienza della combustione forniscono le informazioni necessarie per calcolare l'efficienza della combustione. Le informazioni incluse in una tabella di efficienza della combustione sono tipicamente:
- La % di aria in eccesso.
- La % di ossigeno nei gas di combustione.
- La % di CO2 nei gas di combustione.
- La temperatura dell'aria fornita per la combustione.
- La temperatura dei gas di combustione misurata al camino.
Note
I gas di combustione sono anche noti come gas di scarico o fumi. Il termine camino è utilizzato in modo intercambiabile con canna fumaria.
Di seguito è riportata una tipica tabella di efficienza della combustione.
|
% Aria in Eccesso |
Temperatura Netta del Camino (°F) (Temperatura dei Gas di Scarico Meno Temperatura dell'Aria di Combustione) |
||||||
|
% Aria |
% Ossigeno |
% CO2 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
|
9.3 |
2.0 |
10.6 |
85.4 |
83.1 |
80.8 |
78.4 |
76.0 |
|
14.8 |
3.0 |
10 |
85.2 |
82.8 |
80.4 |
77.9 |
75.4 |
|
28.1 |
5.0 |
8.8 |
84.7 |
82.1 |
79.5 |
76.7 |
74.0 |
|
44.2 |
7.0 |
7.7 |
84.1 |
81.2 |
78.2 |
75.2 |
72.1 |
|
81.4 |
10.0 |
6.1 |
82.8 |
79.3 |
75.6 |
71.9 |
68.2 |
Tabella di Efficienza della Combustione del Gas Naturale (supponendo combustione completa)
Invece di spiegare le complessità della tabella, vengono forniti due esempi.
Esempio 1
Una caldaia ha una temperatura del camino di 500°F. La temperatura della sala caldaie è di 100°F. L'aria per la combustione nella caldaia è prelevata direttamente dallo spazio circostante la caldaia, quindi sappiamo che la temperatura dell'aria fornita per la combustione è la stessa della temperatura della sala caldaie (100°F). La % di anidride carbonica (CO2) nei gas di combustione è misurata al camino e ha un valore del 10,6%.
- La temperatura netta del camino è 500°F – 100°F = 400°F.
- % CO2 è 10,6%.
Verificando i risultati con la tabella di efficienza della combustione, si indica che la caldaia sta operando con un'efficienza dell'80,8%.
Esempio 2
Una caldaia ha una temperatura del camino di 420°F e una temperatura della sala caldaie di 80°F. La % di ossigeno nei gas di combustione è del 7,2%.
- La temperatura netta del camino è 420°F – 80°F = 340°F.
- % Ossigeno è 7,2%.
Verificando i risultati con la tabella di efficienza della combustione, si indica che la caldaia sta operando con un'efficienza di circa 81,2%.
Se arrotondiamo la temperatura netta del camino a 350°F, possiamo stimare il valore di efficienza utilizzando la tabella. L'efficienza effettiva è probabilmente compresa tra 81,2% e 78,2% perché questi sono i due valori forniti tra 300°F e 400°F.
Ad esempio:
- Il valore di efficienza della combustione a 300°F e 7% di ossigeno è 81,2%
- Il valore di efficienza della combustione a 400°F e 7% di ossigeno è 78,2%
- 81,2% - 78,2% = 3%
- Quindi, c'è una riduzione del 3% nell'efficienza se la temperatura netta del camino cambia da 300°F a 400°F.
- Sapendo che c'è una riduzione del 3% nell'efficienza della combustione per un cambiamento di 100°F nella temperatura netta del camino, sappiamo anche che un cambiamento di 50°F corrisponderà a una riduzione dell'1,5% nell'efficienza della combustione (perché 50°F è la metà di 100°F e corrispondentemente 1,5% è la metà di 3%).
- L'efficienza finale della combustione è quindi calcolata come 82,2% - 1,5% = 79,7%.
Si noti che l'efficienza della combustione si riduce all'aumentare della temperatura netta del camino. Una temperatura netta del camino elevata indica che meno calore generato dalla combustione è stato trasferito all'acqua, mentre una temperatura netta del camino bassa indica che più calore è stato trasferito all'acqua. Temperature elevate dei gas di scarico rappresentano uno spreco di energia e denaro.
Esempio 3
Una temperatura dei gas di scarico di 600°F con una temperatura dell'aria di combustione di 100°F, dà una temperatura netta del camino di 500°F.
- 600°F -100°F = 500°F
Una temperatura dei gas di scarico di 400°F con una temperatura dell'aria di combustione di 100°F, dà una temperatura netta del camino di 300°F.
- 400°F -100°F = 300°F
Si noti nel nostro esempio che tutti i valori di efficienza della combustione relativi a una bassa temperatura netta del camino, sono superiori a quelli possibili per una temperatura netta del camino elevata.
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Risorse Aggiuntive
https://en.wikipedia.org/wiki/Engine_efficiency
https://www.trutechtools.com/Understanding-Combustion-Efficiency_c_261.html
https://www.nrel.gov/docs/fy02osti/31496.pdf
https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/combustion-efficiency