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STUFE A PELLET. STUFE A PELLET: TECNOLOGIE E FUNZIONAMENTO - Apparentemente assomigliano a normali stufe o camini da incasso, in realtà si tratta di una nuova tecnologia molto avanzata. Nate in Canada già da molti anni, si sono diffuse un po' dappertutto. Si tratta di stufe ecologiche ad alto rendimento, poco inquinanti. Nel 2008 si stimava fossero installate nelle case italiane circa 800.000 stufe a pellet (dato tratto da www.pelletnews.it, giugno 2010), un numero in costante crescita. Ciò che sta determinando il successo di queste stufe è che rappresentano uno dei più innovativi e vantaggiosi sistemi per il riscaldamento domestico. Con l'utilizzo dell'elettronica sono diventate molto affidabili. Hanno il grande vantaggio rispetto alle tradizionali stufe a legna di poter dosare il combustibile a piacimento e quindi consentono un preciso controllo della temperatura.


L'accensione è automatica e la temperatura può essere regolata tramite normali termostati o cronotermostati. Necessitano di poca manutenzione e risultano alquanto pratiche. Vengono gestite da un microprocessore e possono avere in dotazione un telecomando.
Sono disponibili con capacità di riscaldamento da 50 a 200 mq. con una autonomia che va da 15 a 45 ore secondo i modelli. Esistono modelli sia ad aria calda che ad acqua collegabili in serie o in parallelo all'impianto di riscaldamento a termosifoni.

Da non trascurare, acquistando una stufa, di accertarsi che sia presente il marchio CE e la norma di riferimento UNI EN 14785 (Norma Europea di riferimento per gli apparecchi di riscaldamento di spazi residenziali alimentati con pellet di legno), EN 13240 (Norma Europea di riferimento stufe a combustibile solido) che ne garantiscono sicurezza e prestazioni.

8. FUNZIONAMENTO
Questo capitolo nasce dall’analisi delle schede tecniche (vedi allegato 1) fornite dai produttori di stufe unita ai testi estratti dal sito della società italiana energie rinnovabili (www.pellet-italia.com)
(A) Serbatoio combustibile (pellet)
(B) Coclea alimentazione combustibile
(C) Motoriduttore
(D) Crogiolo di combustione
(E) Resistenza elettrica a cartuccia
(F) Bocchettone uscita fumi
(G) Ventilatori aria di riscaldamento
(H) Griglia uscita aria calda
(I) Pannello sinottico
(L) Aspiratore centrifugo per scarico fumi

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 dalla figura 9 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.

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; da 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 alcuna ostruzione 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. 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 la 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 con temperature molto elevate: ciò comporta sicuramente maggior usura dei metalli e quindi minor durata.
L'ultimo sistema di alimentazione rappresentato dallo schema è il (C); la differenza principale sta nell'utilizzo di uno stantuffo al posto 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 del costo e della difficoltà di 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.
Recentemente si trovano in commercio stufe con caricamento a valvola stellare in cui un dispositivo a forma di stella ruotando sul suo perno scarica in camera di combustione il pellet situato esattamente al di sopra della valvola stessa, rendendo più sicuro il sistema isolando in modo migliore la tramoggia ed eliminando la possibilità che la coclea si blocchi per pellet troppo duro o impastato.
Le stufe 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 e alla velocità d’espulsione dei fumi viene costantemente regolato da un microprocessore che calcola la quantità necessaria di combustibile 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 (circa 200°) in pochissimo tempo. A tale proposito è necessario specificare che il consumo elettrico di tali apparecchi praticamente trascurabile: 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 con consumi simili a quelli di una normale lampadina (60/90 watt).

L' aspiratore aria comburente convoglia l'aria nel bruciatore e contemporaneamente spinge i fumi della combustione nell'apposito scarico collocato posteriormente. Durante questo percorso i fumi caldi cedono parte del loro calore allo scambiatore di calore che a sua volta lo cede all’aria ambiente che gli passa attraverso (spinta dal ventilatore di convezione). Al termine del ciclo l’aria aspirata dall’ambiente esce calda dalle alette
superiori della stufa. I due flussi d’aria (fumi e aria calda) sono ovviamente separati ermeticamente per evitare che i fumi si mescolino all’aria dell’ambiente. La trasmissione del calore avviene sia attraverso il suddetto ventilatore sia per irraggiamento. Per questo particolare funzionamento è doveroso prevedere una presa d’aria (comunicante con l’esterno) nel muro della stanza dove sarà collocata la stufa per compensare l’ossigeno
usato per la combustione dalla stufa.
Sono state inoltre sviluppate stufe che realizzano una post-combustione dei fumi prodotti dalla combustione principale: questi fumi iniziali sono infatti molto ricchi di monossido di carbonio (CO), un gas incolore, inodore, molto pericoloso per la salute. Il CO però, messo a contatto con aria riscaldata, può ancora bruciare e diventare anidride carbonica (CO2, che è il risultato finale di una combustione completa), producendo ulteriore calore.
Per questo, esistono stufe e caminetti che “suddividono” l’aria prelevata dall’esterno; in parte questa aria viene indirizzata direttamente alla combustione principale, la restante viene fatta scorrere sulle pareti calde del focolare e inviata sopra la fiamma principale. In questo modo si può procede alla combustione finale del CO. Le emissioni di CO consentite devono essere inferiori allo 0,04 %. Come risultato abbiamo stufe con rendimenti attorno al 90 % (l’energia contenuta nel legno iniziale è convertita per il 90% in calore) e una immissione di CO nell’ambiente esterno prossima allo 0.
La cenere prodotta si accumula in un cassetto estraibile posto sotto il braciere che rende semplice la pulizia della stufa.

9. LE FASI DELLA COMBUSTIONE
Estratto da: Hansen Morten Tony, Rosentoft Jein Anna 2007, manuale italiano per la combustione di pellet da legno, Firenze Ci sono quattro fasi consecutive nella combustione del pellet:
• Essiccazione ed evaporazione dell'acqua
• Gassificazione (pirolisi)
• Combustione del gas
• Formazione carbone
Nella combustione del pellet circa l' 80% dell'energia è rilasciata sotto forma di gas ed il restante 20 % sotto forma di carbone residuo.

9.1 Essiccazione
Quando una porzione del pellet arriva nella camera di combustione, il calore che si sprigiona farà evaporare l'acqua contenuta nei trucioli. Questa evaporazione richiede calore il quale viene fornito dalla combustione stessa che è già in atto. Dato che il contenuto di acqua nel pellet è piuttosto bassa, questa fase si esaurirà velocemente e si passerà alla fase di gassificazione.

9.2 Gassificazione(pirolisi)
Con un ulteriore riscaldamento il pellet comincia ad emettere gas. A circa 270° la gassificazione produrrà il calore necessario a continuare il processo. Vengono prodotti, fra gli altri idrocarburi, monossido di carbonio (CO), idrogeno (H2) e metano (CH4).

9.3 Combustione dei gas
Se è presente una quantità sufficiente di ossigeno, i gas si infiammano quando raggiungono la loro temperatura di accensione. L'idrogeno reagirà con l'ossigeno e formerà acqua, mentre il carbonio degli idrocarburi ed il monossido di carbonio, bruceranno producendo diossido di carbonio e vapore acqueo. Se la temperatura non è alta abbastanza o non c'è abbastanza ossigeno per alimentare la combustione, i gas si manifestano come fumo dal quale si sprigionano fiamme, nel caso in cui la temperatura o l'ingresso di ossigeno sia incrementato.

9.4 Formazione del carbone
Quando il legno avrà sprigionato tutti i gas, le rimanenti particelle di carbone si spegneranno, aiutate dalla temperatura, dall'aria primaria e dalla turbolenza. Ci saranno tizzoni ardenti, ma una quasi totale assenza di fiamme. Le rimanenti ceneri residue consistono principalmente in minerali incombusti.

Cenere
Nel pellet ci sono diverse impurità costituite da componenti non combustibili, ovvero la cenere. In sé stessa la produzione di cenere non è auspicabile, dato che implica la rimozione di particelle dalla canna fumaria e l'eliminazione delle incrostazioni.
I pellets da legno hanno un basso contenuto di ceneri, spesso attorno allo 0.5%. La cenere è costituita parzialmente da minerali non combustibili della biomassa e in parte da materia minerale, sabbia e sporco che possono essere nella corteccia oppure assorbito dal suolo della foresta. Il contenuto di cenere è importante perchè essa costituisce una parte del carburante che non può essere usata dal momento che non produce calore, ma che anzi ne richiede per la sua formazione. Nella cenere ci sono piccole quantità di metalli pesanti, che sono fonte di una contaminazione indesiderata; in ogni caso il contenuto di questi metalli pesanti è più basso che nella cenere degli altri combustibili solidi.
Sali
Il pellet contiene anche sali che hanno un'influenza nel processo di combustione. Questi sali sono principalmente potassio e parzialmente sodio che generano una cenere viscosa, che con più probabilità va a ricoprire le superfici della stufa.

Quando la cenere si è scaldata a sufficienza, le sue particelle divengono soffici e viscose. La temperatura necessaria a questo varia a seconda del tipo di biocarburante. Il pellet contiene approssimativamente l' 80% di elementi volatili (in percentuale sulla materia secca); ciò significa che la parte che compone il legno, durante la combustione rilascerà l'80% del suo peso in gas. L'alto contenuto di elementi volatili comporta che parte dell'aria
di combustione debba essere aggiunta sopra il crogiolo dove giace il pellet (aria secondaria) per permettere la completa combustione dei gas ed evitare l’emissione di CO.

9.5 Tecnica di combustione
Un'effettiva e completa combustione è necessaria per utilizzare il pellet realmente come combustibile ecologico. Inoltre, assicurando un'alta efficienza energetica, il processo di combustione deve assicurare che non vengano prodotti componenti nocivi per l'ambiente.
Per mantenere la combustione si devono riscontrare certe condizioni fondamentali: L'effettivo mescolamento di combustibile ed ossigeno (aria) per assicurare un certo rapporto. Irraggiamento del calore dal combustibile nella camera di combustione al nuovo combustibile, affinché il processo vada avanti.
É importante capire che il gas brucia sotto forma di fiamma mentre le particelle solide bruciano senza fiamma e che durante la combustione del legno, l' 80% dell'energia è rilasciata come gas, mentre la parte rimanente è costituita da carbone e cenere.
Durante il mescolamento del combustibile e dell'aria è importante arrivare ad un buon grado di contatto tra l'ossigeno nell'aria ed i componenti infiammabili del legno. Migliore è il contatto, migliore e più veloce sarà la combustione. Per migliorare tale mescolamento è necessario triturare il pellet in particelle di taglia molto piccola (come farina). Queste particelle fini seguiranno il movimento dell'aria. Si può così ottenere una buona miscela con una combustione a fiamma che assomiglia a quella di un gas o del gasolio.

9.6 Qualità della combustione
Il combustibile influenza la qualità di combustione. In una combustione completa vengono prodotti soltanto anidride carbonica ed acqua. La combinazione sbagliata di combustibile, tipo di impianto e fornitura di aria può causare il cattivo utilizzo del carburante con conseguenti ed indesiderati effetti ambientali.

Condizioni richieste per la combustione:
 Alta temperatura
 Surplus di ossigeno
 Tempo di ritenzione
 Mescolamento

In questo modo sono garantiti una bassa emissione di monossido di carbonio (CO) e di idrocarburi insieme con un basso contenuto di carbonio nelle ceneri incombuste.

9.6.1 Aria di combustione
Se non si alimenta l'impianto con aria sufficiente, alcuni dei gas infiammabili non avranno abbastanza ossigeno per bruciare ed i gas di scarico lasceranno il camino con il monossido di carbonio (CO). Se al contrario c'è troppa aria, il riscaldamento dell'aria in eccesso richiederà altro calore ed i gas di scarico lasceranno il camino ad una temperatura troppo alta. Un grande eccesso di aria può anche causare il raffreddamento dei gas di scarico, con la conseguenza che il carburante non può bruciare a sufficienza.
Oltre ad una corretta alimentazione di aria, è necessario un buon mescolamento di quest'ultima con i gas. Si ottiene questo fornendo in un primo tempo parte dell’aria nella zona di combustione (aria primaria) e successivamente l’altra parte al di sopra della zona di combustione (aria secondaria). Il mescolamento deve avvenire prima che i gas si raffreddino scorrendo sulle pareti della camera di combustione o diluendosi per l'eccesso di aria.
Nella maggior parte degli impianti di riscaldamento che utilizzano pellet, l'alimentazione di aria per la combustione avviene artificialmente, sia con un aspiratore, sia con una ventola per i gas di scarico. L'alimentazione di aria e la sua distribuzione tra primaria e secondaria sono controllate dalla centralina. Il più avanzato controllo di combustione dell'aria avviene con l'ausilio di una sonda lambda nel condotto dei gas di scarico.

9.6.2 Temperatura di combustione
Una temperatura di combustione troppo bassa non è auspicabile.
Nelle stufe a pellet la temperatura di combustione arriva a 650/700°C. Se la temperatura nella camera di combustione è troppo bassa c'è il rischio che alcuni degli idrocarburi del legno passino incombusti attraverso il camino. Dal momento che questi sono sia dannosi per la salute, sia all'origine di odori fastidiosi, è importante evitare che vengano emessi. Una temperatura dei fumi significativamente bassa può anche portare ad effetti corrosivi
nella caldaia e nei condotti dei gas di scarico.

La spiegazione più chiara sul web di :
Relatore: prof. Mario Pividori - Laureando: Michele Brugnaro

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