Quantità di aria per la combustione del gas naturale: formule ed esempi di calcolo

L'efficienza di tutti i tipi di apparecchiature a gas dipende dalla qualità del processo di combustione. La quantità di aria per la combustione del gas naturale influisce direttamente su questo, ed è abbastanza semplice calcolarla. Perché non preoccuparsi dell'efficienza del consumo di carburante e dell'aumento del rendimento dell'apparecchiatura, eseguendo i calcoli necessari da soli, non è vero?

Ma come farlo correttamente e dove trovare i dati per i calcoli? Per comprendere questo argomento, esaminiamo nel nostro articolo la teoria del consumo d'aria per la combustione del gas, familiarizziamo con le formule più semplici per calcolare il volume d'aria necessario. E parliamo anche dell'utilità pratica di questi calcoli.

Teoria del consumo d'aria per la combustione del gas

La procedura per ottenere energia termica influisce direttamente sulla durata dell'esercizio, sulla periodicità dei lavori di manutenzione delle apparecchiature a gas. È importante capire che la miscela gas-aria ottimale è la chiave per la sicurezza. Parliamo più in dettaglio del consumo di aria per la combustione del gas.

Per bruciare una molecola di metano, che è il componente principale del gas naturale, sono necessarie esattamente 2 molecole di ossigeno. Se si converte in volumi comprensibili, per ossidare un metro cubo del suddetto combustibile sarà necessario utilizzare il doppio di ossigeno.

Ma in condizioni reali è più complesso. Poiché come ossidante per il processo chimico-fisico di combustione viene utilizzata l'aria, nella quale l'ossigeno necessario per sostenere la combustione costituisce solo un quinto. In modo preciso, il 20,93% — è proprio questa percentuale che viene utilizzata per vari calcoli tecnici. Quindi sarà necessario 9,52 volte più aria.

In qualsiasi calcolo tecnico della quantità di gas, si prende come base il 100% di questo combustibile. Sebbene la sua sostanza principale — metano (CH4) — possa essere presente in proporzione non superiore al 75%.

Per conoscere la cifra indicata, è sufficiente eseguire 2 operazioni:

1. Divisione 100/21. Questa operazione permette di scoprire che l'aria, in qualsiasi volume, è 4,76 volte maggiore dell'ossigeno.
2. Moltiplicazione di 4,76 per 2, pari a 9,52 — indica di quante volte in più sarà necessario consumare aria per la combustione di qualsiasi volume di gas naturale.

Ma c'è un'importante precisazione: la quantità d'aria calcolata necessaria per una combustione efficiente del gas è il consumo teorico. In pratica, ne sarà necessaria una quantità maggiore. Il motivo è che il calcolo è stato effettuato per condizioni ideali, mentre nella realtà esistono quasi sempre una serie di fattori che apportano correzioni significative.

Tra questi figurano:

• composizione e qualità dei reagenti (aria, gas);
• tipo di apparecchiatura utilizzata per l'alimentazione del vettore energetico;
• stato dell'apparecchiatura;
• modalità di alimentazione del gas e dell'aria, oltre a una serie di altri aspetti.

Se è necessaria una precisione particolare, le caratteristiche sopra elencate a volte possono essere prese in considerazione. Ad esempio, la composizione esatta del gas si può ottenere presso l'ufficio locale del servizio gas. Ma quando non è necessaria una precisione particolare, il valore ottenuto 9,52 viene semplicemente moltiplicato per il cosiddetto coefficiente di eccesso d'aria. Il suo valore è solitamente compreso tra 1,1 e 1,4.

L'ossigeno è l'ossidante del gas. Cioè, non brucia da solo, ma supporta attivamente questo processo con la partecipazione del carburante indicato. Ma poiché l'ossigeno nell'aria non supera il 20,93%, si ritiene che per la procedura di combustione del gas ne sia necessario quasi 5 volte di più.

Quando il calcolo deve essere il più preciso possibile, la quantità di aria effettivamente utilizzata deve essere divisa per il suo consumo teorico. Ma nella maggior parte dei casi è più semplice utilizzare un valore medio del coefficiente di eccesso d'aria. Tale valore va moltiplicato per 9,52 e in questo modo si otterrà la quantità esatta di aria consumata necessaria per garantire la procedura di combustione del gas.

Quindi, se è uguale a:

• 1,1 — la massa d'aria necessaria sarà 10,472 volte maggiore;
• 1,4 — l'aria dovrà essere utilizzata in quantità 13,328 volte maggiore.

Cioè, per bruciare ogni metro cubo di vettore energetico saranno necessari fino a 13,328 m³ di aria.

Formule ed esempi di esecuzione del calcolo

Il valore necessario in ogni caso specifico può essere ottenuto utilizzando una formula specifica o valori medi. Parliamo più dettagliatamente di questi metodi.

Metodo #1 — calcolo utilizzando la formula

Che afferma che il volume d'aria orario (V_h), necessario per la combustione, sarà pari a:

V_h = 1,1 x K_izb.v x V_tx V_g/hx (273 + t)/273,

Dove:

• K_izb.v — coefficiente di eccesso d'aria;
• V_t— quantità d'aria teoricamente necessaria;
• V_g/h— consumo orario di gas dell'apparecchiatura;
• t— valore della temperatura nell'ambiente in cui è installata l'apparecchiatura a gas.

Il consumo orario di gas necessario per i calcoli è indicato nel libretto di qualsiasi apparecchio a gas.

Cioè, se tale valore è uguale a 10, e:

• temperatura ambiente, ad esempio, 18 °C;
• coefficiente d'eccesso d'aria — 1,1.

Quindi eseguiamo le operazioni matematiche sopra indicate, vale a dire:

1,1 x 1,1 x 9,52 x 10 x (273 + 18) / 273 = 122,1

Di conseguenza, risulta che in questo caso specifico, per bruciare il gas, ogni ora saranno necessari 122,1 m³ d'aria.

Il calcolo della quantità d'aria è necessario per garantire un funzionamento efficace e sicuro di qualsiasi apparecchiatura a gas, compresi fornelli, scaldabagni e caldaie di riscaldamento, utilizzati in ambito domestico.

Metodo #2 — calcolo utilizzando dati medi

Se non si desidera eseguire questo calcolo dell'aria per la combustione della quantità necessaria di gas, è possibile seguire le raccomandazioni di molti produttori e specialisti.

I quali affermano che il processo sarà efficace se per ogni kilowatt di potenza vengono forniti almeno 1,6 m³ d'aria all'ora.

Se il metodo di calcolo tramite formula sembra complicato, è possibile utilizzare un metodo meno preciso e semplicemente mediato, ma molto semplice e quindi accessibile. Poiché tutto ciò che serve è moltiplicare la potenza dell'apparecchio a gas necessario per 1,6, ottenendo così il volume d'aria approssimativo che dovrà essere fornito ogni ora per la combustione completa del gas.

Cioè, il calcolo può essere eseguito in un'unica operazione. Per farlo, il valore di potenza dell'apparecchio a gas, preso dalla scheda tecnica, deve essere moltiplicato per 1,6. Il risultato sarà la quantità d'aria necessaria per una combustione efficiente.

Ad esempio, se la potenza della caldaia a gas è di 40 kW, allora questo valore deve essere moltiplicato per 1,6:

40 x 1,6 = 64

Si ottengono 64 m³ d'aria, che dovranno essere forniti ogni ora all'apparecchio a gas.

Significato pratico del calcolo del consumo d'aria

Le competenze per eseguire tali calcoli possono essere necessarie per aumentare il rendimento delle apparecchiature a gas, nonché per eliminare le cause del loro malfunzionamento.

Prevenzione di guasti e riduzione del rendimento dell'apparecchiatura

Ad esempio, la conoscenza della quantità ottimale di ossidante sarà necessaria quando le superfici dei camini (interne), gli elementi strutturali delle apparecchiature (scambiatori di calore, bruciatori, ecc.) si ricoprono rapidamente di strati di fuliggine e altri prodotti della combustione.

Se la rimozione dello sporco non produce l'effetto desiderato, così come qualsiasi altra misura (regolazione, sostituzione di parti, componenti dei gruppi). Ciò indica la presenza del cosiddetto sottobruciamento del vettore energetico, che si verifica a causa di una quantità insufficiente d'aria.

La combustione del gas è considerata una reazione complessa. Di conseguenza, se l'agente ossidante, ovvero l'aria, non è presente in quantità sufficiente, ciò influisce sullo stato, sull'efficienza e sul corretto funzionamento di tutte le apparecchiature a gas. In alcuni casi, i guasti possono essere risolti solo dopo aver individuato e corretto la quantità di aria coinvolta nella reazione.

Inoltre, la conoscenza della portata d'aria necessaria sarà richiesta nelle seguenti situazioni:

• È stato rilevato un eccessivo consumo di gas che non può essere risolto tramite regolazioni o altre manipolazioni. La causa potrebbe essere un'incompleta combustione meccanica, ovvero un processo in cui viene apportata una quantità eccessiva di aria, che porta anch'essa a una combustione incompleta del gas.
• Si nota un frequente cambiamento di colore del combustibile «blu» durante la combustione, ad esempio in arancione, bianco, rosso, giallo. Si tratta di casi più complessi dei precedenti, poiché la causa può essere sia un eccesso di aria che una quantità insufficiente.
• Processo di combustione del gas instabile. Ad esempio, se non vengono utilizzati tutti i fori operativi del fornello, del bruciatore della caldaia a gas, ecc. La pulitura degli elementi strutturali elencati non ha portato a miglioramenti, poiché in tali situazioni sarà sicuramente necessario fornire una quantità d'aria significativamente maggiore.

Nonostante la presenza di diverse cause, il calcolo viene eseguito allo stesso modo, secondo il metodo sopra descritto.

Utilità dei calcoli nella progettazione di una centrale termica

I calcoli della quantità di aria necessaria per un'ossidazione efficace del gas sono necessari nei casi di allestimento del locale caldaia, installazione, sostituzione di apparecchiature a gas e altri simili.

Bisogna sempre ricordare che i calcoli teorici sono validi solo quando la loro correttezza è confermata dalla pratica. E nel caso della quantità d'aria, ciò è fatto dai rappresentanti del servizio gas con gli analizzatori di gas.

I calcoli vengono eseguiti, ma la situazione in ciascuno dei casi indicati è complicata dal fatto che per ottenere tutti i dati necessari è necessario eseguire una serie di ulteriori calcoli.

Tra cui rientrano i calcoli:

• portata d'aria totale — nell'ambiente con apparecchiature a gas è necessario fornire aria non solo per il processo di combustione, ma anche per la ventilazione (nel SNiP II-35-76 è chiaramente indicato che nei locali utilizzati come locali caldaia, devono essere cambiati 3 volumi d'aria ogni ora);
• della sezione del condotto di scarico;
• della sezione (delle sezioni) delle aperture dei condotti di ingresso;
• del tiraggio naturale nel condotto di scarico previsto;
• effettiva velocità delle masse d'aria nelle sezioni dei futuri condotti d'aria;
• delle perdite di carico dovute a varie resistenze locali;
• della dimensione della finestra richiesta in un ambiente con apparecchiature a gas.

Oltre alla corretta installazione della ventilazione della caldaia, potrebbe essere necessario eseguire un'altra serie di procedure, ad esempio, l'esecuzione di un calcolo aerodinamico.

Nell'esecuzione del calcolo, è necessario ricordare che qualsiasi operazione con il gas comporta un pericolo significativo. Pertanto, è meglio affidarne l'esecuzione a specialisti.

Successivamente, tutte le informazioni ottenute dovrebbero diventare la base del progetto di sostituzione, installazione dell'attrezzatura, riorganizzazione, che viene presentato al servizio gas locale per l'approvazione. Dove, se vengono rilevati errori, il documento può essere rispedito al redattore.

Cioè il complesso delle procedure per il calcolo di tutti i valori necessari è piuttosto complesso. Pertanto, nel caso di installazione, sostituzione, spostamento dell'attrezzatura, solo pochi riescono a gestire il compito. Per la maggior parte dei proprietari di locali sarà più facile rivolgersi a specialisti. I quali non solo eseguiranno i calcoli matematici necessari, ma adatteranno anche i calcoli ai requisiti di legge per la sistemazione dei locali caldaia, dei sistemi di ventilazione, di evacuazione dei fumi, e di tutti gli altri. I quali sono esposti nel SNiP II-35-76, nonché nel SNiP 2.04.08-87 e in una serie di altri documenti specialistici meno richiesti.

Se in un caso specifico non è necessario redigere un progetto, i calcoli effettuati da uno specialista elimineranno il rischio per la vita e la salute del proprietario dell'apparecchiatura a gas, dei suoi familiari e delle persone che vivono nelle vicinanze.

Inoltre, permetteranno di evitare azioni interpretate dalla legge come allaccio non autorizzato a qualsiasi gasdotto. Per le quali l'art. 7.19 del KoAP RF prevede sanzioni sotto forma di multa, il cui importo è di 100-150 €. Ad esempio, ciò può accadere se il proprietario del locale, dopo aver eseguito i calcoli, apporta modifiche alla struttura dell'impianto di riscaldamento.

Non bisogna dimenticare che un calcolo errato della quantità d'aria o di qualsiasi altro tipo può rendere una persona un trasgressore. Per questo si dovrà pagare, almeno finanziariamente. Ad esempio, se azioni o omissioni portano alla violazione delle regole volte a garantire l'uso sicuro di qualsiasi apparecchiatura a gas, si dovrà pagare una multa di importo compreso tra 10 e 300 €. Come stabilito dall'art. 9.23 del KoAP.

Dopo i calcoli, non è opportuno prendere una decisione avventata riguardo alla sostituzione dell'apparecchiatura a gas, specialmente con potenza diversa. Se ciò è accaduto, allora è opportuno informare i rappresentanti del servizio gas delle azioni eseguite. Ciò aiuterà a evitare multe.

Inoltre, non bisogna attuare i calcoli teorici effettuati a costo di violare le regole e le norme stabilite nel SNiP II-35-76, che regola l'ambito della sistemazione dei locali destinati all'uso di apparecchiature a gas. Poiché, secondo l'art. 9.23 del KoAP, anche per le violazioni più lievi si dovranno pagare 10-20 €.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Il video materiale allegato qui di seguito permetterà di individuare la carenza di aria durante la combustione del gas senza alcun calcolo, cioè visivamente.

Calcolare la quantità d'aria necessaria per una combustione efficiente di qualsiasi volume di gas si può fare in pochi minuti. E i proprietari di immobili dotati di apparecchiature a gas dovrebbero ricordarlo. Poiché in un momento critico, quando la caldaia o qualsiasi altro apparecchio funziona in modo errato, la capacità di calcolare la quantità d'aria necessaria per una combustione efficiente aiuterà a individuare e risolvere il problema. Ciò, inoltre, aumenterà la sicurezza.

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