Il bilancio termico è il conteggio di tutte le potenze (energie nell'unita' di tempo) entranti ed uscenti da un generatore di vapore a regime.

Le potenze entranti derivano da:

- Entalpia dell'acqua di alimento

- Energia del combustibile

Le potenze uscenti derivano da:

- Entalpia del vapore

- Energia contenuta nei fumi

- Energia dispersa per irraggiamento e perdite varie.

La somma di queste 5 voci risulta 0 (zero), il che significa che, a livello energetico, esce tanto quanto entra.

La determinazione del rendimento va fatta in condizioni di funzionamento a regime stabile (carico massimo o parziale), escludendo i transitori di avviamento o variazione di carico.

Relativamente agli INCOMBUSTI, vedi nota 4) in rosso più sotto.

Il rendimento è il rapporto tra l'utile e lo speso, ed in generale serve per dare una misura dell'efficienza dei processi.

                                                             UTILE

Rendimento = -----------

                                                            SPESO

Il rendimento è compreso tra zero ed uno e non ha unità di misura. A volte, ma non nelle formule (!), si esprime in forma percentuale, ed in tal caso è compreso tra zero e cento.

Nota: fa eccezione il rendimento delle caldaie a condensazione, che, sfruttando il potere calorifico superiore, possono arrivare ad un 111% teorico essendo il rendimento normalizzato riferito al p.c.i. .

Il rendimento del generatore di vapore si può determinare in due modi:

- in forma diretta

- in forma indiretta.

Determinazione del rendimento del generatore in forma indiretta: questa è la modalità più semplice e pratica, e lo esprime in forma percentuale.

Noto il tipo di combustibile e misurati alcuni valori nei gas combusti (percentuale di anidride carbonica e temperatura dei fumi), con la formula di Hassenstein si determinano le perdite per calore sensibile nei fumi, sempre in forma percentuale.

            Tfumi - Taria

Ps = ks ------------------

             CO2%

(ks da tabella) Link tabella su google-libri

Nota: OKKIO che la tabella di cui al link contiene un errore: metano con CO2 = 6% il valore è 0,437 e non 0,537 come erroneamente indicato in tabella!!!

Fatta cento l'energia entrante con il combustibile, sottratto il valore delle perdite nei fumi e sottratto indicativamente un tre per cento per le perdite per irraggiamento e varie (spurghi, prelievi...), la differenza è il rendimento di del generatore.

Rendimento = 100 - Ps - 3

Si tenga presente che in un moderno generatore di vapore ottimamente isolato, le perdite per irraggiamento si quantificano in uno 0,3% (informazione ricevuta da da Bosch-Industrialkessel nel nov. 2012).

Note:

1) Le perdite per calore sensibile nei fumi si possono contenere con una accurata regolazione del bruciatore da parte del bruciatorista, regolazione finalizzata all'ottimizzazione dei parametri della combustione. La frequente osservazione del mantenimento di questi parametri è uno dei compiti del conduttore.

2) Le perdite per irraggiamento, espresse anch'esse in forma percentuale sono influenzate dal carico del generatore rispetto alla sua potenzialità massima, ma se considerate in valore assoluto, va detto chiaramente che dipendono esclusivamente dalla qualità dell'isolamento termico applicato in fase di costruzione del generatore stesso, ed il conduttore nulla può a riduzione di queste perdite.  

3) La differenza 100 - Ps esprime il rendimento di combustione.

4) INCOMBUSTI: le perdite per calore latente nei fumi si possono solitamente trascurare, in quanto, lo stato dell'arte nella moderna tecnica della combustione, vede i valori degli incombusti (leggi "CO") ridotti a poche decine, massimo ad alcune centinaia di parti per milione, quindi percentualmente non rilevanti. Limite normativo (BZ) sia per per metano che per gasolio: 350 mg/Nm3. 

Elementi di riflessione relativi all'esempio.

Il bilancio in forma diretta richiede dati numerosi e precisi.

Nell'esempio si assume un solo quasi corretto titolo x=1. Un moderno generatore a tubi da fumo ben condotto (pressione di esercizio indicativamente al 90% di quella di bollo, conducibilità non oltre 3000 microsiemens al centimetro e livello corretto) produce vapore con un titolo x=0,97 (fonte Bosch Industrial). Negli esempi "didattici" si assume però un titolo x=0,9 per caldaie a tubi da fumo e x= 0,95 per le tubi d'acqua che lavorano a pressioni decisamente più alte; tali valori sono solo teorici, non essendo, gli impianti, dotati di un "titolometro".

La non precisa conoscenza del valore del titolo influisce sul calcolo di hu con le consuete formule, inficiando, la precisione del calcolo.    

Come da sottolineatura in rosso, si esprime la considerazione che "...per le forti possibilità di errore..." il valore del rendimento calcolato in forma indiretta è talvolta più attendibile di quello calcolato in forma diretta.

Elemento di incertezza in questo calcolo indiretto è il valore delle perdite per irraggiamento e varie, valore che si stima in generale per una caldaia di media dimensione funzionante al carico massimo come pari al 3%.

In un moderno generatore di vapore a tubi da fumo con un buon isolamento le perdite per irraggiamento sono quantificabili in uno 0,3% (fonte Bosch Industrial)

Il rendimento di combustione, calcolato in forma indiretta, è dato da 100 meno Ps [%] (Hassenstein).

Il rendimento del generatorel, calcolato in forma indiretta è dato da 100 meno Ps [%] (Hassenstein) meno 3.

Evidentemente il caldaista non può mettere una coperta sulla sua amata caldaia per ridurre le perdite per irraggiamento, ma può sorvegliare scrupolosamente il mantenimento dei parametri di combustione (CO2 e, temp. fumi).

Nella pratica della conduzione, non potendosi ridurre le perdite assolute  per irraggiamento che dipendono da come la caldaia è stata isolata dal costruttore, l'elemento più importante per una buona conduzione (ecologia ed economia di esercizio) è l'ottimale regolazione della combustione.

Ossigeno nei fumi al 3% (anche meno, soprattutto se l'impianto è dotato di sonde O2 e CO al camino) e temperatura fumi -indicativamente- non oltre i 40°C rispetto all'ultimo scambio termico.

Si rammenta che il valore della temperatura fumi aumenta considerevolmente all'aumentare del carico bruciatore, pertanto, in un impianto ben progettato, i circa 40°C citati sono un valore indicativo che

 - a basso carico dovrebbe essere inferiore

 - al carico massimo dovrebbe poter non superare i 60° - 80°C (sempre inteso oltre la temperatura dell'ultimo fluido con cui si è scambiato calore).