Rapporto stechiometrico

Qualsiasi sostanza, per bruciare, necessita di una certa quantità di aria: il rapporto preciso che assicura il consumo totale del combustibile con la minima quantità di aria necessaria è definito rapporto stechiometrico.

Il gas metano ha un rapporto con l'aria di 1 a 9,52 il che equivale a dire che per bruciare completamente un metro cubo di metano occorrono 9,52 metri cubi di aria; nella pratica, nella maggior parte delle caldaie viene fornita una quantità di aria nettamente superiore alla minima necessaria, il che garantisce una sicura ed intima miscelazione di combustibile e comburente e riduce notevolmente la possibilità di produzione di gas incombusto.

Naturalmente la miscelazione di combustibile e comburente avviene in maniera più semplice per i combustibili gassosi che per quelli allo stato liquido o solido, in quanto i primi necessitano di una minore quantità di aria a parità di quantità rispetto ai combustibili solidi e liquidi.

Combustibili ed eccessi di aria

Circa i combustibili gassosi, come il metano, è bene sottolineare che le moderne tecnologie di realizzazione delle caldaie consentono di definire in maniera opportuna anche gli eccessi di aria, necessaria ad evitare la presenza di gas incombusti; è bene sottolineare che eccessi notevoli di aria, rispetto alla quantità di gas combustibile, rischierebbero di ridurre notevolmente le prestazioni delle caldaie.

Nel caso del gas metano, l'eccesso di riferimento per una caldaia standard (potenza tra i 24 kW ed i 30 kW ) è dell'ordine del 25%, sono quindi necessari circa 12 metri cubi di aria per la combustione di un metro cubo di metano; nel caso del GPL (gas propano liquido) l'aria necessaria teorica alla combustione di un kg di combustibile è di 12 kg, che con un eccesso del 25% diventano 15 kg. Per un kg di gasolio occorrerebbero circa 11 kg di aria, che con un eccesso del 40% ne diventano circa 16; per un kg di legna con un eccesso di aria del 70% si passa da 3,50 kg minimi necessari di aria a 6,13 kg.

Per molti anni il riferimento minimo per il rendimento dei generatori termici è stato del 90%, e le ultime norme e leggi in materia hanno rettificato, attestandolo mediamente su qualche punto percentuale in più, naturalmente in funzione della tipologia e della potenza dei generatori considerati.

Non si possono trascurare a tal proposito i rendimenti dei generatori a condensazione, sia caldaie a gas metano, a gpl che a gasolio; per esse apparentemente vengono valicati i limiti fisici possibili dei rendimenti delle macchine termiche raggiungendo valori superiori al 100% del rendimento.

L'apparente contraddizione fisica, nasce da fatto che il rendimento del generatore è sempre dell'ordine del 90% e grazie alla condensazione del vapore nei fumi di scarico è possibile ricavare altro calore utile al generatore, senza ulteriori consumi di combustibile.