Come calcolare il rendimento di un generatore di vapore

Francesco Z.

Francesco Z.

Marketing Manager

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Perchè è importante il rendimento di un generatore di vapore?

Normalmente quando si compra un nuovo generatore di vapore, uno dei primi parametri che si valuta, è il suo rendimento.

Questo perché rappresenta l’efficienza nel trasformare l’energia del metano combusto in vapore.

Il singolo rendimento definito nella scheda tecnica del generatore di vapore, non è però tutto.
Per ottenere un miglioramento ragionevole delle prestazioni, e quindi un risparmio nei consumi, va considerato il rendimento globale della centrale termica. Non solo, quindi, quello della singola caldaia ad esempio.

Ma andiamo con ordine e vediamo cos’è il rendimento di un generatore di vapore.

Indice:

  1. Cos’è il rendimento di un generatore di vapore? 
  2. Perchè il rendimento è importante?
  3. Calcolo del rendimento medio e risparmio sui consumi di metano:
     a. Il vero rendimento
     b. Parti dai profili di fabbisogno
     c. Come risparmiare con il rendimento
  4. Conclusioni

1. Cos’è il rendimento di un generatore di vapore?

Quando si parla di rendimento di un generatore di vapore, ci sono molte variabili da tenere in considerazione. Il suo calcolo, infatti, non è intuitivo ed è necessario fare qualche precisazione, prima di addentrarsi nella spiegazione.

Partiamo, quindi, dalle basi:
Cosa si intende per rendimento di un generatore di vapore? Come si calcola? Perché è classificato come il parametro più importante di una centrale termica?

Andiamo con ordine e rispondiamo al primo quesito: cosa si intende con rendimento di un generatore di vapore?

Il rendimento di un generatore di vapore non è altro che la misura della sua efficienza energetica: si tratta della percentuale di energia generata dalla combustione, energia che viene poi trasferita all’acqua per farla evaporare. Nel calcolo è anche necessario tenere in considerazione l’energia persa in dissipazioni e nei fumi derivanti dalla combustione.

Al diminuire delle dissipazioni e della temperatura dei fumi, infatti, il rendimento sarà sempre più alto: tenderà al 100%, senza però mai raggiungerlo. Per i principi della termodinamica, infatti, il rendimento del 100% è impossibile da raggiungere, in quanto, il calore generato dalla combustione verrebbe trasferito interamente all’acqua, senza causare la benché minima dispersione.

Risulta intuitivo affermare che, all’aumentare del rendimento di un generatore di vapore, diminuirà la quantità di combustibile (ad esempio metano) necessario per produrlo.

Dopo aver fatto una panoramica sul significato di rendimento, passiamo allo studio di un caso pratico, in cui dimostriamo la sua correlazione con i consumi di metano, per poi andare a comprendere come diminuirli.

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2. Perchè il rendimento è importante?

Per comprendere quanto è importante il calcolo del rendimento del generatore di vapore, abbiamo analizzato i costi d’esercizio di una nuova centrale termica nei suoi primi 10 anni di vita.
Li abbiamo poi suddivisi in: investimento iniziale, consumi di metano, elettricità, acqua e costi di manutenzione.

Questo è quello che abbiamo scoperto.

Ciò che si nota di primo acchito, è la preponderanza dei costi di metano rispetto a tutti gli altri.
In questo caso, infatti, circa l’68% del totale dei costi è proprio rappresentato dal metano; ed è proprio qui che vogliamo soffermarci.

Visto che il rendimento è la capacità di trasferire il calore prodotto dalla combustione all’acqua, per trasformarla in vapore, più alto è il rendimento, minore sarà il metano bruciato per produrre un certa quantità di vapore.

Essendo il metano la voce di costo più alta per un impianto termico, ed essendo il rendimento il parametro che più di tutti ne influenza il consumo, è possibile comprendere la sua massima importanza.
Vediamo quindi come viene calcolato e come le aziende produttrici di caldaie lo usano a proprio favore, non comportandosi in modo del tutto trasparente.

3. Calcolo del rendimento medio e risparmio sui consumi di metano

Il rendimento di un generatore di vapore è un dato che viene sempre fornito dall’azienda produttrice. Che rendimento viene fornito però? A che condizioni? Come varia a seconda dell’utilizzo e dell’applicazione?

Spesso, il cliente che decide di acquistare o sostituire un generatore non è a conoscenza del fatto che, il dato fornito dall’azienda produttrice viene elaborato in laboratorio a specifiche condizioni di carico.

Un po’ come per il mercato automobilistico, dove vengono promessi consumi che spesso non sono raggiungibili nella vita quotidiana, anche nel mondo dei generatori di vapore industriali accade la stessa cosa.

Come facciamo quindi a muoverci tra rendimenti irrealistici e caratteristiche tecniche non del tutto veritiere e non calcolate in base al nostro impianto?

Ecco alcuni suggerimenti.

a. Il vero rendimento

Come detto nel paragrafo precedente, il rendimento fornito dal produttore è calcolato in base a determinate condizioni ricreate in laboratorio.
Normalmente vengono utilizzate potenze vicine al 100%, temperature dell’ambiente intorno ai 25 gradi e temperature dell’acqua di alimento vicine agli 80 grandi. Ovviamente al variare di queste condizioni varia, di conseguenza, il rendimento del generatore di vapore.

Cos’è necessario fare dunque?

Diventa cruciale conoscere e calcolare l’efficienza secondo le reali condizioni ed esigenze di utilizzo del proprio generatore di vapore. Questo ti permetterà a di simulare i costi del tuo impianto e trovare soluzioni per contenerli.

b. Parti dai profili di fabbisogno

Normalmente le richieste di vapore e pressione non hanno andamenti costanti, ma variano sia giornalmente, che stagionalmente.

Questo è un esempio calcolato sul caso specifico di un nostro cliente, in cui si vede chiaramente come la portata di vapore e la sua pressione varino vadano a variare nell’arco della giornata.

Oltre a questi dati, per calcolare il rendimento del nostro generatore servirà rilevare le temperature dell’ambiente e dell’acqua di ingresso, in questo modo potremo calcolare il vero rendimento dell’impianto termico e quindi il consumo di metano.

Partendo da queste condizioni, si possono trovare soluzioni per aumentare il rendimento medio e diminuire i costi: ad esempio, aumentando il campo di modulazione del nostro generatore.

Se hai bisogno di supporto nel calcolo del rendimento e dell’analisi dei dati dell’impianto, compila il form a fondo pagina.

c. Come diminuire i consumi di metano

Arrivati a questo punto, conosciamo davvero ogni minimo aspetto rispetto al rendimento del generatore di vapore.
Ma come possiamo utilizzare queste informazioni per orientarci nella scelta di un nuovo generatore?
Come la scelta del generatore influenza la spesa di metano durante tutta la sua vita?

Riprendendo il concetto espresso a inizio articolo, il metano rappresenta circa l’68% dei costi totali di un impianto termico alle condizioni stabilite in precedenza.

Nel momento in cui dobbiamo scegliere tra diversi generatori, la priorità va data a ciò che ci permette di ridurre il più possibile il consumo di metano.
Spesso questo si traduce in costi iniziali più alti, ma anche solo l’1% di aumento del rendimento ti permetterà di risparmiare circa 5-6.000 € ogni anno solo in sulla spesa del metano.

Quali strumenti puoi usare quindi per aumentare il rendimento medio della tua centrale termica?

Riprendendo i profili dei fabbisogni di portata e pressione, conviene cercare il generatore e il bruciatore che meglio vadano a modulare e a seguire il carico richiesto, evitando quindi inutili sprechi.
A seconda del profilo di pressione, conviene anche scegliere un generatore che possa modulare la pressione del vapore erogata. Più alti saranno i campi di modulazione per la portata e la pressione del vapore, maggiore sarà il rendimento medio del nostro impianto, con conseguente risparmio di metano bruciato.
La riduzione dei consumi spesso significa tecnologie più costose, ma, quasi sempre, ampiamente giustificate dal risparmio economico ricevuto ogni anno.

Conclusioni

Il rendimento di un generatore di vapore è senza dubbio il parametro che tutti meglio conosciamo, nonché il più importante, in quanto si tratta della percentuale di efficienza energetica che un generatore riesce a raggiungere.
All’aumentare del rendimento diminuiranno le dissipazioni e dispersioni e costerà sempre meno produrre vapore.

Vista la sua importanza e centralità molte aziende produttrici di caldaie “gonfiano” questo numero, creandolo in laboratorio, in condizioni non facilmente replicabili.
Proprio per questo, è importante raccogliere i profili di portata e pressione del nostro impianto, per calcolare poi il rendimento secondo questi parametri.

Partendo dall’analisi di questi profili, si possono poi individuare generatori con caratteristiche che ci permettono di aumentare il rendimento medio dell’intero impianto e diminuire i consumi di metano.

Se hai bisogno di ulteriori chiarimenti sul calcolo del rendimento, non esitare a contattarci e a richiederci un sopralluogo gratuito.

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