Applicazioni

La combustione è un processo chimico-fisico molto complesso e dinamico, i cui aspetti che interessano la valutazione delle emissioni, vanno al di là della fase iniziale di reazione tra combustibile e l'agente ossidante, dato che si ha una continua evoluzione delle specie di interesse lungo tutto il tragitto verso l'uscita in atmosfera.

Dal punto di vista chimico, la combustione in fase gassosa procede attraverso una successione di reazioni a catena. In principio sia ha la formazione di specie attive, prima atomi e poi radicali liberi, le quali reagiscono con altre molecole di reagente per dare origine a nuove specie attive, che a loro volta proseguono la catena di reazioni, il tutto in concomitanza con le variazioni delle condizioni.

Questo processo termina, quasi completamente, quando le specie attive reagiscono tra loro in fase gassosa o vengono adsorbite su superfici solide, per dar luogo a molecole stabili.

In queste fasi, possono verificarsi differenti processi, dalla formazione di idrocarburi più complessi partendo da composti semplici, polimerizzazioni e poi nucleazioni, dove queste molecole pesanti si combinano fino a formare le prime particelle.

Il processo di ingrandimento superficiale continua e le altre molecole, presenti in fase gassosa, vengono adsorbite e rimangono intrappolate nelle particelle in via di agglomerazione.

Lungo il percorso dell'emissione, le particelle collidono innescando così il processo di coagulazione, dando così origine a particelle via via più grandi ed anche agglomerati di particelle.

Si passa così dalla fase in cui alla chimica delle reazioni si aggiunge la fase più "fisica" di comportamento del particolato aerodisperso.

Ne deriva che, in un'emissione gassosa, il particolato e molti composti chimici sono strettamente collegati e quindi si renda necessario campionare, con opportuna linea di cattura, sia la fase particellare che gassosa allo stesso tempo, e quindi tramite il prelievo isocinetico.

La configurazione e realizzazione delle linee di prelievo è spesso descritta all’interno dei metodi di riferimento. In questa breve guida consideremo i metodi più diffusi al mondo che sono quelli promulgati dalle commissioni del CEN, ISO ed US EPA.

I metodi relativi al campionamento isocinetico si riferiscono, a loro volta, a metodi inerenti alla determinazione di parametri quali la velocità dei fumi, la densità oppure il contenuto di vapor d'acqua, tutti aspetti necessariamente legati alla corretta esecuzione del prelievo isocinetico. Questi metodi sono:

L'ISOCINETISMO

Il rispetto della condizione isocinetica è di primaria importanza durante il campionamento della fase particolato o aerosol aventi determinate dimensioni e massa.
Si è in condizione di isocinetismo quando la velocità dei gas che attraversano il condotto (vd) è uguale alla velocità dei gas che entrano nell'ugello della sonda di prelievo (vn).

1) Condotto
2) Raggio di piegatura (min. 1,5i)
3) Diametro interno i
vn = Velocità in ingresso all'ugello
vd = Velocità in uscita dal condotto

Quando la condizione isocinetica non è soddisfatta, ci si può trovare nella condizione di ipocinetismo oppure di ipercinetismo.

In particolare, si definisce di ipocinetismo la condizione in cui Vn ‹ mentre in condizione di ipercinetismo, si avrà Vn › Vd In queste due condizioni, avremo che il flusso devierà per uscire dall'ugello oppure per entrarvi.

Questa variazione di direzione (freccie nere) causerà un effetto "fionda" sulle particelle in funzione della loro massa. In particolare avremo una sovrastima con l'ipocinetismo (freccie rosse) ed una sottostima in ipercinetismo (freccie blu).

La deviazione isocinetica iperturberà il moto delle particelle in funzione della loro massa (inerzia), in particolare, inizierà a diventare apprezzabile sulle particelle aventi diametro aerodinamico superiore ai 2,5 um.

Dato che il peso delle particelle aumenta in maniera esponenziale con il cresce del diametro, ne consegue che la deviazione dalla condizione isocinetica avrà ripercussioni sul calcolo della concentrazione quando si è in presenza di particelle con diametri maggiori di 2,5 um.