Mattone o massa: che cosa va dove nella camera di combustione a biomassa

Vista dall’interno, una camera di combustione sembra ovunque ugualmente calda. Non lo è. Sopra la griglia si trova un letto di brace che si sposta a ogni avanzamento e abrade meccanicamente la parete. Due metri più in alto, dove entra l’aria secondaria, si hanno la temperatura più alta e la turbolenza più forte. Ancora più in alto, all’ingresso in caldaia, i fumi si raffreddano, ed è proprio lì che si depositano gli alcali. Tre zone, tre sollecitazioni completamente diverse, in un unico spazio.

Nella loro documentazione i principali costruttori di impianti di combustione a legna parlano di «rivestimento completo in chamotte del focolare». È corretto, ma incompleto: dice che si riveste, ma non con che cosa né dove. Questa decisione si prende in cantiere, ed è quella che determina la durata in esercizio.

Sopra la griglia vanno i mattoni

La griglia mobile spinge avanti il letto di combustibile a gradini. Ciò che striscia lungo la parete laterale è una miscela di brace, cenere e componenti minerali estranei: con il cippato forestale sabbia proveniente dalle cataste, con il legno di recupero anche pietre e metallo. Questo movimento agisce come carta abrasiva, ora dopo ora, per tutta la stagione di riscaldamento.

Contro l’abrasione meccanica un mattone cotto è superiore a una massa non cotta. È stato cotto in stabilimento a oltre 1.300 °C, la sua struttura è definitiva e la densità uniforme. Una massa monolitica indurisce solo in esercizio, e più rapidamente sulla superficie calda che in profondità. Proprio nella zona in cui abrade il letto di brace è più vulnerabile.

Sopra il letto di brace va la massa

Al di sopra della zona della griglia il rapporto si inverte. Lì non c’è più abrasione, ma c’è la geometria: angoli, piani inclinati, il raccordo con la caldaia, i passaggi per l’aria secondaria e la strumentazione. Murare ciascuna di queste forme in mattoni significa lavori di adattamento, molti giunti e molti punti in cui un danno può avere inizio.

Lì un rivestimento monolitico non ha giunti. Segue la forma, ingloba ancoraggi e passaggi senza giunzioni e si può posare in un’unica fase. Ciò che sopra la griglia diventa uno svantaggio, cioè il fatto di raggiungere la resistenza finale solo in esercizio, qui non ha alcuna importanza.

Il raccordo tra i due è il vero lavoro

Dove due materiali si incontrano nasce il punto più debole dell’intero rivestimento. Mattone e massa si dilatano in misura diversa e in momenti diversi: il mattone segue subito la temperatura, la massa in ritardo, e in più subisce un ritiro al primo riscaldo.

Se il confine corre come una linea orizzontale diritta attraverso la parete, si è costruita una linea di rottura continua. Al primo cambio di carico si apre, e da quel momento la fessura avanza per tutta la lunghezza della parete. Per questo il confine viene realizzato a dentatura: i corsi di mattoni entrano a gradini nella massa, ogni gradino sfalsato rispetto al successivo. Una fessura che segue un gradino si arresta al successivo.

I giunti di dilatazione non sono un dettaglio secondario

Il materiale refrattario si dilata durante il riscaldo. Una parete di camera di combustione lunga dieci metri cresce così di diversi centimetri. Se non ha spazio per farlo, preme contro sé stessa e da qualche parte cede, di solito dove costa di più.

• Il giunto deve correre verticale e continuo, senza sfalsamenti, altrimenti la forza si trasmette di nuovo attraverso i mattoni.
• Va riempito con fibra ceramica, non con malta: la fibra cede e allo stesso tempo mantiene la tenuta ai fumi.
• La sua larghezza dipende dalla dilatazione del mattone scelto alla temperatura di esercizio, non da un valore empirico.
• Va posizionato in un punto staticamente tranquillo, non in un angolo e non accanto a un passaggio.

Gli ugelli dell’aria secondaria decidono la combustione completa

L’aria secondaria viene insufflata sopra il letto di brace e assicura la post-combustione dei gas ascendenti. Se le aperture sono posizionate male, la combustione completa peggiora in modo misurabile: nei comuni sistemi a griglia mobile la posizione degli ugelli fa parte del dimensionamento della combustione e non è un dettaglio.

Per l’installazione dei refrattari questo significa che gli ugelli si posizionano durante la posa, non si aprono in seguito con lo scalpello. Un’apertura forata a posteriori non ha un bordo chiuso, la struttura attorno al foro è compromessa e l’aria scorre in modo incontrollato lungo il rivestimento anziché nel flusso dei gas. Se si rinnova un campo in cui si trovano ugelli, la loro posizione va rilevata prima e ripristinata dopo, al millimetro.

Che cosa rende così particolare il combustibile

Il legno brucia in modo più pulito del carbone, ma la sua cenere è chimicamente più aggressiva. Potassio e sodio evaporano nel letto di brace, salgono con i fumi e condensano dove la temperatura scende: all’ingresso della caldaia e sulle prime superfici di scambio. Lì formano con la silice del rivestimento composti a basso punto di fusione. La superficie diventa vetrosa, appiccicosa, e la cenere vi aderisce.

È per questo che in questa zona non si può installare la qualità più economica. Un materiale denso, formulato per resistere agli alcali, offre agli alcali una superficie di attacco minore rispetto a una normale chamotte a porosità aperta. Nel legno di recupero e nel materiale da manutenzione del verde il tenore di alcali è più alto che nel cippato forestale pulito: è quindi anche il combustibile a determinare quale materiale va all’ingresso della caldaia.

Come si riconosce un lavoro ben fatto

Dopo la posa ogni camera di combustione appare in ordine. Se lo è davvero, lo mostrano alcuni punti che si possono esaminare in modo mirato durante il sopralluogo di collaudo:

• Il confine tra mattone e massa è a dentatura o corre in linea retta?
• I giunti di dilatazione sono verticali e continui e riempiti di fibra, oppure stuccati?
• Le aperture per l’aria secondaria sono inserite correttamente nella muratura, con bordo chiuso?
• La muratura sopra la griglia ha giunti sottili, o ci sono letti di malta di diversi millimetri?
• La curva di riscaldo è stata consegnata per iscritto, ed è adatta al materiale installato?

L’ultimo punto è quello trascurato più spesso. Dopo la posa un rivestimento monolitico contiene acqua che deve fuoriuscire lentamente. Se si sale di temperatura troppo in fretta, nella struttura si forma pressione di vapore e la superficie si sfalda. L’esecuzione più accurata viene così vanificata in poche ore.