Gassogeno

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In generale un gassogeno o gasogeno è un qualunque dispositivo in grado di produrre gas a partire da una massa solida. Ad esempio esistono gassogeni a biomasse i quali raccolgono il gas prodotto da escrementi e da altri materiali biologici in decomposizione, che può poi essere utilizzato in diverse applicazioni, come il riscaldamento domestico. I gassogeni più noti per ragioni storiche sono quelli a gas povero, che consistono in particolari bruciatori nei quali al combustibile solido (carbone, coke o semplicemente legna secca) viene fornita una quantità insufficiente di ossigeno, cosa che porta alla formazione di molecole di monossido di carbonio. Il monossido di carbonio può ulteriormente essere ossidato portando alla formazione di anidride carbonica. Il gas povero prodotto è appunto una miscela di ossido di carbonio, anidride carbonica, azoto e idrogeno, e si forma anche per effetto del vapore d'acqua che si genera durante la combustione e attraversa il carbone incandescente facendogli sprigionare una miscela detta gas d'acqua, che si unisce agli altri prodotti della combustione (globalmente detti gas d'aria). Il gas povero è dunque composto da gas d'acqua e gas d'aria, e costituisce un combustibile economico ma con basso potere calorifico.

Indice 1 Composizione e trasformazioni 2 Uso nei motori a combustione interna 3 Uso nei motori a combustione esterna 3.1 Motivazioni 3.2 Tecnica

[modifica] Composizione e trasformazioni

Un gassogeno è costituito da una camera cilindrica di lamiera alta 3-5 metri con diametro di 2 metri ricoperta all'interno di refrattario. Alla base c'è una griglia a forma di cono su cui è appoggiato il coke (2 metri di altezza) e attraverso cui viene immessa l'aria. Viene utilizzato per la produzione di gas d'aria e gas d'acqua. Innescata la combustione si nota che nella parte prossima alla griglia avviene la combustione completa:

Essendo esotermica la reazione si raggiungerà la temperatura di 1200-1250°C; l'anidride carbonica formatasi passa allo strato superiore di coke e avviene la reazione:

Alla temperatura di 900°C si verifica che l'equilibrio è quasi tutto spostato a destra,quindi abbiamo solo la presenza di CO, anche se rimane un 2-3% di CO2, la reazione finale sarà:

[modifica] Uso nei motori a combustione interna

Apparecchi per la generazione di gas povero vennero impiegati per produrre un succedaneo della benzina da utilizzare nei motori a scoppio. In vari film di guerra si vedono camion o automobili con il gassogeno montato nella parte posteriore. In Italia questo dispositivo venne anche utilizzato per alimentare i motori di alcune automotrici, in questo caso i generatori di gas erano situati in un vano apposito accessibile dall'esterno, ma isolato dal resto della parte interna dell'automotrice. La conversione a gas povero di un comune motore a benzina prevedeva l'aumento del rapporto di compressione (tipicamente 1:6), una leggera modifica alle candele e la sostituzione del carburatore con un apposito miscelatore. Erano inoltre necessari un aspiratore che portasse il carburante al motore in fase di avviamento ed una serie di filtri e condensatori per eliminare ceneri e vapore acqueo. Riportiamo alcuni dati relativi al gassogeno a legna modello "Roma" montato dalla ditta Alfa Romeo nei primi anni cinquanta: costo: 12000-15000 lire; rendimento: 1 CV ora con 0.80 Kg di legna secca; consumi: 1 litro di benzina equivale a 2.5 Kg di legna. Nell'ottica dell'autarchia dei carburanti in Italia fu emanata nel 1938 una legge che imponeva l'impianto a gassogeno su tutti gli autoservizi pubblici, comunali e non.

[modifica] Uso nei motori a combustione esterna

Un particolare uso del gassogeno si ha nelle locomotive a vapore progettate da Livio Dante Porta, che concepì alcune applicazioni di questo dispositivo.

[modifica] Motivazioni

Le caldaie per le locomotive a vapore sfruttano, tradizionalmente, un tiraggio forzato (dovuto allo scappamento) che permette loro di erogare molta più potenza di una caldaia statica di pari dimensione.

Il carbone brucia in uno strato sottile, su una grata con ampi fori passa la maggior parte dell'aria necessaria per la combustione, se non tutta.

Questo vantaggio però si paga caro in termini di efficienza, difficoltà di condotta del fuoco e manutenzione.

• Le particelle incombuste di carbone al di sotto di una certa dimensione vengono trascinate dalla corrente d'aria e fuoriescono dal camino senza poter essere sfruttate. Si può arrivare ad na percentuale del 50% del carbone immesso nel forno.

• È difficile e laborioso mantenere uniforme lo strato sottile di carbone, soprattutto in corsa. Alcune delle componenti non combustibili del carbone possono fondere formando placche di clinker, che il fuochista deve spezzare con appositi ganci e togliere dal forno appena è possibile dato che non bruciano e quindi ostacolano una buon rendimento della caldaia

• Le particelle di carbone trascinate dal getto d'aria agiscono come una sabbiatrice che aggredisce la piastra tubiera posteriore e, nelle locomotive a vapore surriscaldato, anche le parti posteriori dei tubi surriscaldatori. Il clinker invece può creare placche sotto cui parti della griglia possono fondere, risultando quindi inutilizzabili.

[modifica] Tecnica

L'idea di Porta è stata semplice: ridurre la quantità di aria che attraversa il carbone ardente, in questo modo anche le particelle più minute rimangono al loro posto a produrre energia termica. Per completare la combustione, dell'aria viene immessa al di sopra della fiamma, e con questa aria il monossido di carbonio si ossida completamente. Il tiraggio forzato deve essere molto forte perché l'aria immessa nella parte superiore del forno deve entrare ad alta velocità. Questo viene permesso dagli scappamenti ad alta efficienza Lempor e Kylpor (sempre escogitati da Porta). Una versione ancora migliorata prevede l'uso di getti di vapore e particolari configurazioni degli iniettori dell'aria al fine di turbinii nell'aria che mescolano meglio i gas, favorendone la combustione, e separano con un effetto centrifugo le parti più minute del carbone in sospensione, dando loro il tempo di bruciare completamente.

Il carbone poi brucia in uno strato più profondo e che non richiede particolari accorgimenti e cure o stoker che facciano uso di vapore.

Con questi accorgimenti, Livio Dante Porta ottenne incrementi nell'efficienza dell'uso del carbone che passarono dal 50% al 78/80%.

Fin qui si è parlato di carbone che è il combustibile principe nella trazione ferroviaria. In realtà il sistema di combustione a gassogeno è stato adattato in tempi più recenti anche ad altri combustibili solidi, non ultimi gli scarti della lavorazione della canna da zucchero (baggasse) e biomasse in generale.