Analisi Termo-Meccanica di una Caldaia a Biomassa

Nel presente lavoro sono illustrati i risultati di uno studio numerico-sperimentale condotto sullo scambiatore di calore di una caldaia a biomassa per il riscaldamento domestico, alimentata da combustibile solido di tipo pellet di legno. La caldaia oggetto di studio presenta soluzioni tecnicocostruttive non convenzionali, in quanto è dotata di uno scambiatore di calore realizzato mediante fasci tubieri in rame e presenta, pertanto, caratteristiche non conformi alle norme tecniche di riferimento, sia per la tipologia di materiali impiegati che per lo spessore dei tubi. In tale contesto, sono state condotte analisi numeriche ed indagini sperimentali, al fine di analizzare sia le prestazioni funzionali dello scambiatore di calore, ovvero le caratteristiche di efficienza termica, sia le condizioni di sollecitazione termo-strutturale e di resistenza meccanica. In particolare, sono state condotte analisi fluidodinamiche computazionali (CFD, Computational Fluid Dynamics) per la stima degli scambi termici nel gruppo scambiatore oltre che per la stima delle temperature in esercizio. I dati ottenuti dalle analisi CFD sono stati successivamente utilizzati per la definizione delle condizioni di carico termo-meccanico nelle analisi termo-strutturali, eseguite mediante un codice commerciale agli elementi finiti (FEM, Finite Element Method). Infine, sono state condotte indagini sperimentali al fine di misurare le caratteristiche di resistenza meccanica delle giunzioni saldobrasate realizzate per unire i tubi in rame e le piastre tubiere in acciaio dello scambiatore. Lo studio ha messo in evidenza un significativo incremento delle prestazioni termiche della caldaia, rispetto alle soluzioni tradizionali, oltre che livelli di sollecitazione notevolmente inferiori rispetto alle caratteristiche di resistenza meccanica misurate sperimentalmente.