{"id":1681,"date":"2016-09-26T09:51:25","date_gmt":"2016-09-26T09:51:25","guid":{"rendered":"http:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/?page_id=1681"},"modified":"2016-10-17T10:17:12","modified_gmt":"2016-10-17T10:17:12","slug":"analisi-chimiche","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/analisi-chimiche\/","title":{"rendered":"Analisi Chimiche"},"content":{"rendered":"

La caratterizzazione chimica dei campioni <\/strong><\/p>\n

\u00a0<\/strong>Giunti al laboratorio, i 27 campioni sono stati inquartati secondo la procedura UNI CEN\/TS 14780:2011 per l’estrazione del campione rappresentativo di circa 500\/700g (fig. 3.1).<\/p>\n

Ciascun campione rappresentativo \u00e8 stato sistemato in teglie di allumino per l\u2019essicazione in un forno elettrostatico a 105\u00b0 C per 24 ore.<\/p>\n

L\u2019essicazione ha consentito di determinare la percentuale di umidit\u00e0 totale del campione sul tal quale.<\/p>\n

Una volta essiccati, i campioni sono stati triturati mediante un mulino a taglienti rotanti Retsch ottenendo una finezza finale di 0.25 mm.<\/p>\n

La caratterizzazione chimica dei campioni si suddivide in due fasi: l\u2019analisi prossima e l\u2019analisi ultima.<\/p>\n

Dopo aver determinato l\u2019umidit\u00e0 totale, si procede con l\u2019analisi prossima e ultima del materiale<\/p>\n

L\u2019analisi prossima consente di effettuare le misure sul \u201ccome determinato (a.d.)\u201d (\u00e8 il campione essiccato che ha assorbito una minima percentuale di umidit\u00e0 dall\u2019aria) di umidit\u00e0, composti volatili, ceneri e carbonio fisso.<\/p>\n

L\u2019analisi ultima invece, consente di determinare le percentuali di C, H, N, e S e il potere calorifico inferiore sul tal quale.<\/p>\n

Tutte le misurazioni sono state eseguite in triplo o con un numero di repliche tali da rispettare il valore di soglia dell\u2019RSD (Relative Standard Deviation) imposto dal macchinario utilizzato.<\/p>\n

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\"fig3_1\"<\/a><\/p>\n

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Fig. 1 Preparazione dei campioni.<\/p>\n

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Analisi prossima<\/em><\/strong><\/p>\n

Le misurazioni sono state effettuate mediante la bilancia termo gravimetrica TGA701 secondo le modalit\u00e0 definite dalle norme UNI IN 14777401\/2\/3 e UNI IN 1477500.<\/p>\n

La macchina (fig. 3.2) si compone di un carosello contenete tanti crogioli quanti sono i campioni da analizzare, ciascun crogiolo viene riempito con c.a un grammo di polvere di biomassa.<\/p>\n

L’inizio dell’analisi consiste nella determinazione del peso iniziale di ciascun campione e il riscaldamento fino a 107\u00b0C. Il sistema misura per costanza di peso il peso finale post riscaldamento determinando l’umidit\u00e0.<\/p>\n

Successivamente sui crogioli vengono messi degli appositi tappi per la misurazione dei elementi volatili. Il sistema viene portato ad una temperatura di 700\u00b0C per sette minuti, si lascia raffreddare per la rimozione dei tappi e la misurazione degli elementi volatili. Le due rampe di riscaldamento avvengono in ambiente inerte evitando la combustione dei campioni.<\/p>\n

Durante l’ultimo step nel sistema viene iniettato ossigeno di grado 5N e la temperatura viene innalzata a 950\u00b0C; il risultato \u00e8 una combustione completa e la misurazione delle ceneri per costanza di peso. Il carbonio fisso viene calcolato facendo la differenza tra 100 e la somma delle quantit\u00e0 appena misurate (umidit\u00e0, composti volatili e ceneri).<\/p>\n

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\"fig3_2\"<\/a><\/p>\n

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Fig. 2 Bilancia termo gravimetrica TGA701.<\/p>\n

\u00a0<\/em><\/strong><\/p>\n

Analisi Ultima<\/em><\/strong><\/p>\n

La misurazione delle percentuali di Carbonio, Idrogeno, Azoto e Zolfo e Ossigeno avviene mediante l’utilizzo del TRUSpec CHN e TRUSpec S (fig. 3.3).<\/p>\n

Il primo strumento si compone di due bruciatori in cui avviene la combustione dei campioni che vengono prima pesati e successivamente avvolti accuratamente in piccoli fogli di alluminio.<\/p>\n

\"fig3_3\"<\/a><\/p>\n

Fig. 3 TRUSpec CHN e TRUSpec S.<\/p>\n

Un carosello campionatore inserisce di volta in volta il campione nello strumento in cui avviene una prima combustione a 950\u00b0C con ossigeno a 2.4 bar. I fumi di combustione vengono ulteriormente combusti in un post bruciatore a 850\u00b0C in modo da ottenere un ossidazione completa e la rimozione del particolato.<\/p>\n

Dal post bruciatore i gas combusti vanno verso un contenitore a soffietto, il ballast, che a sua volta li invia alle celle IR per la misurazione del Carbonio come CO2<\/sub> e dell’idrogeno come H2<\/sub>O.<\/p>\n

Successivamente i gas sono immessi in un gas di trasporto, elio (He) e trasferiti ad un catalizzatore in rame per la rimozione dell’ossigeno e la conversione degli NOX<\/sub> in N2<\/sub>. Il flusso di elio e N2 <\/sub>passa attraverso un ponte di Wheatstone per la misura dell’azoto.<\/p>\n

Il TRUSpec S \u00e8 composto da una fornace che opera a 1350\u00b0C in cui avviene la combustione completa della biomassa. L’analisi avviene facendo passare i gas combusti per una cella IR che rileva la percentuale di zolfo come SO2<\/sub>.<\/p>\n

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\"fig3_4\"<\/a><\/p>\n

Fig. .4 Ceneri dei campioni.<\/p>\n

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La misurazione delle percentuali di C, H, N, S e ceneri (fig. 3.4) consente di calcolare il contenuto di ossigeno per differenza. Dalle percentuali misurate ” sul come determinato sono state calcolate le percentuali “sul secco” e “su tal quale”.<\/p>\n

L’ultima fase dell’analisi ultima \u00e8 la determinazione del potere calorifico superiore sul come determinato mediante il calorimetro isoiperbolico AC500 (fig. 3.5). Per l’analisi sono state preparate delle “pastiglie” da ciascun campione di biomassa.<\/p>\n

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\"fig3_5\"<\/a><\/p>\n

Fig. 5 Calorimetro isoiperbolico AC500<\/p>\n

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L’esperimento consiste nel far bruciare la pastiglia rappresentativa all’interno della bomba di Mahler sistemata a sua volte all’interno di un cestello contenente due litri di acqua distillata. La detonazione controllata della bomba calorimetrica provoca una variazione dei temperatura del sistema da cui si misura l’energia del combustibile in termini di potere calorifico superiore:<\/p>\n

\"eq_1\"<\/a><\/span><\/p>\n

 <\/p>\n

dove PCSSS<\/sub> \u00e8 il potere calorifico superiore (kJ\/kg) sul secco, PCSAD<\/sub> \u00e8 potere calorifico superiore (kJ\/kg) sul come determinato e UAD<\/sub><\/em> \u00e8 l’umidit\u00e0 sul come determinato (%).<\/p>\n

Il calcolo del potere calorifico inferiore sul tal quale (TQ<\/em> considerando l’umidit\u00e0 totale contenuta nel campione) \u00e8 stato determinato secondo la relazione:<\/p>\n

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\"eq_2\"<\/a><\/p>\n

dove PCISS<\/sub> \u00e8 il potere calorifico inferiore sul secco (kJ\/kg) calcolato secondo la relazione:<\/p>\n

\"eq_2\"<\/a><\/p>\n

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e le Xi <\/em>sono le percentuali in massa di idrogeno, ossigeno e azoto su base secca.<\/p>\n

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3.1 Risultati e discussioni<\/strong><\/p>\n

\u00a0<\/strong><\/p>\n

In accordo con la caratterizzazione chimica effettuata in laboratorio, si riportano di seguito i risultati delle analisi mediati (riferiti al campione sul secco), suddivisi per zone di prelievo (alta “HD”, media “MD” e bassa densit\u00e0 “LD”), taglio (tronchi “T”, tronchi medi “TM”, ramaglie “R”) e successivamente mediati al fine di ottenere un unico dato rappresentativo per il pino marittimo di Pattada.<\/p>\n

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Analisi Prossima: Umidit\u00e0, ceneri, carbonio fisso e componenti volatili.<\/em><\/strong><\/p>\n

La percentuale di umidit\u00e0 totale risulta pi\u00f9 alta nei campioni prelevati dalla zona di media densit\u00e0, in particolare nei tronchi, con un umidit\u00e0 massima del 60%. In generale i campioni sono caratterizzati da un’umidit\u00e0 media del 55% (fig.3.6).<\/p>\n

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\"fig3_6\"<\/a><\/p>\n

Fig. 6 Percentuale di umidit\u00e0 nei campioni.<\/p>\n

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L’analisi prossima (fig. 3.7) ha consentito di rilevare una maggiore percentuale di componenti volatili nei campioni provenienti dalle zone di alta e bassa densit\u00e0 rispetto a quelli provenienti dalla zona di media densit\u00e0, in linea generale la percentuale media dei componenti volatili \u00e8 di circa il 35%.<\/p>\n

Altro dato caratteristico dell’analisi prossima \u00e8 il contenuto di ceneri; tale dato risulta pi\u00f9 elevato nei campioni di ramaglie soprattutto in quelli provenienti dalla zona di bassa densit\u00e0. Il contenuto medio di ceneri misurato \u00e8 di circa 0.46 %.<\/p>\n

Infine, per quanto riguarda la percentuale di carbonio fisso, il valore si attesta sul 20%.<\/p>\n

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\"fig3_7\"<\/a><\/p>\n

Fig. 7 Risultati dell\u2019analisi prossima.<\/p>\n

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Analisi Ultima: C, H, N S, O e Potere calorifico<\/em><\/strong><\/p>\n

Dalle analisi effettuate, le percentuali di C(Carbonio), H(idrogeno), N(Azoto), S(Zolfo) e O2<\/sub> (Ossigeno) risultano pressoch\u00e9 costanti per tutti i tagli provenienti dalle tre zone differenti soprattutto nel caso del carbonio, ossigeno e azoto, con valori medi rispettivamente di 53.65%, 38.74% e 0.35 %. Il contenuto di zolfo \u00e8 molto basso e il valore medio \u00e8 pari allo 0.02% (fig. 3.8).<\/p>\n

Considerando l’elevata percentuale di acqua presente nelle biomasse (circa il 54.3% in media), il potere calorifico inferiore risulta fortemente penalizzato. Infatti si passa da circa 19 MJ\/kg sul secco a 7.5 MJ\/kg sul tal quale.<\/p>\n

Inoltre dal grafico in fig. 3.9 si pu\u00f2 notare come i tronchi di media grandezza sono caratterizzati da un valore del PCI pi\u00f9 alto rispetto agli altri tagli (ramaglie e tronchi grandi) e che i campioni provenienti dalla zona di media densit\u00e0 hanno un potenziale energetico inferiore.<\/p>\n

La quantit\u00e0 di energia messa a disposizione da un combustibile dipende dallo stato di ossidazione degli atomi di carbonio in idrocarburi che dipende dal rapporto H\/C (idrogeno-carbonio). Maggiore \u00e8 la quantit\u00e0 di idrogeno rispetto al carbonio, minore risulter\u00e0 lo stato di ossidazione e maggiore sar\u00e0 la quantit\u00e0 di energia rilasciata dal combustibile.<\/p>\n

Nel caso del pino marittimo tale rapporto risulta pressoch\u00e9 costante per tutti i campioni.<\/p>\n

Con le informazioni derivanti dalle analisi effettuate \u00e8 stati possibile calcolare i valori medi per ciascun settore di prelievo e tipologia di taglio. In questo modo sono stati ottenuti i dati medi relativi alle ramaglie e ai tronchi con corteccia. Utilizzando i coefficienti di biomassa epigea che forniscono la percentuale delle varie parti della pianta (ramaglie e tronco con corteccia: Ramaglie 23.3%; Tronco con corteccia: 76.7%) \u00e8 stato possibile determinare la composizione chimica media del pino marittimo (tabella 1).<\/p>\n

\"tabella_1\"<\/a><\/p>\n

Tabella 1.<\/p>\n

\"fig3_8\"<\/a><\/p>\n

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Fig. 8 Risultati dell\u2019analisi ultima.<\/p>\n

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\"fig3_9\"<\/a><\/p>\n

Fig. 9 Potere calorifico inferiore sul tal quale.<\/p>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

La caratterizzazione chimica dei campioni \u00a0Giunti al laboratorio, i 27 campioni sono stati inquartati secondo la procedura UNI CEN\/TS 14780:2011 per l’estrazione del campione rappresentativo di circa 500\/700g (fig. 3.1). Ciascun campione rappresentativo \u00e8 stato sistemato in teglie di allumino per l\u2019essicazione in un forno elettrostatico a 105\u00b0 C per 24 ore. L\u2019essicazione ha consentito di determinare la percentuale di umidit\u00e0 totale del campione sul tal quale. Una volta essiccati, i campioni sono stati triturati mediante un mulino a taglienti rotanti Retsch ottenendo una finezza finale di 0.25 mm. La caratterizzazione chimica dei campioni si suddivide in due fasi: l\u2019analisi […]<\/a><\/p>\n","protected":false},"author":2883,"featured_media":0,"parent":0,"menu_order":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","meta":{"footnotes":""},"class_list":["post-1681","page","type-page","status-publish","hentry","post-seq-1","post-parity-odd","meta-position-corners","fix"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1681","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/pages"}],"about":[{"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/types\/page"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2883"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=1681"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1681\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":1750,"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/pages\/1681\/revisions\/1750"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/sites.unica.it\/fitogen\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=1681"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}