Indice della Pagina
- LA SCOPERTA DEL FUOCO
- IL FUOCO VIENE PORTATO IN CASA
- NASCE L'ESIGENZA DI PORTARE I FUMI ALL'ESTERNO
- IL COMIGNOLO DIVENTA ELEMENTO COSTANTE SULLE COPERTURE DELLE ABITAZIONI
- CON LA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE IL CAMINO DIVENTA UN MOTORE DI PROCESSO
- IL TIRAGGIO DEL CAMINO VIENE LARGAMENTE IMPIEGATO NELL'INDUSTRIA MEDIANTE LE CIMINIERE
- NEGLI ANNI '80 SI UTILIZZANO GLI ACCIAI INOSSIDABILI PER LA REALIZZAZIONE DI CAMINI E CIMINIERE
- FUMI A BASSA TEMPERATURA, ACIDITA' ACCENTUATE, RESISTENZA ALLA PRESSIONE DANNO SPAZIO ANCHE A I POLIMERI
LA SCOPERTA DEL FUOCO
fulmine - uno dei possibili eventi che potevano generare del fuoco
L'aria atmosferica è formata da ossigeno per circa il 20% e per il resto prevalentemente da azoto, un gas inerte. L'ossigeno è essenziale nelle combustioni con e senza sviluppo di fiamma come nelle ossidazioni chimiche inorganiche e nei processi ossidativi connessi alla respirazione dei viventi aerobici. Un combustibile come il legno, le ossa, il carbone, ecc., portato ad una certa temperatura, reagisce con l'ossigeno atmosferico liberando energia sotto forma di calore e fiamma. La combustione è una reazione chimica esotermica in cui l'ossigeno atmosferico ossida il carbonio: C+O2 = CO2 liberando energia come calore e fiamma luminosa. Il fuoco, scoperto degli umani in questo periodo, è sorgente di calore nelle stagioni fredde e di luce nella notte. L'uso del fuoco è uno degli elementi che differenzia l'uomo dagli animali.E' impossibile sapere se circa un milione di anni fa, l'Homo erectus-habilis fosse già in grado di produrlo a suo piacimento; è comunque ipotizzabile che, all'inizio, lo abbia preso durante eventi naturali come incendi spontanei nelle savane o causati da fulmini o ancora da eruzioni vulcaniche. Il problema era quello di mantenerlo sempre acceso. Sicuramente, in seguito, cercò di costruire strumenti adatti all'accensione. I modi con i quali si poteva accendere il fuoco nella preistoria, si dividono in due gruppi: a percussione e a frizione di legna. Quello a percussione consiste nel battere insieme due pietre o minerali che insieme producevano scintille, per poi attivare una combustione. Le pietre potevano essere due selci, o una selce con una marcassite. Invece quello a frizione di legna consiste nello strofinare insieme, in vari modi possibili, due legni, i quali facendo attrito producono segatura e calore. Solo quando la temperatura arriva a circa 400 gradi la segatura inizia a bruciare. I sistemi a frizione di legna si chiamano: trapano a mano, ad archetto, a sega, ad aratro e altri.
accensione del fuoco mediante archetto a frizione di legna
Il fuoco è una arma di difesa e di offesa. Il fuoco rompe le pietre e consente di avere utensili più duri. Il fuoco poi rivoluzionerà anche la dieta Paleolitica, circa 100 000 anni fa, permettendo la cottura degli alimenti per esposizione diretta alla fiamma o indirettamente versando nell'acqua sassi riscaldati alla fiamma. Nuovi alimenti vegetali ed animali, immangiabili crudi, permettono la vita di comunità più numerose in territori più ristretti. La cottura è in sostanza una frantumazione delle grandi molecole di proteine, carboidrati e grassi in molecole più piccole, più digeribili e assimilabili. La cottura degli alimenti in acqua determinerà però un nuovo problema: il sale contenuto nell'alimento è perso perché solubile nel liquido di cottura. Pertanto il sale deve essere reintegrato nella dieta e il possesso di saline (cioè di salgemma minerale o marino), oltre che di acqua potabile, nelle vicinanze diventa una esigenza primaria. La crescente padronanza della tecnologia del fuoco determinerà anche la transizione dal Paleolitico al Neolitico e poi all'Età dei Metalli con la produzione di manufatti non esistenti in natura: dall'argilla si ottiene la ceramica, dalla sabbia la pasta vitrea, dai minerali gli oggetti metallici. La ceramica in particolare permette la cottura dei cibi e la conservazione di scorte alimentari solide e liquide per i periodi invernali e di carestia. Comunità più numerose potranno così vivere in territori più limitati e sopravvivere quando il cibo nel territorio è scarso. L'enorme importanza delle tecnologie basate sull'uso del fuoco è indicata dalla sopravvivenza, anche in epoca storica, di leggende e riti come Prometeo, Vulcano, Vestali, ecc.
IL FUOCO VIENE PORTATO IN CASA
primi esempi di fuoco acceso nelle caverne
Il problema della casa si pose all'uomo primitivo probabilmente quando dovette rinunciare ai ripari naturali che originariamente gli servivano come abitazione, cioè cespugli, alberi cavi, buche nel suolo e principalmente le caverne, o più semplicemente dei massi sporgenti che opponevano un ostacolo, anche parziale, al vento e alla pioggia. Dovendosi continuamente spostare per inseguire la selvaggina, per cercare regioni più ospitali, o, più tardi, pascoli più ricchi per il suo bestiame, l'uomo preistorico si trovò nella necessità di procurarsi un riparo che non dipendesse totalmente dalle imprevedibili condizioni climatiche e ambientali dei vari luoghi e offrisse protezione dal vento e dalla pioggia a quel bene prezioso che era il fuoco. Inizialmente cercò di dominarlo ricorrendo alla "conca del fuoco" una buca scavata nel terreno con la funzione di braciere, poi venne utilizzato un focolare ottenuto attraverso un anello di pietre raccolte e accatastate intorno al fuoco e successivamente il fuoco venne portato nei ripari offrendo una specie di climatizzazione dell'ambiente.
NASCE L'ESIGENZA DI PORTARE I FUMI ALL'ESTERNO
atrium con cappa e foro nel soffitto per la fuoriuscita dei fumi
In concomitanza alla presenza del fuoco nell'ambiente domestico, l'uomo dovette scontrarsi con i fumi da esso prodotti che saturavano rapidamente il volume interno rendendo invivibile la sua atmosfera. Ecco che l'intuitiva predisposizione dei fumi nel loro movimento ascensionale portò dapprima alla realizzazione di aperture, spesso naturali, nelle parti più alte dell'ambiente dalle quali potesse fuoriuscire il fumo successivamente alla realizzazione dei primi focolari.
Già nelle civiltà pre-elleniche il focolare rappresentava il simbolo della casa e della famiglia che usava riunirsi attorno ad esso come ricordato nei poemi omerici; si può affermare che il caminetto a legna sia già nato nell'antichità e conosciuto con il nome di atrium, vale a dire la stanza principale della casa, dotata di un foro sul soffitto per l'uscita del fumo nel cui centro ardeva il fuoco.
L'atrium, non è certo se si possa considerare una evoluzione dell'ara usata per i sacrifici, posta al centro delle tombe nel 4000 a.c. durante la civiltà minoica. Si pensa piuttosto che il principale antenato del caminetto sia stato il forno del pane, oppure la fornace che serviva a fondere i metalli e a cuocere le ceramiche, oppure il classico fornello da cucina usato per cuocere i cibi.
atrium Colle Palatino
forni del pane - Pompei
Portato il fuoco all'interno dell'ambiente domestico, i camini assunsero sempre più una naturale presenza all'interno delle abitazioni, inizialmente a servizio di caminetti a legna e di forni, per scopi primari come la cottura degli alimenti e lo stempramento del freddo invernale. Maturò rapidamente anche una certa capacità, nata dall'esperienza di intere generazioni, di dimensionare, forse meglio proporzionare la sezione del camino in rapporto alla sua altezza.
IL COMIGNOLO DIVENTA ELEMENTO COSTANTE SULLE COPERTURE DELLE ABITAZIONI
comignoli realizzati in pietra.
Sulle coperture delle abitazioni, compaiono i comignoli che coniugano una indispensabile esigenza di dispersione dei prodotti della combustione in atmosfera, con il rispetto, inizialmente strutturale, poi architettonico, dello stile e dell'epoca di realizzazione dell'edificio stesso. In assoluto il comignolo è uno degli elementi in cui maggiormente si sono "sbizzarrite" capacità artistiche: per rendersene conto basta pensare che ogni abitazione ne possiede mediamente tre o quattro.
CON LA RIVOLUZIONE INDUSTRIALE IL CAMINO DIVENTA UN MOTORE DI PROCESSO
macchine a vapore
Le invenzioni degli ultimi decenni del Settecento provocarono in Inghilterra quell'enorme sviluppo della produzione di manufatti che prende il nome di rivoluzione industriale. Un significativo passo avanti fu realizzato quando il motore idraulico fu sostituito dal motore a vapore, la macchina ideata da James Watt. All'inizio dell'Ottocento buona parte delle industrie tessili funzionavano con un motore a vapore. La macchina a vapore, doveva essere alimentata con carbone, sfruttandone il calore prodotto dalla sua combustione per surriscaldare l'acqua che veniva poi trasformata in vapore. Il funzionamento della camera di combustione della caldaia, veniva integralmente attribuito alla depressione generata dall'effetto camino della ciminiera che mediante un tratto verticale sufficientemente pronunciato, provvedeva a rendere possibile la combustione.
IL TIRAGGIO DEL CAMINO VIENE LARGAMENTE IMPIEGATO NELL'INDUSTRIA MEDIANTE LE CIMINIERE
ciminiera realizzata in laterizio con sezione quadrangolare
L'effetto camino, diventa un motore indispensabile nelle combustioni, alle quali consente di avere a disposizione del tiraggio (un vero e proprio ventilatore che ne aspira i fumi). Vengono pertanto realizzate un'enorme quantità di ciminiere tanto che ancora oggi rappresentano il simbolo dell'industria. La loro costruzione inizialmente venne basata sull'utilizzo del laterizio, edificando degli altissimi corposi tronchi di cono a sezione interna cava, che dovevano quantomeno rispettare i seguenti requisiti:
- avere una conformazione statica tale per cui la struttura avesse un buon comportamento all'azione del vento;
- avere una sezione idraulicamente sufficiente per evacuare il volume dei fumi prodotti dal combustore ad esse asservito;
- avere un'altezza sufficiente affinchè, la dispersione dei fumi in atmosfera ricadesse ad una distanza che consentisse una diluizione tale da non suscitare eccessivo disturbo e soprattutto, capace di generare un tiraggio (che in buona parte dipende proprio dall'altezza) ch e attivasse con efficacia il ciclo termodinamico.
Nelle industrie, le ciminiere dovevano essere avviate la mattina presto da personale che accendeva dei falò al loro interno alla base, mediante un'apposita apertura che consentiva l'ingresso dell'operatore a tale scopo, venivano generalmente impiegate dei fasci di legna sottile che generavano della fiamma rapida e molto violenta. Lo scopo di questa procedura consisteva nel generare del tiraggio "effetto camino" anche se le pareti della ciminiera erano fredde, specie in inverno e non avrebbero consentito di
avviare il combustore per mancanza di tiraggio in camera di combustione. Era una specie di rituale, tanto che, Enrico Sole, nel racconto intitolato " I Battistrada - 1962" racconta la storia di due tecnici piemontesi Eugenio Marchisio, capo meccanico, e Carlo Bertani, capo elettricista, di cui viene di seguito riportata una parte.
" ... Davanti si stendeva il terreno sconvolto dell'erigenda fabbrica: un vasto caos apparente di monti di terra, di legname, di pietre, tra il quale, sorprendente e ordinata manifestazione di vita, affioravano costruzioni finite e altre da finire, due ciminiere in mattoni elevate a poco più della metà e due tini in cemento (...). Poi quell'aprirsi delle fondazioni per le due linee dei treni di laminazione, dove lucenti si stendevano i sostegni scanalati già bloccati alle basi. Le grandi fosse occupate dai mezzi volani con l'asse scoperto poggiante sui supporti.
E le massicce e larghe basi dei motori a vapore, da dove si sarebbe scatenata la forza che avrebbe fatto roteare i grandi volani e con essi le linee dei treni. E laggiù, allineate e finite,le casette del fuoco: i fornetti di riscaldamento delle barre, con le porticine alzate per far circolare l'aria, ora che mattoni e terra refrattaria erano umidi. Benché incompiuto e deserto, pur ingombro di macchine da collocare, di pezzi da montare, di residui, l'impianto sprigionava un senso di forza e di ordine, pareva quasi a vederlo con la fantasia, un enorme frutto verde che irrompa solido dal fiore che lo ha generato. Eugenio spiegò a grandi tratti la disposizione e il funzionamento dell'impianto, accennando ai due gruppi di caldaie collocati alle ali del capannone, là dove si ergevano i tini e le ciminiere, da quali gruppi il reparto avrebbe attinto la forza motrice centrale. Disse come si sarebbe svolto il ciclo produttivo: riscaldamento delle barre nei fornetti, loro sbozzatura fra i cilindri, ritorno al forno e definitiva passata a misura a seconda degli spessori da ottenere, che per quelli sottili sarebbe occorso ancora un raddoppio o due. Dopo spiega come i pezzi laminati sarebbero passati alle cesoie squadratrici, alla sfogliatura, al lavaggio, alla ricottura, al treno a freddo, ancora alla ricottura e al lavaggio e infine alla stagnatura (...). L'accensione dei fuochi a legna per prosciugare e scaldare i forni, i tiraggi e le ciminiere, coincise con l'arrivo del freddo. Dagli alti e dai bassi camini incominciò a uscire un fumo chiaro e leggero che facilmente si disperdeva nell'aria. Nello stabilimento stava nascendo la vita, d'inverno. Le lontane cime del Girifalco si erano, sia pure per poco, imbiancate, le acque del golfo si erano increspate e incupite al vento del nord. Gli operai inesperti, che sotto la guida di un gruppo di maestranze inglesi, dovevano prender pratica del nuovo e pesante lavoro, avrebbero avuto davanti un periodo propizio per formarsi ed assuefarsi all'estenuante calore. Dopo qualche giorno di fuoco a legna, le ciminiere presero ad eruttare il fumo denso e nero sprigionato dalla combustione del carbon fossile. Lunghe scie diritte nel cielo si indirizzarono verso la città come per manifestare la potenza racchiusa in ciò che gli uomini avevano costruito nella baia. Calmi e attenti, gli operai si muovevano attorno alle cose che il fuoco stava portando alla temperatura dovuta. Era una calma vigile e leggermente sospesa, di chi sta per veder nascere il frutto di una lunga attività, di una lunga passione, dove il rischio e l'imprevisto vi si trovano inclusi. Trainati da cavalli, i vagoncini circolavano sui piazzali portando a destinazione il carbone e le barre; i fabbri distribuivano le tenaglie nelle vaschette; i meccanici preparavano il grasso per le rallunghe e i colli dei cilindri; i macchinisti controllavano ogni parte delle macchine a vapore; dai reparti caldaie si vedevano uscire ogni tanto i fuochisti che gettavano all'aperto palate di rosticci fumanti. Si udiva il rumore delle barre d'acciaio stivate accanto ai forni, e qua e là un colpo di martello, una voce, un affrettar di passi sull'impiantito formato da lastre di ghisa. Un mattino, gli operai che si apprestavano a uscire per recarsi al lavoro, ebbero la gradita sorpresa di udire il primo fischio dello stabilimento, il richiamo delle cinque e mezza: un suono lungo, intenso, come un saluto alla piccola città ancora chiusa nelle sue antiche mura, agli uomini che avevano costruito la fabbrica alla fabbrica stessa. Lo riudirono più breve ai cinque minuti alle sei, poi ancora a quell'ora. Qualcuno si era soffermato sui piazzali per vedere il getto di vapore sprigionarsi alto sulla tettoia del pri-mo gruppo caldaie. La campanella sulla facciata interna della direzione taceva. Essa sarebbe rimasta lì a testimoniare i giorni della costruzione, i giorni in cui allo stabilimento mancava la voce, i giorni dei pionieri giunti sull'arido terreno della baia. Alla prova delle macchine tutto l'impianto si animo. Tra sbuffi di vapore i grandi volani si mossero, presero a gi-rare a passo ridotto, ruppero l'aria ferma emettendo un suono come di campane lontane" ...
NEGLI ANNI '80 SI UTILIZZANO GLI ACCIAI INOSSIDABILI PER LA REALIZZAZIONE DI CAMINI E CIMINIERE
ciminiere realizzate mediante l'utilizzo di moduli prefabbricati in acciaio inox della GBD CAMINI Srl
Il risparmio energetico e l'attenzione verso la riduzione dell'impatto ambientale accendono anche una forte sensibilità nelle progettazioni dei generatori di calore (a ciò concorrono certamente anche bollette dei combustibili molto salate). Si cerca in buona sostanza di sfruttare meglio i poteri calorifici dei combustibili che offrono molta più energia di quanta se ne utilizzava in passato, e dove spesso una buona parte veniva sprecata espellendo fumi a temperature molto alte. L'abbassamento della temperatura dei fumi, comporta principalmente minore capacità di generare tiraggio per i camini e una maggiore formazione di condense in quanto il vapore d'acqua in essi contenuti, tende a condensare sulle pareti dell'impianto fumario. Questa nuova tipologia dei fumi, esige per la realizzazione dei sistemi fumari, materiali più tecnologici e in assoluto, quello che meglio si presta a tale scopo è l'acciaio inox.
L'acciaio inox ha una bassa inerzia termica ovvero, è in grado grazie al suo ridotto spessore, di scaldarsi molto rapidamente e di ridurre comunque il transitorio necessario affinché il sistema fumario raggiunga una temperatura di funzionamento di regime. A tutto ciò è di fondamentale importanza aggiungere che l'acciao inox è anche in grado di garantire dei requisiti di tenuta ai gas, impermeabilità alle condense, praticità di installazione, leggerezza, bassa rugosità e minore attrito al moto dei fumi, minore necessità di pulizia e manutenzione; pertanto, vengono sempre più abbandonati materiali di conglomerato o laterizio che in molti casi risultano oggi tecnicamente inadeguati alle peculiarità fisico-chimiche dei nuovi prodotti della combustione.
canna collettiva GBD CAMINI Srl realizzata per impianti singoli per ovviare a un vecchio sistema fumario inadeguato agli attuali generatori di calore
Anche il principio della macchina termica "effetto camino", ovvero il tiraggio naturale che lo stesso è in grado di ingenerare a fronte principalmente della temperatura dei fumi, della sua sezione e della sua altezza, è in alcuni casi gravemente messo in discussione dalla bassa temperatura dei fumi (elevato rendimento del generatore di calore come nel caso delle caldaie a condensazione). Viene quindi invece sostituito da ventilatori che consentono, utilizzando qualche centinaio di W di recuparare dei kW mediante un secondo scambiatore di calore (condensatore), tramite il quale si recupera anche il calore latente condensando il vapore d'acqua prodotto dalla combustione e contenuto nei fumi. Si comincia pertanto in alcuni casi (come per le caldaie a condensazione) ad utilizzare il cosiddetto tiraggio artificiale che provvede all'espulsione dei fumi mediante un ventilatore, generalmente pressante e posto a monte del sistema fumario, stravolgendo il principio dell'effetto camino che ha sempre generato depressione all'interno dell'impianto fumario. Nei sistemi a tiraggio artificiale, la pressione dei fumi all'interno del sistema di scarico, risulta essere positiva.
FUMI A BASSA TEMPERATURA, ACIDITA' ACCENTUATE, RESISTENZA ALLA PRESSIONE DANNO SPAZIO ANCHE A I POLIMERI
sistema flessibile plastico per intubare camini o asole tecniche GBD CAMINI Srl 
Chi mai avrebbe pensato che anche le plastiche avrebbero trovato impiego nel settore dello scarico dei fumi? Eppure con i generatori di calore a bassa temperatura, questa tecnologia, si è rivelata essere estremamente valida e fondata visto che le sollecitazioni a cui detto materiale è sottoposto non comprendono due parametri a cui la plastica è particolarmente sensibile:
- la temperatura (per la quale si adottano plastiche che resistono a 120°C come il PP o a 160°C come il PVDF e che hanno un ottimo comportamento di stabilità nella loro elasticità meccanica in questo range);
- l'esposizione alla luce (che viene opportunamente evitata collocando appunto le tubazioni plastiche all'interno di vecchi camini o di asole tecniche opportunamente predisposte durante la realizzazione dell'edificio).
Da questa analisi storica, seppure largamente sommaria, emerge una profonda trasformazione del sistema fumario che da sempre ha avuto il compito di evacuare all'esterno i prodotti della combustione. Negli ultimi trent'anni tuttavia, il perfezionamento dei generatori di calore, l'adozione massiccia di combustibili di raffinata catalizzazione chimica (come la maggior parte dei combustibili gassosi), hanno necessitato un profondo cambiamento che non ha certamente svestito dal suo ruolo l'imponente personalità del camino costringendolo tuttavia, ad un radicale adeguamento tecnologico per i suoi mutati valori termodinamici e fluidodinamici. Non è finita qua: sicuramente la minimizzazione del sistema di scarico dei prodotti della combustione potrà essere misurata tra altri vent'anni quando, se mai, si affermeranno altri combustibili ancor più raffinati come l'idrogeno.