carico termico - Dipartimento di Biologia

VALUTAZIONE
DEL CARICO TERMICO
Le industrie petrolifere (raffinerie), metallurgiche,
chimiche ecc. producono un cascame di calore che
viene smaltito nelle acque dei fiumi, dei laghi o dei
mari (acque di raffreddamento degli impianti).
Tali scarichi termici possono perturbare l’ambiente
acquatico a causa dell’importanza della temperatura
nei processi fisici, chimici e biologici.
Necessità di valutare i “carichi ammissibili”.
SCARICO NEI CANALI
O NEI FIUMI
Il bilancio termico tra monte e valle dello scarico
permette di valutare l’incremento termico medio Δtmix:
Δtmix =
QR
QF
ΔT0
Dove:
QR = portata
dell’acqua
di raffreddamento
QF = portata
del fiume
Il cascame di calore
di una centrale termoelettrica può essere smaltito in atmosfera (in parte) attraverso le cosiddette “torri di
raffreddamento”.
Le acque di raffreddamento si caricano in genere di
calore passando attraverso il condensatore per un
ΔT0=10°C.
Una centrale termoelettrica di 1.000 MW richiede circa
30 m3s-1 di acqua per il suo raffreddamento.
SCARICO TERMICO IN MARE
L’acqua di mare per raffreddamento viene prelevata ad
alcune centinaia di metri dalla costa (8-10 m di
profondità) e scaricata sulla linea di costa mediante un
diffusore superficiale.
Si preleva acque più fredde (sotto il termoclino) e si
rilasciano in superficie (e quindi in atmosfera).
Il pennacchio termico coinvolge uno strato superficiale
di circa 2÷3 m di spessore al massimo.
COMPORTAMENTO DEGLI
EFFLUENTI CALDI IN ACQUA
La perturbazione termica in acqua può essere divisa in 2
zone: “CAMPO VICINO” e “CAMPO LONTANO”.
Nel “CAMPO VICINO” la diffusione del calore è
governata unicamente dalle caratteristiche geometriche
dell’opera di restituzione e dall’idrodinamica del getto.
La descrizione del “CAMPO VICINO” è sufficiente a
verificare il rispetto dei limiti di legge.
Nel “CAMPO LONTANO” la distribuzione del calore è
governata dalle caratteristiche idrologiche del corpo
idrico ricevente (stratificazione termica, correntometria, densità delle acque ecc.).
MODELLI MATEMATICI
Esistono modelli matematici per descrivere i
fenomeni di diffusione.
Questi modelli utilizzano contemporaneamente tre
insiemi di equazioni differenziali:
• equazioni di moto (rimescolamento delle acque);
• equazioni di continuità (bilanci di massa, calore e
quantità di moto);
• equazioni di scambio termico con l’atmosfera.
ORIGINE E MODALITÀ DEGLI SCARICHI
TERMICI NELLE ACQUE SUPERFICIALI
Il calore di rifiuto è connesso ai processi di produzione
di energia meccanica a partire da energia termica
nonché a tutti i processi industriali che prevedono la
produzione di calore.
Una centrale termoelettrica rappresenta una fonte
importante di scarichi termici.
Il “RENDIMENTO TERMICO COMPLESSIVO” (η) di una
centrale termoelettrica misura quale parte di energia
termica di alimentazione tramite combustibili viene
convertita in energia elettrica. La differenza (1-η)
misura la quantità di calore che viene scaricata.
In genere η = 0,4 (= 40%).
È possibile
anche in questo caso
applicare
modelli matematici.
Normativa Italiana
La legislazione italiana pone i seguenti limiti:
• la temperatura allo scarico non deve superare i 35°C;
• l’incremento della temperatura del mare non deve
superare in nessun caso i 3°C oltre i 1000 m di
distanza dal punto d’immissione;
• deve essere evitata la formazione di barriere termiche
alla foce dei fiumi;
• la variazione massima tra la temperatura media di
qualsiasi sezione del corso d’acqua a monte ed a valle
dello scarico (ΔTi) non deve superare i 3°C;
• su almeno metà di qualunque sezione a valle tale
variazione non deve superare 1°C;
• non si tiene conto della quantità di calore scaricato ma
delle possibili perturbazioni sull’ecosistema acquatico.
CRITERI E METODOLOGIA
PER LA VALUTAZIONE
DEL CARICO AMMISSIBILE
L’impatto generato da tale scarico termico è connesso
sia al prelievo di acqua (distruzione degli organismi
planctonici) e sia allo scarico termico (effetti sulle
componenti fisiche, chimiche e biologiche delle acque).
Necessità della V.I.A. per valutare l’accettabilità
dell’impianto in un particolare sito.
In genere è accettabile un piccolo incremento
generalizzato della temperatura rispetto al valore
naturale.
Per definirlo si fa riferimento alla VARIABILITÀ
NATURALE NON ESTREMA.
Le acque calde possono essere scaricate o sul
pelo dell’acqua o sul fondo del mare (mediante
tubazioni munite di diffusore).
Nel primo caso il calore passa in atmosfera
mediante evaporazione.
Nel secondo caso il calore viene distribuito nella
massa d’acqua sovrastante il diffusore.
Necessità di uno studio approfondito del sito di
scarico soprattutto per quanto concerne gli
aspetti biologici (habitat particolari, nursery
area, barriere termiche ecc.).
I modelli matematici disponibili per valutare le
perdite delle risorse naturali a seguito degli
scarichi termici non sono molto affidabili poiché
non sono noti tutti gli effetti biologici positivi e
negativi, della temperatura.