Studio sperimentale sulle prestazioni termiche di un forno a legna per pizza

La pizza napoletana è stata riconosciuta come una delle specialità tradizionali garantite (STG) dal Regolamento della Commissione Europea n. 97/2010, che deve esser cotta esclusivamente in forni a legna.
Nonostante l’ampio utilizzo nei ristoranti e nelle rosticcerie di tutto il mondo, lo studio di tali forni è stato finora piuttosto carente.
Il funzionamento del forno a legna per pizza illustrato in Figura 1 (link Figura 1.jpg) è stato caratterizzato sia durante la fase di avviamento che in condizioni operative quasi stazionarie, valutandone altresì l’efficienza termica.
Per gestire il riscaldamento dei materiali refrattari e la loro dilatazione differenziata, il forno è stato avviato alimentando una quantità (Qfw) di legna da ardere in ciocchi pari a 3 kg/h per appena un’ora il 1° giorno, per 2 ore il 2° giorno, per 4 ore il 3° giorno e per circa 8 ore il 4° giorno.
Indipendentemente dalla frequenza di accensione, dopo 4-6 h la temperatura della volta o della platea del forno tendeva ad un valore di equilibrio pari, rispettivamente, a 546 ± 53 °C o 453 ± 32 °C (Figura 2 – link Figura 2.jpg).
All’aumentare di Qfw, la temperatura massima della platea tendeva ad un valore asintotico di 629 ± 43 °C per Qfw=9 kg/h (Figura 3 – link Figura 3.jpg).
Appena i tronchetti di rovere vengono introdotti nel forno ed iniziano a bruciare, i gas di combustione di densità inferiore a quella dell’aria esterna sono naturalmente risucchiati attraverso la canna fumaria del forno. La portata volumetrica è proporzionale all'altezza del camino, alla differenza di temperatura tra i fumi ascendenti e l’aria esterna e alle perdite di carico lungo il percorso del camino. All’aumentare di Qfw da 3 a 9 kg/h, il maggior calore rilasciato per combustione innalza la temperatura dei fumi e, in virtù della minore densità, aumenta la portata volumetrica dei fumi espulsi dal camino, come illustrato in Figura 4 (link Figura 4.jpg).
Infine, nelle prove di accensione del forno con Qfw pari a 3 o 9 kg/h si è rilevato che i residui di legna incombusti ammontavano rispettivamente al 13±3 % o al 21±4 % della massa complessiva di tronchetti impiegati. Pertanto, l’efficienza di combustione risultava pari all’87±3% o al 79±4%.
Nel complesso, dette informazioni potrebbero aiutare gli operatori non qualificati a far funzionare il forno a legna per pizza in regime quasi stazionario allorché la velocità di alimentazione dei ciocchi di rovere vari fra 3 e 9 kg/h.
Infine, il noto test di riscaldamento dell'acqua (water heating test) è stato adattato per valutare il calore assorbito da una prefissata quantità d’acqua deionizzata contenuta in teglie circolari di alluminio aventi all’incirca lo stesso diametro di una pizza napoletana. Durante il test effettuato con il forno operante in condizioni pseudo-stazionarie a Qfw=3 kg/h., la temperatura della platea del forno rimaneva praticamente costante (448 ± 5 °C), mentre nell’arco di soli 80 s la temperatura del campione aumentata da 25,8 ± 0,2 °C a 77,3 ± 1,2 °C e la massa si riduceva da 300 ± 0 g a 264 ± 4 g.
Riferendo l’energia immagazzinata dal campione all’energia generata dalla combustione della legna, si è rilevata un’efficienza energetica media pari a 14,7 ± 0,5 %. Pertanto, la maggior parte del calore sviluppato dalla combustione della legna era disperso attraverso i fumi caldi e le pareti del forno per convenzione ed irraggiamento.
Sono state successivamente cotte nel forno a legna per 20-80 s 4 tipologie di pizza (Figura 5 – link Figura 5.jpg). Si è rilevato che la temperatura della platea del forno era praticamente costante (439 ± 8 °C).  Se condita con olio, ogni pizza immagazzinava una maggiore quantità di energia, ovvero 108 kJ invece di 104 nel caso della pizza bianca, oppure 87 contro 78 kJ nel caso della pizza al pomodoro. Il flusso di calore netto trasferito a ciascuna pizza per irraggiamento e convenzione era probabilmente costante e quasi insensibile all’emissività dei diversi ingredienti utilizzati farcire la pizza stessa; pertanto, l’aumento della temperatura di ciascun campione di pizza era inversamente proporzionale alla massa totale.
Complessivamente, il rendimento termico del forno a legna sia nelle prove di riscaldamento dell'acqua che in quelle di cottura sopra citate era pari al 13 ± 4 %. Ovviamente, detto rendimento è da ritenersi sovrastimato, in quanto tiene conto della sola energia di combustione liberata durante le prove di cottura e trascura l’energia fornita dalla legna durante la fase preliminare di accensione di 6 h necessaria per stabilire nel forno le condizioni operative pseudo-stazionarie.
Nonostante l’elevata qualità di cottura, l’utilizzo di tali apparecchiature comporta un consumo eccessivo di biomasse combustibili e peggiora la qualità dell’aria all’interno ed all’esterno della pizzeria, essendosi rilevata una concentrazione di polveri sottili (PM2.5) nei fumi effluenti dal camino dell’ordine di 12,7±2,4 mg/m3.
Ulteriore lavoro riguarderà la modellazione del processo di cottura della pizza attraverso i meccanismi di scambio termico per irraggiamento, convenzione e conduzione.

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Falciano, A., Masi, P., Moresi, M. (2022). Performance characterization of a traditional wood-fired pizza oven. Journal of Food Science, 87: 4107-4118. open access: https://doi.org/10.1111/1750-3841.16268