Il trattamento dell'acqua
Gli impianti di riscaldamento sono spesso soggetti a inconvenienti quali depositi e incrostazioni, perdita di efficienza nello scambio termico, elevata rumorosità, rottura di apparecchiature o occlusioni delle linee. Questi problemi sono causati, in gran parte, dalla qualità dell'acqua e dalle sostanze in essa presenti che provocano la formazione di incrostazioni e facilitano il fenomeno della corrosione.
La legislazione italiana, per prevenire i fenomeni di incrostazione e corrosione impone la verifica della qualità delle acque di riempimento del circuito di riscaldamento.
La normativa UNI 8065:1989 fissa i parametri chimici e chimico – fisici delle acque negli impianti termici ad uso civile.
Il D.P.R. 59/2009 (articolo 4, comma 14) rende obbligatoria l'installazione di un adeguato impianto di trattamento dell'acqua sugli impianti termici qualora non vengano rispettati i limiti imposti dal DPR 59 e dalla UNI 8065.
Per gli impianti di riscaldamento ad acqua calda la normativa fissa le seguenti caratteristiche dell'acqua del circuito:
- Aspetto possibilmente limpido
- pH maggiore di 7
- Condizionanti presenti entro le concentrazioni prescritte dal fornitore
- Ferro (come Fe) < 0,5 mg/kg (valori più elevati di ferro sono dovuti a fenomeni corrosivi)
- Rame (come Cu) < 0,1 mg/kg (valori più elevati di rame sono dovuti a fenomeni corrosivi)
I limiti fissati, integrando leggi e norme vigenti, hanno lo scopo di:
- ottimizzare il rendimento e la sicurezza dell'impianto
- preservare i componenti nel tempo
- minimizzare i consumi energetici
Il trattamento dell'acqua non è quindi da eseguire solo per ottemperare alle normative o per rispettare le raccomandazioni fatte dai principali costruttori di generatori per uso domestico, ma è principalmente utile per ridurre i costi e i consumi dell'impianto
I principali problemi all'interno di un impianto di riscaldamento legati alla qualità dell'acqua sono:
- Le formazioni di incrostazioni calcaree e i depositi
- L'insorgere di fenomeni corrosivi
La formazione del calcare è dovuta ad una reazione chimica innescata con l'aumento della temperatura, che porta alla formazione di carbonati di calcio e magnesio. Queste sono sostanze poco solubili, che precipitano formando l'incrostazione chiamata "calcare". I problemi legati a questo deposito sono molteplici ed affliggono svariati elementi all'interno della caldaia.
Il calcare che si deposita sulle resistenze elettriche causa un maggiore dispendio energetico per scaldare l'acqua alla temperatura desiderata, mentre, depositandosi nelle tubazioni, crea incrostazioni che riducono le sezioni di passaggio per l'acqua con conseguente aumento della pressione. Tale fenomeno può causare anche una corrosione puntiforme che obbliga alla sostituzione della tubazione.
noltre, sulle superfici metalliche degli scambiatori si formano incrostazioni che diminuiscono lo scambio termico. 1 mm di calcare depositato all'interno di uno scambiatore diminuisce l'efficienza di scambio e aumenta i consumi energetici del 10%.
La quantità di calcare presente nell'acqua, si può stimare attraverso la misura della durezza di quest'ultima. Quanti più sali di calcio e magnesio, ovvero le molecole che concorrono alla formazione del calcare, sono presenti, tanto aumenta la durezza dell'acqua.
La corrosione è un fenomeno di natura elettrochimica, favorito dalla presenza di ossigeno, dalla concomitante presenza di depositi su superfici metalliche, e di altre cause che in misura diversa concorrono al suo evolversi, tra cui la salinità dell'acqua. Un'alta salinità infatti, sottintende una elevata conducibilità elettrica. Questo perché i sali presenti all'interno dell'acqua, essendo disciolti, sono "spezzati" in due parti (ioni):
- Catione avente carica elettrica positiva
- Anione avente carica elettrica negativa
Negli impianti con acqua calda l'innesco dei fenomeni corrosivi è particolarmente rapido, poiché la velocità della reazione elettrochimica del metallo con l'ossigeno è direttamente proporzionale alla temperatura.
Le corrosioni generalmente tendono ad investire l'impianto nella sua totalità e non solo singole parti di esso, pertanto l'evidenziarsi di fenomeni corrosivi in un punto può essere sintomatico di una generale corrosione di tutto l'impianto.
Il progressivo aumento di isolamento negli edifici con conseguente riduzione dei fabbisogni termici e l'evoluzione tecnologica in campo tecnico, hanno portato all'utilizzo di generatori di calore ad alto rendimento e a condensazione che presentano sezioni di passaggio del fluido vettore negli scambiatori sempre più piccole e più facilmente soggette a ostruzioni e corrosioni.
Per questi motivi, nel corso degli anni, i temi del trattamento dell'acqua di riempimento e della pulizia dell'impianto hanno subito una sostanziale maturazione.
I trattamenti a cui generalmente vengono sottoposte le acque di alimento degli impianti termici si possono dividere in trattamenti esterni ed interni.
Tra i primi, che sono i più comuni, si annoverano la filtrazione e la degasazione. Il primo trattamento consiste sostanzialmente nell'inserimento, a monte dell'impianto, di specifici filtri che bloccano l'accesso delle impurità, il secondo, prevede l'eliminazione dei gas disciolti attraverso degasatori termici. Questi, di norma, sono dei serbatoi cilindrici orizzontali dove perviene l'acqua degasata in una piccola torre verticale posta sul serbatoio. In questa torre a piatti l'acqua gocciola dall'alto ed incontra in contro corrente del vapore che le cede calore. I gas fuoriescono dall'alto della torre; in qualche caso passano attraverso uno scambiatore e preriscaldano l'acqua entrante nella torre a piatti. L'acqua degasata, viene quindi raccolta nel serbatoio orizzontale (accumulatore). Per piccole caldaie si può anche attuare una degasazione di tipo chimico utilizzandoil solfito di sodio che reagisce con l'ossigeno trasformandosi in solfato. Il trattamento provoca un aumento del contenuto salino nell'acqua ma ha il vantaggio di essere economico.
Si può anche utilizzare l'idrazina che aumenta il pH dell'acqua e sviluppa azoto. L'azoto non disturba in quanto è un prodotto stabile. Si ha anche sviluppo di ammoniaca che ha una debole azione anticorrosiva. Il trattamento con idrazina di solito è posto a valle della degasazione termica per eliminare i residui di ossigeno. L'idrazina è però un irritante e non può essere utilizzata nella produzione alimentare, ma va prevista solo in sistemi chiusi.
Vi sono poi altri due trattamenti, che si avvalgono di mezzi chimici oltre che fisici, ovvero l'addolcimento e la demineralizzazione. L'addolcimento consiste sostanzialmente nel sostituire il calcio e il magnesio (minerali responsabili della durezza dell'acqua e poco solubili) con il sodio (più solubile).
La maggior parte degli addolcitori sfrutta lo scambio degli ioni di calcio e magnesio con ioni di sodio facendo fluire l'acqua da addolcire su un letto di resina a scambio ionico. Tale resina è spesso un polimero di stirene e divinilbenzene che reca dei gruppi solfonato SO3- sulla propria struttura. I gruppi solfonato sono legati a ioni di sodio Na+ che vengono scambiati con gli ioni calcio e magnesio presenti nell'acqua. Tali resine vengono successivamente rigenerate per trattamento con salamoia (ovvero acqua salata per cloruro di sodio) concentrata, che ripristina gli ioni sodio sulla superficie della resina.
In acque industriali, dove è necessario prevenire la formazione di incrostazioni di calcare, è inoltre possibile fare ricorso ad agenti chelanti, capaci di legarsi chimicamente agli ioni di calcio e magnesio impedendo loro di precipitare in forma solida. Tali chelanti vengono aggiunti anche ai detersivi in qualità di additivi.
La demineralizzazione è invece un trattamento di efficacia superiore, applicabile sui circuiti chiusi degli impianti di climatizzazione ed estremamente efficace nell'eliminazione dei sali e della conducibilità elettrica, in quanto elimina completamente i sali presenti nell'acqua, riduce la conducibilità elettrica e stabilizza il pH. Essa si può ottenre attraverso vari processi. Uno dei più pratici è la demineralizzazione per permeazione, che si ottiene mediante separazione su membrane osmotiche semipermeabili.
Professional Team, con l'obiettivo di essere sempre attenta nell'informare e formare il settore termoidraulico, ha voluto dedicare questo articolo per approfondire uno degli argomenti più "spinosi" e "criticati" di questi ultimi anni.