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INCROSTAZIONE DELLE SUPERFICI DI SCAMBIO TERMICO
L'origine delle incrostazioni è quasi sempre la durezza e cioè il contenuto, in sali di calcio e di magnesio. Ne sono degli esempi i casi fotografati e riportati di seguito. Tutti i sali di calcio e magnesio incrostano le superfici di scambio termico dei generatori di vapore e circuiti di raffreddamento riducendo drasticamente le efficienze di tali apparecchiature. Nelle acque i sali di calcio e magnesio sono presenti principalmente in forma di bicarbonati, questi precipitano secondo le seguenti reazioni:
Ca(HCO3)2 ---> CaCO3 + H2O + CO2
Mg(HCO3)2 ---> Mg(OH)2 + 2CO2
Il bicarbonato di calcio si trasforma in carbonato di calcio, acqua e anidride carbonica, mentre il bicarbonato di magnesio si trasforma in idrossido di magnesio e anidride carbonica. Si osservi che, per loro natura, i bicarbonati sono molto più solubili in acqua rispetto ai carbonati e all'idrossido di magnesio pertanto, quest'ultimi, precipitano sulle superfici di scambio termico e formano la tipica patina biancastra, altamente isolante.
Fascio tubiero di un generatore di vapore incrostato da carbonato di calcio.
Ugello spruzzatore di una torre evaporativa di raffreddamento incrostato da carbonato di calcio.
Pacco di scambio termico di una torre evaporativa incrostato da carbonato di calcio.
Le reazioni, sopra citate, sono legate alla solubilità dell'anidride carbonica la quale governa gli equilibri di trasformazione dei sali da solubili a insolubili e pertanto incrostanti. Infatti, in presenza di condizioni in qui la CO2 viene continuamente spillata dal sistema (ad esempio a causa della temperatura e/o per strippaggio) gli equilibri saranno spostati verso la formazione dei sali incrostanti. Si osservi che la formazione delle incrostazioni dipende anche dal fatto che la solubilità del carbonato di calcio e dell'idrato di magnesio, già poco solubili di natura, diminuisce ancora con l'aumentare della temperatura. Inoltre, la precipitazione è favorita dall'aumentare della concentrazione di sali presenti nel "sistema energetico", quale un generatore di vapore come anche una torre evaporativa, a causa dell'evaporazione.
Anche i cloruri e solfati di calcio e magnesio a temperature elevate, divengono pressoché insolubili e precipitano generando a loro volta incrostazioni. Inoltre, quando i generatori di vapore operano a elevate pressioni e quindi vi sono in gioco temperature elevate, si possono avere fenomeni di idrolisi con precipitazione di idrati di calcio e di magnesio e liberazione di acidi minerali forti, secondo le seguenti reazioni:
CaCl2 + 2H2O ---> Ca(OH)2 + 2HCl
MgCl2 + 2H2O ---> Mg(OH)2 + 2HCl
CaSO4 + 2H2O ---> Ca(OH)2 + H2SO4
MgSO4 + 2H2O ---> Mg(OH)2 + H2SO4
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