Acque dei circuiti di raffreddamento e di umidificazione

Si tratta di argomento sempre più delicato, ne abbiamo parlato a più riprese, nell’ambito dei problemi di legionella.

La norma UNI 8884-1988 nella quale sono analizzati i diversi possibili impianti e vengono riportate le caratteristiche limiti dell’acqua di alimento e di ricircolo, ne parla in modo esaustivo.

Sono presi in considerazione i seguenti impianti.
Impianto di raffreddamento senza recupero: in cui l’acqua, dopo il raffreddamento, viene scaricata o inviata ad altri utilizzi. I problemi di incrostazione e corrosione ecc. sono dovuti prevalentemente alla natura dell’acqua impiegata.
Impianto di raffreddamento con recupero parziale: in cui l’acqua, dopo aver effettuato il raffreddamento, viene raffreddata per evaporazione parziale e viene, poi, ricircolata, previa aggiunta del reintegro. È il caso tipico delle torri di raffreddamento negli impianti di refrigerazione. In questi impianti si possono avere incrostazioni, depositi, corrosioni e sviluppi biologici, legati alle caratteristiche dell’acqua di alimento, all’aumento della concentrazione di sali nella portata circolante e agli inquinamenti dovuti all’aria esterna con cui l’acqua viene a contatto.
Impianto di raffreddamento a recupero totale: nel quale l’acqua si raffredda in uno scambiatore a superficie. I problemi di incrostazioni, corrosioni e depositi sono legati alle caratteristiche dell’acqua e a possibili inquinamenti da questa subiti durante il processo.
Impianto di umidificazione adiabatica senza recupero: l’acqua immessa nel sistema in parte evapora a spese del calore sensibile dell’aria da umidificare, in parte viene scaricata. I problemi sono legati alle caratteristiche originali dell’acqua e ai possibili inquinamenti dovuti al contatto con l’aria.
Umidificazione adiabatica con recupero parziale: l’acqua non evaporata viene reimmessa in ciclo con l’aggiunta di acqua di reintegro. I problemi sono dovuti alle caratteristiche originali dell’acqua, all’aumento di concentrazione della stessa e ai possibili inquinanti presenti nell’aria.
Impianto di umidificazione diabatica: in cui l’acqua nebulizzata viene immessa tutta nell’aria. I problemi sono legati alle caratteristiche originali dell’acqua.
Impianto di umidificazione per evaporazione: in cui l’acqua evapora per effetto del riscaldamento. I problemi sono legati soltanto alle caratteristiche originali dell’acqua.
Negli impianti di climatizzazione sono molto diffusi i circuiti di raffreddamento con parziale recupero (torri di raffreddamento) e i sistemi di umidificazione adiabatica con recupero parziale.

Circuito di raffreddamento con parziale recupero
Trattasi, come si è detto, del circuito di raffreddamento con torri evaporative nelle quali l’acqua calda, proveniente dal condensatore del gruppo frigorifero, viene fatta piovere dall’alto su un pacco lamellare che ha il compito di aumentare molto la superficie di contatto acqua-aria. L’aria, infatti, viene immessa nella torre dal basso e incontra in controcorrente l’acqua. Si ottiene così una parziale evaporazione dell’acqua che si raffredda a spese del calore di evaporazione (≈ 0,7 kW/kg ≈ 600 kcal/kg). L’acqua raffreddata si raccoglie nel bacino inferiore e riprende il ciclo.
La quantità di acqua da reintegrare è pari a quella evaporata, più quella trascinata nella corrente d’aria e più quella necessaria per evitare che si abbia un aumento graduale della concentrazione di sali dovuta all’evaporazione di parte dell’acqua. In prima approssimazione si calcola che l’acqua di reintegro sia pari al 3 ÷ 5% della portata totale in circolazione. È, quindi, necessario effettuare uno spurgo continuo la cui entità è tanto maggiore per quanto maggiore è la concentrazione delle sostanze contenute nell’acqua di reintegro.
Va, inoltre, tenuto presente che l’acqua, venendo in intimo contatto con l’aria, si può arricchire di inquinanti come ossigeno, anidride carbonica, anidride solforosa e solforica, gas, fumi industriali, polveri ecc. L’acqua del circuito da raffreddamento può diventare, perciò, particolarmente corrosiva e può provocare incrostazioni e depositi, specie lì dove la velocità dell’acqua si riduce e la temperatura è più alta: condensatore dei gruppi frigoriferi aumentandone così il fouling-factor.

Un’attenta progettazione prevede, pertanto:
un filtro sull’acqua di reintegro;
– un addolcitore sull’acqua di reintegro;
un condizionante sull’acqua di reintegro;
– filtrazione dell’acqua che rientra in ciclo (è opportuno far presente che non è necessario filtrare tutta l’acqua ma basta effettuare la filtrazione soltanto sul 15 ÷ 20% della portata totale per ottenere ottimi risultati).

24.4

Circuito di raffreddamento con parziale recupero. 1 filtro; 2 addolcitore; 3 dosaggio condizionante; 4 dosaggio antialghe; 5 valvola di spurgo.

L’acqua in ricircolo, a contatto con l’ambiente esterno, è nelle condizioni migliori per favorire lo sviluppo di alghe, muffe, funghi, batteri ecc. Lo sviluppo biologico causa riduzione dello scambio termico, della portata in circolazione e provoca corrosione direttamente per l’azione di alcuni ceppi batterici.
Per far fronte a questi inconvenienti si ricorre al cloro in dosi massicce e saltuarie (dose shock) o a bassi dosaggi per un’azione biostatica che però alla lunga, può portare a corrosioni acide. Un’altra possibilità è data dall’impiego di sali quaternari di ammonio o, infine, di ozono.
Le caratteristiche dell’acqua di reintegro dovrebbero essere:
– pH: > 7;
– gas disciolti: deve essere valutata la tollerabilità in rapporto alla loro natura, ai limiti fissati per l’acqua di ricircolo e alle possibilità di eliminazione.
Le caratteristiche salienti dell’acqua del circuito devono essere:
– aspetto: limpido, incolore, privo di sabbia e altri solidi in sospensione;
– pH: > 7,2;
– conduttività: 5000 µS/cm;
– durezza totale: 2000 mg/L come CaCO3

Sistemi di umidificazione adiabatica con parziale recupero.
I sistemi di umidificazione presentano gli stessi problemi di quelli di raffreddamento, aggravati dal fatto che l’aria trattata entra in ambiente e, quindi, è necessario che aria e acqua siano prive di sostanze tossiche o, comunque, dannose. Così anche i condizionanti dell’acqua devono essere assolutamente innocui per l’organismo e per l’ambiente.
Negli impianti di umidificazione adiabatica, con parziale recupero, l’acqua viene spinta da una pompa a una serie di ugelli dai quali esce nebulizzata e, incontrando la massa d’aria da umidificare, in parte evapora (a spese del proprio calore sensibile) e in parte ricade in una vasca di raccolta, dalla quale viene ripresa e rimessa in ciclo. I Problemi che si presentano sono gli stessi di quelli visti per le torri di raffreddamento, per cui occorre reintegrare l’acqua evaporata e aggiungerne tanta quanta ne viene spurgata allo scopo di contenere l’aumento di concentrazione di sali.
Anche in questo caso, quindi, un buon trattamento prevede la filtrazione, l’addolcimento dell’acqua di reintegro e il dosaggio di prodotti anticorrosivi non volatili e innocui alla salute, quali fosfosilicati e polifosfati. Il sistema migliore è, però, quello dell’osmosi inversa, con la quale si ottiene una demineralizzazione parziale mediante l’utilizzo di membrane semimpermeabili che, cioè, lasciano passare l’acqua e trattengono la maggior parte di sali.