Perché bisogna trattare l’acqua prima che entri in caldaia?
Perchè l’acqua per le caldaie è un po’ come il sangue per noi.
Scorre attraverso il nostro corpo e se non lo teniamo filtrato e monitorato, può causare ostruzioni e compromettere la nostra stessa salute.
Similarmente, anche l’acqua che scorre attraverso ogni caldaia deve essere prima trattata e pulita dalle impurità.
Queste impurità si suddividono generalmente in 2 categorie:
- Tutti i sali disciolti in acqua che possono precipitare sul fondo formando fanghi o peggio ancora depositarsi sulle superfici calde sotto forma di calcare;
- Gli agenti corrosivi presenti, tra cui vi è l’ossigeno e altre sostanze che alterano il valore della acidità (pH).
L’eliminazione di sali e di ossigeno unito al controllo dell’acidità permettono un buon funzionamento nel tempo della nostra caldaia, senza comprometterne la performance.
Indice:
- Come trattare l’acqua della caldaia?
- Che tipo di sistema per il trattamento acque scegliere?
- Esempio costi per un impianto per il trattamento delle acque
2. Come trattare l’acqua della caldaia?
Adesso che abbiamo visto perché occorre trattare l’acqua, passiamo a come viene trattata e che tipo di impianti sono disponibili in commercio.
L’acqua potabile, o più semplicemente dolce, che utilizziamo tutti i giorni contiene, a seconda delle zone, sali minerali disciolti tra cui una concentrazione più o meno elevata di carbonato di calcio e magnesio.
Se il calcare che si forma nelle nostre cucine viene poi pulito facilmente, quello che si forma nelle caldaie è molto più duro e difficile da togliere.
Le incrostazioni calcaree che si possono formare sulle pareti interne riducono notevolmente gli indici di scambio termico tra fumi caldi e l’acqua, portando ad un aumento delle temperatura delle lamiere di acciaio interne del generatore.
Questo fenomeno può venire diagnosticato rapidamente analizzando la temperatura dei fumi in uscita dal camino.
I fumi potranno avere temperatura più alta, infatti, se sono presenti incrostazioni di caldaie.
Per evitare che si formino incrostazioni di calcare o di altri sali, l’acqua va quindi continuamente trattata.
Per le caldaie industriali i trattamenti disponibili per la maggior parte dei casi sono 2:
- Trattamento con osmosi inversa
- Trattamento con resine
La differenza sostanziale dei due trattamenti è dovuta al fatto che l’osmosi inversa microfiltra l’acqua lasciandola pura, mentre quello che utilizza le resine agevola una reazione chimica di scambio ionico tra il sale e le resine, sostituendo gli ioni calcio con ioni sodio; i carbonati di sodio non sono incrostanti e nel tempo si depositano sul fondo come fanghi facilmente evacuabili.
L’acqua dolce comune presente negli acquedotti o nelle falde acquifere possiede un pH pari a 7 risultando neutra al nostro contatto.
Questo livello di pH, invece, risulta essere dannoso per le caldaie che hanno le pareti interne in acciaio che sono suscettibili di fenomeni corrosivi.
Per ovviare a questo problema, tutti gli impianti di trattamento, includono una piccola pompa che scioglie nell’acqua sostanze chimiche alcalinizzanti in grado di portare il valore del pH dell’acqua in caldaia a valori compresi tra 9 e 11 come richiesto da tutte le norme internazionali.
Si rende necessario poi l’impiego di sostanze in grado di sequestrare l’ossigeno presente nell’acqua (agenti riducenti) e di altre in grado di formare un film protettivo sulle pareti interne della caldaia (poliammine alifatiche).
2. Che tipo di sistema per il trattamento acque scegliere?
Come abbiamo visto, i sistemi più comuni tra cui puoi scegliere sono quello a osmosi inversa, oppure quello che utilizza le resine.
Come scegliere tra i due?
Che tipo di vantaggi economici e di utilizzo ci sono?
Da una parte il sistema a resine ha costi iniziali molto bassi ma operativi molto alti, dall’altra quello a osmosi ha costi iniziali alti e operativi molto bassi.
Vediamo perchè.
Partiamo con gli impianti più semplici, ovvero quelli che sfruttano le resine.
Questi sono infatti composti da componenti meccanicamente semplici e facilmente reperibili sul mercato. Conseguentemente richiedono un costo iniziale di acquisto e di installazione più basso.
Quelli a osmosi inversa, invece, sono più moderni e sofisticati e richiedono l’uso di membrane per la microfiltrazione dell’acqua molto costose. Questo porta a una lievitazione dei costi d’acquisto che possono arrivare ad essere anche a 5-10 volte maggiori rispetto a quelli a resine.
Come abbiamo accennato poco sopra però, queste due tipologie di trattamento si distinguono molto anche per i costi d’esercizio.
Se infatti gli impianti a osmosi inversa micro-filtrano l’acqua, lasciandola pulita da ogni tipo di sale o impurità, quelli a resina compiono soltanto una sostituzione ionica senza diminuire la concentrazione di sali.
Da una parte abbiamo quindi l’acqua pura ottenuta dal processo osmotico che può transitare liberamente all’interno della nostra caldaia senza necessità di spurghi in continuo per il controllo della salinità e di spurghi periodici violenti per l’eliminazione di fanghi sul fondo con costi energetici pressoché nulli.
Dall’altra abbiamo l’acqua salata risultato del trattamento delle resine che invece richiede ulteriori accorgimenti e manovre per mantenere la caldaia in buono stato. Una caldaia a vapore può essere infatti vista come un concentratore di sali che vanno periodicamente eliminati.
Il deposito di resine andrà continuativamente spurgato, con delle speciali valvole che aprono verso l’esterno e che comportano una perdita di acqua calda che raggiunge anche i 10 litri per spurgo che, a seconda dell’impianto, viene effettuato ogni 30 minuti.
Continuando ad alimentare la caldaia con acqua salata, tende ad aumentare il livello di concentrazione di sali, rendendo necessario un secondo sfogo verso l’esterno.
Ricapitolando, se il sistema ad osmosi inversa non ha grandi costi aggiuntivi in termini di sostanze chimiche necessarie per il suo funzionamento e non necessita di spurghi, quello a resine richiede il continuo approvvigionamento di materie prime (acqua per la rigenerazione delle resine e cloruro di sodio), ma richiede anche spurghi di acqua calda e trattata di continuo.
3. Esempio costi per un impianto per il trattamento delle acque
Ipotizzare un costo di un impianto per il trattamento delle acque può essere complicato, ci sono svariati parametri e condizioni esterne da tenere in considerazione.
I primi fattori, ad esempio, da considerare sono tutte le costanti fisico-chimiche dell’acqua in ingresso. A partire da durezza e conducibilità, che influenzano la quantità di sali necessari per addolcire l’acqua.
Per semplificare, però, prendiamo come esempio un’acqua con una durezza di 25°Fr e conducibilità di 350 µS/cm.
Abbiamo poi ipotizzato di utilizzare un generatore di vapore da 3 tonnellate/ora e con pressione d’esercizio di 10 bar, considerando un ciclo produttivo di 4 ore al giorno per 235 giorni l’anno.
Un ultimo fattore che influenza i costi è rappresentato dal ritorno delle condense. Ovvero la percentuale di acqua calda che viene recuperata dopo essere spurgata.
Le due casistiche su cui abbiamo calcolato i costi degli impianti sono quelli con ritorno delle condense al 0% e al 80%.
a. Esempio con ritorno condense al 80%
Impianto con Resine
Spurgo di acqua annuale (4 ore di esercizio e per 235 giorni all’anno): ~122 m3/anno con temperatura di circa 185 gradi centigradi
Costo impianto: 1100€
Costo elettricità: trascurabile
Costo acqua: trascurabile
Costo sale: 2,5 Kg ogni 12m3
Spreco energia termica dovuta a spurgo: ~1.100 €/anno
Costo totale annuo: 1.300€/anno + ammortamento dell’impianto
Impianto a Osmosi Inversa
Spurgo di acqua annuale (4 ore di esercizio e per 235 giorni all’anno): ~4,7 m3/anno con temperatura di circa 185 gradi centigradi
Costo impianto: 7.200€
Costo elettricità: 1.000 kWh/anno
Costo acqua: 569 m3/anno
Costo sale: 2,5 Kg ogni 3m3
Spreco energia termica dovuta a spurgo: ~360 €/anno
Costo totale annuo: 1.050€/anno + ammortamento dell’impianto
a. Esempio con ritorno condense al 0%
Impianto con Resine
Spurgo di acqua annuale (4 ore di esercizio e per 235 giorni all’anno): ~600 m3/anno con temperatura di circa 185 gradi centigradi
Costo impianto: 1.400€
Costo elettricità: trascurabile
Costo acqua: trascurabile
Costo sale: 7,5 Kg ogni 12m3
Spreco energia termica dovuta a spurgo: ~5.400 €/anno
Costo totale annuo: 6.100€/anno + ammortamento dell’impianto
Impianto a Osmosi Inversa
Spurgo di acqua annuale (4 ore di esercizio e per 235 giorni all’anno): ~20,7 m3/anno con temperatura di circa 185 gradi centigradi
Costo impianto: 13.500€
Costo elettricità: 6.200 kWh/anno
Costo acqua: 2.820 m3/anno
Costo sale: 7,5 Kg ogni 3m3
Spreco energia termica dovuta a spurgo: ~200 €/anno
Costo totale annuo: 4.650€/anno + ammortamento dell’impianto
Dopo aver analizzato questi costi si può facilmente dedurre che a seconda della percentuale di calore recuperata dalle condense conviene un impianto, piuttosto che l’altro.
Più alto sarà la percentuale di calore recuperata e più converrà utilizzare l’impianto di trattamento acqua che sfrutta le resine. Utilizzando le resine infatti, i costi iniziali sono molto più bassi così come quelli di gestione, rispetto a quello ad osmosi inversa.
Al contrario quindi, se non è possibile recuperare il calore dalle condense conviene utilizzare gli impianti a osmosi inversa. Questi impianti vengono spesso utilizzati quando il vapore va a contatto direttamente con prodotti alimentari o farmaceutici, dove appunto non è possibile recuperare il calore.