Caso reale di corrosione in un impianto solare termico
Dati base:
- Scambiatore a piastre in acciaio inox AISI 316
- Lega brasante 99,9% Cu
- Riscaldamento in forno ad atm protetta
- Fluido nel circuito chiuso: acqua con antigelo
- Fluido nel circuito aperto: acqua di pozzo
- Temperatura di lavoro: 85°C
Dopo pochi mesi dall’installazione nello scambiatore si è evidenziata una forte corrosione con una colorazione verde intenso sul lato di circolazione dell’acqua di pozzo che ha provocato malfunzionamento e degradazione delle prestazioni di scambio termico.
Analisi:
Il principale imputato è l’acqua di pozzo sulla quale è stata eseguita la seguente analisi chimica:
- pH = 7,8
- Conducibilità a 20°C = 518 microS/cm
- Bicarbonati = 355 mg/L
- Solfati = 89,1 mg/L
- Bicarbonati/Solfati = 3,98
- Cloruri = 57 mg/L
- Fosfati = 0,68 mg/L
- Ammoniaca < 0,02 mg/L
- Cloro < 0,02 mg/L
- Ferro = 0,009 mg/L
- Manganese < 0,002 mg/L
- Anidride carbonica = 18,9 mg/L
- Solfuri < 0,1 mg/L
- Ossigeno = 6,6 mg/L
- Rame = 0,27 mg/L
- Fluoruri < 0,1 mg/L
- Carbonati <1 mg/L
- Nitrati = 40,9 mg/L
- Solidi sospesi < 5 mg/L
Considerazioni sull’analisi dell’acqua e delle condizioni di esercizio:
- Temperatura: in generale all’aumentare della temperatura aumenta il grado di corrosione sui metalli. Nel caso di rame a contatto con acqua calda, la corrosione è maggiore con temperatura sopra i 60 °C. Per l’acciaio inox lo stesso effetto si manifesta in presenza di cloruri;
- Nitrati: elevate concentrazioni di nitrati aumentano la possibilità di corrosione del rame;
- Solfati: elevate concentrazioni di solfati aumentano la possibilità di corrosione del rame;
- Cloruri: elevate concentrazioni di cloruri aumentano la possibilità di corrosione dell’inox;
- Conducibilità: all’aumento della conducibilità dell’acqua aumenta il tasso di corrosione nella maggior parte dei metalli; è quindi raccomandabile una conducibilità massima di 500 microS/cm;
- pH: può essere il principale indicatore di corrosione (valore ideale conpreso tra 7,5 e 9);
- Ossigeno: l’aumento di ossigeno libero disciolto nell’acqua favorisce la velocità di corrosione;
- Solidi sospesi: acqua non stagnante e rinnovata di frequente è da privilegiare in quanto priva di solidi sospesi che possono sporcare le superfici del metallo.
I metalli come acciaio inox e rame sono in grado di ricoprirsi di un sottile e invisibile strato di ossido continuo ed aderente che impedisce il processo di corrosione. Grazie alle proprietà protettive del film di ossido la velocità di corrosione diventa bassissima. In queste condizioni di passività alcuni metalli mantengono inalterato il loro aspetto (es. inox) anche dopo un tempo lunghissimo.
Nel caso del rame il film protettivo si sviluppa quando il metallo è a contatto con l’acqua, tale processo richiede un tempo relativamente lungo, durante i primi mesi di esercizio. Condizioni ambientali e di funzionamento errate possono ostacolare la corretta formazione del film fino a determinarne la rottura. Il film si sviluppa progressivamente una volta messo in funzione l’impianto, e richiede un periodo molto lungo che può durare diversi mesi. Durante questo periodo è necessario garantire condizioni ambientali appropriate per ottenere un film aderente e protettivo.
Cause principali:
La colorazione verde è idrossicarbonato di rame, la sua formazione è favorite dalla presenza di ioni solfato e nitrato come evidenziato dalle analisi. La velocità di corrosione è elevata (pochi mesi) dovuta alla conducibilità e temperatura di esercizio dell’acqua.
Cause secondarie non verificate:
Altri parametri non verficabili a posteriori sono le condizioni ambientali all’avvio dell’impianto. Esse avrebbero potuto impedire la formazione del film protettivo, con il conseguente innesco e propagazione della corrosione in brevissimo tempo propiziata proprio dalle cause principali elencate.
Conclusioni:
Per evitare solfati e nitrati è opportuno valutare un fonte di approvvigionamento diversa oppure introdurre una serie di filtri per il loro abbattimento.