In questo articolo facciamo una panoramica sulle caratteristiche dei materiali da costruzione utilizzati nei nostri macchinari industriali come: scambiatori di calore, bollitori e vasi di espansione.

Ferro (Fe)

In generale, nella costruzione dei serbatoi e degli involucri per gli scambiatori di calore viene utilizzato il ferro, più precisamente l’acciaio al carbonio. Questo materiale, adatto a questo tipo di costruzioni, ha una basso tenore di carbonio che lo rendono resistente oltre che duttile per essere lavorato e idoneo per la saldatura. Gli spessori che spesso vengono riportati nei cataloghi con la dicitura “forte spessore” altro non sono che spessori idonei a resistere alle temperature e alle pressioni d’esercizio dei serbatoi.

Questi spessori vengono maggiorati per resistere alle prove idrauliche e garantire elevati gradi di sicurezza. Per particolari esigenze vengono aggiunti dei sovraspessori per meglio resistere agli effetti della corrosione o erosione durante l’esercizio.

A fine lavorazione questi serbatoi vengono sottoposti a trattamenti interni di vetrificazione, zincatura o smaltature organiche per renderli idonei a contenere acqua potabile ai sensi del DM 174/2004, DLgs 31/2001 (att.dir. 98/83/CE); oltre che per ridurre l’effetto della corrosione del metallo a contatto con l’acqua.

Rame (Cu)

Rame
Rame

In particolare quello utilizzato per la costruzione dei fasci tubieri, per scambiatori di calore e bollitori industriali, comunemente denominati “serpentine”.

L’utilizzo di questo materiale e precisamente il Rame con la denominazione originaria “Cu DHP 99,9 % UNI EN 12 451garantisce integrità alimentare e forte resistenza alle corrosioni, essendo un materiale considerato “rame puro” in quanto privo di carbonio.

Rame “puro”

Le tabelle CEN Report 13388 designano vari tipi di rame pressoché puro. Ognuno di questi si distingue per la composizione di quel rimanente 0,10% che ne condizionano le caratteristiche tecnologiche. I tipi rame più importanti a livello mondiale sono indicati con le sigle Cu-ETP e Cu-DHP.

Il rame Cu-Dhp (Deoxidized High residual Phosphorus) da noi utilizzato è il rame totalmente privo di ossigeno mantenendo a garanzia della disossidazione, un tenore di fosforo relativamente alto.

La presenza di fosforo elimina i fenomeni di fragilità in ambiente riducente e migliora la deformabilità plastica a freddo. Pertanto il rame da impiegare per la produzione di tubi per impianti di distribuzione dei fluidi è quindi Cu-DHP.

Una curiosità: 
la sigla CU dal latino Cuprum ed il suo utilizzo avviene molto prima di quella che viene definita "età del bronzo".

Per quanto riguarda la Corrosione, molti sono convinti che il rame aumenti il rischio di corrosione dei bollitori. La presenza di fasci tubieri all’interno dei bollitori è quasi sparita dall’offerta dei costruttori. Non è così! Si tratta di una convinzione errata.

Il Rame, nella scala dei metalli nobili viene dopo l’Argento, ma seguito subito dall’acciaio inox che ha stessa differenza di potenziale elettrochimico rispetto al ferro. Pertanto sia il rame che l’Inox hanno lo stesso effetto sul fenomeno della corrosione.

Anche il rame, in presenza di solfuri superiori al limite consentito (che troverete nelle tabelle), può essere soggetto a corrosione. Pertanto si dovrà prestare attenzione ai residui di lavorazione o di altra natura trasportati dall’acqua dell’impianto.

Zinco (Zn)

Zinco
Zinco

Presentiamo in particolare quello utilizzato per il trattamento dei serbatoi per la distribuzione e l’accumulo di acqua fredda e calda o dei serbatoi o delle piastre tubiere degli scambiatori.

L’applicazione dello zinco in questi casi avviene con un procedimento di fusione del materiale stesso. La Zincatura a caldo è un trattamento superficiale che interessa l’interno e l’esterno degli apparecchi e delle tubazioni. Essa avviene appunto, in un bagno di zinco fuso a 450°C. Questo rende il trattamento tenace e aderente al metallo di supporto (ferro nel nostro caso); protegge le imperfezioni delle superfici per l’effetto catodico dello zinco stesso ed ha un’elevata resistenza agli agenti atmosferici.

Perché allora preoccuparsi della temperatura dell’acqua contenuta in questi recipienti o tubazioni?

Oltre i 60°C inizia una inversione di polarità dello zinco che lo trasforma da catodico ad anodico. L’effetto protettivo verso il supporto di ferro si trasforma. La pellicola di zinco che così bene aveva aderito alla superficie di ferro del nostro serbatoio, tende ora a staccarsi dalla stessa.

Verso i 70°C si formano sulla superficie delle pustole e scaglie che ne compromettono il trattamento stesso. Per questo, va ricordato che l’UNI 9182 vieta di immettere acqua con temperature superiori ai 60°C in presenza di tubazioni in acciaio zincato e pertanto di serbatoi con questo tipo di trattamento.

La presenza della zincatura a caldo esclude l’utilizzo degli anodi, inoltre eventuali serpentine in ferro zincato possono essere installate senza particolari precauzione di isolamento elettrico.

Riportiamo il diagramma del comportamento catodico dello zinco:

Statistiche Protezione Zinco
Diagramma del comportamento catodico dello zinco

Magnesio (Mg)

Magnesio
Magnesio

Questo materiale è la componente primaria degli anodi sacrificali, inseriti nei bollitori per la protezione dalla corrosione.

Abbiamo accennato, parlando dello zinco, della proprietà catodica che questo ha rispetto all’acciaio al carbonio con il quale è stato costruito il serbatoio d’accumulo.

I preparatori di Acqua Calda Sanitaria, costruiti in acciaio al carbonio, vengono rivestiti internamente con uno strato di smalto. Questo può essere del tipo organico: verniciatura con polveri epossidiche (smalto organico) oppure trattato con smalti porcellanati (vetrificazione: smalto inorganico).

Questi trattamenti, pur resistenti, e applicati con moderne tecnologie possono, durante la lavorazione, presentare delle piccole difettosità: micro aree scoperte o punti con inclusioni di residui di lavorazione. Per proteggere questi punti, dall’attacco corrosivo, si inseriscono negli accumuli delle barre di magnesio. Denominati: anodi al magnesio.

Questa barra di magnesio, inserita in un bollitore pieno d’acqua, si consuma generando quella che definiamo: protezione catodica.

Acciaio Inox (AISI 316 – 316L)

Zinco
Zinco

Termine più commerciale che reale che ha contribuito alla fortuna di questo materiale. Infatti l’acciaio in questione è “ossidabilissimo”. È questa sua caratteristica che lo rende resistente agli attacchi corrosivi più comuni. La sua denominazione, che dal 1920, entra nell’uso comune della metallurgia, definisce “acciaio inossidabile” la lega Cromo-Nichel, alla quale si aggiungeranno altri elementi per migliorane le caratteristiche sia di resistenza che di lavorazione.

Questa scheda presenta brevemente il materiale (AISI 316L EN 1.4404) utilizzato per i nostri bollitori, raccomandiamo un uso corretto dell’apparecchiatura per fare in modo che, visto il notevole costo, possa avere una lunga durata.

Le cause generiche di corrosione sono trascurabili per i bollitori costruiti in acciaio inossidabile e diminuiscono per leghe Fe+Cr+Ni+Mo. In certe condizioni la presenza di ioni cloruro nell’acqua sono la causa principale di corrosione vaiolante di questo materiale che porta alla rottura per tenso-corrosione.

Questo rischio è limitato nei nostri bollitori, essi vengono costruiti con acciai speciali austenitici quali AISI 316L (low carbon). Durante l’utilizzo si dovrà tenere conto della concentrazione di cloruri contenuti nell’acqua. Il rapporto Temperatura/cloruri secondo il diagramma che vi presentiamo, indica il tipo di acciaio più frequentemente utilizzato ed il suo comportamento. La presenza di cloruri superiore ai valori limite indicati possono causare corrosione.

Diagramma di Compatibilità

Dopo aver eseguito le lavorazioni (stampaggio fondi, saldature…) viene eseguito un trattamento di decapaggio e uno di passivazione del prodotto finito. Questi trattamenti servono a ripristinare lo strato di protezione auto ossidante delle superfici.

Gomma (EPDM)

Guarnizioni in Gomma Officine Varisco
Guarnizioni in Gomma Officine Varisco

La gomma conduce corrente!

Vero o falso?

Chiederebbe il presentatore del quiz televisivo. La maggior parte di voi senza alcun dubbio, risponderebbe: falso! Risposta errata:

Non tutta la gomma è dielettrica, pertanto: vero, conduce corrente.

Questa prova potete farla con un semplice tester da elettricista, ponendo i due elettrodi sulla vostra guarnizione che vi siete costruiti ritagliando un foglio di gomma industriale. Se il tester emette il classico suono di contatto (e potrebbe succedere) avrete la prova se la vostra gomma è dielettrica o se conduce corrente.

Le guarnizioni che forniamo di serie, sono ricavate da mescole (impasti) di materiali (reagenti e coloranti) che rendono la guarnizione in gomma dielettrica, quindi: non conduttrici di corrente.

La presenza di additivi o coloranti, specialmente il nero, ricchi di carbonio, nella mescola aumentano la possibilità che la stessa conduca corrente.

Questa caratteristica è di notevole importanza, nel montaggio degli scambiatori estraibili dei bollitori. La quantità di metallo nobile, rame o inox, con il quale è costruito il fascio tubiero, deve essere isolato elettricamente dal serbatoio che lo contiene, per non inibire la protezione catodica.

A garantire il completo isolamento del serpentino dal serbatoio, vengono incapsulate le viti a contatto con la piastra tubiera, con appositi cilindri in materiale plastico, naturalmente dielettrico. Una guarnizione che conduce elettricità mette quindi in corto questa massa di metallo nobile con l’involucro rendendo vana l’azione della protezione catodica.

Nelle ordinarie manutenzioni spesso capita di sottovalutare questo importante aspetto avendo poi come risultato il deterioramento del bollitore che sarà soggetto ad un rapido attacco corrosivo.

Si ricorre a guarnizione “fai da te” e non si inseriscono correttamente i cilindrati isolatori. Nel nostro Canale YouTube affrontiamo l’argomento in modo più dettagliato parlando della protezione catodica e della corrente di soccorso:

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UNA CURIOSITÀ: Officine Varisco nasce a Milano nel 1903, il suo fondatore Enrico Varisco costruiva le prime caldaie a vapore “chiodate”, apprezzate dai tecnici e utilizzate dalle migliori Industrie. Il logo è stato creato da Grazia Varisco, notissima Artista di caratura internazionale promotrice negli anni 60 del Gruppo T.

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