Notícies

04 Abril 2018

Problemàtica, prevenció i correcció dels circuits tancats de climatització

1. Introducció

Una de les aplicacions de l’aigua que presenta una major difusió en la nostra vida diària és la seva utilització com a mitjà de transport de la calor en els circuits de climatització. El seu àmbit d’acció és molt extens: circuits tancats de calefacció, terra radiant, circuits amb plaques solars i, per descomptat, aplicacions industrials. En aquest tipus d’aplicacions, s’utilitza habitualment un esquema d’instal·lació basat en un circuit tancat amb elements d’intercanvi de calor metàl·lics, generalment d’acer, alumini, coure, etc. En aquests circuits ha una problemàtica particular que veurem a continuació com es pot tractar de forma efectiva i duradora.

2. Problemàtica dels circuits tancats de climatització

En tot circuit tancat de climatització hem de considerar en major o menor grau, els dos problemes característics de l’aigua:

  • Incrustacions calcàries
  • Corrosió

2.1. Incrustacions calcàries

En un circuit tancat, en no existir una renovació ni una aportació constant de l’aigua, les incrustacions que es formen són generalment molt reduïdes i difícilment poden créixer i acumular-se. Només en casos de circuits de gran capacitat, amb aigües molt incrustants o bé amb el transcurs dels anys i quan les operacions de manteniment hagin efectuat diverses renovacions de l’aigua del circuit, serà possible que puguin generar-se problemes d’incrustacions si no ha existit un tractament previ.

En general, però, quan un circuit és tancat sense renovació important d’aigua, el problema de les incrustacions calcàries no hauria de ser significatiu.

2.2. Corrosió

El principal problema que es presenta en un circuit tancat de climatització, és el de la corrosió. Els materials utilitzats, normalment no són metalls nobles i poden, per tant, reaccionar amb l’aigua en forma natural produint un procés de corrosió. Si la temperatura és elevada s’afavoreix l’atac de l’aigua als metalls amb formació dels òxids / hidròxids corresponents.

La Taula de potencials electroquímics adjunta ens dóna una idea de la facilitat amb què es produirà aquesta corrosió. El potencial electroquímic d’un element és el potencial elèctric necessari (positiu o negatiu) perquè un element es transformi en el seu ió corresponent, és a dir, perquè es corroeixi. Els potencials positius requereixen energia i, per tant, és més difícil que la corrosió es realitzi en forma espontània; els potencials negatius cedeixen energia i, conseqüentment, el procés es troba químicament més afavorit. 

POTENCIALS ELECTROQUÍMICS DELS METALLS MÉS UTILITZATS EN ELS CIRCUITS DE CLIMATIZACIÓ

Al3+ (alumini)

– 1.670 V

Zn2+ (zinc)

– 0.762 V

Fe2+ (ferro)

– 0.441 V

H+ (hidrogen)

0 V (referencia)

Cu2+ (coure)

+ 0.340 V

 Taula 1: Potencials electroquímics


En aquesta taula es pot observar que, per exemple, l’alumini, molt comú actualment a les calderes de condensació, té major tendència a passar a ió que el ferro i que tots dos, en tenir un potencial negatiu, es corroiran en forma espontània sent imprescindible la seva protecció.

D’altra banda, es pot observar que altres metalls com el coure tenen un potencial positiu (és un metall noble). En aquests casos per la seva corrosió es requereix la presència d’oxigen (o un altre oxidant) dissolt en l’aigua que aporti l’energia necessària. En un circuit tancat el contingut d’oxigen dissolt és pràcticament inexistent, llevat que hi hagi renovacions d’aigua de forma constant, per la qual cosa la corrosió del coure en aquest tipus de circuits pot considerar-se pràcticament nul·la.

En els metalls que no són nobles, la reacció del metall amb l’aigua serà espontània i produirà l’òxid del metall i la formació de gas hidrogen:

Metall + Aigua —-> Òxid del metall + Hidrogen


Els òxids que es formen (per exemple, de ferro o d’alumini) precipiten formant fangs insolubles que enterboleixen l’aigua i poden causar importants avaries per obstrucció mecànica.

Fig. 1: Procés de corrosió

L’hidrogen que es forma és un gas que s’acumula en els circuits i produeix:

  • Sorolls característics de les instal·lacions tancades de climatització.

  • Augment de la pressió del circuit.

  • Pèrdua d’intercanvi tèrmic ja que l’aigua no entra en contacte directe amb l’element d’intercanvi de calor (per exemple, un radiador).

2.3. Circuits de baixa temperatura

A més dels conceptes anteriorment indicats, en els circuits que treballen a baixa temperatura, ja siguin de terra radiant o fan coils, pot existir una problemàtica particular com es descriu a continuació.

En aquests circuits, la temperatura de l’aigua (inferior a 40 ºC) generalment és molt adequada per a la proliferació de microorganismes i algues que poden desenvolupar biocapes i causar importants problemes d’obstruccions i de corrosió.

Per tant, s’haurà de considerar sempre la prevenció del creixement de microorganismes mitjançant l’addició de productes específicament dissenyats per a aquesta finalitat.

Fig. 2: Formació d’una biocapa

3. Evolució del valor del pH en un circuit tancat

És important considerar que els tractaments de descalcificació o de dessalinització parcial de l’aigua afectaran posteriorment a l’evolució del valor del pH de l’aigua del circuit.

L’aigua en un circuit tancat, perd progressivament el contingut en gas carbònic dissolt amb la qual cosa el seu pH s’eleva gradualment fins a valors al voltant de 8,5 – 8,8, no obstant això, aquest valor pot variar en funció del tractament previ existent.

3.1. Evolució del pH a l’aigua descalcificada

Si l’aigua s’ha descalcificat, el valor del pH en el circuit tendeix a elevar-se progressivament ja que es produeixen les següents reaccions químiques:

1. La descalcificació de l’aigua converteix els bicarbonats de calci i magnesi en bicarbonats de sodi.

Calci, Magnesi –> Descalcificació –> Sodi

2. En elevar-se la temperatura el bicarbonat de sodi es transforma en carbonat sodi, el qual augmenta el valor del pH de l’aigua.

Bicarbonat de sodi + Temperatura -> Carbonat de Sodi

3.2. Evolució del pH a l’aigua parcialment dessalinitzada

D’altra banda, si l’aigua s’ha dessalinitzat parcialment el seu contingut en bicarbonats s’haurà reduït i això unit a la baixa mineralització de l’aigua farà que el pH tendeixi a estabilitzar-se en valors una mica inferiors.

En resum:

  • En una aigua no descalcificada ni parcialment dessalinitzada, el pH de l’aigua en el circuit s’elevarà gradualment fins a valors al voltant de 8,5 – 8,8.

  • En una aigua descalcificada el pH de l’aigua en el circuit s’elevarà gradualment fins a valors al voltant de 9,0 o superiors.

  • En una aigua parcialment dessalinitzada el pH de l’aigua en el circuit s’elevarà gradualment fins a valors al voltant de 8,2 – 8,5. Aquests valors són importants i han de ser considerats per a una adequada protecció dels metalls presents enfront de la corrosió, com veurem als següents apartats.

 

4. Sistemes de separació de circuits segons la UNE EN 1717

L’aigua a l’interior dels circuits tancats de climatització no és lògicament apta per al seu consum i en funció del tractament de què disposi, pot incorporar productes que fins i tot siguin tòxics; per això és imprescindible que disposi d’un sistema de separació, segons la norma UNE-EN 1717, que eviti retorns d’aigua de l’interior del circuit a la xarxa de consum humà.

Aquesta exigència queda recollida en el Reial Decret 865/2003 per a la prevenció de la legionel·losi i és, per tant, d’obligat compliment en totes les instal·lacions afectades.

Aquest sistema de separació no s’ha de confondre amb una simple vàlvula anti-retorn, ja que l’esmentada norma especifica clarament que en circuits de calefacció en els quals hi hagi substàncies tòxiques o es desenvolupin microorganismes que puguin afectar la salut humana, s’han d’aplicar sistemes de doble paret amb una zona intermèdia (normalment d’aire o d’un fluid innocu) que separi el circuit de calefacció del d’aigua de consum humà.

Fig. 3: Separador de circuits Cillit MULTIMAT amb càmera intermèdia segons UNE-EN 1717

 

 

5. Prevenció dels processos de corrosió

En un circuit tancat, per a la correcció i prevenció eficaç dels processos de corrosió s’han de considerar els següents criteris:

  • Hermeticitat del circuit

        • Neteja dels circuits amb problemes en el seu funcionament

        • Instal·lació de desfangadors magnètics

  • Segellat de fuites

  • Protecció dels metalls mitjançant inhibidors de corrosió

  • Adició d’anticongelants

A continuació s’expliquen cadascun de los següents conceptes amb detall.

5.1. Hermeticitat del circuit

Un circuit tancat de calefacció ha de ser tan hermètic possible per evitar que hi hagi aportacions significatives d’aigua; a més en cap cas poden existir zones obertes per on pugui entrar constantment l’oxigen de l’aire.

L’entrada d’aigua d’aportació incorporaria oxigen que podria generar àrees amb diferent oxidació superficial i donar lloc a processos de corrosió, així com sals càlciques i magnèsiques que afavoririen l’acumulació d’incrustacions calcàries. Per tant, en un circuit tancat és molt important comprovar que no hi hagi aportacions significatives d’aigua i en cas contrari verificar el motiu i corregir-ho.

La millor manera de controlar l’aigua d’aportació és la instal·lació de comptadors d’aigua en els punts d’omplerta del circuit tancat. En general no són aconsellables els sistemes d’omplerta automàtica dels circuits tancats sense cap tipus de control, ja que davant qualsevol fuita s’incrementa l’aigua d’aportació i això és difícil de detectar. Haurien instal·lar-se pressòstats que donin senyal d’alarma en cas de pèrdues.

5.2. Neteja dels circuits amb problemes en el seu funcionament

En instal·lacions que ja estan en funcionament, en molts casos cal fer una neteja del circuit per eliminar els òxids i subproductes de corrosió que actuen com aïllants, obstrueixen el circuit i generen un consum addicional d’energia.

Per a la neteja s’utilitzen normalment productes desincrustants, complexants i / o dispersants, com ara el SoluTECH Limpieza. Aquest producte s’introdueix en el circuit i es deixa en el seu interior durant uns 15 dies mantenint totes les vàlvules de pas obertes perquè pugui exercir la seva funció en tota la instal·lació. Posteriorment es buida el circuit i s’esbandeix amb aigua fins a eliminar completament les restes del producte de neteja.

És important evitar la utilització d’àcids forts en el procés de neteja ja que poden provocar greus processos de corrosió.

5.3. Instal·lació de desfangadors magnètics


Si no es vol utilitzar productes de neteja és possible emprar sistemes de filtració que eliminen progressivament els òxids i llots presents. Després d’un temps d’actuació, i efectuar finalment un buidatge i una nova càrrega de circuit amb aigua d’aportació i un inhibidor de corrosió adequat, es pot assegurar la protecció del circuit enfront de la corrosió i les incrustacions. El desfangador sempre s’ha d’instal·lar preferentment en un punt baix del circuit, ja que per gravetat és on tendeixen a acumular-se els sediments i partícules que va arrossegant l’aigua.

Fig. 4: Desfangador magnètic Cillit AQAtherm

 

5.4. Segellat de fuites

En ocasions, poden aparèixer fuites en el circuit després d’haver realitzat la neteja. Això pot ser degut al fet que les impureses existents, com òxids, fangs o calç, tapaven el porus i en aplicar el producte de neteja aquesta brutícia es desencalla i s’elimina, donant lloc a l’aparició d’aquest porus. Cal tenir present, de tota manera, que en cap cas un producte adequat per a la neteja, com és el cas del SoluTECH Limpieza, és el causant de la fuita per ser massa agressiu.

Al contrari, l’aparició de fuites en un circuit és indicatiu de l’existència d’un procés de corrosió avançat. Per segellar les fuites aparegudes, la forma més senzilla és utilitzant un producte segellant com ara el SoluTECH Anti-fugas, que es tracta d’una silicona que polimeritza en calent en aquells punts on entri en contacte amb l’oxigen.

Fig.5: SoluTECH Limpieza y SoluTECH Anti-fugas

 

5.5. Protecció dels metalls mitjançant inhibidors de corrosió

Un cop realitzada l’operació de neteja, en circuits existents, o bé en el cas de circuits nous on no calgui efectuar-la, han de protegir-se els elements metàl·lics del circuit per evitar processos de corrosió mitjançant l’addició d’inhibidors de corrosió.

Aquest tractament preventiu es basa en afegir al circuit inhibidors de corrosió aniònics, catiònics, barreja de tots dos, així com productes filmants, els quals formen una capa protectora que bloqueja el procés de corrosió i evita, conseqüentment, la formació d’òxids i el despreniment de hidrogen. Un producte idoni, per exemple, és el SoluTECH Protección, per a circuits d’alta temperatura, o el SoluTECH Suelos Radiantes, per a circuits de baixa temperatura. La diferència entre tots dos és que el SoluTECH Suelos Radiantes conté un agent que evita la proliferació d’algues i microorganismes.

Fig.6: SoluTECH Protección y SoluTECH Suelos Radiantes

 

Habitualment, en tractar-se de circuits tancats sense renovació de l’aigua, els productes s’incorporen en manualment en el circuit. L’avantatge d’aquesta tècnica és la seva facilitat d’aplicació i la seva millor capacitat de protecció en el cas que, per qualsevol motiu, es produeixi una entrada d’oxigen en el circuit.

5.6. Adició d’anticongelants

En aquelles instal·lacions on pugui haver risc de gelades, cal utilitzar un producte anti-congelant dissenyat específicament per als circuits de climatització. En aquest sentit, el Glycol Sanit + és un producte anti-corrosiu i anti-incrustant, basat en monopropilenglicol que assegura una protecció fins -35ºC en una concentració al 50%.

Els avantatges d’utilitzar un anti-congelant basat en monopropilenglicol, com el Glycol Sanit +, en lloc d’utilitzar un basat en etilenglicol, són diverses. D’una banda, s’evita la corrosió de qualsevol tipus de metall, a més no és tòxic, i té una estabilitat enfront de la degradació a altes temperatures molt superior a la de l’etilenglicol, el que assegura la protecció del circuit al llarg del temps. D’altra banda, el Glycol Sanit + és compatible amb tota la gamma SoluTECH.

 

6. Conclusions

En els últims anys ha augmentat la instal·lació de calderes de condensació i bombes de calor. Aquests equips són molt eficients, però també són molt més delicats, per l’ús d’aliatges innovadores, com acer inoxidable o alumini-silici, per les seccions de pas estretes, per les seves reduïts volums d’aigua i per treballar a baixes temperatures, la qual cosa fomenta la proliferació bacteriana. Per tant, és indispensable tractar l’aigua d’aquests circuits per evitar l’aparició de problemes tan diversos com la corrosió, les incrustacions calcàries o la formació d’algues i fangs. La gamma SoluTECH és ideal per a aquesta comesa per les seves múltiples avantatges:

  • Nomenclatura senzilla, sense argot químic especialitzat.

  • Simple: gamma reduïda formada per 4 productes, fàcil aplicació, sense risc de sobredosificacions.

  • Compatible amb tots els materials, incloent acer inoxidable, coure, alumini, polímers, etc.

  • Producte ecològic, que pot ser enviat directament a desguàs sense esbandir ni neutralitzar prèviament.

 

Albert Blanco
Product Manager Producto Químico
BWT Ibérica, S.A.

Els comentaris estan tancats.