Nei degasatori termici i gas disciolti nell’acqua, ed in particolare l’ossigeno e l’anidride carbonica libera, vengono estratti dall’acqua di alimento della caldaia. Sebbene i degasatori siano in linea di massima degli apparecchi molto semplici, il processo di degasazione è meno immediato di quanto si possa credere. Spesso non viene prestata alcuna attenzione ai degasatori di cui si sa soltanto che si trovano da qualche parte in alto nella sala caldaie, o nelle immediate vicinanze, e che “fumano per conto proprio”. Non stupisce quindi che gran parte dei degasatori termici in esercizio funzionino in modo non corretto e riescano solo in parte ad assolvere il proprio compito.

Dal punto di vista fisico la degasazione si basa sull’indissolubilità dei gas non condensabili nell’acqua in ebollizione. Nei degasatori a scorrimento a bassa pressione è oggi comune una temperatura di circa 104 / 105 °C ed una pressione di esercizio di circa 0,2 bar. Il diagramma di fig. 1 mostra il contenuto di ossigeno sciolto nell’acqua in funzione della sua temperatura.

Si può vedere che alla temperatura di ebollizione di circa 105°C stabilita per la pressione di esercizio di 0,2 bar ci troviamo in una zona in cui nell’acqua non è più contenuto ossigeno. I degasatori a scorrimento si chiamano così perché l’acqua, introdotta nel duomo del degasatore, scorre verso il basso su lamiere di scorrimento disposte in modo da creare una cascata. Con questo accorgimento l’acqua si distribuisce su un’ampia superficie, si fraziona e si rimescola. L’ampia superficie consente il rapido riscaldamento dell’acqua fino alla temperatura prevista grazie all’iniezione di vapore che scorre verso l’alto. Contemporaneamente i gas disciolti nell’acqua vengono espulsi e trascinati all’esterno insieme al vapore di degasazione attraverso una strozzatura creata sulla tubazione di uscita della fumana, spesso denominata anche tubazione dei vapori. Grazie a questa procedura si ottiene un contenuto residuo di ossigeno trasportato nei circuiti tecnici molto basso ed inferiore a 0,02 mg/l.
Il raggiungimento dello scopo voluto è tuttavia possibile solo se il vapore che sale verso l’alto riesce a portare la temperatura dell’acqua almeno a 104°C, poiché solo a quella temperatura i gas sciolti nell’acqua vengono da essa completamente eliminati. Allo stesso tempo il vapore deve trascinare i gas espulsi e convogliarli all’esterno attraverso la tubazione della fumana, e per questo è necessario mantenere il pennacchio di vapore in uscita.
Si verifica quindi una degasazione efficace solo se, anche proprio durante l’alimentazione dell’acqua nel duomo del degasatore, dalla tubazione della fumana fuoriesce una miscela di vapore e gas.
L’esperienza mostra tuttavia che lo sfiato della miscela di vapore e gas dalla tubazione della fumana avviene spesso a intermittenza. La corrente di vapore si esaurisce spesso all’improvviso e riprende solo dopo diversi minuti. Il motivo di questo va ricercato nell’errato dimensionamento delle pompe della condensa, o nell’inadeguato sistema di regolazione e/o nell’errata disposizione delle tubazioni dell’acqua.

In degasatori così funzionanti non può aver luogo una degasazione efficace ed accettabile. L’acqua probabilmente si riscalda solo parzialmente e non si degasa.

La fig. 2 mostra la tipica struttura degli attuali impianti di ricupero delle condense e la consueta disposizione dei degasatori. Già da qui si possono intuire i problemi che verosimilmente si presenteranno durante l’esercizio. La condensa proveniente dall’impianto vapore viene convogliata in un sistema di raccolta da cui viene pompata nel degasatore. L’acqua di reintegro, normalmente fredda, viene anch’essa convogliata nel duomo del degasatore a mezzo del sistema di regolazione del livello dell’acqua con elettrovalvola. Un problema è generato dalle perdite di energia indotte dal vapore di flashing che fuoriesce all’aperto dal recipiente di raccolta della condensa. Le perdite di vapore di rievaporazione possono essere valutate, a seconda della pressione d’esercizio nel processo, in un ordine di grandezza variabile tra il 5 ed il 15% della quantità di vapore prodotto in caldaia. Questo vapore di flashing può essere vantaggiosamente utilizzato nel degasatore adottando una disposizione come nella fig. 3.

La condensa proveniente dall’impianto vapore viene convogliata al recipiente di raccolta non direttamente, bensì tramite un apposito espansore denominato rievaporatore. Il vapore di flashing così recuperato e separato dalla condensa viene convogliato nel duomo del degasatore con una pressione di 0,2 / 0,3 bar e ivi utilizzato per la degasazione. In questo modo si migliora per lo meno il bilancio energetico, se non pure il funzionamento del degasatore. Per ottenere un ulteriore miglioramento funzionale del degasatore è necessario tenere presente ed esaminare il modo di operare della pompa della condensa. Nella pratica queste pompe sono spesso considerevolmente sovradimensionate e ne deriva che, a pompa funzionante, nel degasatore e sui piatti di scorrimento viene convogliata una quantità d’acqua eccessiva e il vapore non è quindi più in grado di scorrere verso l’alto contro l’onda di piena dell’acqua e di riscaldarla alla temperatura prevista.

I gas disciolti nell’acqua non possono così essere espulsi e tanto meno convogliati all’esterno; avviene invece che l’acqua più fredda faccia condensare il vapore contenuto nel sottostante serbatoio di raccolta; si produce quindi una depressione con il risultato che in esso viene aspirato, attraverso il gruppo rompivuoto, dell’altro ossigeno atmosferico dall’esterno.

L’obiettivo della degasazione totale non viene così raggiunto; si può tutt’al più sperare che, grazie al dispositivo di riscaldamento interno del serbatoio, l’acqua di alimento venga mantenuta a una temperatura sufficientemente vicina ai 100°C e che abbia quindi luogo per lo meno una degasazione parziale, anche se pur insoddisfacente. Sarà quindi logico studiare meglio il dimensionamento della pompa già in fase di progetto. Qualsiasi pompa può funzionare solo lungo la propria curva caratteristica. Tale curva indica quanta acqua una pompa riesce a convogliare in funzione della prevalenza erogata e richiesta dal circuito.

Una curva caratteristica tipica di una pompa condensa è quella mostrata dalla fig. 4; riferendoci a questo diagramma illustreremo un esempio di dimensionamento delle pompe della condensa. Si assume come dato di partenza un degasatore con potenza sufficiente a trattare 2 m3 /h d’acqua e lo si suppone installato a un’altezza di 10 m sopra il livello del sistema di raccolta della condensa. Il dislivello geodetico misura quindi 10 m di colonna d’acqua. A ciò si aggiungono una sovrapressione di esercizio nel degasatore di 0,2 bar corrispondenti a 2 m di c.a. così come una piccola caduta di pressione per attrito dovuta alle resistenze della tubazione. Si produce così una prevalenza tra 12 e 13 m di c.a.

In base alla curva caratteristica, a questa prevalenza la pompa eroga non solo i 2 m2/h previsti per il degasatore, bensì circa 6 m3/h ed è quindi eccessivamente sovradimensionata. Infatti è a questa portata che la curva caratteristica della rete delle tubazioni, che è sempre configurata come una parabola, interseca la curva della pompa. Affinché la portata della pompa stessa possa essere adeguata ai 2 m3/h desiderati, bisogna innalzare la curva caratteristica della tubazione. Ciò può essere facilmente ottenuto, collegando in serie alla pompa e sul lato di uscita una valvola di parzializzazione. Naturalmente, per controllarne la taratura, bisognerebbe inoltre installare un manometro. In base alla curva caratteristica della pompa il manometro deve indicare nel nostro esempio circa 19 m di colonna d’acqua (o 1,9 bar) affinché la pompa convogli 2 m3/h .

Si osservi inoltre che una pompa condense operante nella fascia più avanzata della curva caratteristica è sempre esposta ad un elevato pericolo di cavitazione, dato che la pressione sul lato d’aspirazione scende con l’aumentare della portata. Quando la pressione sul lato d’aspirazione cala al punto che la rispettiva temperatura di evaporazione scende sotto quella effettiva rilevabile all’ingresso della pompa, la condensa evapora nel tronchetto d’aspirazione. La pompa ha quindi problemi di funzionamento e in brevissimo tempo si guasta in quanto funziona nell’area di cavitazione. La presenza nel tronchetto d’aspirazione di rumori simili al lancio di ghiaietto è un indice sicuro di queste condizioni di lavoro. I danni da cavitazione sono facilmente riconoscibili e non rientrano nell’obbligo di garanzia del costruttore.
A tale proposito bisogna fare attenzione anche all’efficienza e all’ermeticità della valvola di non ritorno installata in serie alla pompa. Se questa non è a tenuta, a pompa ferma, l’acqua ad alta temperatura ed in pressione nel degasatore può penetrare nel corpo pompa e creare vapore di flash; la pompa può di conseguenza funzionare “a secco” e subire in breve tempo seri danni. Sul lato d’uscita delle pompe della condensa dovrebbero perciò essere montate preferibilmente delle valvole di non ritorno possibilmente a disco con molla di richiamo e di ottima qualità, con tenuta non metallica ed adatta allo scopo.

Le altre problematiche che ostacolano l’efficienza di degasazione dell’acqua di alimento di una caldaia verranno affrontate nel nostro prossimo articolo.

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