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La prevenzione e il controllo dello sporcamento (fouling) delle superfici di scambio termico

La prevenzione e il controllo dello sporcamento (fouling) delle superfici di scambio termico

di Manola Meini


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  • Tipologia: Tesi di Laurea di primo livello
  • Anno accademico: 2008/2009
  • Relatore: Esmeralda Tuccimei
  • Relatore: Esmeralda Tuccimei
  • Università: Università Telematica Guglielmo Marconi
  • Facoltà: Scienze e Tecnologie
  • Corso: Ingegneria industriale
  • Cattedra: Fisica tecnica industriale
  • Lingua: Italiano
  • Formato: PDF
  • Protezione: Adobe DRM (richiede software gratuito Adobe Digital Edition)
Per sporcamento o "fouling” si intende l'accumulo non voluto di materiale su una superficie solida, che avviene molto spesso in ambiente acquoso. Il materiale può essere costituito da organismi viventi (biofouling) oppure da sostanze organiche e inorganiche. A seconda delle situazioni, il fenomeno viene spesso identificato con termini quali residuo, incrostazione, deposito, scaglia, sedimento. I fenomeni di fouling sono tra loro assimilabili pur nella loro diversità e si manifestano in svariate situazioni, dalle incrostazioni sugli scafi delle barche alle superfici naturali nell'ambiente marino, dallo sporcamento delle superfici di scambio termico dei componenti industriali, come le torri di raffreddamento e gli scambiatori di calore, fino alla formazione di depositi sui pannelli solari su Marte. In quasi tutti i processi, i fluidi utilizzati comportano nel tempo, anche breve, un effetto di fouling sulle superfici di scambio termico. Il materiale che viene così a depositarsi, normalmente avente bassa conducibilità termica, comporta una netta diminuzione del coefficiente globale di scambio termico. Nella fattispecie la trattazione è dedicata al fouling che si sviluppa dal "lato acqua” nei sistemi industriali di scambio termico, benché le teorie possano essere comunque generalmente applicabili anche ad altre varietà di fouling. Il contesto preso in considerazione è stato, appunto, quello dei processi industriali, nei quali il calore è generato da una sorgente, solitamente una caldaia o un forno; viene trasferito a un processo, nel quale avvengono cambiamenti chimici o fisici nel prodotto; infine, viene ceduto a un sistema di raffreddamento ad acqua o ad aria. La superficie di scambio termico rappresenta, pertanto, il confine tra il prodotto e la fonte di calore o il raffreddamento e il fouling può avvenire su ciascun lato della superficie. Quindi, come si può facilmente immaginare, è un fenomeno largamente diffuso ma l'atteggiamento maggiormente riscontrato nei confronti del fenomeno è quello di considerarlo come una conseguenza inevitabile. Anziché prendere in considerazione le possibili soluzioni preventive, in molti casi il problema del fouling viene visto più come una situazione a cui far fronte e reagire quando si manifesta. In altri casi, invece, viene scelto di sopperire all'insufficiente scambio termico causato dal fouling prevedendo delle apparecchiature aggiuntive o sovradimensionate per evitare fermate d'impianto. Vista, pertanto, l'influenza del fouling sull'efficienza di scambio termico e l'importanza delle conseguenze in termini energetici, economici e ambientali, il lavoro si è proposto di: effettuare una panoramica sul fenomeno cercando di coglierne i vari aspetti e implicazioni; esaminare nel dettaglio le caratteristiche chimico-fisiche dell'acqua, in quanto fluido termovettore ampiamente diffuso, per poter prevenire o tenere sotto controllo i possibili fenomeni di fouling derivanti dal suo impiego; analizzare il fenomeno di sporcamento definendone le varie tipologie, i meccanismi di formazione, i modelli matematici che ne possono rappresentare la progressione nel tempo; illustrare le tecniche che rappresentano lo stato dell'arte nella prevenzione e controllo del fenomeno; menzionare una serie di norme inerenti la prevenzione e controllo del fouling e della corrosione dei circuiti di raffreddamento, di riscaldamento, dei generatori di vapore, ecc.; valutare l'influenza del fouling sull'efficienza dello scambio termico in termini energetici, economici e ambientali.