Meccanismo di corrosione del ferro

Meccanismo di corrosione del ferro

Breve cenno sul meccanismo di corrosione del ferro impianti termici.

Il fluido utilizzato negli impianti termici civili è, nella generalità dei casi, acqua.

Al di là di quella che è la classica formula chimica H2O,in natura si trova sempre una soluzione di vari sali e gas disciolti in acqua e da questi sorgono una serie di problemi per gli impianti termici, siano essi di riscaldamento ad acqua calda, ad acqua surriscaldata, a vapore a bassa pressione, o per la produzione di acqua calda sanitaria.

In linea generale, si possono identificare tre tipi di inconvenienti causati dall'acqua e dalle sostanze in essa disciolte agli impianti termici.

1. Corrosione.

Le cause principali di corrosione negli impianti sono l'ossigeno, l'anidride carbonica, le coppie golvaniche, i cloruri, seguite poi da molte altre che si riscontrano più raramente.

2. Incrostazioni.

Generalmente la concentrazione dei vari sali nell'acqua è molto lontana dal punto di saturazione, il che significa che, ove non avvengono concentrazioni, i sali presenti rimangono comunque in soluzione.

Questi sali, per riscaldamento, danno luogo alla formazione di composti insolubili i quali, depositandosi nel tempo nei punti più caldi degli impianti, formano incrostazioni dure che determinano un'azione isolante termica.

Per effetto delle incrostazioni diminuisce naturalmente lo scambio di calore, con conseguente spreco di combustibile.

Contemporaneamente, il ridotto scambio termico surriscalda il focolare ed i punti più critici del generatore i quali, non essendo più adeguatamente raffreddati dall'acqua, subiscono deterioramenti rapidi e rotture.

2.1 Incrostazioni durezza.

Il fenomeno della deposizione dei sali incrostanti assume aspetti diversi in funzione della temperatura cui viene portata l'acqua, infatti, si distinguono due forme di durezza:

- la durezza temporanea, dovuta a sali che spesso cominciano a precipitare già a temperatura ambiente e che comunque a 100°C precipitano completamente, e,

- la durezza permanente, dovuta a sali che precipitano al di sopra dei 100°C.

Le somme delle due durezze costituisce la durezza totale o carbonatica, sono sostanzialmente i carbonati e bicarbonati di calcio e magnesio, quelli costituenti la durezza permanente sono i solfati e cloruri di calcio e magnesio ed i silicati.

3. Depositi fangosi.

Le sostanze solide di vario genere presenti nell'acqua nonché quelle disciolte quali ferro, il manganese ecc..., possono dare luogo alla formazione di fanghi.

Questi fanghi che si concentrano nel tempo sul fondo del generatore possono andare ad imbrattare i dispositivi di sicurezza e di regolazione nonché gli organi meccanici (pompe,valvole ecc..), diminuendo l'efficacia e provocando, di conseguenza, rotture e guasti.

Corrosione nel dettaglio.

Corrosione interne per ossigeno.

Negli impianti termici i processi di corrosione all'interno delle tubazioni sono tipicamente governati dalla quantità di ossigeno che entra nell'impianto.

Generalmente la riduzione dell'ossigeno è la forza trainante delle reazioni di dissoluzione dei metalli.

Se si può impedire la presenza di ossigeno disciolto nell'acqua, la velocità di corrosione sarà ridotta al minimo, fino al punto da non dare luogo a danni da corrosione, inoltre, l'azione corrosiva è tanto maggiore quanto è maggiore la temperatura.

L'ossigeno può penetrare nel sistema in modi diversi:

1. come ossigeno disciolto nell'acqua di riempimento e di ogni reintegro;

2. dall'atmosfera nel caso di depressione ( per esempio, attraverso guarnizioni, flange, o dagli sfiati automatici posti su tratti in depressione rispetto alla prevalenza delle pompe);

3. dall'atmosfera per diffusione attraverso materiali organici, per esempio da tubi di plastica senza barriera o dalle membrane di gomma dei vasi di espansione;

4. da sacche d'aria rimaste nel sistema dopo ricariche per manutenzione e o riparazione.

La corrosione diventa trascurabile dopo che si sia consumato l'ossigeno inizialmente presente nell'acqua di riempimento, purché l'acqua non sia rinnovata e non sia possibile alcun ingresso d'aria.

La principale preoccupazione con un sistema chiuso è perciò quella di mantenere la tenuta all'acqua e all'aria.

Velocità di corrosione.

La velocità di corrosione rappresenta il consumo di un materiale che da un determinato spessore originale si assottiglia più o meno rapidamente e viene espressa come spazio percorso nell'unità di tempo, ad esempio in mm/anno.

Se invece si vuole mettere in risalto la quantità di materiale perduto in rapporto alla superficie esposta, l'unità di misura adottata consiste in un peso su una superficie nell'unità di tempo ad esempio kg/anno, in questo caso alla velocità di corrosione in mm/anno si risale attraverso la formula:

dove W è la perdita di peso (g), S è la superficie del provino (cm2), h è la durata della prova (ore), d è la densità del materiale (g/cm3), k=87600 sono le ore annue, Vc è la velocità di corrosione in mm/anno.

Corrosione interne per erosione.

L'aumento locale della concentrazione dei prodotti di corrosione costituisce in genere un fattore di autolimitazione di molti processi corrosivi.

Questo meccanismo può tuttavia essere neutralizzato dalla presenza di un flusso che rimuove con continuità i prodotti della corrosione. In casi limite è anche possibile l'erosione della superficie metallica e del film passivante che su di essa progressivamente si forma. inoltre, la presenza nel fluido corrosivo di particelle solide rende l'azione erosiva molto efficace.

Questa forma di corrosione non rappresenta un meccanismo elettrochimico ma solo dei fenomeni meccanici che comportano e favoriscono comunque la corrosione del metallo.

Un metodo efficace per ridurre le corrosioni da erosione è quello di diminuire la velocità dell'acqua e di decantare e filtrare le particelle solide presenti nell'impianto.

Corrosione localizzate galvaniche.

La corrosione galvanica ha luogo quando, similmente a ciò che avviene in una batteria, due metalli diversi sono a contatto in presenza di una soluzione elettrolitica contenente sali disciolti, come è in pratica l'acqua dell'impianto. In questo caso il metallo meno nobile (Ferro,Zinco,Alluminio), ovvero più elettronegativo, funge da anodo e perde elettroni, (e quindi perde massa) corrodendosi, mentre il metallo più elettropositivo (per esempio rame, ottone, acciaio inox) funge da catodo ed acquista elettroni, ovvero acquista massa.

Per tale motivo dovrà essere il più possibile evitato l'impiego di materiali tra loro lontani nella serie galvanica d'interesse, interponendo eventualmente materiali isolati o metalli galvanicamente compatibili.

Nel processo di corrosione per contatto, in qualche caso può verificarsi un'inversione di polarità della coppia per cui il materiale inizialmente si comporta da catodo e viceversa.

Un altro aspetto su cui è necessario riportare l'attenzione è dato dal fatto che statisticamente le forme di corrosione che hanno di gran lunga maggiori probabilità di causare danni sono proprio di tipo localizzato.

Il danneggiamento localizzato infatti attiva aree anodiche generalmente molto circoscritte, attorno conseguendo densità di corrente elevate, ed essendo la velocità di corrosione proporzionale alla densità di corrente, il consumo di materiale si manifesta non più superficialmente, bensì creando crateri che raggiungono in profondità il metallo.

Per. Gabriele Uberti