Romantica termoidraulica: durezza e dolcezza dell'acqua

Le sostanze disciolte nell'acqua, quando entrano o si formano in caldaia, non si comportano tutte nella medesima maniera. Queste infatti producono effetti differenti a seconda dei casi.

In linea di massima esiste una duplice divisione:

1. Gruppo di sostanze incrostanti:
    carbonato di calcio;
    carbonato di magnesio

2. Gruppo di sostanze non incrostanti:
    carbonato di sodio
    solfato di sodio
    cloruro di sodio

Perchè alcune sostanze fanno male alla caldaia e altre no?

Quando l'acqua entra nella caldaia, per effetto della temperatura (quando è superiore ai 50°C) le sostanze del primo gruppo precipitano e creano le incrostazioni mentre le sostanze del secondo gruppo restano in sospensione e non apportano problemi eccessivi.

Che cosa è la durezza dell'acqua ?

E' la quantità espressa in milligrammi di sali contenuti in 1 litro d'acqua.
Si considerano acqua dure o crude quelle che possiedono grandi quantità di sali di calcio e magnesio, ovvero sali del primo gruppo. Al contrario, si definiscono acque dolci quelle che contengono una quantità limitata di sali.

Qual è la conseguenza di un'acqua troppo dura?

Ci accorgiamo di un'acqua eccessivamente dura quando lascia dei depositi sulla pentola con cui stiamo cucinando. Un'acqua dura crea delle difficoltà nella cottura degli alimenti oltre a sciogliere male il sapone della lavatrice e lavastoviglie e danneggiare le nostre caldaie di casa, a seguito del deposito di fanghi e alla formazione di incrostazioni.

Come viene misurata la durezza dell'acqua?

In Italia si è soliti misurare questo parametro in gradi idrometrici francesi, valutando la durezza che si avrebbe se tutti i sali contenuti fossero carbonato di calcio. Naturalmente a formare la durezza complessiva i vari sali concorrono secondo la loro quantità e il loro apporto alla durezza stessa.

A cosa corrisponde un grado di durezza ?

Ogni 10 milligrammi di sali contenuti in 1 litro d'acqua costituiscono 1 grado francese di durezza. Questa unità di misura è indicata con 1 ° F.
Se ad esempio in 1 litro di acqua si misurano 640 milligrammi di sali, si può stabilire che quella soluzione abbia una durezza di 64 °F.

Nel seguente elenco sono indicati, in milligrammi per litro (mg / l), le quantità delle diverse sostanze che danno una durezza pari a un grado francese.

Carbonato di cacio                   10 mg / l
Bicarbonato di calcio            16,2 mg / l
Solfato di calcio                    13,6 mg / l
Ossido di calcio                       5,6 mg / l
Carbonato di magnesio           8,4 mg / l
Bicarbonato di magnesio       14,6 mg / l
Solfato di magnesio               12   mg / l

In linea puramente teorica, se un'acqua avesse questi sali nelle medesime quantità indicate sopra avrebbe ben 7 gradi di durezza.

Qual è la differenza tra durezza totale, durezza temporanea (o carbonatica) e durezza permanente?

Se facciamo bollire per un tot di tempo una determinata quantità d'acqua dura, si noterà come una parte delle sostanze che erano in soluzione si separerà portandosi sul fondo del recipiente o restando in sospensione. Se si determina la durezza dell'acqua greggia, prima della fase di ebollizione, la si fa bollire, la si filtra, si riporta il volume a quello primitivo con acqua distillata e si determina nuovamente la durezza, si noterà come questa seconda durezza sia generalmente inferiore .
La differenza è quella che corrisponde ai bicarbonati che con il riscaldamento hanno cessato di rimanere in soluzione, essendosi trasformati in carbonati insolubili.
La durezza che è rimasta dopo l'ebollizione si definisce permanente e la differenza fra la durezza totale e la durezza permanente dà la durezza temporanea.

Riassumendo abbiamo:

1. una durezza totale che è quella che presenta l'acqua greggia;
2. una durezza permanente (o acarbonica) che è quella che l'acqua conserva anche dopo l'ebollizione;
3. una durezza temporanea (o carbonatica) che è la differenza fra le prime due.

Esistono solo i gradi idrometrici francesi o esistono anche altre unità di misurà della durezza?

Esistono anche i gradi tedeschi e quelli inglesi. Attraverso questa semplice tabella è possibile creare una equivalenza tra queste unità differenti.

Mentre i francesi corrispondono a 10 mg di carbonato di calcio per litro, i gradi idrometrici tedeschi corrispondono a 10 mg per litro di ossido di calcio, mentre quelli inglesi a un grano di carbonato di calcio per ogni gallone d'acqua, pari a 10 mg / l di ossido di calcio in 700 grammi di acqua.
Anche se in Italia non utilizziamo i gradi inglesi e tedeschi, si nota come sta prendendo sempre più piede l'utilizzo americano delle parti per milione (p.p.m.) di carbonato di calcio. Il grado francese corrisponde a 10 p.p.m. di questo sale.

Che cosa di intende per addolcimento dell'acqua ?

Esistono alcune resine sintetiche, dette zeoliti, che possono assorbire i sali costituenti il gruppo incrostante, trasformandoli in sali di sodio che non sono incrostanti. Quando però è passata molta acqua grezza e le resine si sono saturate, bisognerà prima liberarle da questi sali prima di prepararle ad una nuova operazione.

A cosa serve addolcire l'acqua?

I trattamenti per l'addolcimento servono per depurare l'acqua e ridurre la possibilità che si verifichino alcune spiacevoli conseguenze come:

• la formazione e l'accumulo di fanghi e incrostazioni
• fenomeni corrosivi
• trascinamenti d'acqua, di sali e schiume insieme con il vapole
• fragilità caustica.

Cosa si intende per addolcimento interno o esterno?

L'addolcimento interno è quello in cui le sostanze depuranti sono inviate ad agire deirettamente in caldaia. Invece si dicono esterni quelli fatti in appositi apparecchi, indipendenti dalla caldaia, detti depuratori. In caso di impianti domestici si renderà necessario, il più delle volte, un addolcitore per uso esterno, perchè nei trattamenti interni le sostanze incrostanti disciolte nell'acqua e trasformate in fango si depositano nell'interno delle caldaie e la loro eliminazione mediante gli spurghi è spesso insufficiente.
I trattamenti esterni di addolcimento i di completa demineralizzazione sono i seguenti:

1) addolcimento per via chimica a caldo o a freddo;
2) addolcimento a scambio di basi;
c) demineralizzazione totale;
d) distillazione termica

Come avviene la rigenerazione delle resine ?

Le si fa attraversare da cloruro di sodio o anche da semplice sale usato in cucina (sigla NACL), in modo tale da offrire il giusto contributo di sodio alla resina. Si ricorda come il cloruro di sodio si prende il carbonato di calcio, formando cloruro di calcio (perfettamente solubile nell'acqua) ed è espulso con l'acqua di lavaggio.

Caratteristiche di funzionamento di alcuni addolcitori

* Con perdita di carico di circa 8 m.c.a.

Ipotizziamo una situazione concreta e i relativi calcoli per stimare quale addolcitore servirà a seconda del caso :

12 appartamenti.
Durezza acqua : 35 ° F

Se consideriamo la presenza media di 3 persone per ciascun appartamento con un consumo di acqua ad personam di 200 litri giornalieri, si calcolerà :

12 * 3 * 200 = 7200 m3 /giorno
7,2 * 35 ° F = 252 m3 / ° F

Si dovrà optare per un addolcitore con 63 litri di resina e una capacità ciclica da 240 a 430 m3 / °F.

L'acqua piovana è pura? Fa bene alle nostre caldaie?

Non è proprio così. E' vero che le acque provenienti dall'atmosfera in linea di principio dovrebbero essere composte solo da idrogeno e ossigeno combinati chimicamente (H2O), ma già nel cadere dalle nuvole verso la terra sono state oggetto di inquinamento, a causa dell'ossigeno dell'aria. Questa peculiarità impedisce all'acqua di essere completamente pura e di conseguenza la rende dannosa per le caldaie, a causa delle sue impurità.

Qual è la differenza tra acqua di superficie e di profondità ?

L'acqua di superficie scorre nei fiumi e nei torrenti e viene attinta con appositi canali e portata negli stabilimenti che ne hanno necessità. L'acqua di profondità invece è estratta direttamente da pozzi, mediante delle pompe.
Questi 2 tipi di acque differiscono leggermente fra loro , visto che quella di superficie conterrà un numero inferiore di sali disciolti, ma essendo direttamente soggetta agli agenti atmosferici è spesso torbida. Questo tipo di acqua sarà molto più aereata rispetto quella di profondità, perchè conterrà un grande quantitativo di ossigeno.
Al contrario, l'acqua che sta più in profondità, passando attraverso il sottosuolo, entra in contatto con strati porosi di roccia e di sabbia e appare solitamente più limpida, anche se presenta una quantità maggiore di sali disciolti al suo interno.