تاثیر رسوب آب در سیستم‌های گرمایشی و سرمایشی

تاثیر رسوب آب

تشکیل رسوب آب در سازه‌های گرمایشی و سرمایشی از جمله مواردی است که در موضوع هدرفت انرژی تاثیرگذار و مورد توجه است. اما مهمترین اثر منفی رسوب علاوه بر اثرات مخرب ذکر شده، تاثیر غیر مستقیم رسوب آب در افزایش مصرف انرژی است این تاثیر چه در مرحله گرمایش و سرمایش در تجهزات مرکزی و چه در مرحله انتقال در سیستم لوله کشی و آب رسانی و چه در نقاط نهایی به وضوح قابل بررسی است.

آب همواره دارای یون های محلول است، اساس تشکیل رسوب آب، ترکیب مهمترین کاتیون های آب کلسیم و منیزیم و انیون های سولفات وکربنات کلسیم و منیزیم بوده که در هر دمایی امکان پذیر است. اما با افزایش دما و جنبش مولکولی سرعت تشکیل ترکیبات افزایش می یابد.

رسوب لایه اول ترکیبات در جداره سازه های گرمایشی و سرمایشی به عنوان پایه و بستری برای رسوب گذاری می شود و به مرور ضخامت افزایش می‌یابد. تراکم رسوب در لایه های جدیدتر کمتر و در بستر، بالاتر است. تشکیل رسوب موجب گرفتگی لوله ها و رادیاتورها شده علاوه بر کاهش دبی عبور آب سطح حرارتی یا سرمایشی را خواهد کاست و موجب فشار بر پمپ های سیر کولاسیون می شود.

رسوب بستری رافراهم می آورد تا اکسیژن و آهن در شرایط اسیدی مجاور لایه رسوب ترکیب و اکسید آهن تشکیل دهند که بصورت زنگ آهن نمودار می‌شود و با تشدید رسوب گذاری در زیر رسوب موجبات خوردگی سازه های فولادی را فراهم آورد. در لوله‌ها کوره‌ها و دیگ های محتوی آب که در معرض حرارت مستقیم قرار دارند به علت اختلاف در ضریب انبساط حرارتی، رسوب و فلز در معرض حرارت تک های ریزی در رسوبات ایجاد می شود.

آب در این ترک ها و شکاف ها به ناگهان با فلز گداخته تماس پیدا می کند که باعث ایجاد گاز هیدروژن و اکسیژن می شود و احتمال انفجار را افزایش می دهد. علاوه بر آن در حضور اکسیژن و هیدروژن زنگ زدن تشدید می شود که در نهایت عمر مفید سازه های فولادی را خواهد کاست.

رسوب ترکیبات کلسیم منیزیم و سیلیس، ضخیم شده و با تشکیل لایه های قطور بر سطوح در معرض آب نوعی عایق حرارتی ایجاد می کند و ضریب انتقال حرارتی ایجاد می کند. ضریب انتقال حرارتی رسوب به طور چشم گیری کمتر از فلزات است. در تجهیزات سرمایشی و گرمایشی تبادل حرارت بین آب و فلز سازه صورت می گیرد در مواردی نظیر دیگ‌های آب داغ، دیگ بخار و آبگرمکن خانگی جهت حرارت از فلز به آب است و مواردی نظیر رادیاتورها و سیستم های گولینگ تاور خنک کننده ها انتقال سرمایش یا گرمایش از آب به فلز است.

تشکیل رسوب کلسیم و منیزیم لایه ای میانه ای بین فلز و آب ایجاد می کند عملا هدایت حرارتی این لایه پایین تر از فلز و آب است و نقش عایق را بازی خواهد کرد.

هر نوع انتقال حرارت در هر دو جهت منوط به گذر از لایه رسوب است. مشخصا حرارت این لایه برای انتقال حرارت مشابه بین فلز و آب باید از سطح حرارتی اولیه به طور متناسبی بالاتر باشد تا با در نظر گرفتن ضریب نفوذ حرارت از رسوب سطح حرارتی مشابه وضعیت بدون رسوبات باشد هر چه ضخامت رسوب افزایش یابد (افزایش انتقال حرارت در طرف انتقال دهنده) حرارت ضروری است، به این ترتیب برای حفظ سطح حرارتی مطلوب آب، شدت گرم شدن فلز بدنه دیگ آب داغ بیشتر و دمای فلز بالاتر رود همین مساله موجب کاهش عمر مفید دیگ آب داغ خواهد شد.

برای رساندن دمای آب به همان دمای مشابه قبل از رسوب گذاری، باید زمان گرما دهی به دیگ با حفظ مواد سوختی افزایش یابد در غیر این صورت ناگزیر از افزایش دبی مواد سوختی با همان زمان گرمادهی است. در هر دو صورت با ایجاد رسوب برای حفظ وضعیت حرارتی مصرف انرژی افزایش خواهد یافت.

در تجهیزاتی نظیر دیگ های آب داغ، دیگ بخار و به طور کلی تجهیزاتی جهت گرمایش از فلز به آب است. حفظ دمای آب با افزایش حرارت یا زمان گرمادهی فلز بدنه دیگ امکان پذیر است در واقع دیگ آب داغ در حالت وجود رسوب، داغ تر از وضعیت بدون رسوب است.

این مساله وقتی بغرنج تر خواهد شد که وضعیت انتقال حرارت از آب به فلز بررسی شود، با ایجاد رسوب به عنوان عایق حرارت برای حفظ وضعیت حرارتی در فلز به عنوان مقصد ناگزیر از افزایش دمای آب است اما برخلاف وضعیت انتقال فلز به آب محدودیت در بالا رفتن سقف حرارتی آب وجود دارد که ناشی از خواص فیزیکی و نقطه جوش آب است.

این حالت در رادیاتورهای خانگی، صنعتی و نیز سیستم‌های خنک کننده کولینگ تاور و چیلرها قابل رویت است. محدودیت دمایی آب باعث می شود دامنه حرارتی آب حفظ شود و در عین حال به علت نقش رسوب ضریب نفوذ حرارتی از آب به فلز رادیاتور کاهش یابد در نتیجه علیرغم حفظ وضعیت دمایی آب راندمان کل سیستم پایین خواهد آمد.

این وضعیت با افزایش ضخامت رسوب تشدید می شود، در این حالت افزایش مصرف سوخت زمانی صورت می گیرد که فضای بیرونی سیستم معمولاً مجهز به ترموستات حرارتی است. در صورت عدم رسیدن سیستم به نقطه تعریف شده به طور خودکار زمان کاری سیستم گرمایشی یا سرمایشی افزایش می یابد و این امر مستلزم افزایش مصرف سوخت خواهد بود.

افزایش رسوب باعث افزایش گرم شدن آب می شود در نتیجه در مواردی نظیر آبگرمکن و شوفاژ دیواری علاوه بر مصرف افزایش مصرف انرژی مقادیر قابل توجهی آب سرد هدر خواهد رفت به علاوه با ایجاد رسوب در تاسیسات حرارتی سرمایشی نوعی افت فشار ایجاد می شود و به منظور حفظ وضعیت اولیه که در حالت بدون رسوب تعریف شده است.

فشار مضاعفی بر سیستم های تغذیه و تامین کننده، نظیر پمپ های تغذیه و پمپ های سرکولاسیون فن های خنک کننده سیستم و کمپرسورهای برودتی وارد می شود و زمان بیشتری در وضعیت در حال کار می گیرند. این مساله باعث افزایش مصرف انرژی برق و نتیجه آن سوخت خواهد شد و به علاوه هزینه استهلاک آن ها قابل تامل است اما هزینه تحمیلی قابل توجه هزینه های تعمیر و نگهداری تاسیسات آب دیده با رسوب است یا این اثرات نظیر خوردگی و زنگ زدگی مستقیم هستند یا اثرات گرفتگی لوله‌ها است.

با مقالات جامع و معتبر تهویه مطبوع لوگرانو همراه باشید:

  1. چیلر
  2. داکت اسپلیت
  3. فن کویل
  4. سیستم VRF
  5. دستگاه هواساز
  6. کولر گازی

در بعضی شرایط به علت عدم دسترسی به سطح تبادل حرارتی امکان رسوب زدایی وجود ندارد و ناگزیر از تعویض سطح حرارتی است به همه موارد مذکور می یابد هزینه انرژی و زمان رسوب زدایی را اضا فه کرد. برای جلوگیری از تشکیل رسوب و رفع رسوبات تشکیل شده ناگزیر به استفاده از روش های تیمار شیمیایی هستیم.

تاثیر تجمع میکروارگانیسم ها در تاسیسات شهری وصنعتی قابل تامل است. پژوهش های جدید رابطه میکرواگانیسم ها با بعضی ترکیبات رسوب نظیر منیزیم را تائید کرده است و تاثیرات مخرب میکروارگانیسم ها در تاسیسات به تنهایی یکی از بزرگترین معضلات صنایع است.

راهکارهای کاهش اثرات منفی رسوب

بهترین راه حذف یا کاهش تاثیرات منفی رسوب آب در تاسیسات همان ممانعت از تشکیل رسوب یا حذف و پاک سازی سطوح حرارتی از رسوب است. روش های مختلف و آشنایی برای این منظور وجود دارند که به آن اشاره می شود.

استفاده از سیستم گردش روغن داغ به جای آب در موارد صنعتی و صرفا گرمایشی، سرمایشی قابل کاربرد است. در سیستم‌های خانگی و متوسط صنعتی به هزینه بالای نصب و نگهداری امکان پذیر نیست. استفاده از آب مقطر به علت هزینه بالای تولید جز در موارد خاص توجیه پذیر نیست.

روش تبادل یونی (ion exchange):

این روش از پرطرفدارترین روش‌هایی است که از سال ها پیش مورد استفاده قرار گرفته است و دارای اثرات جانبی نظیر تغییر کیفیت آب و PH آن است. این روش فقط قابلیت کاربرد صنعتی دارد و برای استفاده خانگی نامطلوب است.

روش سیستم اسمز معکوس (revers osmosis system):

بهترین روش تصفیه آب حذف یون‌ها و املاح آب است. در صورت نصب در سیستم سرکلاسیون عمر مفید سیستم بالا می رود و همچنین آب خروجی سیستم از کیفیت بالایی برای مصرف خوراکی و صنعتی برخوردار است و شاید تنها عیب بزرگ آن هزینه اولیه بالا و نیاز به واردات غشای اسمز از کشورهای صاحب تکنولوژی است.

با این وجود به علت مزایای بالا و ممانعت از رسوب گذاری، استفاده از آن در بلند مدت دارای توجیه اقتصادی است.

تاریخچه تیمار مغناطیسی آب (magnetic water treatment)

از اوایل قرن بیستم اثرات میدان مغناطیسی به آب مطابق اثر فارادی اثبات شده به تدریج پس از جنگ جهانی دوم این تکنولوژی، جدی تر گرفته شد. با پیشرفت در صنعت تولید انواع مگنت، روند ساخت عرضه و استفاده از این تکنولوژی دستخوش تغییر شد. هدف از این تکنولوژی اعمال تغییرات فیزیکی و نه شیمیایی است.

آب دارای کاتیون های کلسیم و منیزیم و انیون های سولفات و بی کربنات و مقادیر محلول سیلیس است. در ابتدا از سیستم الکترومغناطیسی استفاده شد تا اینکه اواسط قرن بیستم مگنت دائمی برای القای میدان مغناطیسی به کاربرده شد. امروزه تجهیزات طراحی شده‌اند که ایجاد میدان الکتریکی می‌کنند یا نوعی فرکانس متغیر رادیویی تولید می‌کنند.

همچنین در سال‌های اخیر تکنیک الکترواستاتیکی با ایجاد اختلاف پتانسیل شیمیایی عرضه شده است. یکی از مهمترین چالش های سیستم این است که تا دو دهه پیش با دیده تردید به آن نگریسته شده است چرا که شواهد و مدارک قابل اتکا و مستند دانشگاهی در تایید عملکرد تیمار مغناطیسی آب وجود نداشت و برخلاف اروپا و ژاپن در آمریکا تجربیات موفقیت آمیزی گزارش نشده بود.

تاکید سازندگان و بسیاری از استفاده کنندگان در اروپا نشان دهنده تاثیر واقعی تیمار مغناطیسی آب در تاسیسات صنعتی بود با پیشرفت عرضه مواد مغناطیسی جدید اثرات سیستم مشهودتر شد و گزارش های علمی و تجارب متعدد عامل تغییر نگرش به عملکرد آن شد. به تدریج جداولی برای دبی آب، سرعت جریان آب، مقادیر حداقل و حداکثر عناصر موجود در آب، قدرت القای مغناطیسی و شرایط دیگر تکمیل شد که بیانگر دلایل عدم موفقیت و
یا به عکس توفیق شگفت انگیز تیمار مغناطیسی آب است.

تاکید سازندگان اروپایی بر استفاده از مگنت الینکو به دلیل قدرت مناسب میدان مغناطیسی و دوام خاصیت مغناطیسی تا امروز هم ادامه داشته است. ژاپنی ها تحقیقاتی در ایجاد میدان مغناطیسی به وسیله الکترو مگنتیک داشتند. اما آمریکایی ها از مگنت های سرامیکی به شکل کاملا مبتدی و ناقصی استفاده کردند و به همین دلیل سال ها این تکنولوژی در آمریکا به طور جدی مورد استقبال قرار نگرفت.

اکثریت مصرف کنندگان ایرانی(حدود ۹۰ درصد) کاربران انواع دیگ‌های شوفاژ کوچک و آبگرمکن خانگی هستند. صرفه و توجیه اقتصادی رسوب زدایی آن چنان وسوسه کننده نیست و استفاده از دیگ تا اخر عمر مفید و زمان تعویض رایج تر از صرف هزینه تعمیر و نگهداری و رسوب زدایی دیگ است.

نحوه عملکرد سیستم تیمارمغناطیسی آب

نزدیک به هفتاد سال از تایید عملی سیستم می گذرد و در سال های اخیر مدارک مستند علمی در بسیاری از دانشگاه ها و آزمایشگاه های اروپایی و امریکایی آن را تایید می کنند. اما نحوه اثر تیمار مغناطیسی آب بر ممانعت از تشکیل رسوب همچنان کاملا شناخته شده نیست.

تصور اولیه در دهه پنجاه بر این بود که حرکت آب مشابه حرکت یک رسانا از میدان مغناطیسی، مطابق اصل فارادی ایجاد اختلاف پتانسیل الکتریکی می‌کند، آب دارای یون‌های مثبت و منفی است که تحت اثر میدان مغناطیسی تغییراتی در آرایش فضایی پیدا می کنند. این که نحوه اثر میدان مغناطیسی بر یون‌ها نهایتا منتهی به عدم رسوب ترکیبات در سطح تبادل حرارتی می شود موجب ارائه نظریات بعضا متفاوت و نه متناقضی در تشریح این مساله شده است.

اصل اول اینکه لایه اول تشکیل شده در سطح تبادل حرارتی به عنوان بستر کریستالیزاسیون و تجمع لایه های بعدی است، در واقع هسته اولیه تشکیل رسوب ماده معدنی چسبنده ای با پایه کربنات کلسیم یا کلسیت است که در سطح تبادل حرارتی تشکیل می شود، تشکیل کلسیت در دمای بالا سرعت می گیرد.

بر عکس چنانچه ذرات رسوب نامحلول در دمای پایین ایجاد شوند به علت جنبش مولکولی کمتر قطر ذرات کمتر و تمایلی برای چسبیدن سطح تبادل حرارتی ندارند این نوع رسوب نرم به نام ارگونیت به راحتی قابل تخلیه از تاسیسات سرمایش و گرمایش بوده و آسیب جدی به تاسیسات وارد نمی کند، چرا که عموماً در محل کف دیگ یا هر جا جریان آب کمترین مقدار باشد، تجمع پیدا می کنند اما به هیچ وجه تبدیل به جسم سخت یکپارچه نظیر کلسیت نمی‌شود. به همین دلیل با شستشو و یا دمیدن هوا یا استفاده از سیستم فیلتر جدا کننده آب جامد به راحتی جدا می شوند.

بنابر یکی از نظریات،اثر میدان مغناطیسی باعث تسریع حرکت یون های مثبت و منفی آب به سمت یکدیگر است و تصادم آن ها تشکیل ذرات رسوب نامحلول را تسریع می بخشد که همان ذرات کوچک اراگونیت است و تمایلی برای اتصال به سطح تبادل حرارتی ندارد؛ بنابراین تاکید بر کارکرد سیستم در دمای پایین است.

به همین دلیل است که ۷۰ درصد نصب موفقیت آمیز سیستم در سطوح کولینگ تاور و مدارهای خنک کننده است. این مساله از سوی تولید کننده ها، اپراتورها و مصرف کنندگان تایید شده است چرا که در مناطق با جریان کمتر آب، رسوب با درجه سختی پایین‌تری تجمع پیدا می‌کند.

۴/۵ - (۱ امتیاز)

بدون دیدگاه

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

5 × پنج =