Resistenza alla corrosione in alluminio per piastre fredde liquide e scambiatori di calore a piastra


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Resistenza alla corrosione in alluminio per piastre fredde liquide e scambiatori di calore a piastra

Quando si selezionano i componenti per il loop di raffreddamento a liquido, è necessario considerare la loro compatibilità dei materiali e le singole prestazioni. Anche se una piastra fredda con tubo di alluminio abbinata a uno scambiatore di calore in rame-tubo potrebbe soddisfare il vostro fabbisogno termico, non è un circuito di raffreddamento affidabile. Rame e alluminio hanno potenzialità elettrochimiche molto diverse, quindi quando sono combinati in un sistema di raffreddamento, è probabile che la corrosione galvanica sia probabile. La corrosione galvanica (chiamata anche corrosione metallica dissimile) erode il metallo, causando perdite nel tempo.




Corrosione dell'alluminio in piastre fredde liquide

L'alluminio è noto per la sua resistenza alla corrosione. Nelle giuste condizioni, l'alluminio forma rapidamente uno strato di ossido protettivo. Generalmente, questo si verifica quando l'ossigeno è prontamente disponibile e il mezzo circostante ha un pH moderato. Ci sono due manifestazioni tipiche della corrosione in alluminio: corrosione uniforme e corrosione locale. La corrosione uniforme si verifica quando lo strato di ossido è solubile nel mezzo corrosivo. 1 "La pellicola di ossido è solubile nelle soluzioni alcaline e negli acidi forti... ma è stabile su una gamma di pH di circa 4 - 9.0." 2 Nella corrosione uniforme, l'intero strato di ossido viene rimosso più velocemente di quanto possa riformare. La corrosione locale, di solito sotto forma di fossa, si verifica quando c'è non uniformità nel metallo di base o nell'ambiente circostante. Il metallo può avere una concentrazione locale di elementi di lega che crea una coppia galvanica. Allo stesso modo, l'ambiente circostante può avere una concentrazione locale di elementi attivi come i cloruri.

Le piastre fredde liquide e gli scambiatori di calore sono utilizzati con molti fluidi diversi e in genere comportano il ricircolo dello stesso fluido. Un fluido che non deve essere utilizzato in piastre fredde in alluminio e scambiatori di calore è l'acqua. L'acqua del rubinetto può contenere ioni attivi, come rame, bicarbonati, cloruri e/o altre impurità che facilitano la corrosione. Inoltre, il ricircolo dello stesso fluido nel tempo in un ciclo chiuso farà uscire l'ossigeno disciolto dalla soluzione. La conseguente mancanza di ossigeno inibirà la formazione dello strato di ossido. Dato abbastanza tempo, l'alluminio alla fine corrode se isolato dall'ossigeno ed esposto ad acqua di bassa qualità.

Quando l'acqua è la scelta preferita per un sistema di trasferimento di calore, l'acqua distillata è di solito combinata con un glicole per ridurre il suo punto di congelamento e aumentare il suo punto di ebollizione. Per le ragioni di cui sopra, è fondamentale che vengano utilizzati inibitori della corrosione. Gli inibitori della corrosione sono quantità controllate di ioni attivi (di solito fosfati) che assumono il ruolo di ossigeno nella formazione di uno strato resistente alla corrosione. Poiché questi inibitori dipendono da una reazione chimica con l'alluminio, l'utilizzo di acqua di bassa qualità come l'acqua del rubinetto ridurrebbe l'efficacia degli inibitori.




Progettazione per la resistenza alla corrosione

La selezione delle leghe è un fattore chiave nell'elevata resistenza alla corrosione. Ad esempio, i fogli di braze, che separano i passaggi fluidi negli scambiatori di calore piastra-fin, sono costituiti da un nucleo interno e uno strato rivestito esterno che di solito rappresenta circa il 10% dello spessore complessivo del foglio. Lo strato rivestito è una lega brasatura che unisce il foglio di braze sia per le pinne calde e fredde e il foglio di braze alle barre laterali. Leghe di brasatura a vuoto utilizzano silicone e altri elementi per abbassare il punto di fusione della lega. Poiché la lega di braze è più anodica del nucleo, la lega di braze fornisce protezione catodica, e quindi la protezione contro la corrosione.

La protezione catodica è un concetto che è stato utilizzato nel settore della costruzione navale per decenni. Per gli scafi in acciaio, una spina fatta di un elemento attivo, come lo zinco, viene utilizzata per proteggere lo scafo. Poiché lo zinco è più attivo dell'acciaio, lo zinco corrode più velocemente dell'acciaio. Tra gli elementi leganti di alluminio, le leghe con un minimo di rame e ferro hanno la migliore resistenza alla corrosione. 3 leghe serie "3xxx sono generalmente tra quelle che hanno la più alta resistenza alla corrosione generale... Anche le leghe 6xxx hanno un'elevata resistenza." 4

Ci sono altre considerazioni nel design della piastra fredda e dello scambiatore di calore. La pressione statica interna dei fluidi e le sollecitazioni esterne mettono i componenti di base sotto stress. Queste sollecitazioni spesso richiedono l'uso di leghe ad alta resistenza (serie 6xxx) per fogli di braze e/o pinne. Lo spessore del foglio di braze è un compromesso tra protezione dalle prestazioni, dal peso e dalla corrosione. Un foglio di braze spesso è pesante e riduce le prestazioni termiche. Un sottile foglio di brasatura ha meno forza per resistere alle sollecitazioni e offre una minore protezione contro la corrosione. Se è presente un ambiente corrosivo, sottili fogli di brasatura resisteranno ad un attacco per meno tempo di un foglio più spesso.




Test delle perdite di piastra fredda e scambiatore di calore

Durante il processo di produzione, le piastre fredde e gli scambiatori di calore possono essere testati idraulicamente con acqua pura. Tuttavia, l'acqua non deve rimanere nell'unità più a lungo di quanto sia necessario per condurre la prova. Un processo di essiccazione approfondito è fondamentale per eliminare la possibilità di corrosione dell'acqua. "Bubble testing", o pressurizzare un'unità con un gas e immergerlo in acqua, è ampiamente utilizzato in tutto il settore. Questa pratica richiede che le superfici esterne siano essiccate dopo il test. Ulteriori informazioni sui servizi e le procedure di test di Boyd.




Piastra a freddo liquido e scambio di calore

Quando si utilizza una piastra fredda di acqua /glycol o uno scambiatore di calore, è importante avere un piano di manutenzione. La tipica attività di manutenzione è lo sciacquone e il riempimento del sistema con la giusta miscela di glicole di etilene inibito e acqua. Questo dovrebbe essere fatto su base periodica ad un intervallo determinato attraverso test a livello di sistema durante la fase di valutazione operativa. Periodicamente, il pH fluido e l'indice di rifrazione devono essere misurati. Queste misurazioni cambieranno nel tempo. Da queste misurazioni è possibile determinare una frequenza di lavaggio.

Durante la distribuzione, è comune che i sistemi di refrigerante siano "riempiti". Questa pratica non deve danneggiare la piastra fredda o lo scambiatore di calore fino a quando la concentrazione di glicole non è diluita al punto di rendere l'inibitore inefficace. L'efficacia dell'inibitore è una funzione della qualità dell'acqua top-off, di altri tipi di metalli nel ciclo del fluido e dell'età dell'inibitore nel sistema. Se si impiega "topping off", si consiglia di monitorare il pH del fluido. Se il pH scende al di sotto di 4 o supera le 9.0, deve avvenire al più presto un sistema di lavaggio/riempimento.

La resistenza alla corrosione inizia con il design della piastra fredda o dello scambiatore di calore. È anche importante sviluppare procedure di manutenzione che massimizzeranno la durata della piastra fredda in alluminio o dello scambiatore di calore.

1Editor J.R. Davis, ASM Metals Handbook, Desk Edition, Volume 2, Materials Park, OH, 1998, pagina 501.

2 Ibid, pagina 499.

3 Ibid.

4 Ibid.


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