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12 marzo 2024

La produzione di acqua dolce è un aspetto critico per garantire un’esperienza confortevole e sicura a bordo delle navi da crociera. Con l’ampio mare che le circonda, le navi da crociera hanno ideato metodi ingegnosi per trasformare l’acqua di mare in acqua potabile adatta a vari usi a bordo.

Due tecniche principali impiegate a questo scopo sono l’osmosi inversa e gli evaporatori. Queste tecnologie svolgono ruoli fondamentali nel soddisfare l’immensa domanda di acqua dolce necessaria per bere, cucinare, pulire e altre funzioni essenziali durante il viaggio. In questa introduzione, approfondiremo le complessità sia dell’osmosi inversa che degli evaporatori, esplorando i loro processi, le loro capacità e la loro importanza nel sostenere la vita a bordo di queste città galleggianti sul mare.

Nel processo di osmosi inversa, l’acqua di mare viene pressurizzata e spinta attraverso una membrana semipermeabile, risultando in acqua pura permeata mentre la maggior parte delle impurità viene lasciata indietro. In alternativa, nell’evaporazione, l’acqua di mare viene riscaldata e il condensato risultante viene trattato di conseguenza.

Dopo la desalinizzazione, l’acqua subisce ulteriori processi di mineralizzazione, disinfezione e stoccaggio prima della distribuzione in tutta la nave. Vari metodi come la clorazione, l’ozonizzazione e la radiazione UV vengono utilizzati per la disinfezione.

Oltre a questi due metodi principali, altri, come il bunkering, sono stati considerati per l’approvvigionamento idrico sulle navi da crociera, ma l’osmosi inversa rimane dominante per la sua efficienza.

Evaporatori

Gli evaporatori a flash (o evaporatori parziali) sono dei componenti indispensabili a bordo delle navi da crociera, con le loro dimensioni e posizioni che vengono attentamente considerate per un funzionamento ottimale. Tradizionalmente, occupano uno spazio significativo, estendendosi longitudinalmente per tutta la lunghezza del locale che occupano.

Principalmente, posizionare gli evaporatori a flash negli apparati motore massimizza l’utilizzo del calore generato dall’acqua di raffreddamento ad alta temperatura dei motori. Questa disposizione assicura che il calore, che altrimenti si dissiperebbe inutilizzato, sia sfruttato efficientemente nel processo di distillazione dell’acqua. Inoltre, la vicinanza all’apparato motore riduce il carico di lavoro per le pompe ad alta temperatura e minimizza le perdite di pressione all’interno del sistema, migliorando così l’efficienza complessiva della circolazione. Questa circolazione ottimizzata è essenziale per mantenere il funzionamento costante degli evaporatori a flash, cruciali per soddisfare le esigenze di acqua dolce della nave.

Il processo di evaporazione a flash stesso è complesso e si basa su una serie di passaggi attentamente orchestrati. Inizia con il pre-riscaldamento dell’acqua di mare utilizzando l’acqua di giubbotto ad alta temperatura proveniente dai motori della nave. L’acqua di mare preriscaldata entra quindi nel primo serbatoio flash, che è mantenuto in condizioni di vuoto. In questo ambiente, l’acqua di mare si vaporizza rapidamente, rimuovendo efficacemente sali e impurità. Il vapore risultante viene poi indirizzato attraverso un denebulizzatore e condensato nuovamente in acqua distillata, aiutato dall’effetto di raffreddamento dell’acqua di mare, che assorbe il calore in eccesso. Allo stesso tempo, l’acqua non evaporata, ora concentrata con sali, procede al secondo serbatoio flash, dove il processo viene ripetuto, purificando ulteriormente l’acqua. Questo approccio a più stadi garantisce una distillazione e una purificazione approfondite dell’acqua di mare, producendo acqua distillata di alta qualità adatta al consumo. L’acqua distillata viene raccolta e immagazzinata, con la sua qualità monitorata regolarmente utilizzando strumenti specializzati come i salinometri per garantire il rispetto degli standard di sicurezza e qualità.

Anche se il processo descritto qui fornisce una panoramica semplificata, i moderni sistemi a bordo spesso incorporano stadi aggiuntivi e tecnologie avanzate per ottimizzare l’efficienza e l’output. Questi miglioramenti consentono agli evaporatori flash di produrre acqua dolce a una velocità di 20-25 m3/ora, soggetta a variazioni della temperatura dell’acqua di mare e dei carichi dei motori.

In sostanza, gli evaporatori a flash sono risorse indispensabili nell’industria marittima, svolgendo un ruolo cruciale nel fornire un’offerta costante e affidabile di acqua dolce per le varie esigenze di passeggeri ed equipaggio a bordo delle navi da crociera. La loro integrazione nell’infrastruttura della nave sottolinea la loro importanza nel garantire il comfort e la sostenibilità delle operazioni marittime.

Osmosi Inversa

L’osmosi inversa (RO) è un metodo diffuso per produrre acqua dolce dall’acqua di mare sulle navi da crociera. Tipicamente, un impianto RO a bordo è compatto, con un’area di ingombro più ridotta rispetto a un evaporatore flash, e ha una capacità di 12-15 m3/ora a seconda della qualità dell’acqua di mare e delle condizioni dei filtri. Le navi da crociera possono avere uno o due impianti RO in base alle loro esigenze.

Il processo dell’impianto RO inizia con l’acqua di mare fornita da una pompa di alimentazione a bassa pressione attraverso un filtro a maglie grosse per rimuovere impurità di dimensioni medie. L’acqua passa poi attraverso filtri a sabbia per ulteriore purificazione, rimuovendo particelle solide e microrganismi. Il lavaggio a controcorrente dei filtri a sabbia è necessario quotidianamente per mantenere l’efficienza dell’impianto. Successivamente, l’acqua viene trattata con un prodotto chimico per inibire la formazione di incrostazioni sulle superfici delle membrane RO. La filtrazione fine segue nel filtro a cartuccia, rimuovendo impurità più fini prima che l’acqua raggiunga le membrane. Le pompe ad alta pressione forniscono quindi acqua alle membrane, operando a pressioni di 50-70 bar per separare i sali disciolti. Le membrane, organizzate in 3-4 gruppi, producono acqua dolce pulita come permeato e respingono una soluzione di sali separati. Il permeato si unisce all’uscita dell’acqua pulita, mentre il prodotto di scarto viene sottoposto a ulteriore trattamento prima di essere scaricato in mare.

Confronto tra i metodi

Ciascun metodo ha i suoi vantaggi, limitazioni e applicazioni specifiche, rendendoli tecnologie complementari nel soddisfare le diverse esigenze idriche dei passeggeri e dell’equipaggio. Di seguito, compariamo questi due sistemi su diversi aspetti chiave:

1. Efficienza:

– Osmosi inversa: I sistemi RO sono altamente efficienti nel rimuovere sali e impurità dall’acqua di mare, producendo acqua dolce di alta qualità adatta al consumo e a vari usi a bordo. Possono raggiungere tassi di recupero dell’acqua dolce fino al 50-60%.
– Evaporatori: Gli evaporatori utilizzano il calore per evaporare l’acqua di mare, lasciando indietro sali e impurità. Sebbene efficaci, sono meno efficienti rispetto ai sistemi RO, raggiungendo tipicamente tassi di recupero dell’acqua dolce intorno al 25-30%.

2. Consumo energetico:

– Osmosi inversa: I sistemi RO richiedono un notevole input energetico per far funzionare le pompe ad alta pressione necessarie per spingere l’acqua di mare attraverso le membrane. Tuttavia, i progressi nella tecnologia delle pompe hanno migliorato l’efficienza energetica negli ultimi anni. Le pompe ad alta pressione utilizzate nei sistemi RO consumano una parte sostanziale di questa energia, che di solito va da 3 a 6 kWh per metro cubo di acqua dolce prodotta. Inoltre, attrezzature ausiliarie come filtri a sabbia, filtri a cartuccia e mineralizzatori contribuiscono anche al consumo complessivo di energia delle centrali RO.
– Evaporatori: Gli evaporatori consumano meno energia rispetto ai sistemi RO poiché si affidano principalmente al calore per l’evaporazione dell’acqua. Tuttavia, richiedono comunque energia per riscaldare l’acqua di mare e far funzionare l’attrezzatura ausiliaria. Il consumo energetico degli evaporatori è principalmente determinato dall’energia necessaria per generare e mantenere la fonte di calore. Mentre il consumo specifico di energia varia a seconda del tipo e delle dimensioni dell’evaporatore, nonché dei fattori ambientali come la temperatura dell’acqua di mare, il consumo energetico tipico varia da 8 a 12 kWh per metro cubo di acqua dolce prodotta. Inoltre, gli evaporatori possono anche richiedere energia per l’attrezzatura ausiliaria come pompe e condensatori.

3. Manutenzione:

– Osmosi inversa: I sistemi RO coinvolgono processi di filtrazione a membrana intricati che richiedono una manutenzione regolare per garantire prestazioni ottimali. Pulizia delle membrane, sostituzione e monitoraggio dei parametri del sistema sono compiti essenziali.
– Evaporatori: Gli evaporatori sono relativamente più semplici nella progettazione e nella manutenzione rispetto ai sistemi RO. La pulizia regolare degli scambiatori di calore e il monitoraggio delle prestazioni del sistema sono generalmente sufficienti per mantenere in funzione l’impianto.

4. Spazio e installazione:

– Osmosi inversa: I sistemi RO hanno un ingombro compatto, rendendoli adatti all’installazione a bordo delle navi da crociera con spazio limitato. Possono essere integrati nell’infrastruttura esistente con modifiche minime.
– Evaporatori: Gli evaporatori richiedono più spazio rispetto ai sistemi RO a causa della necessità di scambiatori di calore e camere di evaporazione. L’installazione può comportare una ristrutturazione significativa o l’allocazione di spazio dedicato.

5. Qualità dell’acqua:

– Osmosi inversa: I sistemi RO producono acqua dolce di alta qualità con bassa salinità e impurità minime, rispettando rigorosi standard di acqua potabile. L’acqua è adatta per bere, cucinare e altri usi a bordo.
– Evaporatori: Sebbene gli evaporatori rimuovano efficacemente sali e impurità dall’acqua di mare, la qualità dell’acqua dolce prodotta può variare a seconda della progettazione e della manutenzione del sistema. Potrebbe essere necessario un trattamento aggiuntivo per soddisfare gli standard di acqua potabile.

Gestione e utilizzo dell’acqua

La gestione dell’acqua dolce è un aspetto critico per garantire un’esperienza confortevole e sicura per i passeggeri a bordo delle navi da crociera. Dal bere al lavarsi e all’igiene, l’accesso a acqua pulita e potabile è essenziale. Uno dei componenti chiave di questo processo è la distribuzione dell’acqua dolce dai serbatoi di acqua potabile alle cabine individuali, un percorso che comporta diverse fasi per mantenere qualità ed efficienza.

Al cuore del sistema di distribuzione di acqua dolce sulle navi da crociera ci sono i serbatoi di acqua potabile. Questi serbatoi, tipicamente realizzati in materiali resistenti alla corrosione come l’acciaio inossidabile, vengono attentamente monitorati e mantenuti per rispettare rigorosi standard di salute e sicurezza. Prima di intraprendere un viaggio, i serbatoi vengono riempiti con acqua trattata proveniente da strutture a terra o prodotta a bordo tramite avanzati sistemi di desalinizzazione o purificazione. Prima di entrare nei serbatoi di acqua potabile e indipendentemente dal sistema utilizzato, l’acqua prodotta richiede un trattamento aggiuntivo per il consumo.

Mineralizzatori riempiti con minerali come la calcite regolano il gusto, il pH e la durezza, rendendo l’acqua sicura per il consumo. Anidride carbonica viene spesso aggiunta per controllare il pH durante la re-mineralizzazione. Il cloro viene dosato per disinfettare l’acqua, con la sua concentrazione monitorata regolarmente per soddisfare gli standard USPHS (l’organismo di controllo della salute pubblica degli Stati Uniti). Alcune navi possono utilizzare dosaggi acidi per il controllo del pH. Dopo la mineralizzazione, la clorazione e il trattamento del pH, l’acqua viene immagazzinata nei serbatoi di acqua potabile, garantendo la stabilità della nave. Il consumo dai serbatoi segue un ordine specifico per consentire al cloro di depositarsi, con il contenuto residuo di cloro controllato prima dell’uso. L’acqua per il consumo deve anche soddisfare gli standard di clorazione, superando tipicamente i requisiti USPHS per garantire la conformità.

Una volta che la nave prende il largo, l’acqua in questi serbatoi diventa la principale fonte di acqua dolce per passeggeri e equipaggio. Per garantire che questa acqua rimanga sicura per il consumo, viene sottoposta a regolari procedure di test e trattamento. Questo include la filtrazione per rimuovere impurità, la disinfezione per uccidere batteri e virus dannosi e l’aggiustamento del pH per mantenere la qualità ottimale. Quando un passeggero apre il rubinetto nella propria cabina, inizia il viaggio dell’acqua dolce dai serbatoi. L’acqua viene pompata attraverso una rete di tubazioni che attraversano l’intera nave, consegnandola a vari punti come lavandini, docce e servizi igienici. Lungo il tragitto, regolatori di pressione e valvole aiutano a controllare il flusso e la distribuzione dell’acqua alle diverse parti dell’imbarcazione.

Per migliorare ulteriormente l’efficienza idrica e la conservazione, le moderne navi da crociera sono dotate di tecnologie avanzate come rubinetti e docce a basso flusso, così come sistemi basati su sensori che interrompono automaticamente l’erogazione dell’acqua quando non è in uso. Queste misure non solo aiutano a ridurre il consumo di acqua, ma contribuiscono anche agli obiettivi di sostenibilità delle compagnie di crociera.
In conclusione, sia l’osmosi inversa che gli evaporatori svolgono ruoli vitali nella produzione di acqua dolce a bordo delle navi da crociera, offrendo vantaggi e sfide distinti. Mentre i sistemi RO eccellono in efficienza e qualità dell’acqua, gli evaporatori forniscono un’alternativa affidabile con minor consumo energetico. La scelta tra queste tecnologie dipende da fattori come la disponibilità di spazio, gli obiettivi di efficienza energetica e i requisiti di qualità dell’acqua. L’impianto dell’acqua potabile, invece, costituisce uno dei sistemi più complicati e delicati dovuto alla necessità di fornire acqua a oltre un migliaio di cabine, potenzialmente in contemporanea, sia di acqua calda che fredda. E’ fondamentale quindi una corretta progettazione ma soprattutto una corretta gestione dell’impianto per far si che sia sempre efficiente e funzionante.

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Luca Paglia

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