Em salmoura de cloreto de cálcio a 30% (CaCl₂) a 100 graus contendo uma impureza de magnésio a 2% (como MgCl₂), a incrustação de hidróxido de magnésio (Mg(OH)₂) precipita preferencialmente sobre carbonato de cálcio ou sulfato de cálcio. O hidróxido de magnésio tem solubilidade muito baixa em altas temperaturas e forma uma incrustação dura e aderente nas superfícies do aquecedor de titânio. A incrustação tem baixa condutividade térmica (1–2 W/m·K) e causa superaquecimento localizado. A dureza total máxima permitida da água (como CaCO₃) para evitar incrustações preferenciais de hidróxido de magnésio é de 200 ppm. Acima deste nível, a espessura da incrustação excede 0,2 mm em 500 horas, causando uma redução de 30 a 50% na transferência de calor.

O mecanismo de escamação preferencial de hidróxido de magnésio

Em salmoura-de alta temperatura, os íons de magnésio hidrolisam: Mg²⁺ + 2H₂O → Mg(OH)₂ + 2H⁺. Esta reação é endotérmica e acelera com o aumento da temperatura. O pH local na superfície quente do titânio aumenta devido à redução da água, promovendo ainda mais a precipitação de Mg(OH)₂. Os íons cálcio formam escamas de carbonato e sulfato, mas são menos aderentes e mais facilmente removidas. A presença de magnésio mesmo com 2% de impureza faz com que a composição da incrustação seja dominada por Mg(OH)₂ quando a dureza da água excede 200 ppm. A escama cresce como cristais semelhantes a placas que se interligam, formando uma camada tenaz.

Formação de incrustações quantitativas em função da dureza da água

Testes controlados em salmoura sintética (30% CaCl₂, 2% MgCl₂, 100 graus) com dureza total variável (expressa como ppm CaCO₃) durante 500 horas estabeleceram o seguinte. Com dureza abaixo de 100 ppm, a espessura da incrustação é de 10–30 µm, a incrustação é de carbonato de cálcio com menor Mg(OH)₂, a remoção é possível por limpeza ácida e a redução da transferência de calor é de 5–15%. Na dureza de 100–200 ppm, a espessura da incrustação atinge 30–70 µm, a incrustação é composta por carbonato misto e Mg(OH)₂, a remoção requer escovação mais ácido e a redução da transferência de calor é de 15–30%. Na dureza de 200–300 ppm, o limite crítico, a espessura da incrustação é de 60–120 µm, a incrustação torna-se dominante em Mg(OH)₂ com alta aderência, a remoção requer raspagem mecânica e a redução da transferência de calor é de 25–45%. Na dureza de 300–500 ppm, a espessura da incrustação é de 100–200 µm, a incrustação é de hidróxido de magnésio duro, a remoção é muito difícil e a redução da transferência de calor é de 40–60%. Acima de 500 ppm, a espessura da incrustação excede 200 µm, ocorre incrustação severa e a redução da transferência de calor excede 60%.

Influência da concentração e temperatura de magnésio na tolerância à dureza

A dureza máxima permitida da água diminui à medida que a concentração de magnésio aumenta. Com 1% de impureza de magnésio, a dureza permitida para<0.1 mm scale is 300 ppm. At 2% magnesium, the allowable hardness drops to 200 ppm. At 3% magnesium, the allowable hardness falls to 150 ppm. At 5% magnesium, the allowable hardness is only 80 ppm. Temperature also affects the threshold; at 80°C, the allowable hardness at 2% magnesium is 350 ppm. At 100°C, the allowable hardness is 200 ppm. At 120°C under pressure, the allowable hardness is 120 ppm. At 140°C, the allowable hardness is 80 ppm.

Guia de controle de dureza da água para salmoura de cloreto de cálcio contaminada com magnésio-

A tabela a seguir fornece recomendações para a dureza máxima permitida da água em salmoura com 30% de CaCl₂ com 2% de impureza de magnésio a 100 graus, com base na espessura de incrustação desejada e na frequência de limpeza.

Engenharia além do controle da dureza da água

O grau de titânio não afeta a formação de incrustações, mas o grau 7 tem melhor resistência à corrosão em-incrustações. A espessura da parede proporciona uma tolerância à transferência de calor; uma parede de 2,0 mm com escala de 0,3 mm reduziu, mas ainda funcional, a transferência de calor. Superfícies eletropolidas (Ra abaixo de 0,3 µm) reduzem a adesão de incrustações e permitem uma remoção mais fácil. Inibidores de incrustação, como poliacrilatos ou fosfonatos, são eficazes para o carbonato de cálcio, mas têm efeito limitado sobre o hidróxido de magnésio. O pH da salmoura deve ser mantido abaixo de 7,5; pH mais alto acelera a precipitação de Mg(OH)₂. A limpeza periódica com ácido clorídrico a 5% a 50 graus por 2 horas dissolve a incrustação de carbonato de cálcio, mas é menos eficaz em Mg(OH)₂.

Fazendo uma especificação informada

Para uma barra de aquecimento de titânio operando em salmoura de cloreto de cálcio a 30% com impureza de magnésio a 2% a 100 graus, mantenha a dureza total da água abaixo de 100 ppm para evitar incrustações preferenciais de hidróxido de magnésio. Use água descalcificada para a preparação da salmoura-e monitore a dureza semanalmente por titulação. Se a dureza exceder 200 ppm, precipite o magnésio aumentando o pH para 9,5 com cal e filtre antes de retornar ao serviço. Para aquecedores existentes com incrustações de Mg(OH)₂, use ácido cítrico a 10% a 70 graus por 4 horas, seguido de escovação mecânica. Ao controlar a dureza da água abaixo de 200 ppm, o engenheiro evita a formação de incrustações de hidróxido de magnésio aderentes que reduzem a transferência de calor e causam superaquecimento localizado.