Las corrientes de rechazo de ósmosis inversa (RO) concentran todas las especies rechazadas por la membrana, incluido el cloro agregado aguas arriba para el control de la bioincrustación. El rechazo típico de RO contiene entre 10 000 y 30 000 ppm de cloruro, entre 200 y 1000 ppm de sulfato y entre 0,5 y 5 ppm de cloro libre residual. A temperaturas superiores a 45 grados, la combinación de alto contenido de cloruro y cloro residual crea un ambiente severo de picaduras para el titanio de Grado 2. El cloro libre (Cl₂) y el ácido hipocloroso (HOCl) son oxidantes fuertes que aumentan el potencial electroquímico de la superficie del titanio. Mientras que la oxidación moderada estabiliza la película pasiva, la oxidación excesiva-combinada con altos niveles de cloruros-causa disolución transpasiva y picaduras. Comprender la concentración máxima de cloro tolerable es esencial para las aplicaciones de calentadores de rechazo de RO.

Mecanismo de picaduras inducidas por cloro-en titanio

En soluciones de cloruro, la pasividad del titanio depende de mantener un potencial superficial dentro de una ventana estable. El cloro libre actúa como despolarizador catódico, desplazando el potencial mixto a valores más positivos. En concentraciones bajas de cloro (por debajo de 0,5 ppm), este cambio mejora la pasividad. En concentraciones moderadas (0,5 a 2 ppm), el potencial ingresa a la región transpasiva donde la película de TiO₂ se descompone localmente. Luego, los iones de cloruro migran a los sitios de descomposición, formando hoyos. En concentraciones altas (por encima de 2 ppm), la disolución transpasiva se vuelve continua. La concentración crítica de cloro disminuye a medida que aumenta la temperatura porque la película pasiva se vuelve menos estable a temperaturas más altas.

Relación cuantitativa entre cloro, cloruro y picaduras

Las pruebas controladas en rechazo sintético de RO (20.000 ppm Cl⁻, 500 ppm SO₄²⁻, pH 7,5) a 45 grados han establecido los siguientes umbrales de picaduras para el titanio de Grado 2:

Cloro libre por debajo de 0,3 ppm: Sin picaduras después de 2000 horas. El potencial de superficie permanece en el rango pasivo. Aceptable para servicio continuo.

Cloro libre a 0,3–0,8 ppm: Se producen eventos de picaduras metaestables, pero las picaduras se vuelven a pasivar. Sin picaduras estables después de 2000 horas. Aceptable con inspección anual.

Cloro libre de 0,8 a 1,5 ppm: Las picaduras estables se inician después de 200 a 500 horas. Profundidad máxima de picadura de 0,2 mm después de 1.000 horas. Servicio marginal con tubos-de paredes gruesas (mínimo 1,5 mm).

Cloro libre a 1,5-2,5 ppm: Las picaduras estables se inician entre 50 y 100 horas. Velocidad de propagación de picaduras de 0,02 a 0,05 mm por hora. Perforación de una pared de 1,2 mm en 1 a 3 meses.

Cloro libre por encima de 2,5 ppm: La picadura rápida comienza dentro de las 24 horas. Velocidad de propagación de picaduras superior a 0,1 mm por hora. No apto para ningún calentador de titanio.

Efecto de la temperatura sobre la tolerancia al cloro

La concentración máxima de cloro tolerable disminuye exponencialmente con la temperatura:

Guía de gestión del cloro y prevención de picaduras

La siguiente tabla proporciona un marco de decisión para operar calentadores de titanio en corrientes de rechazo de RO según la concentración de cloro y la temperatura:

Ingeniería más allá de la concentración de cloro

El cloro existe en múltiples formas dependiendo del pH. El cloro libre (HOCl + OCl⁻) es más agresivo que el cloro combinado (cloraminas). A un pH inferior a 6, domina el HOCl y el riesgo de picaduras es de 2 a 3 veces mayor que a un pH de 8. El bromuro en el rechazo de RO (de la intrusión de agua de mar) reacciona con el cloro para formar ácido hipobromoso, que es igualmente agresivo. El grado de titanio afecta la tolerancia al cloro: el grado 7 (paladio-estabilizado) aumenta el límite tolerable de cloro entre un 30% y un 50% porque el paladio cataliza reacciones catódicas, reduciendo la densidad de corriente anódica. El espesor de la pared proporciona un margen de seguridad; una pared de 1,5 mm con 1,2 ppm de cloro puede sobrevivir 2.000 horas, mientras que una pared de 0,9 mm falla en 500 horas.

Hacer una especificación informada

Cuando se especifica un calentador de titanio para servicio de rechazo de RO por encima de 45 grados, se requiere decloración aguas arriba por debajo de 1,0 ppm de cloro libre. Especifique titanio de grado 7 para cualquier nivel de cloro superior a 0,5 ppm. Instale un monitor de cloro aguas abajo del sistema de decloración con una alarma configurada en 1,0 ppm y un enclavamiento que apague el calentador si el cloro excede 1,5 ppm. Durante la puesta en servicio, mida el potencial de corrosión de la superficie de titanio frente a un electrodo de referencia de plata-cloruro de plata; un potencial superior a +0.6V indica cloro excesivo que requiere un ajuste de decloración. Para los calentadores existentes, inspeccione trimestralmente si hay picaduras usando tinte penetrante. Si se detectan picaduras, reduzca el nivel de cloro en un 50 % o reemplácelo con titanio de grado 7. Al controlar la concentración de cloro residual como parámetro operativo crítico, el ingeniero previene fallas por picaduras en corrientes de rechazo de ósmosis inversa cálidas y con alto contenido de cloruro, donde de otro modo el titanio sería aceptable.