سختی گیر مغناطیس

اصلاح گر فیزیكی در سختی گیر آب چیست؟

اصلاحگرهای فیزیكی بدون استفاده از مواد شیمیایی و با استفـاده از ایجاد تغییرات در امـلاح محلول در آب بواسطه میدان‌های مغناطیسی و الكترومغناطیسی تمایل رسوب گذاری آب را كاهش می دهند. در این راستا عبارت‌هایی نظیر سختی گیر، رسوب گیر، رسوب زدا، ضد رسوب  در این دسته بندی قرار می‌گیرند. اصلاح‌گرهای غیرشیمیایی یا Non Chemical Device از دیگر نام‌های این گروه از تجهیزات است. سابقه تولید و استفاده از سختی گیرهای مغناطیسی به دهه 1950 میلادی بر می‌گردد.

انواع سختی گیرهای مغناطیسی :

•  مغناطیسی (میدان مغناطیسی)
•  الكترومغناطیسی (میدان الکترو مغناطیسی)
•  الكترونیكی (میدان الكترومغناطیسی متغیر) تقسیم می‌شوند.

نحوه ی عملکرد سختی گیرهای مغناطیسی :

1- سختی گیرهای مغناطیسی:

این نوع سختی گیرها از جمله اولین تجهیزات اصلاح فیزیكی آب به شمار می‌روند. پس از كشف این كه آبی كه از روی صخره‌های با خاصیت مغناطیسی عبور می‌كند رسوب نمی‌گذارد، این نوع سختی گیرها تولید شده‌اند. سابقه فعالیت این گروه از اصلاح‌گرهای فیزیكی به اواخر دهه 1940 و اوایل 1950 میلادی بر می‌گردد. فلزاتی نظیر آهن، كبالت و نیكل قادر هستند كه خاصیت فرومگنتیكی از خود بروز دهند. قدرت میدان‌های مغناطیسی با واحد گوس(Gauss) سنجیده می‌شود. شدت میدان مغناطیسی زمین حدود 25/. الی 65/. گوس و كمپرسور یخچال 1000 گوس است. از انواع سختی‌گیرهای مغناطیسی میتوان : مغناطیسی بلوكی، مغناطیس لوله‌ای( رزوه‌ای و فلنجی)، مغناطیسی كلمپی و رینگ‌های شارژی را نام برد .

2- سختی گیر الكترومغناطیسی:

منطق سازندگان این دستگاه‌ها در تاثیر میدان‌های مغناطیسی بر یون‌ها و جلوگیری از ایجاد رسوب مشابه تولیدكنندگان سختی گیر های مغناطیسی است. با این تفاوت كه خطوط میدان مغناطیسی در سختی گیرهای الكترومغناطیسی تقریبا در راستای لوله قرار می‌گیرند. (به غیر از قسمت ابتدایی و انتهایی سیم پیچ). در واقع اختراع سختی گیرهای الكترومغناطیسی اولیه ابداع نوینی در زمینه رسوب گیری محسوب نمی‌شد. و همچنان مشكلاتی نظیر نیاز به وجود جریان آب در داخل لوله وجود داشت. زیرا میدان مغناطیسی تنها به بار الكتریكی در حال حركت نیرو وارد می‌كند . مشكل دیگر برد محدود میدان مغناطیسی ایجاد شده است که تنها در قسمتی از لوله كه به دور آن سیم پیچیده شده است القا می‌گردد.

3- سختی گیر الكترونیکی:

سختی‌گیرهای الكترونیكی، در واقع نسل جدید سختی گیرهای الكترومغناطیسی هستند. سختی گیرهای الكترونیکی شامل یک یا چند سیم پیچ و یک جعبه كنترل است. با اتصال جعبه کنترل به برق ، جریان AC از سیم پیچ عبور می‌کند. عبور جریان متغیر از سیم پیچ باعث القای میدان الکترومغناطیسی متغیر درون لوله می‌شود . اساس کار سختی گیر‌های الكترونیكی، ایجاد میدان‌های مغناطیسی متغیر با آرایش دوایر متحد المرکز درون لوله است. که یونهای مثبت و منفی معلق در آب را تحت تاثیر قرار می‌دهد.

با توجه به این که جریان عبوری از سیم پیچ متغیر از نوع AC است، میدان مغناطیسی القا شده در لوله نیز متغیر خواهد بود.  برای عملکرد دستگاه جنس لوله‌های مورد استفاده باید از نوع پلاستیکی و یا فلزات غیرآهنی (مسی یا استینلس استیل) باشد. اگر فرکانس مورد استفاده در این دستگاه‌ها از 2000 هرتز بیشتر باشد با توجه به قانون لنز، اثر خودالقایی در سیم پیچ قابل توجه و اختلال آمیز در عملکرد دستگاه خواهد بود .

Mars

در سختی گیرهای الكترونیكی ، امكان تغییر مداوم و خودكار سیگنال جریان AC در برد الكترونیكی، امکان پذیر شده است. در این راستا : الف) تغییر شدت جریان ب) تغییر شکل موج (سینوسی ،مربعی و اشكال دیگر) ج) تغییر فرکانس  وجود دارد که از طریق یک یا چند سیم پیچ یا آنتن به آب القا می‌گردد.

معایب اصلاح‌گرهای مغناطیسی :

در خصوص كارایی اصلاح گرهای مغناطیسی، معایب و محدودیت‌های آن ها مورد بررسی قرار گیرد. به تفكیک این معایب سختی‌گیرهای مغناطیسی، الكترومغناطیسی و الكترونیكی به شرح ذیل مورد بررسی قرار می‌گیرد.

1- عملكرد سختی‌گیر‌های مغناطیسی موضعی است:

اثرگذاری سختی‌گیر‌های مغناطیسی كاملا مقطعی و موضعی بوده. سازندگان این تجهیزات ادعا می‌کنند كه برد دستگاه به چند صد متر هم می‌رسد، كه ادعای بی‌اساسی است. زیرا اگر آب در حال سكون باشد، سختی‌گیر مغناطیسی هیچ اثری بر روی آب نگذاشته و تجهیزات قبل و بعد از آن در مقابل تشكیل رسوب قابل محافظت نیستند. همچنین سختی‌گیرهای مغناطیسی قادر نیستند مدار لوله‌كشی و تاسیسات بالادستی (قبل از دستگاه) را محافظت نمایند.

2- برای پوشش كل مدار لوله كشی به بیش از یك دستگاه سختی گیر مغناطیسی نیاز است: 

به دلیل موضعی بودن عملكرد سختی گیرهای مغناطیسی، درصورتی كه مدار لوله‌كشی طولانی است. یك یا چند دستگاه جوابگو نبوده و جهت پوشش كل مدار لوله‌كشی، با توجه به پیچیدگی مدار، تعداد اتصالات و زانوها و تعداد و فشار پمپ‌های سیركولاسیون یا بوستر پمپ‌ها، نیاز به محاسبه تعداد دستگاه‌های مورد نیاز است.  كه اساساً رسوبات تشكیل شده توسط دستگاه‌های سختی گیر مغناطیسی ، در بهترین شرایط آزمایشگاهی حداكثر 3 الی 3/5 دقیقه است.  به عنوان مثال سختی‌گیرهای مغناطیسی را نمی توان در مكش پمپ نصب نمود زیرا توربولان جریان باعث شكسته شدن و از هم گسیختن توپ‌های برفی می‌گردد. با مراجعه به دستورالعمل‌های نصب اینگونه تجهیزات، مشاهده می‌گردد كه نمی‌توان آن ها را در خروجی پمپ نیز نصب نمود.

3- باعث خوردگی شدید در محل نصب و تجهیزات بعد از آن می‌گردد:

نصب بلوک‌های مغناطیسی باعث ایجاد شار مغناطیسی از قطب های N به S می‌گردد. عبور جریان آب حامل آنیون‌ها(یونهای منفی نظیر كربنات و سولفات ها …) و كاتیون‌ها(یونهای مثبت كلسیم، منیزیم و سدیم و ). در این حالت، فلز 2 ظرفیتی(لوله یا آند)، سطح فلز 3 ظرفیتی(لایه محافظتی – مگنتیك یا كاتد) و سیال(الكترولیت) وجود داشته. كه عبور جریان سیال و یون‌های درون آن، باعث ایجاد جریان الكتریكی ضعیف بر مبنای الكترون ولت و نهایتاً تشكیل پیل الكتروشیمیایی می‌گردند. عملاً موجب خوردگی فلز گردیده و نهایتاً از حجم لوله كاسته می‌شود.

4- خاصیت مغناطیسی باعث جذب ذرات فلزی و نهایتا مسدود شدن مسیر جریان سیال می‌شود:

با نصب بلوکهای مغناطیسی، ذرات فلزی معلق در آب، جذب این میدان‌های قوی مغناطیسی می‌شود. به مرور با افزایش این حجم ذرات موجب كاهش سطح مقطع در مدار لوله‌كشی می‌گردد. که می‌بایست چند وقت یک بار مدار لوله‌كشی متوقف و آب آن تخلیه و به صورت فیزیكی تمیز گردد.

5- عملكرد دستگاه به سرعت بهینه آب عبوری بستگی دارد:

به نواحی دیگر مدار، لازم است كه سیال حتما جریان داشته و حتماً در سرعت بهینه خود جاری شود. منحنی ذیل نتایج آزمایش تاثیرپذیری عملکرد سختی‌گیرهای مغناطیسی را نسبت به سرعت آب داخل لوله نشان می‌دهد. در شرایطی که بهترین عملکرد در سرعت 2/3 متر بر ثانیه اتفاق می‌افتد میزان کاهش رسوب 80 درصد بوده و این بدان معناست که تنها روند رسوبگذاری کند گردیده و حذف نمی‌گردد. عموما طراحان تاسیسات مکانیکی سرعت 1 الی 1/5 متر بر ثانیه را در طراحی‌های خود لحاظ می‌نمایند. که در این شرایط با رجوع به منحنی فوق تنها 30 الی 40 درصد میزان رسوبگذاری کاهش می‌یابد.

6- در نزدیكی میدان مغناطیسی و خصوصا الكتروموتورها اثر سختی گیر مغناطیسی کاهش می‌یابد:

 بدیهی است که میدان‌های مغناطیسی ناشی از الكتروموتور‌‌ها و ژنراتور‌ها و سایر دستگاه‌های با كاركرد مشابه، در عملكرد میدان‌های مغناطیسی اختلال ایجاد می‌كنند. این درحالیست كه الکتروموتورها قلب محرک تاسیسات بوده و راهبری مدارهای تاسیساتی بدون این تجهیزات غیرممکن است. به عنوان مثال، با فرض اینکه در زمان نصب سختی گیر مغناطیسی بر روی لوله فاصله مجاز نصب از موتورهای الکتریکی نیز رعایت گردد. زیرا به هر حال سیال در نقاط مختلف در حرکت است و از درون پمپ یا حتی شیرهای برقی یا موتوری نیز عبور خواهد نمود.

7- سختی گیر های مغناطیسی به عنوان مكمل سختی گیر های رزینی در نظر گرفته می‌شوند:

اغلب سازندگان سختی گیرهای مغناطیسی استفاده از این تجهیزات را برای آبهای سخت توصیه نمی‌نمایند. به عبارت دیگر زمانی که سختی آب از حد مشخصی بالاتر است عنوان می‌نمایند که سختی گیرها به تنهایی عملكرد چندان مطلوبی نداشته. می‌بایست به همراه سختی گیرهای رزینی به كار می‌روند. هر چند سختی گیرهای رزینی عملکرد خود را صنایع گوناگون به اثبات رسانده‌اند. اما دلیل تمایل به استفاده از سختی گیرهای اصلاح گر فیزیکی عدم نیاز به مراقبت و سرویس و نگهداری.

8- پایداری كریستال‌های معلق تشكیل شده در آب كوتاه بوده و برابر 3/5 دقیقه است: 

كریستال‌های معلق تشكیل شده توسط سختی گیرهای مغناطیسی، به دلیل منسجم و منظم نبودن، پایداری چندانی نداشته.  نمک‌های محلول در آب (TDS, Total Dissolved Solid) شامل کلیه آنیون‌ها و کاتیون‌ها هستند. ترکیباتی نظیر سدیم، پتاسیم، کلسیم، منیزیم، آهن و منگنز کاتیون‌ها را تشکیل می‌دهند.  ترکیباتی نظیر کلراید، سولفات، کربنات، بی کربنات، نیترات، نیتریت، سیلیکات آنیون‌ها را تشکیل می‌دهند. اما نکته بسیار مهم این است که تمامی این املاح تمایلی به تشکیل رسوب ندارند. به عنوان مثال در برخورد کلسیم به یون کلر و ایجاد نمک کلرید کلسیم، این نمک بسیار حلال بوده و تمایلی به راسب بودن ندارد. بغیر از کربنات منیزیم و کلسیم، باقی ترکیبات تمایل به تشکیل حالت پایدار کریستالی را دارند. در نتیجه پس از عبور کریستال‌های ایجاد شده از حوزه قوی میدان مغناطیسی ترکیبات یونی ناپایدار و حلال واکنش نشان داده. و از مجموعه رسوبات کریستالی خارج و خود مجدد در آب حل می‌شوند.

9- نصب مدل فلنجی سختی گیر مغناطیسی نیاز به توقف سیستم و بریدن لوله دارد:

سختی گیرهای مغناطیسی دارای انواع مختلف بلوكی، لوله‌ای(رزوه‌ای و فلنجی) و كلمپی هستند. مدل‌های فلنجی و رزوه ای آن برای نصب نیاز به برش لوله دارد. برای بریدن لوله، سیستم باید متوقف و تمام یا بخشی از آب داخل سیستم تخلیه گردد. شاید در سیستم‌های تاسیسات کوچک خانگی توقف یک یا چند ساعته مساله چندان مهمی نیست اما در تاسیسات معظم این امر به سادگی میسر نبوده و تمامی توقفات با برنامه ریزی از قبل انجام می‌گردد. نصب مدل فلنجی نیاز به مهارت دارد.

10- سختی گیرهای مغناطیسی رسوبات قبلی را حذف نمی‌كند:

سختی گیرهای مغناطیسی همانطور که در مورد 5 به آن به تفصیل اشاره گردید. در بهترین شرایط میزان رسوب گذاری در بازه‌های زمانی کوتاه تا 40 درصد کاهش می‌دهند و نمی‌توانند رسوب زدایی نموده و رسوبات قبلی را حذف نمایند.

11- استاندارد ایمنی ندارند و برای سلامتی انسان مضر هستند:

در تاسیسات عظیم و مجهز و همچنین لوله‌های با اقطار بزرگ، از سختی گیرهای مغناطیسی با مغناطیس‌های قوی‌تری استفاده می‌شود، تا بتواند كل لوله‌ها و مدار را تحت پوشش قرار دهد.  كه طبق مطالب بالا فرای استانداردهای معمول بوده و صدمات ناشی از این میدان‌های مغناطیسی قوی بر روی اكو سیستم محیط زیست.  و تمامی جانداران موجود در آن، به خصوص پرسنلی كه نقش نظارت، بازرسی و یا نگهداری از این تجهیزات را دارند، گاها بسیار زیاد و غیر قابل جبران است. مقادیر حد تماس شغلی با شدت‌های شار مغناطیسی پایا در جدول 4 به مقادیری اشاره دارد. كه به نظر می‌رسد چنانچه تقریباً كلیه شاغلین به طور مكرر در روزهای متوالی در مواجهه با آن قرار گیرند، اثر سوء بر سلامت آنان عارض نگردد.