La denominada dureza límite del carbonato (Hj) se refiere al valor crítico en el que el CaCO₃ no precipita en condiciones y temperaturas específicas de calidad del agua, donde el CO₂ libre está ausente o es mínimo. Normalmente, en los sistemas de agua de refrigeración, este valor oscila entre 2 y 4,5 mg equivalentes/L. Sin embargo, al agregar inhibidores de ácido y incrustaciones, un sistema de agua de enfriamiento puede mantener niveles más altos de dureza de carbonato. Este artículo explica la relación entre los inhibidores de incrustaciones para el agua de refrigeración y la dureza límite del carbonato, proporcionando información útil para los profesionales del tratamiento del agua.
1. Adición de ácido y limitación de la dureza del carbonato
Al agregar ácido al agua de reposición, la dureza del carbonato se convierte en dureza no carbonatada con mayor solubilidad (como CaSO₄ y CaCl₂), lo que reduce la dureza del carbonato del agua circulante a un nivel por debajo de la dureza límite del carbonato, evitando así la formación de incrustaciones. Las reacciones químicas son las siguientes:
Continúe compartiendo un método para calcular la cantidad de ácido a agregar en función de la dureza del carbonato y la dureza límite del carbonato (Hj), como se muestra en la siguiente fórmula.
En la fórmula:
G es la cantidad de ácido añadido, kg/h;
E es la masa molar del ácido, para el ácido sulfúrico, E = 49, y para el ácido clorhídrico, E = 36,5;
Qm es el volumen de agua suplementario del agua de refrigeración circulante, m³/h;
α es la concentración del ácido;
HB es la dureza del carbonato del agua suplementaria, mmol/L;
H′B es la dureza del carbonato del agua suplementaria después del tratamiento ácido, mmol/L.
H′B se puede calcular de la siguiente manera.
En la fórmula: N es el múltiplo de concentración; Hj es la dureza límite del carbonato del sistema de agua de refrigeración circulante, en mmol/L.
La dureza límite del carbonato del agua circulante después de agregar ácido, sin el inhibidor de incrustaciones, se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
En la fórmula, [O] representa el consumo de oxígeno, en mg/L; t representa la temperatura del agua circulante, en ℃.
Hf′ es la dureza no carbonatada después del tratamiento con ácido añadido al agua suplementaria, en mmol/L, y se puede calcular utilizando la siguiente fórmula:
2. Uso de inhibidores de incrustaciones con tratamiento ácido para limitar la dureza del carbonato
Cuando se utiliza un tratamiento ácido para limitar la dureza del carbonato junto con inhibidores de incrustaciones, el tipo de inhibidor de incrustaciones utilizado debe determinar el valor de Hj apropiado. Los inhibidores de incrustaciones comunes incluyen polifosfatos, fosfonatos orgánicos (sales) y ácidos poliacrílicos.
Inhibidores de la escala de polifosfato
Los polifosfatos se refieren principalmente al polifosfato de sodio, siendo las formas comúnmente utilizadas el hexametafosfato de sodio (también conocido como polimetafosfato de sodio) y el tripolifosfato de sodio. Estos inhibidores dispersan y estabilizan partículas coloidales y tienen fuertes capacidades de quelación para iones de calcio y magnesio. El polifosfato de sodio no sólo funciona como inhibidor de incrustaciones sino que también tiene propiedades de inhibición de la corrosión. Las propiedades específicas varían dependiendo de la estructura molecular de [NaPO₃] n , donde el valor de n determina las características. El hexametafosfato de sodio tiene la fórmula química [NaPO₃]₆ONa₂ y es un polímero de metafosfato de sodio (NaPO₃). Cuando se utiliza como inhibidor de incrustaciones, la dureza límite del carbonato Hj del agua circulante se puede estimar mediante la siguiente fórmula. La dosis típica de hexametafosfato de sodio varía de 1 a 5 mg/L, y el límite superior se utiliza para agua con alta dureza de carbonato. El tripolifosfato de sodio (Na₅P₃O₁₀) tiene una gran capacidad para quelar iones de calcio, con una dosis típica de 2 a 5 mg/L y Hj = 5 mmol/L.
El inconveniente de los polifosfatos es su tendencia a descomponerse en ortofosfatos en agua, un proceso conocido como hidrólisis de polifosfatos. El grado de hidrólisis está influenciado por factores como el pH, la temperatura, el tiempo y la actividad microbiana. La hidrólisis se correlaciona positivamente con la temperatura del agua y el tiempo de contacto, aunque ocurre a un ritmo relativamente lento, con tasas de hidrólisis típicas entre el 11% y el 35%.
Fosfonatos orgánicos y sus sales
Estos inhibidores de incrustaciones son eficaces y también proporcionan inhibición de la corrosión, lo que los convierte en inhibidores de doble propósito. Muchas de sus propiedades son similares a las de los polifosfatos, pero son más estables y menos propensos a la hidrólisis, incluso a temperaturas más altas. Sin embargo, los fosfonatos orgánicos pueden ser corrosivos para el cobre, por lo que no son adecuados para su uso en sistemas intercambiadores de calor de cobre. Los fosfonatos orgánicos comunes y sus sales utilizados a nivel nacional incluyen el ácido hidroxietilideno difosfónico (HEDP), el ácido aminotrimetilenfosfónico (ATMP) y el ácido etilendiaminotetra(metilenfosfónico) (EDTMP). Cuando se utilizan junto con polifosfatos, estos inhibidores pueden tener un efecto sinérgico, mejorando la dureza limitante del carbonato del agua circulante y reduciendo la dosis de cada agente. La dureza límite típica del carbonato para estos inhibidores es la siguiente:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polímeros de policarboxilato
Los polímeros de policarboxilato son polímeros que contienen grupos funcionales carboxilo (grupos carboxilo) o derivados de ácidos carboxílicos. El anión carboxilato (COO⁻) determina las características de estos polímeros, donde M representa un catión monovalente, hidrógeno o un grupo amina. Después de introducirse en agua, el grupo carboxilato se disocia en COO⁻ y M⁺, siendo el COO⁻ responsable de la inhibición de la escala. Los inhibidores de incrustaciones de policarboxilato comunes utilizados en el país incluyen ácido poliacrílico, poliacrilato de sodio, polimetilmetacrilato, copolímeros de ácido acrílico y acrilato de hidroxipropilo, copolímeros de ácido acrílico y acrilatos, y poli(ácido maleico) hidrolizado (anhídrido). Las dosis típicas y los correspondientes valores límite de dureza del carbonato son los siguientes:
Ácido poliacrílico: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Poliacrilato de sodio: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poli(ácido maleico): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Resumen
Al controlar la dureza limitante del carbonato en los sistemas de agua de refrigeración circulante, se puede evitar la formación de incrustaciones. El uso de los métodos anteriores para calcular la dosis adecuada de ácidos e inhibidores de incrustaciones, junto con la dureza limitante permitida del carbonato del sistema en condiciones operativas específicas, ayuda a prevenir problemas de incrustaciones y al mismo tiempo reduce los costos químicos.
