1.1
INDICE DE ESTABILIDAD DEL AGUA Los sistemas que utilizan agua de enfriamiento presentan los siguientes problemas: Corrosión: Reducción de la eficiencia de la transferencia de calor por acumulación de depósitos Fugas y contaminación de los productos Mantenimiento no programados elevando los costos operativos Reparaciones y reemplazo de equipos Mayor tiempo en limpiezas, deterioro de otros equipos y accesorios por los residuos de la corrosión Incrustaciones: Reducción de la eficiencia de transferencia de calor por la formación de sales incrustantes de: CaCO3, CaSiO3, CaSO4 y otras de metales divalentes de baja solubilidad Reducción del área de flujo en tuberías y accesorios Corrosión y desgaste en trampas de vapor, instrumentos de seguridad y control Ensuciamiento: Generado por el crecimiento microbiano, sólidos suspendidos, productos de la corrosión, limos, materiales coloidales, polvo y partículas que transporta el aire, aceites, grasas y materiales externos a la torre Una forma de controlar la corrosión es promover un recubrimiento protector muy fino de Carbonato de Calcio, en base a la regulación del pH, alcalinidad M, iones Calcio, sólidos disueltos y la temperatura. De esta forma se mantiene una solución ligeramente saturada de Carbonato de Calcio. La tendencia de una fuente de agua para formar incrustaciones cuando es sometido al calentamiento o incremento de su alcalinidad, o generar corrosión; depende de los equilibrios de sus iones en solución y demás constituyentes. Cuando se controla estos equilibrios mediante un tratamiento adecuado, la incrustación y la corrosión se reducen a un mínimo. Diversos investigadores han realizado estudios tanto teóricos como experimentales, relativos a la tendencia incrustante o corrosiva del agua. Se han establecido los llamados índices de estabilidad del agua, índice de saturación del carbonato de calcio, nivel de saturación de la calcita, índice de saturación del sulfato. El objetivo de utilizar los índices es acondicionar el agua para mantener un efecto incrustante mínimo y limitar la corrosión
INDICE DE LANGELIER (IS) IS = PHm – PHs
(21)
PHm = PH medido en las condiciones de uso del agua INDICE DE RYZNAR IRy = 2PHs– PHm
(22)
PHs = Es el PH de saturación del carbonato de calcio INDICE LARSON – SKOLD
Cl SO ILs
4
(23)
M
Cl = Concentración del Cl en m eq/L
-
SO = Concentración del SO 4
M
4
en m eq/L
= m eq/L = Alcalinidad
El PHs puede determinarse por dos métodos: a.
Determinación directa en el laboratorio a 25 ºC Llevar la solución acuosa a la temperatura cercana a 25 ºC Determínese el PHm A una muestra de 200 ml en un matraz erlenmeyer de 500 ml, agréguese de 2 a 3 g de CaCO3 Q,P, mezclar durante unos 5 minutos. Usando un papel filtro mediano, filtrar unos 20 ml y deséchese esta muestra. Continuar con un filtrado hasta unos 150 ml y determínese el PHs
b.
Determinación a partir de gráficas o tablas, en función de la Dureza de Calcio, alcalinidad toral M, sólidos disueltos y la temperatura. Estos cálculos son aproximados. Dureza de calcio Dca en ppm (CaCO3) Alcalinidad Total M en ppm (CaCO3) Sólidos Disueltos SD en ppm Temperatura máxima donde se prevee incrustación en ºC PHs = 9,30 + A + B – (C +D) Los valores de A, B, C, D se muestran en la tabla:
(24)
TABLA Nº 21
SD ppm
A
T ºC
B
50 100 200 400 600 800 1000 2000 4000
0,07 0,10 0,13 0,16 0,18 0,19 0,20 0,22 0,25
0 5 10 15 20 30 40 50 60 70 80
2,60 2,46 2,34 2,21 2,09 1,88 1,71 1,55 1,40 1,27 1,16
Dureza de calcio ppm (CaCO3) 10 12 14 17 20 25 30 40 50 60 80 100 150 200 300 500 700 1000
C 0,60 0,68 0,75 0,83 0,90 1,01 1,06 1,20 1,30 1,38 1,51 1,60 1,78 1,90 2,08 2,30 2,45 2,60
M ppm (CaCO3) 10 12 14 17 20 25 30 40 50 60 80 100 150 200 300 500 700 1000
D 1,00 1,08 1,15 1,23 1,30 1,40 1,48 1,60 1,70 1,78 1,90 2,00 2,18 2,30 2,48 2,70 2,85 3,00
GRAFICA Nº 8 Los valores de los índices se interpretan de acuerdo a los valores correspondientes. TABLA Nº 22 IS (Langeliere) 3 2 1 0,5 0 -0,5 -1,0 -2,0 -3,0
IRY (Ryznar) 2,5 4,0 5,5 6,5 7,0 8,0 9,0 10,5 12,0
Característica del agua Extremadamente incrustante Muy incrustante Incrustante Ligeramente incrustante Agua estable Ligeramente agresiva Agresiva Fuertemente agresiva Extremadamente agresiva
TABLA Nº 23 INDICE DE LARSON – SKOLD Es aplicable para un rango de pH entre 6,5 – 8,5 ILG << 0,8 <0,8 – 1,2 > >> 1,2
Características del Agua No corrosivo para el acero al carbono Corrosivo para el acero al carbono Corrosión mediante picaduras en el acero al carbono
Comentarios:
La corrosión del acero depende de muchos factores: potencial galvánico , presencia de los iones cloruro, sólidos disueltos, gases disueltos, especies microbiológicas, esfuerzos que son sometidos los materiales, temperatura, velocidad de flujo, pH. Por lo tanto los índices nos indican la tendencia a formas incrustaciones, pero no garantizan ausencia de la corrosión.
Para tener una seguridad en el proceso se requiere el uso de cupones de corrosión. Y la evaluación permanente de los programas que se apliquen para controlar el equilibrio en el sistema de enfriamiento.
La determinación del PHs mediante la prueba de mármol, es la de mayor confiabilidad, para el cálculo de los índices de Langeliere y de Ryznard
La ecuación 21
I s PH m PH s
se aplica cuando PHm < 10,5
I s PH s PH m se aplica cuando PHm > 10,5 Esto significa que la tendencia a la incrustación se incrementa cuando aumenta el PH, invirtiéndose por encima de un PH = 10,5 1.
A una muestra de 50 ml de solución acuosa se agregan 3 gotas del indicador fenolftaleina y se titula con una solución estandarizada de 0,02 N de NaOH, hasta un viraje ligeramente de color rosado. Cuál es la concentración del ácido expresado en normalidad, ppm, ppm como CaCO3 y el pH final aproximado sí el consumo se soda fue 30 ml Solución:
Va Na Vb Nb
Peso Equivalente de NaOH = 40 g/ eq-g
Normalidad del ácido:
Na
Vb Nb 30 ml eq g eq g 0,02 0,012 Va 50 ml L L
Ppm del ácido
0,012
eq g g mg x 40 x 1000 480 L eq g g
Utilizando la ecuación (1):
Ppm (CaCO3) del ácido =
480
mg 50 600 L 40
Esta acidez también se denomina acidez total
PH = 8,3 punto de equivalencia 2.
30 ml de una solución ácida fue titulada con 10 ml de una solución 0,01 N de NaOH, utilizando fenolftaleina como indicador. Calcular la concentración del ácido en ppm como CaCO3 Fórmula simplificada:
Ppm ( CaCO ) 3
Acidez Total en ppm (CaCO3) 3.
Vb ( N ) x 50 000 Vs
(Ec. 5)
10 x 0,01 x 50 000 166,7 30
Una muestra de 50 ml de una solución ácida se titula con naranja 10 ml de una solución de NaOH 0,02 N hasta un viraje ligeramente, utilizando como indicador el anaranjado de metilo. Calcular la acidez mineral en ppm como CaCO3 y el pH de neutralización Ecuación (6): Acidez mineral ppm (CaCO3)
4.
10 x 0,02 x 50 000 200 50
Una solución contiene 90 ppm (CaCO3) de Alcalinidad de bicarbonato y un pH = 7,3. Calcular la concentración del CO2 libre. Solución: 9 ppm A partir de la gráfica Nº 2 Con un PH = 7,3
PH 7,3
Se calcula la relación
Alc. M (CaCO3 ) 10 CO2 libre ppm CO2 libre ppm 5.
M 10 CO2
M 90 9 10 10
Calcular la concentración del OD disuelto en agua pura a la presión de 160 mmHg y a la temperatura de 30 ºC en ppm y en ml/L De la ecuación (16):
ppm O2
Pi M i x 10 6 H i MH O 2
0,21 x 32 x 106 ppm O2 4,75 x 10 4 x 18
Pi
160 mmg 0,21 atm mm Hg 760 1 atm
H i (Tabla19) 4,75 x 10 4 M H O 18 g / mol 2
M i 32 g / mol
ppm O2 7,86 OD 7,86 ppm x 0,699
ml / L 5,49 ml / L ppm