A chamada dureza limite do carbonãoato (Hj) refere-se ao valor crítico no qual o CaCO₃ não precipita sob condições e temperaturas específicas de qualidade da água, onde o CO₂ livre está ausente ou é mínimo. Normalmente, em sistemas de água de resfriamento, esse valor varia de 2 a 4,5 mg equivalente/L. Entretanto, ao adicionar inibidores de ácido e incrustações, um sistema de água de resfriamento pode manter níveis mais altos de dureza de carbonato. Este artigo explica a relação entre inibidores de incrustações para água de resfriamento e a dureza limite do carbonato, fornecendo informações úteis para profissionais de tratamento de água.
1. Adição de ácido e limitação da dureza do carbonato
Ao adicionar ácido à água de reposição, a dureza do carbonato é convertida em dureza não carbonática com maior solubilidade (como CaSO₄ e CaCl₂), o que reduz a dureza do carbonato da água circulante a um nível abaixo do limite de dureza do carbonato, evitando assim a incrustação. As reações químicas são as seguintes:
Continue a partilhar um método para calcular a quantidade de ácido a adicionar com base na dureza do carbonato e na dureza limite do carbonato (Hj), conforme mostrado na fórmula seguinte.
Na fórmula:
G é a quantidade de ácido adicionada, kg/h;
E é a massa molar do ácido, para o ácido sulfúrico, E = 49, e para o ácido clorídrico, E = 36,5;
Qm é o volume de água suplementar da água de resfriamento circulante, m³/h;
α é a concentração do ácido;
HB é a dureza carbonática da água suplementar, mmol/L;
H′B é a dureza carbonática da água suplementar após tratamento ácido, mmol/L.
H′B pode ser calculado da seguinte forma.
Na fórmula: N é o múltiplo de concentração; Hj é a dureza carbonática limitante do sistema de água de resfriamento circulante, em mmol/L.
A dureza limite de carbonato da água circulante após a adição de ácido, sem o inibidor de incrustação, pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
Na fórmula, [O] representa o consumo de oxigênio, em mg/L; t representa a temperatura da água circulante, em ℃.
Hf′ é a dureza não carbonática após tratamento com ácido adicionado à água suplementar, em mmol/L, e pode ser calculada usando a seguinte fórmula:
2. Uso de inibidores de incrustações com tratamento ácido para limitar a dureza do carbonato
Ao utilizar tratamento ácido para limitar a dureza do carbonato em conjunto com inibidores de incrustações, o tipo de inibidor de incrustações utilizado deve determinar o valor de Hj apropriado. Inibidores de incrustações comuns incluem polifosfatos, fosfonatos orgânicos (sais) e ácidos poliacrílicos.
Inibidores da escala de polifosfato
Polifosfatos referem-se principalmente ao polifosfato de sódio, sendo as formas comumente usadas o hexametafosfato de sódio (também conhecido como polimetafosfato de sódio) e o tripolifosfato de sódio. Esses inibidores dispersam e estabilizam partículas coloidais e possuem fortes capacidades de quelação para íons cálcio e magnésio. O polifosfato de sódio não funciona apenas como inibidor de incrustações, mas também possui propriedades de inibição de corrosão. As propriedades específicas variam dependendo da estrutura molecular do [NaPO₃] n , onde o valor de n determina as características. O hexametafosfato de sódio tem a fórmula química [NaPO₃]₆ONa₂ e é um polímero de metafosfato de sódio (NaPO₃). Quando utilizado como inibidor de incrustações, a dureza limite do carbonato Hj da água circulante pode ser estimada pela seguinte fórmula. A dosagem típica de hexametafosfato de sódio varia de 1 a 5 mg/L, sendo o limite superior utilizado para água com alta dureza carbonática. O tripolifosfato de sódio (Na₅P₃O₁₀) tem forte capacidade de quelar íons de cálcio, com dosagem típica de 2 a 5 mg/L e Hj = 5 mmol/L.
A desvantagem dos polifosfatos é sua tendência a se decompor em ortofosfatos em água, um processo conhecido como hidrólise de polifosfatos. O grau de hidrólise é influenciado por fatores como pH, temperatura, tempo e atividade microbiana. A hidrólise está positivamente correlacionada com a temperatura da água e o tempo de contato, embora ocorra a uma taxa relativamente lenta, com taxas típicas de hidrólise entre 11% e 35%.
Fosfonatos orgânicos e seus sais
Esses inibidores de incrustação são eficazes e também proporcionam inibição da corrosão, o que os torna inibidores de dupla finalidade. Muitas de suas propriedades são semelhantes às dos polifosfatos, mas são mais estáveis e menos propensas à hidrólise, mesmo em temperaturas mais altas. No entanto, os fosfonatos orgânicos podem ser corrosivos para o cobre, por isso não são adequados para uso em sistemas de trocadores de calor de cobre. Os fosfonatos orgânicos comuns e seus sais usados internamente incluem ácido hidroxietilideno difosfônico (HEDP), ácido aminotrimetileno fosfônico (ATMP) e etilenodiaminotetra (ácido metilenofosfônico) (EDTMP). Quando usados em conjunto com polifosfatos, esses inibidores podem ter um efeito sinérgico, melhorando a dureza limitante do carbonato da água circulante e reduzindo a dosagem de cada agente. A dureza limite típica do carbonato para estes inibidores é a seguinte:
HEDP: Hj = 8 mmol/L
ATMP: Hj = 9 mmol/L
EDTMP: Hj = 8 mmol/L
Polímeros de policarboxilato
Polímeros de policarboxilato são polímeros que contêm grupos funcionais carboxila (grupos carboxila) ou derivados de ácidos carboxílicos. O ânion carboxilato (COO⁻) determina as características desses polímeros, onde M representa um cátion monovalente, hidrogênio ou um grupo amina. Após ser introduzido na água, o grupo carboxilato se dissocia em COO⁻ e M⁺, sendo o COO⁻ responsável pela inibição de incrustações. Inibidores comuns de incrustações de policarboxilato usados internamente incluem ácido poliacrílico, poliacrilato de sódio, polimetilmetacrilato, copolímeros de ácido acrílico e acrilato de hidroxipropila, copolímeros de ácido acrílico e acrilatos e poli(ácido maleico) hidrolisado (anidrido). As dosagens típicas e os valores de dureza limite de carbonato correspondentes são os seguintes:
Ácido poliacrílico: 1–9 mg/L, Hj = 5,5–10 mmol/L
Poliacrilato de sódio: 1–8 mg/L, Hj = 5,8–9 mmol/L
Poli(ácido maleico): 1–5 mg/L, Hj = 5–8,5 mmol/L
Resumo
Ao controlar a dureza limite do carbonato em sistemas de água de resfriamento circulante, a formação de incrustações pode ser evitada. Usar os métodos acima para calcular a dosagem apropriada de ácidos e inibidores de incrustação, juntamente com a dureza limite de carbonato permitida pelo sistema sob condições operacionais específicas, ajuda a prevenir problemas de incrustação e, ao mesmo tempo, reduz os custos químicos.
