Calculadora de incrustación / solubilidad del carbonato de calcio
Explore una curva ilustrativa de saturación de calcita con temperatura, pH, alcalinidad, calcio y NaCl de fondo adicional. Consulte la formulación de sales correspondiente y los contraiones.
Condiciones de su agua
Mueva un control deslizante o introduzca un valor.
La temperatura máxima depende de la salinidad y de la presión de operación. El control deslizante se detiene 0,5 °C por debajo del punto de ebullición.
Control propuesto: ajustar el CO₂ disuelto manteniendo fija la alcalinidad. Esta versión preliminar no calcula la adición o eliminación de CO₂ necesaria.
Se expresa en mg/L equivalentes de CaCO₃. En este modo de control independiente, la alcalinidad se aporta mediante NaHCO₃; consulte la explicación más abajo.
Introduzca el valor en mg/L como Ca. El CaCl₂ aporta un ion Ca²⁺ y dos iones Cl⁻; el cloruro correspondiente se incluye en la formulación de sales que figura más abajo.
NaCl adicional, además del cloruro procedente del CaCl₂ y del sodio procedente del NaHCO₃. No representa el total de sales disueltas.
Condiciones avanzadas
Valor atmosférico predeterminado: 1,013 bar(a). Explore la operación al vacío o a presión (0,2–5 bar(a)).
Límite superior de temperatura del prototipo: 150 °C. El límite de la versión de producción debe basarse en datos de un modelo validado.
Agua desmineralizada + CaCl₂ + NaHCO₃ + NaCl adicional.
Establezca el pH ajustando el CO₂ disuelto; el calcio y la alcalinidad final se mantienen en los valores objetivo seleccionados.
¿Dónde se sitúa su agua?
Umbral de calcio frente a temperatura · calcita (CaCO₃)
Curva azul: calcio en la saturación de calcita · Curva gris discontinua: sin NaCl adicional · Punto oscuro: su agua · Línea marrón: límite de ebullición
El límite superior de temperatura varía según la presión y la salinidad, dentro del rango del prototipo.
Estimación meramente ilustrativa · no se simulan la evaporación ni los cambios de concentración.¿Qué acompaña al calcio y a la alcalinidad de su agua?
Adiciones estequiométricas de sales por litro de solución final, antes de cualquier precipitación. Las masas de sales indicadas a continuación corresponden a CaCl₂ anhidro y NaHCO₃ puro.
| Fuente | Cantidad de sal | Ion acompañante |
|---|---|---|
| CaCl₂ → Ca²⁺ + 2 Cl⁻ | 221.5 mg/L | 141.5 mg/L Cl⁻ |
| NaHCO₃ → Na⁺ + HCO₃⁻ | 251.8 mg/L | 68.9 mg/L Na⁺ |
| NaCl adicional | 2000.0 mg/L | 786.8 mg/L Na⁺ + 1213.2 mg/L Cl⁻ |
Total de esta formulación: sodio 855.7 mg/L como Na · cloruro 1354.7 mg/L como Cl.
Supuesto sobre el pH: La adición o eliminación de CO₂ modifica el carbono inorgánico y el pH sin modificar directamente la alcalinidad en el sistema ideal de carbonatos. Esta versión preliminar no calcula la demanda de CO₂ ni la especiación de los carbonatos. El ajuste con un ácido o una base fuertes requeriría tener en cuenta los cambios en la alcalinidad y sus contraiones.
Qué se calcula aquí: únicamente las masas de las sales y sus aportes de sodio y cloruro. Se especifican adiciones de sales con cargas equilibradas, pero sigue siendo necesario un cálculo completo del equilibrio y del balance de cargas de la solución acuosa. Estos contraiones añadidos aún no se utilizan en la curva ilustrativa de saturación ni en la estimación del punto de ebullición.
«Como CaCO₃» es una unidad de expresión, no necesariamente la sal añadida
La alcalinidad mide la cantidad de ácido que el agua puede neutralizar. Expresarla en mg/L como CaCO₃ permite expresar esa capacidad de neutralización de ácidos sobre una base común de equivalentes. No indica cuánto calcio hay presente ni significa que se haya añadido carbonato de calcio sólido.
Ajuste el calcio y la alcalinidad de forma independiente
El calcio se aporta como CaCl₂ y la alcalinidad mediante NaHCO₃. Sus aportes de cloruro y sodio aparecen en la tabla de la formulación. Esto permite explorar cambios en el calcio sin modificar automáticamente la alcalinidad, y viceversa.
El calcio y la alcalinidad deben variar conjuntamente
Cada 100 mg/L de CaCO₃ que se disuelven realmente aportan aproximadamente 40 mg/L de calcio como Ca y 100 mg/L de alcalinidad como CaCO₃. Añadir 100 mg/L de sólido no garantiza que se disuelva por completo.
Añadir caliza / CaCO₃
Un modo independiente podría tomar una dosis de caliza y calcular cuánto se disuelve, vinculando el calcio y la alcalinidad. Ese cálculo requiere un modelo validado para el pH, la disponibilidad de CO₂ y el equilibrio mineral; no está implementado en esta versión preliminar.
En agua que contiene CO₂, la disolución de la caliza puede representarse como CaCO₃ + CO₂ + H₂O ⇌ Ca²⁺ + 2 HCO₃⁻. Añadir o eliminar únicamente CO₂ no modifica directamente la alcalinidad en el sistema ideal de carbonatos; la disolución o precipitación de CaCO₃ sí lo hace. El control deslizante de pH actual supone un ajuste mediante CO₂, pero no calcula la cantidad de CO₂ necesaria.
Información de contexto: USGS · Alcalinidad y especiación de los carbonatos · USGS · Expresión de la alcalinidad y composición de la solución
Tres ideas clave
Relaciones para explorar · valores ilustrativos, no predicciones validadas.
Un pH más alto puede favorecer las incrustaciones de carbonatos
Con la misma concentración de calcio y la misma alcalinidad, aumentar el pH puede incrementar la proporción de carbonato y la tendencia a la saturación de calcita.
Ambos aspectos de la química importan
Aumentar el calcio o la alcalinidad debida a los carbonatos puede acercar una muestra a la saturación. La alcalinidad «como CaCO₃» es una unidad de expresión, no una concentración de carbonato de calcio disuelto.
El calentamiento y la desgasificación pueden favorecer las incrustaciones
El agua dura calentada puede formar depósitos de carbonato de calcio. La pérdida de CO₂ puede elevar el pH y favorecer la precipitación. Esta versión preliminar mantiene constantes el pH y la alcalinidad durante el barrido de temperatura.
Compare con el índice de saturación de Langelier
La calculadora del índice de saturación de Langelier de Lenntech también evalúa la tendencia a la formación de incrustaciones de carbonato de calcio. Indica el pH de saturación (pHs) y LSI = pH − pHs: los valores positivos indican sobresaturación, el cero indica saturación y los valores negativos indican subsaturación con respecto al carbonato de calcio.
¿Cuál es la diferencia? Esta página representa gráficamente un umbral ilustrativo de concentración de calcio y muestra la concentración de calcio como porcentaje de ese umbral. El LSI, en cambio, expresa cuánto se sitúa el pH del agua por encima o por debajo de su pH de saturación calculado. No es un porcentaje, una masa prevista de precipitado ni una velocidad de formación de incrustaciones, y tampoco es una medida directa de la corrosión.
Esta página es una demostración educativa, no un cálculo de equilibrio validado. La fórmula del LSI también tiene limitaciones metodológicas; las aguas de alta salinidad, alta temperatura o composición compleja requieren un modelo geoquímico adecuado.
¿Dónde se forman incrustaciones de carbonato de calcio?
Son frecuentes en aguas duras y en concentrados que contienen calcio y presentan alcalinidad carbonatada.
Calentadores e intercambiadores de calor
El calentamiento de agua dura puede producir depósitos de carbonato de calcio en las superficies calientes, lo que reduce la transferencia de calor y restringe el flujo.
Torres de refrigeración y purgas
La evaporación concentra los minerales disueltos en el agua en recirculación. El calcio, la alcalinidad, el pH y la temperatura influyen en la tendencia a la formación de incrustaciones de carbonatos.
Concentrado de ósmosis inversa (RO) y salmueras
El calcio y la alcalinidad retenidos pueden concentrarse a medida que la ósmosis inversa (RO) recupera agua. La especiación de los carbonatos y el pH contribuyen a determinar si el concentrado se aproxima a la saturación de calcita.
Una corriente salina no necesariamente contiene mucho calcio ni presenta una alcalinidad elevada. Para evaluar realmente la formación de incrustaciones se necesita un análisis completo; esta interfaz solo muestra una composición sintética simplificada.
Información de referencia: USGS · Dureza y depósitos producidos al calentar el agua · US DOE · Gestión de torres de refrigeración · USBR · Tratamiento con membranas
Los cálculos anteriores son ilustrativos y pueden contener errores u omisiones. No se garantiza su exactitud ni su integridad; los resultados deben verificarse de forma independiente antes de utilizarlos para el diseño, la selección del tratamiento o las decisiones operativas.
Metodología y limitaciones
Comprenda qué calcula la demostración interactiva, cómo se obtienen sus resultados y qué se necesitaría para una evaluación termodinámica de la formación de incrustaciones.
1. Alcance y datos de entrada
Los controles describen un agua sintética hipotética preparada con agua desmineralizada, CaCl₂, NaHCO₃ y NaCl adicional. El calcio y la alcalinidad son objetivos independientes. El pH es un valor introducido a la temperatura de operación; no se calcula a partir de esa formulación.
| Dato de entrada | Rango de la interfaz | Significado |
|---|---|---|
| Temperatura, T | De 0 °C al límite dinámico; máximo de 150 °C | Condiciones hipotéticas independientes a lo largo de la curva. |
| pH, H | 6–10.5 | Se supone un ajuste de CO₂ con una alcalinidad final fija; no se calcula la demanda de CO₂. |
| Alcalinidad, A | 10–1000 mg/L como CaCO₃ | Capacidad equivalente de neutralización de ácidos, aportada nominalmente mediante NaHCO₃. |
| Calcio, C | 0–2000 mg/L como Ca | Concentración objetivo de calcio total, aportado nominalmente mediante CaCl₂ anhidro. |
| NaCl adicional, S | 0–250 g/L | Sal de fondo adicional a las sales que aportan calcio y alcalinidad; no representa la salinidad total. |
| Presión, P | 0,2–5 bar absolutos | Se utiliza únicamente en la función ilustrativa de ebullición. |
Estos son rangos de la interfaz, no rangos operativos validados. Ampliar el rango de un control deslizante no demuestra la exactitud química en esas condiciones.
2. Funciones exactas utilizadas en esta demostración
Con los datos numéricos de entrada expresados en las unidades anteriores, el umbral de calcio L (mg/L como Ca) representado gráficamente es:
L = 100 × exp[−0,018 × (T − 25)] × 10^(8 − H)
× (150 / A) × [1 + 0,005 × S / (1 + S / 100)]
Relación de concentración mostrada (%) = 100 × C / L
Los factores exponencial, de pH, de alcalinidad y de NaCl se han elegido para ilustrar las respuestas. No calculan la especiación de los carbonatos, la formación de pares iónicos ni los coeficientes de actividad. En particular, el factor de NaCl no es una correlación de solubilidad en salmueras, y el factor de temperatura no es una constante termodinámica de equilibrio de la calcita.
La relación se redondea al porcentaje entero más cercano. El estado utiliza la relación sin redondear: por debajo del 85 % se muestra «Subsaturada», entre el 85 y el 100 % «Próxima a la saturación» y por encima del 100 % «Sobresaturada». El límite del 85 % es una elección de advertencia de la interfaz. Las tres etiquetas se refieren únicamente al umbral ilustrativo; no determinan el estado real de saturación de una muestra de agua.
La curva comparativa gris utiliza S = 0 y mantiene el pH y la alcalinidad introducidos. Esto significa que no hay NaCl adicional; no se eliminan de la formulación las sales que aportan calcio y alcalinidad.
La estimación del punto de ebullición y el límite de temperatura son:
B (°C) = 100 + 28 × ln(P / 1,01325) + 0,025 × S Tmax (°C) = floor[10 × min(150, B − 0,5)] / 10
Aquí, ln es el logaritmo natural y floor redondea hacia abajo. Se trata de una respuesta ilustrativa a la presión y al contenido de sal, no de un cálculo basado en tablas de vapor ni de un cálculo del punto de ebullición de electrolitos. Omite las contribuciones de CaCl₂, NaHCO₃ y CO₂, y no simula la evaporación ni los cambios de concentración. El margen de 0,5 °C y el límite máximo de 150 °C son decisiones de diseño de la interfaz.
3. Formulación de sales e iones acompañantes
La tabla de formulación utiliza conversiones estequiométricas antes de que se produzca cualquier precipitación. Supone el uso de CaCl₂ anhidro puro y NaHCO₃ puro. Los productos comerciales hidratados y la pureza del producto requerirían conversiones de dosis diferentes.
CaCl₂ (mg/L) = C × (40,078 + 2 × 35,45) / 40,078 Cl procedente de CaCl₂ (mg/L) = C × 2 × 35,45 / 40,078 Peso equivalente del CaCO₃ = 100,0869 / 2 = 50,04345 NaHCO₃ (mg/L) = A × 84,00661 / 50,04345 Na procedente de NaHCO₃ (mg/L) = A × 22,98977 / 50,04345 Na procedente del NaCl adicional (mg/L) = 1000 × S × 22,98977 / 58,43977 Cl procedente del NaCl adicional (mg/L) = 1000 × S × 35,45 / 58,43977
Las constantes de masa molar se expresan en g/mol; 50,04345 g/eq equivalen a 50,04345 mg/meq. Los totales de sodio y cloruro suman sus respectivas contribuciones. Los valores se muestran con un decimal. Estas conversiones especifican adiciones de sales eléctricamente equilibradas, pero no resuelven la especiación final en fase acuosa ni el balance de cargas. Sus contribuciones de sodio y cloruro no se incorporan a los cálculos de L ni de B.
4. Química de los carbonatos y supuestos del sistema
«Alcalinidad como CaCO₃» es una unidad de expresión en equivalentes, no una concentración de CaCO₃ disuelto. Añadir únicamente CO₂ no modifica directamente la alcalinidad en el sistema ideal de carbonatos, mientras que la disolución o precipitación de CaCO₃ modifica tanto el calcio como la alcalinidad. Cada 100 mg/L de CaCO₃ que realmente se disuelven aportan aproximadamente 40 mg/L de calcio y 100 mg/L de alcalinidad como CaCO₃.
El barrido de temperatura mantiene fijos los valores introducidos de pH, alcalinidad y calcio total. Compara condiciones hipotéticas independientes, en lugar de seguir una misma muestra de agua durante el calentamiento, la desgasificación o la precipitación. Mantener esos valores objetivo en una preparación real puede requerir un ajuste de CO₂ diferente a cada temperatura. La presión de operación del líquido no es la presión parcial de CO₂.
5. En qué se diferenciaría un cálculo termodinámico
Un modelo de equilibrio de la calcita evalúa el producto de las actividades iónicas en relación con el producto de solubilidad dependiente de la temperatura:
SIcalcite = log₁₀[(aCa²⁺ × aCO₃²⁻) / Ksp,calcite(T)]
Las actividades a describen los iones libres, no las concentraciones analíticas totales. SI = 0 indica equilibrio, SI > 0 sobresaturación y SI < 0 subsaturación. Ni siquiera un SI termodinámico positivo especifica la masa depositada ni la velocidad de deposición; también importan la cinética, las superficies y el tiempo de residencia.
Esta página no calcula actualmente ese SI. Una implementación para aplicaciones de ingeniería necesita una base de datos termodinámicos documentada, la especiación de los carbonatos, un modelo de actividad adecuado para el agua y supuestos explícitos sobre el intercambio de gases. La calcita y el aragonito deben presentarse como fases minerales distintas. PHREEQC puede proporcionar una referencia independiente cuando coincidan la composición, la base de datos, las unidades, la fase mineral y las condiciones de contorno del CO₂.
La calculadora del índice de saturación de Langelier de Lenntech, en cambio, proporciona LSI = pH − pHs. El LSI no es el porcentaje de concentración de esta página y no predice una velocidad de formación de incrustaciones.
6. Estado de validación y comprobación reproducible
No se ha establecido ningún conjunto de datos de calibración de laboratorio, referencia termodinámica ni intervalo de exactitud para aplicaciones de ingeniería para las curvas de demostración. Reproducir las fórmulas verifica la coherencia de la implementación, no la exactitud física.
Con los ajustes de restablecimiento (25 °C, pH 8,0, alcalinidad de 150 mg/L como CaCO₃, calcio de 80 mg/L, NaCl adicional de 2 g/L y presión absoluta de 1,013 bar), las funciones actuales dan L = 100,9804 mg/L (se muestra 101,0), una relación del 79,2233 % (se muestra 79 %) y un límite de temperatura de 99,5 °C.
Antes de utilizarlo en aplicaciones de ingeniería, un modelo de sustitución debe contrastarse con cálculos de equilibrio independientes y mediciones pertinentes en todo el intervalo de temperatura y salinidad previsto. Registre la base de datos y su versión, las composiciones de ensayo, las tolerancias y las discrepancias. La concordancia en un único ejemplo con valores predeterminados no validaría todo el intervalo.
7. Limitaciones conocidas y uso adecuado
- No se calcula la especiación de los carbonatos, la corrección de actividad, la solución del balance de cargas en fase acuosa ni la precipitación en equilibrio.
- No se incluyen magnesio, sulfato ni otros iones de fondo aparte de los presentes en la formulación de agua sintética mostrada.
- No se simulan la demanda de CO₂, la transferencia de gases, el rendimiento de los antiincrustantes, la nucleación, el crecimiento de las incrustaciones, la masa precipitada, la recuperación de agua ni el factor de concentración.
- No se ofrecen predicciones validadas para aguas de alta salinidad, a alta temperatura o presurizadas.
Utilice la interfaz para explorar sus controles y supuestos. Los resultados no sustituyen a una modelización geoquímica completa ni a los ensayos piloto, especialmente en sistemas de alta recuperación o alta temperatura. Los cálculos pueden contener errores u omisiones y deben verificarse de forma independiente antes de tomar decisiones de diseño u operación.
8. Referencias y registro del modelo
- USGS PHREEQC — Ejemplo de especiación y saturación mineral: información de contexto para un cálculo termodinámico, no una validación de la curva de demostración.
- USGS PHREEQC — Entrada SOLUTION: composición, unidades y expresión de la alcalinidad.
- USGS — Alcalinidad y especiación de los carbonatos.
- Bureau of Reclamation — Manual de tratamiento por membranas.
Documentación de la metodología v1.0 · elaborada el 24 de octubre de 2026. Documenta las funciones de demostración existentes; no introduce un nuevo modelo de equilibrio ni modifica el comportamiento numérico de la calculadora.