Calculadora de incrustaciones y precipitación en el agua
Evalúe preliminarmente la formación de incrustaciones de carbonato de calcio, sulfato de calcio, sulfato de bario, sulfato de estroncio, fluoruro de calcio, sílice e hidróxido de magnesio a partir de un análisis de agua. La calculadora también proporciona la fuerza iónica, los coeficientes de actividad, un índice de saturación de Langelier (LSI) basado en la actividad y el índice de estabilidad de Ryznar (RSI).
Temperatura del modelo: únicamente 25 °C. Este es un cálculo simplificado de evaluación preliminar para aguas diluidas, no un modelo completo de equilibrio o precipitación. Trata las concentraciones de metales disueltos, sulfato y fluoruro como iones libres, sin considerar los pares iónicos ni los complejos metálicos. No lo utilice como cálculo de diseño para agua de mar, salmueras, sistemas de alta presión ni agua a otra temperatura.
Introduzca el análisis de agua
Utilice las concentraciones disueltas en mg/L según la base de expresión indicada. Los campos obligatorios deben contener un número; introduzca cero solo cuando el análisis lo justifique. Deje en blanco los componentes opcionales desconocidos: sus filas de minerales se marcarán como «No evaluado». Un resultado no detectado no equivale automáticamente a cero. Todas las mediciones deben corresponder a la misma agua a 25 °C.
Química del agua e índices de estabilidad
Las concentraciones se utilizan como aproximación de la molalidad en aguas diluidas. Los coeficientes de actividad son adimensionales. El desequilibrio de cargas se calcula mediante 100 × (carga catiónica − carga aniónica)/(carga catiónica + carga aniónica); sirve para comprobar si el análisis está completo, no como prueba de su exactitud.
| Fuerza iónica estimada, I (mol/L) | |
|---|---|
| Coeficiente de actividad γ, |z| = 1 | |
| Coeficiente de actividad γ, |z| = 2 | |
| Coeficiente de actividad γ, |z| = 3 | |
| Carbonato libre estimado (mg/L como CO₃) | |
| Bicarbonato libre estimado (mg/L como HCO₃) | |
| Desequilibrio de cargas estimado con signo (%) | |
| pH de saturación de la calcita, pHₛ | |
| LSI basado en la actividad = pH − pHₛ | |
| RSI = 2pHₛ − pH |
Saturación de minerales a 25 °C
SI = log₁₀(IAP/K); la relación de saturación es IAP/K = 10SI. Un SI positivo significa sobresaturación respecto a la fase indicada en este modelo. No significa que la precipitación sea segura ni inmediata. Los resultados se muestran como números decimales ordinarios, sin notación e+.
| Fase mineral | SI | Relación de saturación | Interpretación |
|---|---|---|---|
| Calcita CaCO₃ | |||
| Yeso CaSO₄·2H₂O | |||
| Anhidrita CaSO₄ | |||
| Barita BaSO₄ | |||
| Celestina SrSO₄ | |||
| Fluorita CaF₂ | |||
| Sílice amorfa SiO₂(a) | |||
| Cuarzo SiO₂ | |||
| Brucita Mg(OH)₂ | |||
| Hidroxiapatita (opcional) Ca₅(PO₄)₃OH |
Qué significan los resultados
LSI, RSI y saturación de calcita
El LSI compara el pH medido con el pH al que la calcita alcanza la saturación. Aquí, el pHₛ se determina resolviendo el equilibrio de la calcita con la misma alcalinidad total, concentración de calcio y coeficientes de actividad, incluidas las contribuciones del fosfato, la sílice y el agua a la alcalinidad contempladas en el modelo. El intervalo de búsqueda es de pH 5–11,5; no se muestra ninguna solución fuera de ese intervalo. Esta formulación basada en la actividad puede diferir de las calculadoras empíricas de LSI basadas en los sólidos disueltos totales (TDS). El SI de la calcita evalúa el agua real cuyos datos se han introducido, mientras que el LSI utiliza el pH de saturación calculado; sus valores numéricos no tienen por qué ser idénticos.
Un LSI positivo indica una tendencia termodinámica a la precipitación de carbonato de calcio; un LSI negativo indica subsaturación respecto a la calcita. El RSI es un índice empírico de estabilidad calculado como 2pHₛ − pH. No tiene un significado directo como relación de saturación y debe interpretarse utilizando la experiencia con el sistema de agua concreto. Ninguno de los dos índices es una medida directa de la corrosión de metales, y una baja tendencia a la formación de incrustaciones no demuestra que el agua no sea corrosiva.
Fuerza iónica y coeficientes de actividad
La fuerza iónica se estima a partir de I = ½Σcᵢzᵢ². La ecuación de Davies a 25 °C es log₁₀γᵢ = −0,509zᵢ²[√I/(1 + √I) − 0,3I]. La actividad se aproxima mediante γ multiplicado por la concentración molar relativa a la concentración estándar. A la sílice disuelta neutra se le asigna un coeficiente de actividad de uno. El cálculo determina iterativamente la fuerza iónica junto con la distribución ácido-base del carbonato, el fosfato y la sílice.
El modelo está limitado a I ≤ 0,1 mol/L y emite una advertencia por encima de 0,01 mol/L. Este es un límite para la evaluación preliminar, no una garantía de exactitud. La formación de pares iónicos puede ser importante incluso por debajo de él, especialmente para el sulfato, el fosfato y los metales divalentes. Los iones desconocidos o no incluidos en la lista pueden alterar la fuerza iónica y el balance de cargas. Cuando estos efectos son importantes, se necesita un modelo completo como PHREEQC, con una base de datos y un modelo de actividad adecuados.
Por qué importan la fase mineral y la base de expresión de los resultados
El sulfato de calcio se muestra por separado como yeso y anhidrita. La sílice se muestra como sílice amorfa y cuarzo: la sobresaturación respecto al cuarzo por sí sola no demuestra que exista un riesgo de ensuciamiento rápido por sílice amorfa. La distribución de la sílice tiene en cuenta las dos primeras etapas de disociación del ácido silícico; no se modelan la polimerización, los coloides ni los depósitos de silicatos metálicos. La hidroxiapatita es una posible fase de fosfato de calcio, no una predicción de todos los depósitos de fosfato. Otros fosfatos de calcio, los complejos metálicos y la cinética de reacción pueden controlar los sistemas reales.
La saturación no es una cantidad de precipitado
Un SI de +1 corresponde a una relación de saturación de 10 para la reacción tal como está escrita; un SI de −1 corresponde a 0,1. Una relación no es un porcentaje de incrustaciones ni una concentración másica. Esta calculadora no elimina el material precipitado, no recalcula el equilibrio tras la precipitación, no predice el tiempo de inducción, no calcula la dosis de antiincrustante ni estima la masa de los depósitos. La temperatura, la presión, el intercambio de gases, las superficies, la mezcla, los inhibidores y el tiempo de residencia pueden cambiar el resultado. Introduzca el análisis de la corriente que se está evaluando; no multiplique las concentraciones de alimentación por un factor de recuperación de ósmosis inversa (RO) sin un balance de masa adecuado del concentrado.
La etiqueta «cerca del equilibrio» utiliza una banda de visualización de SI de −0,05 a +0,05 para evitar una interpretación excesiva de diferencias numéricas muy pequeñas. El equilibrio termodinámico corresponde a SI = 0; la banda de visualización no es una incertidumbre analítica universal ni un límite operativo. Un valor de entrada de cero da un producto de actividades iónicas nulo y ningún SI logarítmico finito. La ausencia de datos opcionales da lugar a «No evaluado» en lugar de un resultado de cero.
Bases de cálculo y constantes
El modelo utiliza valores nominales de log K a 25 °C de la base de datos WATEQ4F distribuida por el USGS. Se supone que la actividad del agua es uno. Para la distribución del carbonato se utiliza pK₂ = 10,329 y para el agua, pKw = 14. Para el ortofosfato se utilizan valores de log K de protonación acumulativa de 12,346 y 19,553; se desprecia el ácido fosfórico totalmente protonado en el intervalo de pH admitido. Los valores de log K de disociación del ácido silícico son −9,83 y −23. La alcalinidad se convierte utilizando 50 mg de CaCO₃ por meq y se corrige para tener en cuenta el hidróxido, los iones hidrógeno, el fosfato y el silicato contemplados en el modelo antes de calcular el carbonato.
| Fase | Expresión del IAP en términos de actividades | log K a 25 °C |
|---|---|---|
| Calcita | a(Ca²⁺) × a(CO₃²⁻) | −8.48 |
| Yeso | a(Ca²⁺) × a(SO₄²⁻) | −4.58 |
| Anhidrita | a(Ca²⁺) × a(SO₄²⁻) | −4.36 |
| Barita | a(Ba²⁺) × a(SO₄²⁻) | −9.97 |
| Celestina | a(Sr²⁺) × a(SO₄²⁻) | −6.63 |
| Fluorita | a(Ca²⁺) × a(F⁻)² | −10.60 |
| Sílice amorfa | a(H₄SiO₄) | −2.71 |
| Cuarzo | a(H₄SiO₄) | −3.98 |
| Brucita | a(Mg²⁺) / a(H⁺)² | 16.84 |
| Hidroxiapatita (opcional) | a(Ca²⁺)⁵ × a(HPO₄²⁻)³ / a(H⁺)⁴ | −3.4210 |
Para la brucita, la reacción es Mg(OH)₂ + 2H⁺ ⇌ Mg²⁺ + 2H₂O. Para la hidroxiapatita, es Ca₅(PO₄)₃OH + 4H⁺ ⇌ 5Ca²⁺ + 3HPO₄²⁻ + H₂O. Por tanto, sus valores de log K se refieren a estas reacciones de disolución ácida, no a una expresión simple de Ksp de hidróxido o fosfato.
Referencias y calculadoras relacionadas
Datos termodinámicos de WATEQ4F utilizados aquí; Documentación del USGS sobre coeficientes de actividad y especies acuosas; Documentación del USGS sobre equilibrio mineral.
Calculadora del índice de Langelier · Calculadora del índice de Ryznar · Balance de cargas del análisis de agua · Fuerza iónica y coeficientes de actividad · Todas las calculadoras
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