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REVIEW: O ESTADO DA ARTE DO ÍNDICE DE LANGELIER X ÁGUA
ESTABILIZADA DE PISCINA X NÃO CONFORMIDADES
Autor: Jorge Macedo, DSc. Química Tecnológica Professor/Pesquisador FMG/JF contato@aguaseaguas.com www.aguaseaguas.com www.jorgemacedo.com.br www.aguaseaguasoficial.com.br (32)98847-5364 / (32)99987-
1- Índice de Langelier (ISL) ou de Saturação (IS)
A tendência da água de formar incrustacões calcárias e o seu oposto o potencial de corrossividade, são duas características importantes que podem ser avaliadas pelo Índice de Saturação (IS) ou Índice de Langelier (ISL) (IDEGIS, 2003; DUARTE, 2002; HANNAINST, 2003). O cálculo de IS leva em consideração cinco fatores o pH, alcalinidade a bicarbonatos, dureza cálcica, temperatura e sólidos totais dissolvidos. O índice de saturação foi desenvolvido pelo Dr. Wilfred Langelier em 1936 (HANNAINST, 2003). Existem duas formas de se calcular o ISL: a- Utilização de equações matemáticas desenvolvidas por Wilfred Langelier em 1936, que exigem conhecimento químico e matemático, pois os cálculos envolvem equações logartímicas. b- A segunda forma de cálculo do ISL é com base em uma fórmula cujas variáveis já estão com valores tabelados, já pré-calculados em função das características da água.
1.1- Cálculo do Índice de Langelier (ISL) com base nas equações de Wilfred Langelier
O índice de saturação do carbonado de cálcio é baseado na constante de equilíbrio do produto de solubilidade do carbonato de cálcio ( Ks ), que está relacionado com a atividade iônica (mol/L) na saturação (WOJTOWICZ, 2001). Segundo WOJTOWICZ (2001):
CaCO 3 (s) Ca2+^ + CO 3 2-
{Ca2+} x {CO 3 2-} Ks = ----------------------- {CaCO 3 }
{ } = atividade iônica
Como a atividade de sólidos é considerada igual 1, a {CaCO 3 } não aparece no denominador.
Ks = {Ca2+} x {CO 3 2-}
O grau de saturação da solução (S) é obtido pela razão entre o produto da atividade iônica e o produto de solubilidade do CaCO 3 (Ks ou Kps).
S = {Ca2+} x {CO 3 2-} / Kps
A atividade iônica do carbonato, dependendo do pH, pode ser calculada pela atividade iônica do bicarbonato e do hidrogênio, conforme equação a seguir (WOJTOWICZ, 2001):
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HCO 3 - (s) CO 3 2-^ + H+
K 2 = {CO 3 2-} x {H+} / {HCO 3 - }
{CO 3 2-} = K 2 x {HCO 3 - } / {H+}
O K 2 é a segunda constante de ionização do ácido carbônico (H 2 CO 3 ).
Como S = {Ca2+} x {CO 3 2-} / Kps.
Logo, substituindo na equação a {CO 3 2-}:
S = {Ca2+} x K 2 x {HCO 3 - } / {H+} x Kps
Como pH = log 1 / {H+}, aplicando logaritmo, o log S = SI.
Log S = log {Ca2+} + log {HCO 3 - } + log 1/{H+} + log K 2 / Kps
SI = pH + log {Ca2+} + log {HCO 3 - } + log K 2 /Kps
K 2 = segunda constante de ionização do ácido carbônico (H 2 CO 3 ) KS ou Kps = produto de solubilidade carbonato de cálcio
É a atividade dos íons e não a concentração analítica dos íons que governa todos os princípios e fenômenos em que há a participação de íons. As concentrações em mol/L podem ser substituídas pela atividade iônica. As concentrações em mol/L podem substituir as atividades iônicas de acordo com as relações a seguir.
{Ca2+} = [Ca2+] x Ca2+
[Ca2+] = concentração em mol/L Ca2+= coeficiente de atividade iônica
{HCO 3 - } = [HCO 3 - ] x HCO 3 1-
[HCO 3 - ] = concentração em mol/L HCO 3 1-^ = coeficiente de atividade iônica
SI = pH + log [Ca2+] + log [HCO 3 - ] + log Ca2+ + log HCO 3 1-^ + log K 2 /Kps
A alcalinidade total é calculada pela equação a seguir, quando se tem ácido cianúrico (CYA), no meio aquoso, ressaltando que o CYA se decompõe em H 2 Cy-^ (cianurato) e H+ (WOJTOWICZ, 2001).
ALCTOTAL = [HCO 3 - ] + 2[CO 32 - ] + [H 2 Cy-] + [OH-] – [H+]
Numa água com características das utilizadas em piscina, a concentração de [OH-] e [H+] são consideradas como negligenciáveis, além disso, a concentração de íon carbonato é muito pequena, em função do pH considerado. A alcalinidade referente aos íons cianuratos pode ser substituída (H 2 Cy-) pela alcalinidade referente ao íon bicarbonato (WOJTOWICZ, 2001).
SI = pH + log [Ca2+] + Log [Alc] + log Ca2+^ + log HCO 3 1-^ + log K 2 /Kps
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LSI = pH - pHs
pHs = (9,3 + S + T) - (D + A)
S = (Log [TDS] - 1)/ T = -13,12 x Log (oC + 273,15) + 34, D = Log [mg de Ca2+.L-1^ como CaCO 3 ] – 0, A = Log [alcalinidade mg.L-1^ como CaCO 3 ]
Em função do resultado encontrado para o IS, considera-se (TCHOBANOGLAUS, BURTON, STENSEL, 2003):
Água estabilizada (I.S. = 0) Água com tendência corrosiva (I.S. < 0) Água com tendência a formar incrustações calcáreas (I.S. > 0)
A tabela 1, 2 e 3 apresentam propostas de classificação da água em função dos valores encontrados para o Índice de Langelier.
TABELA 1- Proposta de classificação da água em função dos valores encontrados para o Índice de Langelier. Valores do LSI Inidicação = - 2,0 Corrosão acentuada de 0 a - 0,5 Levemente corrosiva = 0,0 Água balanceada (*) de 0 a 0,5 Levemente incrustante, mas não corrosiva de 0,5 a 2 Água Incrustante, não corrosiva. = 2 Água altamente inscrustante e não corrosiva Fonte: RAFFERTY, 1999.
TABELA 2- Apresentação dos valores para LSI e correspondente consequência. Valor LSI Indicação 4 Incrustação severa 3 Incrustação moderada 2 Inscrutação leve a moderada 1 Incrustação leve 0,5 Incrustação muito suave 0 Balanceada
- 0,5 Nenhuma corrosão ou muito suave
- 1 Corrosão suave
- 2 Corrosão moderada
- 3 Corrosão moderada
- 4 Corrosão severa
- 5 Corrosão severa Fonte: ORAM, 2010.
TABELA 3- Classificação dos valores obtidos com a aplicação do LSI, adaptado de Grades (2004). Valor LSI Indicação
4 Incrustação severa 3 a 4 Incrustação moderada 1 a 3 Incrustação suave 0,5 a 1 Incrustação muito suave
- 0,5 a 0,5 Balanceado
- 0,5 a - 2 Corrosão suave
- 2 a - 5 Corrosão moderada < - 5 Corrosão severa Fonte: GRADES (2004) apud CAVAZZANA, LASTORIA, GABAS, BEZERRA, 2012.
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Para alguns tipos de água a classificação não é tão rígida, autores consideram que resultados para IS entre – 0,3 e +0,3 como ótimo e valores entre -0,5 e +0,5 como aceitáveis, entendem que essa faixa não representa uma tendência muito grande para depositar CaCO 3 sobre superfícies ou que tenha um caráter acentuadamente corrosivo (IDEGIS, 2003).
Exemplos:
Dados: pH = 7, TDS = 320 mg.L- Dureza cálcica = 150 mg.L-1^ (ppm) como CaCO 3 Alcalinidade = 34 mg.L-1^ como CaCO 3
Calcule o LSI para 25ºC e 82ºC. LSI = pH - pHs pHs = (9,3 + S + T) - (D + A)
S = (Log [320] - 1)/10 = (2,5051 – 1) / 10 = (1,5051) / 10 = 0,
Para t = 25ºC T = -13.12 x Log (25 + 273,15) + 34. T = -13,12 x 2,4744 + 34,55 = -32,4646 + 34,55 = 2,0854 2,
D = Log [Ca+2^ as CaCO 3 ] – 0, D = Log [150] – 0,4 = 2,1760 – 0,4 = 1,7760 = 1,
A = Log [Alcalinidade como CaCO 3 ] A = Logo [34] = 1, pHs = (9,3 + 0,15 + 2,09) - (1,78 + 1,53) = 8,
LSI = 7,5 – 8,2 = - 0, Conclusão: Água com tendência a ser corrosiva e não formar incrustações.
Para t = 82ºC T = -13,12 x Log (82 + 273,15) + 34, T = -13,12 x 2,5504 + 34,55 = -33,4614 + 34,55 = 1,088 1, pHs = (9,3 + 0,15 + 1,09) - (1,78 + 1,53) = 7, LSI = 7.5 – 7,2 = + 0, Conclusão: Água pode ser considerada estabilizada. Se avaliarmos o valor positivo, sem nenhuma margem de erro, esta água seria considerada com tendências a formar incrustações.
1.2- Cálculos do Ìndice de Langelier com base em uma fórmula cujas variáveis já estão com valores tabelados
1.2.1- Informações da relação condutividade (CE) e sólidos totais dissolvidos (TDS ou STD)
A condutividade ou condutância específica, CE, representam a mesma propriedade. Existe uma relação entre os valores da condutividade e o total de sólidos dissolvidos (TDS), no caso de possuir informações do valor da condutividade é possível calcular o STD (sólidos totais dissolvidos) através da multiplicação do valor da condutividade (CE) vezes um fator. Segundo KURITA (1999) a melhor relação é TDS (mg/L) CE (μS/cm) x (0,70 a 0,75), 25ºC. A referência AQUAAMBIENTE (2004) indica que, para as águas desalinizadas é mais correto multiplicar o valor de CE por 0,5 (valores de 0,51 e 0,5 são mais exatos). A referência bibliográfica LIBÂNIO (2005) indica que para o pH entre 6,5 e 9,5 e concentração se sólidos totais dissolvidos (STD) menor que 500 mg.L-1, o pHS pode ser calculado, com boa aproximação pela equação simplificada a seguir.
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TABELA 5- Relação da “Condutividade” com o “Total de Sólidos Dissolvidos” (TDS). Condutividade (mho.cm-^1 ) TDS (mg.L-^1 como CaCO 3 ) 1 0, 10,6 4, 21,2 8, 42,4 17, 63,7 25, 84,8 34, 106,0 42, 127,3 51, 148,5 59, 169,6 68, 190,8 76, 212,0 85, 410,0 170, 610,0 255, 812,0 340, 1008,0 425, Fonte: CORROSION-DOCTORS, 2004; SUMIOWATER, 2015.
A Tabela 6 apresenta valores típicos aproximados, a 25ºC, para diversos tipos de água.
TABELA 6- Valores típicos aproximados, a 25ºC, para diversos tipos de água. Amostra Condutividade típica aproximada a 25ºC Água Tipo I (ultrapura) 0,055 μS/cm Água destilada 1,0 μS/cm Água Potável 50 μS/cm Água Mineral 200 μS/cm Água do Mar 53000 μS/cm Fonte: QUIMLAB, sd.
A Tabela 7 apresenta uma proposta de relação da condutividade elétrica e sólidos dissolvidos.
TABELA 7- Proposta de relação da condutividade elétrica e sólidos dissolvidos. Condutividade (μS cm-^1 ou μnhos. cm-^1 ) Sólidos dissolvidos (ppm) < 1000 0,68 x condutividade 1000 - 4000 0,75 x condutividade 4000 - 10000 0,82 x condutividade Fonte: VIEIRA PINTO (2006); OLIVEIRA, 2009.
1.2.2- Cálculo da IL ou LSI (SLI) para águas de piscinas para alcançar os níveis de concentração de uma água balanceada.
A água balanceada apresenta características físico-químicas que não são alteradas facilmente, o que implica em consumo menor de produtos químicos e menor desgaste da estrutura de alvenaria da área do tanque, o que leva a um menor custo de manutenção. Essas características químicas em equilíbrio e dentro das faixas indicadas não provocam irritação nos olhos, alergias na pele e mucosas dos usuários, não causa corrosão em equipamentos/tubulações, no cimento e/ou argamassas, não acarreta incrustações sobre as superfícies em contato com a água e dificilmente altera o pH, em função da propriedade tampão do meio aquoso, alcançada pelo equilíbrio entre as características químicas. Para obter a água balanceada leva-se em consideração o pH, a alcalinidade total e a dureza cálcica dentro das faixas ideais, cujo equilíbrio harmônico é obtido através de um gráfico, que denominado de ábaco, que é constituido por três gráficos com três escalas que relacionam a alcalinidade bicarbonato, o pH e a dureza cálcica que será apresentado a seguir. Outras denominações são usadas para esse gráfico como Diagrama de Hoover-Langelier, Monograma de
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Hoover-Riehl, Water Balance Chart, Pool Balance Watergram. Para se conseguir uma água denominada estabilizada o chamado Índice de Saturação de Langelier (LSI ou I.S) é igual a zero (0). Para facilitar os cálculos, principalmente para a área de piscinas a equação utilizada, segundo VAN WATERS, ROGERS (1964), tem finalidade facilitar os cálculos do índice de saturação é apresentada a seguir, onde todos os fatores são tabelados.
SI = pH + CF + AF + TF – 12,
AF = log da Alcalinidade ao carbonato (ppm CaCO 3 ) CF = log da dureza cálcica (ppm de Ca) TF = fator relativo a temperatura.
O fator 12,1 tem como referência LARSON, BUSWELL (1942), é formado pela soma do - 9,3 mais o valor do log K 2 /KS que é -2,60 (Tabela 8) a 0ºC, mais o fator de correção da força iônica de -0,20 (-9,3 - 2,60 – 0,20 = -12,1).
TABELA 8- Valores referente a razão log K 2 /KS, fator em função da faixa de temperatura. Temp (ºC)
0 - 1
2 - 6
7 - 9
10 - 13
14 - 17
18 - 21
22 - 27
28 - 31
32 - 37
38 - 43
44 - 50
51 - 55
56 - 64
65 - 71
72 - 81 Fator 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,0 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 1,3 1, K 2 = segunda constante de ionização do ácido carbônico (H 2 CO 3 ) // KS ou Kps = produto de solubilidade carbonato de cálcio
Fonte: KURITA, 1999; Adaptado TAGHIPOUR, SHAKERKHATIBI, POURAKBAR, BELVASI, 2012.
Segundo o Langelier (1936) o seu índice foi desenvolvido para ser utilizado em água com valores de pH entre 6,5 e 9,5, o que permite predizer se uma determinada água haverá ou não precipitação de carbonato de cálcio, indicando a fórmula a seguir.
Uma definição técnica, do ponto de vista químico, para o Índice de Saturação de Langelier (LSI), também chamado Índice de Estabilidade de Langelier, é que ele indica um número que permite predizer a estabilidade de carbonato de cálcio na água; que significa informar, se em meio aquoso precipitará, dissolverá ou se o meio estará em equilíbrio o carbonato de cálcio. Langelier desenvolveu um método para predizer o pH no qual a água é saturada em carbonato de cálcio (chamou pHs). O ISL (ou LSI) é expresso como a diferença entre o pH do sistema atual e o pH de saturação (EDSTROM, 2003; CORROSION-DOCTORS, 2003).
LSI = pH - pHs pHs = (9,3 + S + T) - (D + A)
S = (Log [TDS] - 1)/ T = -13,12 x Log (oC + 273) + 34, D = Log [mg de Ca2+.L-1^ como CaCO 3 ] – 0, A = Log [alcalinidade mg.L-1^ como CaCO 3 ]
Deve ser realizada uma análise quantitativa dos parâmetros físico-químicos na água da piscina através dos kits de análises vendidos no mercado e/ou encaminhar para um laboratório a amostra de água. Para determinação de cada um dos componentes citados na determinação do LSI (ISL) as metodologias laboratoriais são apresentadas no Livro Métodos Laboratoriais de Análises Físicoquímicas e Microbiológicas – 4ª. Edição, nos itens especificados a seguir.
0,0125 x STD 593 pHS = --------------------------- + ---------- + 9,30 – log (0,4 x Ca) - logAlc 1 + 0,005 x STD 273 +T
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Indica WOJTOWICZ (2001) que: C = log K 2 /KS – 9,7 + log Ca2+^ + log HCO 3 1-
K 2 = segunda constante de ionização do ácido carbônico (H 2 CO 3 ) KS = produto de solubilidade carbonato de cálcio
Sendo o log K 2 /KS = -2,25 (em 32ºF) e o fator total de correção da força iônica igual a -0,34, logo, -9,7 - 2,25 - 0,34 = -12,29.
ÍNDICE DE LANGELIER (ISL) = pH + A + D + T – 12,
Vamos apresentar os cálculos utilizando o valor 12,29 , como já citado, apesar de que, uma grande maioria das bibliografias não científicas ainda mantém o valor 12,1 como referência de cálculos. Existe referência bibliográfica que indica/está utilizando em seus documentos técnicos o fator para TDS como 12,5 (HANNA, sd, 2014, 2015). A referência AQUARE (2018) utiliza o valor de 12,3 como constante indicada para os cálculos. A pesquisa de FERRAZ (2007) indica que o índice possui suas limitações, pois somente é observado a diferença de pH na água. Isto apenas não é suficiente para previsão da tendência de incrustações nas tubulações. Os fatores como ação mecânica e velocidade de circulação do fluido devem ser observados para uma melhor análise. A Tabela 9 apresenta os valores para as variáveis D, A, T e Fator TDS para cálculo do Índice de Langelier.
TABELA 9– Valores para as variáveis D, A, T e Fator TDS para cálculo do Índice de Langelier.
DUREZA
ALCALINIDADE A BICARBONATOS (HCO 3 - ) TEMPERATURA FATOR TDS (S) ppm (mg.L-^1 ) D
ppm (mg.L-^1 ) A oC ºF T
ppm (mg.L-^1 )
Fator (S) 5 0,305 10 1,006 5 41 0,13 0 0 12 , 10 0,606 20 1,307 10 50 0,257 < 1000 12,1 0 15 0,782 30 1,484 15 59 0,376 1000 12, 25 1,004 35 1,551 17 62,6 0,422 2000 12, 50 1,306 40 1,609 19 66,2 0,466 3000 12, 35 75 1,482 45 1,660 20 68 0,487 4000 12, 41 100 1,607 50 1,706 21 69,8 0,5 09 5000 12, 44 125 1,704 55 1,747 22 71,6 0,529 6000 12,4 8 150 1,784 60 1,785 23 73,4 0, 175 1,851 65 1,820 24 75,2 0, 200 1,909 70 1,852 25 77 0, 225 1,960 75 1,882 26 78,8 0,610 FATOR CYA 250 2,006 80 1,910 27 80,6 0,629 (F) 275 2,047 85 1,937 28 82,4 0,648 pH Fator (F) 300 2,085 90 1,961 29 84,2 0,667 7,0 0, 350 2,152 95 1,985 30 86 0,685 7,2 0, 400 2,210 100 2,007 31 87,8 0,703 7,4 0 , 31 450 2,261 105 2,028 32 89,6 0,721 7,6 0, 500 2,307 110 2,049 33 91,4 0,738 7,8 0, 550 2,348 120 2,087 34 93,2 0,755 8,0 0, 600 2,386 130 2,121 35 95 0, 650 2,421 140 2,154 36 96,8 0, 700 2,453 150 2,184 37 98,6 0, 800 2,511 200 2,309 38 100,4 0, 900 2,563 250 2,406 39 102,2 0, 1000 2,608 300 2,485 40 104 0, Fonte: MACEDO, 2003; Adaptado de IDEGIS, 2003; Adaptado de HANNAINST, 2003; Adaptado de OSINSKI, 2003; Adaptado de CCHD, 2001; Adaptado de HTH, 2003; Adaptado FILTRAGUA, 2010; COLOMBIA, 2010; ANSI/APSP, 2009; Adaptado LOWRY, 2012.
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Apesar de existir na Tabela 9 proposta informando fatores de multiplicação para o fator S (TDS) em função da concentração de sólidos totais de dissolvidos, vamos utilizar como fator geral e de referência o valor de -12,29 que foi indicado por uma publição científica, WOJTOWICZ (2001). Exemplos:
Determine o ISL da água de uma piscina, com as seguintes características: 1) pH = 7,8; Alcalinidade = 240 ppm; Dureza cálcica = 310 ppm; Temperatura = 18,5ºC
ÍNDICE DE LANGELIER (ISL) = pH + A + D + T – 12,
ISL = 7,8 + 2,406 + 2,085 + 0,466 – 12,29 = 0,657 > 0 ISL =12,757 – 12,29 = = 0,467 > 0 A água da piscina poderá causar incrustações. 2) pH = 7, Temperatura= 21°C Dureza cálcica = 100 ppm Alcalinidade total = 100 ppm
ÍNDICE DE LANGELIER (ISL) = pH + A + D + T – 12,
ISL = 7,6 + 2,007+ 1,607 + 0,509 – 12, ISL = 11,723 – 12,29 = - 0,567 < 0 A água da piscina poderá causar corrosão.
3) pH = 8, Temperatura= 29°C Dureza cálcica = 800 ppm Alcalinidade total = 300 ppm
ÍNDICE DE LANGELIER (ISL) = pH + A + D + T – 12,
ISL = 8,5 + 2,485 + 2,511 + 0,667 – 12, ISL =14,163 – 12,29 = 1,873 > 0 A água da piscina poderá causar incrustações.
Existe uma nova proposta do LOWRY (2012) para o cálculo do índice de Langelier (IS ou IL), que leva em consideração a interferência da presença do ácido cianúrico (CYA) na alcalinidade. Veja essa interferência em tópico específico.
SI = pH + CH +[TA–(CYA x F)] + TF– TDSF
CH = Fator dureza cálcica (calcium hardness) TA = Total alcalilnidade CYA = teor de ácido cianúrico F = fator de interferência do ácido cianúrico TF = fator da temperatura TDSF = fator dos sólidos totais dissolvidos (TDS)
Exemplo 1:
pH = 7,4 TA = 120 ppm CYA = 50 ppm CH = 300 ppm Temperatura = 80° F = 26,66ºC TDS = 900 ppm
TA = 120 – (50 x 0,31) = 104,5 ppm
SI = 7,4 + 2,085 + 2,02 + 0,619 – 12,10 SI = 0,024 0 (a água da piscina está estabilizada)
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TABELA 10- Valores de alcalinidade, dureza cálcica, valores dos logaritmos correspondentes aos valores de alcalinidade e dureza cálcica e pH. Alcalinidade Dureza A = Log Alcalinidade D = (Log Dureza_) – 0,4 pH 20 20 1,301030 0,901030 9, 25 25 1,397940 0,997940 9, 30 30 1,477121 1,077121 8, 35 35 1,544068 1,144068 8, 40 40 1,602060 1,202060 8, 50 50 1,698970 1,298970 8, 55 55 1,740363 1,3 40363 8, 60 60 1,778151 1,378151 8, 70 70 1,845098 1,445098 8, 80 80 1,903090 1,503090 8, 90 90 1,954243 1,554243 7, 100 100 2,000000 1,600000 7, 120 120 2,079181 1,679181 7, 140 140 2,146128 1,746128 7, 150 150 2,176091 1,776091 7, 55 175 175 2,243038 1,843038 7, 200 200 2,301030 1,901030 7, 225 225 2,352183 1,952183 7, 250 250 2,397940 1,997940 7, 300 300 2,477121 2,077121 6, 350 350 2,544068 2,144068 6, 400 400 2,602060 2,202060 6, 500 500 2,698970 2,298970 6, 50 600 600 2,778151 2,378151 6, 700 700 2,845098 2,445098 6, 800 800 2,903090 2,503090 6, 900 900 2,954243 2,554243 5, 1000 1000 3 , 000000 2,600000 5,
Esse ábaco (gráfico) apresentado pela NSW (1996) alcançou todo o mundo, inclusive a esse Autor que o considerou à época como coerente para o seu uso em função da indicação ser Department of Health NSW da Austrália e também pela sua utilização por empresa(s) da área que fornece produtos químicos para tratamento de água de piscina. Esse autor o citou na primeira edição do Livro Piscina - Água & Tratamento & Química, lançado em 2003. A apresentação atual que é adaptada do original recebe também o nome de Diagrama (Balanza) de Taylor (ALKOR DRAKA, 2000; GENUX, 2013; UVTECH, 2015; PISCINASNORTE, 2015; FILTRACION, 2018; AQUARE, 2018; ASTRAPOOL, 2018; ASSURPISCINAS, 2018; PISCINALINER, 2018). Em função da quantidade de referências/fontes bibliográficas apresentadas abaixo da Figura 1, nota-se que o gráfico (monograma) é considerado, ainda hoje, uma referência no Brasil e no exterior. Nessa nova revisão bibliográfica não identifiquei no formato atual o seu uso em publicações/referências científicas.
A forma que esse gráfico foi apresentado à época está errada , não se manteve a
distância original entre os três eixos e também a ordem dos eixos foi alterada, quando comparado com o original Diagrama/Monograma de Hoover Langelier e/ou Hoover Riehl. As alterações levaram a uma distorção na faixa ideal de dureza cálcica para a água da piscina, pelo gráfico indicado pela NSW (1996) deveria ficar entre 200 a 400 mg CaCO 3 /L, valor esse reproduzido por inúmeras referências por mais de 20 anos, ressaltando mais uma vez, inclusive por esse Autor em
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Fonte: Adaptado NSW, 1996; POOL-LIFE, 2000; MACEDO, 2003; LISBOA, 2004, 2010; Adaptado QUEENSLAND, 2004; PISCINASIPEUNA, 2011; POOLPISCINA, 2017; UNICHEM, 2018; ANGELFIRE, 2018; Adaptado CASCADE, 2018; Adaptado SPACEINDUSTRIES, 2018; ALKOR DRAKA, 2000; GENUX, 2013; UVTECH, 2015; PISCINASNORTE, 2015; FILTRACION, 2018; AQUARE, 2018; ASTRAPOOL, 2018; ASSURPISCINAS, 2018; PISCINALINER, 2018.
FIGURA 1- Ábaco [Gráfico, Diagrama (Balanza) de Taylor] indicado para avaliação do balanceamento de água de piscina, com não conformidades com relação à posição do gráfico da dureza e distância entre os eixos.
Cabe ressaltar que uma informação importante é que o Department of Health NSW no material Public Swimming Pool and Spa Pool Advisory Document de 2013 (NSW, 2013) não apresenta a proposta do chamado “Water Balance Chart” indicado no documento de 1996, o que pelo menos indica que há uma discordância com a publicação de 1966. Ressalta-se que, o Autor não encontrou nesse lapso de tempo, de 15 anos, no Brasil, qualquer piscina que a água estivesse com dureza na faixa de 200 – 400 ppm, não recebeu de nenhuma empresa e/ou encontrou qualquer informação de que uma empresa da área específica estava ajustando suas piscinas nessa faixa de dureza. Algumas empresas sequer citam a importância de ajustar a água da piscina nessa faixa de dureza, ou seja, o assunto dureza é tratado de forma superficial em função de que a sua redução é apenas com a troca da água da piscina. Embora o critério classificatório para água em função do teor de Ca2+^ seja bastante variável de região para região, as classificações genéricas podem ser tomadas como referência. Levando em consideração os teores de sais de cálcio e magnésio, expressos em mg de CaCO 3 /L, a água pode ser classificada em função da chamada dureza (Tabela 11), veja que, a água da piscina na faixa de 200 a 400 ppm é uma água dura e até muito dura , com todas as
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Fonte: LANGELIER (1936) apud RODIER, 1990; BROCHURE, 2018; JAVIER, LA CRUZ, ANDRÉS, MALLEBRERA, 2018; FCCA, 2017; Adaptado ELAGUAPOTABLE, 2018; Adaptado SCIENTIFICSENTENCE, 2018; Adaptado SISTEMAJPII, 2018.
FIGURA 2 – Diagrama de Hoover Langelier.
A seguir vamos apresentar dois exemplos de cálculos envolvendo o balanceamento de uma água de piscina com base no monograma/diagrama original, identificando a dureza, o pH e a alcalinidade necessárias para o equilíbrio. Não esquecendo que as escalas são logaritímicas e esses ajustes são aproximados e tem como finalidade definir para quem trata da água da piscina referências de parâmetros que estão em equilíbrio.
Exemplo1: Uma amostra de água da piscina foi enviada ao laboratório e determinou-se que o STD é de 750 mg/L e a dureza da água de 250 mg Ca2+/L (625 mg CaCO 3 /L). A temperatura da água era de 19ºC. No ponto 1 do eixo horizontal, marcou-se o valor do TDS. Traçar uma linha desse ponto até encontrar a curva de temperatura que representa 19ºC (Ponto 2), que nesse caso está um pouco acima da curva de 20ºC. Do ponto 2 , traçar uma reta até encontrar o eixo vertical (I) (Ponto 3) referente a constante que envolve temperatura e sólidos totais dissolvidos. Do ponto 3, traçar uma linha até encontrar o eixo da dureza (III), o valor de 250 mg Ca2+/L (625 mg CaCO 3 /L), que será o ponto 4. No ponto 5 , cruzamento no denominado eixo piloto (II) também chamado de “linea pivot” , é importante ressaltar que, esse eixo II é apenas uma referência de cruzamento, da intersecção no eixo II traçar uma linha reta encontrando o eixo do pH (IV) dentro da faixa de 7,2 a 7,6 e que também alcance o eixo da alcalinidade (V) dentro da faixa ideal, que é, considerada, de 80 a 120 mg CaCO 3 /L, mas, nesse exemplo escolhi a referência como 150 mg CaCO 3 /L. Entendo que, esse valor extremo, da faixa ideal, para alcalinidade possa ser considerado, até 150 mg CaCO 3 /L não se indica qualquer problema para a qualidade e equílibrio físico-química da água.
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FIGURA 3 – Diagrama de Hoover Langelier para identificar pH, alcalinidade e dureza para balanceamento da água de uma piscina com STD de 750 mg/L e dureza de 250 mg Ca2+/L (625 mg CaCO 3 /L).
Logo , as características químicas ideais e balanceadas para a água da piscina avaliada, com base no gráfico da Figura 3, são: Dureza: 44-45 mg Ca2+/L (110-112,5 mg CaCO 3 /L); pH = 7,3-7,4; Alcalinidade = 150 mg CaCO 3 /L. Nesse caso teremos com certeza de reduzir a dureza da água da piscina para alcançarmos o balanceamento proposto e se necessário, ajustar o pH e a alcalinidade com função dos resultados das análises laboratoriais.
Algumas observações devem ser ressaltadas: 1- O eixo da dureza não poderia estar do lado direito como no gráfico da NSW (1996), tal posição implica sempre em valor de Ca2+^ muito alto na água balanceada, o que é um problema , pois não existe forma de reduzir a dureza posteriormente com tratamento químico, ou seja , a única forma de alterar a dureza é trocar parte da água, o que tem custo alto em piscinas de grandes volumes. 2- A quantidade de água a ser substituída pode ser determinada através da relação apresentada a seguir, onde V é volume.
3- Os ajustes para balanceamento da água devem ser realizados sempre que possível no pH e Alcalilnidade que são mais simples de serem ajustados, pois permitem por tratamento químico para aumentar ou diminuir os valores.
4- Ressalto novamente sobre a alcalinidade, que, já existem indicações/recomendações de valores específicos, em função da substância química utilizada no processo de desinfecção, indicações/recomendações para faixa ideal com valores de 60 a 180 ppm (mg CaCO 3 /L) (WOJTOWICZ, 2004; CDC, 2006; ANSI/APSP, 2009 ; MAINE, 2010;.LOUDOUN COUNTY, 2018; NOVASCOTIA, 2018).
V ÁGUA DA PISCINA x (DUREZA ÁGUA DA PISCINA – DUREZA DESEJADA ) V ÁGUA A SUBSTITUIR = ------------------------------------------------------------------------------ (DUREZA ÁGUA DA PISCINA – DUREZA ÁGUA DE REPOSIÇÃO )
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Logo, as características químicas ideais e balanceadas para a água da piscina avaliada, com base no gráfico da Figura 4, são: Dureza: 38-40 mg Ca2+/L (95-100 mg CaCO 3 /L); pH = 7,6; Alcalinidade = 80 mg CaCO 3 /L. O ideal nesses ajustes é sempre se afastar das extremidades da faixa ideal, poderíamos traçar outra reta que, por exemplo, alcançando a alcalinidade de 100 mg CaCO 3 /L.
IMPORTANTE:
1 - A preferência inicial para escolha dos parâmetros químicos a serem ajustados é sempre em função do pH (faixa ideal de 7,2 – 7,6) e da alcalilnidade a bicarbonato (faixa ideal de 80 a 120/150 mg CaCO 3 /L), a faixa da dureza cálcica ideal será proposta a seguir. 2 - Para propor uma nova faixa da dureza cálcica ideal para as águas de piscina utilizei o monograma original, traçamos duas retas que saíram dos extremos da faixa de alcalinidade, optei por uma alcalinidade máxima de 150 mg CaCO 3 /L, sobre a qual não existe questionamentos e passamos também pelos pontos extremos da faixa de pH ideal (7,2-7,6). Com base na Figura 5 chegamos aos valores propostos e apresentados a seguir. 3 - Vamos repetir novamente o cálculo. A forma de expressar a concentração da dureza pode ser em mg Ca2+/L ou mg CaCO 3 /L. A relação entre essas formas de concentração é determinada por (WHEAT, 2000; ANDRADE, MACEDO, 1996; MACEDO, 2003, 2013 ; SCIENTIFICSENTENCE, 2018a):
CaCO 3 MM = (40,078 x 1) + (12,0107 x 1) + (15,9994 x 3) = 100,0869 g/mol
100,0869 g de CaCO 3 - 40,078 g de Ca X - 1 g de Ca
X = 2,4973 g de CaCO 3 2,5 g de CaCO 3
1 g de Ca2+^ 2,5 g de CaCO 3
Os valores a seguir têm como base as informações da Figura 5.
Alcalinidade de 1 5 0 mg CaCO 3 /L pH 7,1-7,2 60 mg mg Ca2+/L ou 150 mg CaCO 3 /L
Alcalinidade de 1 5 0 mg CaCO 3 /L pH 7, 6 35 mg mg Ca2+/L ou 8 7, 5 mg CaCO 3 /L
Alcalinidade de 8 0 mg CaCO 3 /L pH 7,1-7,2 70 mg mg Ca2+/L ou 175 mg CaCO 3 /L
Alcalinidade de 8 0 mg CaCO 3 /L pH 7,6 40 mg mg Ca2+/L ou 100 mg CaCO 3 /L
A referência CDC (2012) (Centers for Disease Control and Prevention/Public Health Service US Department of Health and Human Services) indica que, considerando-se o índice de Langelier ajustado para o intervalo de -0,5 a +0,5, o pH na faixa de 7,2 a 7,6, a alcalilnidade na faixa de 80-120 mg/L o valor da dureza cálcica deve ser ajustado de 150 a 200 ppm (mg/L) para uma piscina ou spa de alvenaria, de 80 a 200 ppm (mg/L) para piscina de vinil ou fibra de vidro. Indica a referência CDC (2014), se o índice de Langelier ajustado para o intervalo de -0,3 a +0,3, o pH na faixa de 7,2 a 7,6, a alcalilnidade na faixa de 60-180 mg/L o valor da dureza cálcica deve ser ajustado de 200 a 400 ppm (mg/L) para uma piscina ou spa de alvenaria, de 80 a 200 ppm (mg/L) para piscina de vinil ou fibra de vidro. Considerando as referências bibliográficas nota-se claramente que existem contradições, pois o que define o processo de inscrutação ou corrosão são os parâmetros físico-químicos da água e não o tipo de acabamento do tanque da piscina. Na visão do autor o valor da dureza não deve ultrapassar 200 mg/L o que vai confirmar a proposta indicada pelos cálculos com a base no Diagrama de Hoover Langelier original.
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Figura 5 – Gráfico representativo da definição da faixa ideal para a característica química dureza.
Logo, a faixa ideal proposta para a dureza para água de piscinas, com base no
diagrama original de Hoover Langelier, varia de 87,5-88 mg CaCO 3 /L a 175 mg CaCO 3 /L.
Esses valores propostos se enquadram exatamente dentro da faixa ideal, para que os níveis de dureza possam formar biofllmes de proteção às estruturas da piscina (metálicas e/ou alvenaria) sem que haja precipação do CaCO 3 , desde que seja respeitada a faixa ideal de pH 7,2- 7,6. A estabilização ou balanceamento ocorre quando a água que contém CaCO 3 permite a formação de filmes de proteção nas paredes de tubulação, das estruturas de alvenarias e as protege da corrosão sem que ocorra precipitação de CaCO 3. Para prevenir a corrosão em estruturas de alvenarias e tubulações de metal, a água deve estar levemente saturada com CaCO 3. A pesquisa de PEREZ (2011) informa/recomenda a alcalinidade superior a 50 mg CaCO 3 .L-1^ e também concentração de Ca2+^ maior que 20 mg.L-1^ (50 mg CaCO 3 .L-1), como forma de garantir uma camada protetora de carbonato. Segundo a referência MALAMOS (2015) considera o intervalo mais desejável para dureza de 180-220 mg CaCO 3 /L. A PWTAG (2013) e BRECKLAND COUNCIL (2018) recomendam que os níveis de dureza devem ser mantidos acima de 75 mg CaCO 3 /L (para prevenir a corrosão) até no máximo de 150 mg CaCO 3 /L. A faixa ideal segundo CDC (2006) de dureza da água para uma piscina de alvenaria é de 200 a 275 ppm (mg CaCO 3 /L), para piscinas de superfície de vinil, pintura ou fibra de vidro a faixa ideal é de 175 a 225 ppm. Para ZACUZZI (2018) a faixa ideal é 200 a 260 mg CaCO 3 .L-1. Esses valores propostos acima de 200 ppm nos Estados Unidos é função de que, 70% do acabamento das piscinas é realizado um produto denominado “Plaster”, um cimento arenoso, uma massa impermeabilizante de acabamento que é mais barata que o azulejo. O plaster é muito mais sensível ao processo corrosivo pelas alterações do pH da água que os ajuzelos comuns. Já existe empresa que indica como faixa ideal valores entre 100 a 250 mg CaCO 3 /L, afirmando que concentração de dureza superiores a 250 ppm provoca manchas e incrustações, com as consequências características da presença de cálcio como o entupimento de filtros, tubulações e aquecedores. Logicamente indica que concentrações inferiores a 100 ppm vai provocar a corrosão nas áreas de alvenaria dos tanques, como nos rejuntes.
