Langelier doygunluk indeksi (LSI), suyun kalsiyum karbonat (CaCO₃) açısından doymuş, doymamış veya aşırı doymuş olduğunu gösteren basit bir göstergedir. Suyun gerçek pH'ı ile kalsiyum karbonatla dengede olacağı pH (doygunluk pH'ı, pHs) arasındaki farka dayanır. Soğutma suyu, sıcak su sistemleri ve RO konsantresi için kireçlenme eğiliminin ilk değerlendirmesinde yaygın olarak kullanılır.
Formül
LSI = pH − pHs
Doygunluk pH'ı dört parametreyle hesaplanır:
pHs = (9,3 + A + B) − (C + D)
- A = (log₁₀ TDS − 1) / 10 — TDS mg/L cinsinden
- B = −13,12 × log₁₀(T + 273) + 34,55 — T, °C cinsinden su sıcaklığı
- C = log₁₀(Ca sertliği) − 0,4 — kalsiyum sertliği mg/L CaCO₃ cinsinden
- D = log₁₀(M-alkalinite) — toplam alkalinite mg/L CaCO₃ cinsinden
Bu yaklaşık formül, TDS'si görece düşük (yaklaşık birkaç bin mg/L'ye kadar) tatlı sular için uygundur. Deniz suyu ve yüksek tuzluluktaki konsantreler için iyonik kuvveti dikkate alan yöntemler (örneğin Stiff–Davis indeksi) kullanılır.
Gerekli analizler
Hesap için pH, TDS (veya iletkenlikten tahmini TDS), sıcaklık, kalsiyum sertliği ve M-alkalinite gerekir. Toplam sertlik değil, kalsiyum sertliği kullanılmalıdır; magnezyum, kalsiyum karbonat dengesine doğrudan girmez. Birimlerin mg/L CaCO₃ olduğundan emin olun; farklı birimlerdeki değerleri birim çevirici ile dönüştürebilirsiniz.
Örnek hesap
Bir soğutma suyu numunesinde şu değerler ölçülmüş olsun: pH 7,8; TDS 500 mg/L; sıcaklık 25 °C; kalsiyum sertliği 200 mg/L CaCO₃; M-alkalinite 150 mg/L CaCO₃.
| Terim | Hesap | Sonuç |
|---|---|---|
| A | (log₁₀ 500 − 1) / 10 = (2,699 − 1) / 10 | 0,170 |
| B | −13,12 × log₁₀ 298 + 34,55 = −13,12 × 2,474 + 34,55 | 2,089 |
| C | log₁₀ 200 − 0,4 = 2,301 − 0,4 | 1,901 |
| D | log₁₀ 150 | 2,176 |
| pHs | (9,3 + 0,170 + 2,089) − (1,901 + 2,176) | 7,48 |
| LSI | 7,8 − 7,48 | +0,32 |
Sonuç pozitif olduğu için su, bu koşullarda kalsiyum karbonat açısından hafif aşırı doymuştur; kireç çökeltme eğilimi vardır.
Sonuçların yorumu
| LSI | Genel yorum |
|---|---|
| < 0 | Doymamış; su CaCO₃ çözme eğilimindedir, koruyucu tabaka oluşmaz (agresif/korozif eğilim) |
| ≈ 0 | Dengeye yakın |
| > 0 | Aşırı doymuş; CaCO₃ çökelme (kireçlenme) eğilimi, değer büyüdükçe artar |
LSI bir eğilim göstergesidir, çökelecek kireç miktarını veya hızını vermez. Pozitif LSI'ya sahip sular, uygun inhibitörlerle kireç oluşturmadan işletilebilir; inhibitörlerin taşıyabileceği LSI sınırı ürün ve koşullara göre değişir.
Sıcaklığın etkisi
Kalsiyum karbonatın çözünürlüğü sıcaklık arttıkça azalır. Aynı örnekte sıcaklık 40 °C alındığında (pH'ın değişmediği varsayılarak) B terimi 1,809'a düşer, pHs ≈ 7,20 ve LSI ≈ +0,60 olur. Bu nedenle kireçlenme önce eşanjör yüzeyleri, kondenser boruları ve ısıtıcı elemanlar gibi en sıcak noktalarda başlar. Değerlendirme, sistemdeki en yüksek yüzey sıcaklığı için de yapılmalıdır.
Ryznar indeksi ile birlikte kullanım
Ryznar kararlılık indeksi (RSI = 2 × pHs − pH), aynı verilerle hesaplanır ve özellikle kireç miktarına ilişkin pratik bir ek fikir verir. Örnek suyumuz için RSI = 2 × 7,48 − 7,8 ≈ 7,16'dır. Genel kabul olarak düşük RSI değerleri kireçlenmeye, yüksek değerler korozyona eğilimi gösterir. İki indeksin birlikte değerlendirilmesi tek indekse göre daha güvenilirdir.
Sınırlamalar
- İndeksler yalnız kalsiyum karbonatı dikkate alır; kalsiyum fosfat, sülfat ve silis birikintilerini öngörmez.
- İnhibitör, dağıtıcı ve organiklerin etkisi hesaba girmez.
- Negatif LSI korozyonu doğrudan ölçmez; klorür, sülfat, oksijen ve akış koşulları da etkilidir.
- Sonuç, analiz doğruluğuna duyarlıdır; özellikle pH ölçümünün doğru sıcaklıkta ve kalibre cihazla yapılması önemlidir.
Uygulamada kullanım
Soğutma kulelerinde konsantrasyon çevrimi artırıldıkça kalsiyum, alkalinite ve TDS yükselir; dolayısıyla LSI de artar. Bu ilişki, kule için uygun çevrim sayısının ve inhibitör programının belirlenmesinde kullanılır. Ayrıntılar için soğutma kulesi suyu şartlandırma yazımıza ve soğutma kulesi kimyasalları grubumuza göz atabilirsiniz. Analiz raporunun diğer parametrelerini yorumlamak için su analizinde parametrelerin yorumlanması rehberimiz yardımcı olur.
Sık Sorulan Sorular
LSI hesabında toplam sertlik mi kalsiyum sertliği mi kullanılır?
Kalsiyum sertliği kullanılır. Magnezyum, kalsiyum karbonat dengesine doğrudan katılmaz.
Pozitif LSI mutlaka kireç oluşacağı anlamına mı gelir?
Hayır. Pozitif LSI çökelme eğilimini gösterir. Uygun kireç inhibitörleriyle pozitif LSI değerlerinde de kireçsiz işletme mümkündür.
LSI deniz suyu için kullanılabilir mi?
Yaklaşık formül düşük tuzluluktaki sular için uygundur. Deniz suyu ve yüksek tuzluluktaki konsantreler için Stiff–Davis gibi iyonik kuvveti dikkate alan indeksler tercih edilir.
Kaynaklar
- Langelier, W. F. (1936). The Analytical Control of Anti-Corrosion Water Treatment. Journal AWWA, 28(10)
- Ryznar, J. W. (1944). A New Index for Determining Amount of Calcium Carbonate Scale Formed by a Water. Journal AWWA, 36(4)
- ASTM D3739: Standard Practice for Calculation and Adjustment of the Langelier Saturation Index for Reverse Osmosis
- Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater, 2330 Calcium Carbonate Saturation
Bu içerik genel bilgilendirme amaçlıdır. Tesisinize özel uygulama için su analizi ve teknik değerlendirme gereklidir.