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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

Tema

APLICACIÓN DE FOTOCATALISIS HETEROGENEA Y ELECTROCOAGULACION

EN DEPURACION DE CROMO Y CADMIO EN AGUA RESIDUAL PROVENIENTE

DE UNA INDUSTRIA METALMECANICA.

Autores

BERMUDEZ ERRAZURIZ MICHELLE DOLORES

SALAZAR CUELLAR SULY ANDREA

Tutor

TUTOR: MARTHA MIRELLA BERMEO GARAY

Guayaquil, Septiembre 2019

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROYECTO PRESENTADO COMO REQUISITO PARA OPTAR POR EL TÌTULO DE

INGENÍERO QUÌMICO

TITULO

¨Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en depuración de cromo y

cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica¨

AUTOR(ES):

Bermúdez Errázuriz Michelle Dolores

Salazar Cuellar Suly Andrea

DIRECTOR DE TRABAJO DE TITULACION

Dra. Martha Mirella Bermeo Garay

Guayaquil Ecuador

2019_ 2020

ii

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS/TRABAJO DE GRADUACIÓN TÍTULO Y SUBTÍTULO: Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en

depuración de cromo y cadmio en agua residual proveniente de una

industria metalmecánica AUTOR(ES)

(Apellidos/Nombres): Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz y Suly Andrea Salazar Cuellar

REVISOR(ES)/TUTOR(ES)

(Apellidos/Nombres) Tutor: Dra. Martha Mirella Bermeo Garay

INSTITUCIÓN: Universidad de Guayaquil UNIDAD/FACULTAD: Ingeniería Química

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: Ingeniería Química

GRADO OBTENIDO: Ingeniero(a) Químico (a)

FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE

PÁGINAS: 145

ÁREAS TEMÁTICAS: Tratamiento de las aguas residuales

PALABRAS CLAVES/

KEYWORDS: Palabras clave: electrocoagulación, fotocatálisis, efluente metalmecánica,

depuración de cromo y cadmio.

RESUMEN/ABSTRACT: En la presente investigación se analizan los procesos de electrocoagulación y

fotocatálisis heterogénea para observar el comportamiento de los metales pesados en agua residual que

proviene de una industria metalmecánica ubicada en la ciudad de Guayaquil, con el objetivo de reducir los

contaminantes cadmio y cromo hasta los límites permisibles estipulados en la normativa Ecuatoriana de

descargas de efluentes a alcantarillado. El trabajo experimental se realizó en el laboratorio de aguas de la

Universidad de Guayaquil donde se diseñó dos prototipos de reactor para los dos procesos, un reactor tipo

batch con capacidad de 6 litros, el otro reactor con el mismo volumen y diseño de recirculación, además se

construyó un conjunto de 10 placas bipolares de hierro, por otro lado se dimensionó el uso de radiación UV

artificial central por medio de una lámpara de cuarzo, con cubierta concéntrica de PVC, se trabajó

sumergiendo las placas de hierro en 5 litros de agua cruda a temperatura ambiente, pH = 4.58, voltaje,

(15, 18, 20), intensidad variada según voltaje (Amperios), y tiempo de trabajo (3,4 y 5 min), añadiendo en

fotocatálisis UV/ TiO2,/ H2O2 .Obteniendo así la reducción de cromo hexavalente en un 99. 7 % y cadmio

99.5 % en 15 voltios y 4.5 amperios durante 5 min en temperatura ambiente.

ADJUNTO PDF: Si No

CONTACTO

CON AUTOR/ES:

Teléfonos:

Michelle Bermúdez : 0939262725

Suly Salazar: 0982603656

E-mail:

[email protected]

[email protected] CONTACTO CON LA

INSTITUCIÓN: Nombre: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

Teléfono: (04) 228-7072, 228-7258, 222-8695, 228-4505

E-mail: [email protected]

mailto:[email protected]:[email protected]

iii

CERTIFICADO DE PORCENTAJE DE SIMILITUD

iv

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR

v

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL

USO NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS.

vi

AGRADECIMIENTOS

Decir gracias es una simple palabra a todo lo que siento y deseo declarar, el haber llegado a

este punto es muy satisfactorio y una meta más cumplida.

Es para mí un honor agradecer a Dios por darme vida y salud y por escuchar mis oraciones

cuando sentí que nada estaba bien.

A mis padres por hacer posible este sueño, por su trabajo, constancia, por sus deseos de

superación y por sus consejos que siempre estuvieron presentes a lo largo de mi carrera.

A mis hermanas y a mi sobrinita que constantemente estuvieron dispuestas a arrimar el

hombro en tiempos de apuro y problemas.

A mi novio que ha estado presente desde antes que empezara toda esta travesía siempre con

su cariño y paciencia.

A todos mis amigos y compañeros que de una u otra forma estuvieron conmigo a lo largo de

mi carrera, en especial a mi compañera de tesis que estuvo en toda circunstancia siendo

parte primordial para poder ultimar esta investigación.

Finalmente agradecer a mis profesores por compartir sus conocimientos en estos 5 años,

personalmente a mi tutora de tesis la Dra. Mirella Bermeo por sus consejos y experiencias

para poder lograr este trabajo, y a todos aquellos que participaron en este trabajo de

investigación.

GRACIAS PERDURABLES A TODOS.

Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz

vii

DEDICATORIA

Con mucho cariño y satisfacción dedico este trabajo de investigación a mi familia que es

muy pequeñita pero llena de amor.

Dedico este trabajo a mi papá el Sr. Gastón Bermúdez y mi mamá la Sra. Mónica Errázuriz

por todo el apoyo incondicional que me brindan esperando que este proyecto sea motivo de

orgullo y alegría para ellos.

A mis hermanas Ruddy Bermúdez, Mayra Bermúdez y a mi sobrinita Sofía Cedeño por

brindarme sus sonrisas, buenos deseos, y, saber que puedo ser un modelo a seguir para ellas

es que llega a tener valor tanto esfuerzo.

A mi novio Christian Falcones por ser quien llena mi corazón de amor y por siempre creer

en mí hasta cuando yo misma dudaba.

Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz

viii

AGRADECIMIENTOS

Doy gracias infinitas a Dios por la recompensa maravillosa de la vida, por bendecirme

continuamente y permitirme alcanzar una meta más en mí vida.

Agradezco a mis padres por ser la fuerza impulsadora, mí guía en cada paso dado, por su

constancia, apoyo emocional y financiero, ya que sin ellos nada de esto sería factible.

A mis seres queridos y al amor, por ser un aliciente diario que contribuyeron a lograr mis

metas personales y académicas, también doy gracias a mis amigos y compañeros de clases

por momentos de complicidad y alegrías.

Agradezco además a mis Docentes y amigos por las enseñanzas impartidas durante el

transcurso de mis estudios universitarios, en especial a mi tutora de tesis la Dra. Mirella

Bermeo Garay por contribuir en mis conocimientos, por los consejos y augurarme éxito en

mi vida profesional.

Por todo esto muchas gracias.

Suly Andrea Salazar Cuellar

ix

DEDICATORIA

Con alegría y humildad dedico este trabajo a Dios mi guía y guardián espiritual, por llenarme

de endereza y fortaleza para alcanzar mis metas.

También dedicó este gran logro a mi familia, por su amor infinito, respaldo y confianza en

todas las decisiones de mí vida. Además, por ser la motivación diaria de mis triunfos y hacer

de mi un reflejo de sus enseñanzas y valores.

A mis maestros, amigos y compañeros que estuvieron a mi lado, al brindarme su compañía,

consejos y amistad durante estos años.


x

INDICE

CERTIFICADO DE PORCENTAJE DE SIMILITUD ........................................................... iii

CERTIFICACIÓN DEL TUTOR REVISOR ........................................................................... iv

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO

COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS. .......................................... v

AGRADECIMIENTOS ............................................................................................................ vi

DEDICATORIA ...................................................................................................................... vii

AGRADECIMIENTOS ......................................................................................................... viii

DEDICATORIA ....................................................................................................................... ix

INDICE DE FIGURAS ........................................................................................................... xiv

INDICE DE TABLAS ............................................................................................................. xv

RESUMEN ............................................................................................................................. xvii

ABSTRACT ......................................................................................................................... xviii

INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................... 1

CAPÍTULO I .............................................................................................................................. 2

1. Tema ............................................................................................................................... 2

1.1 planteamiento o diseño del problema ........................................................................... 2

1.2 Sistematización y formulación de la investigación .......................................................... 3

1.2.1 Sistematización del problema de investigación ........................................................ 3

1.3 Formulación del problema de indagación ........................................................................ 3

1.4 justificación de la investigación ....................................................................................... 3

1.4.1 Justificación Teórica ................................................................................................. 3

1.4.2 Justificación Metodológica ....................................................................................... 4

1.4.3 Justificación práctica ................................................................................................. 5

1.5 Objetivos de la investigación ........................................................................................... 5

1.5.1 Objetivo general ........................................................................................................ 5

1.5.2 Objetivos específicos ........................................................................................... 5

1.6 Delimitación de la investigación ...................................................................................... 6

1.6.1. Delimitación Espacial .............................................................................................. 6

1.6.2 Delimitación Temporal ............................................................................................. 7

1.6.3 Delimitación de contenido ........................................................................................ 7

1.8 Variables del proyecto ..................................................................................................... 8

1.8.1 Variable Independiente: ............................................................................................ 8

1.8.2 Variable Dependiente: ............................................................................................... 8

1.9 Cuadro de operacionalización .......................................................................................... 9

xi

CAPITULO II .......................................................................................................................... 10

2 Marco Referencial ......................................................................................................... 10

2.1 Antecedentes .............................................................................................................. 10

2.1.1 Antecedentes de electrocoagulación ....................................................................... 11

2.1.2 Antecedentes de fotocatálisis heterogénea: ............................................................. 11

2.5 Marco teórico ............................................................................................................ 12

2.2.1 Industrias metalmecánicas ...................................................................................... 12

2.2.2 Recubrimientos metálicos ....................................................................................... 13

2.2.3 Proceso de recubrimientos metálicos. ..................................................................... 13

Diagrama de flujo del proceso de recubrimientos metálicos ................................................... 14

2.2.4 Metales pesados ...................................................................................................... 16

2.2.5 Cadmio .................................................................................................................... 18

2.2.6 Aplicaciones del cadmio ....................................................................................... 18

2.2.7 Afectaciones a la salud y al medio ambiente de cadmio ......................................... 19

2.2.8 Cromo .................................................................................................................... 20

2.2.9 Aplicaciones del cromo ........................................................................................... 21

2.2.10 Afectaciones en salud y en el medio ambiente del cromo .................................... 22

2.2.11 Procesos de oxidación avanzada ........................................................................... 24

2.2.12 Electrocoagulación ................................................................................................ 27

2.2.13 Reacciones involucradas en la electrocoagulación ............................................... 29

2.2.14 Procesos que conforman la electrocoagulación .................................................... 31

2.2.15 Configuración de los electrodos ............................................................................ 33

2.2.16 Ley de Faraday ...................................................................................................... 34

2.2.17 Fotocatálisis homogénea ....................................................................................... 35

2.2.18 Fenton: .................................................................................................................. 36

2.2.19 Fenton Like ........................................................................................................... 37

2.2.19 Electro-Fenton ....................................................................................................... 39

2.2.20 Fotocatálisis heterogénea ...................................................................................... 40

2.2.21 Mecanismo de acción ............................................................................................ 40

2.2.22 Semiconductores ................................................................................................... 41

2.2.23 Dióxido de Titanio ................................................................................................ 43

2.2.24 Carbón activado .................................................................................................... 46

2.2.25 Rayos ultravioletas ................................................................................................ 47

2.3 Marco conceptual ........................................................................................................... 49

2.3.1 Metal pesado: .......................................................................................................... 49

xii

2.3.2 Electrocoagulación: ................................................................................................. 49

2.3.3 Electrodos ................................................................................................................ 49

2.3.4 Fotocatálisis heterogénea ........................................................................................ 50

2.3.5 Semiconductores: .................................................................................................... 50

2.3.6 Descargas permisibles ............................................................................................. 50

2.3.7 Marco contextual ..................................................................................................... 50

2.3.8 Marco legal ............................................................................................................. 51

2.3.9 Legislación sobre los metales pesados .................................................................... 51

2.3.10 Normas de descargas de efluentes al sistema de alcantarillado público ............... 51

2.3.11 Normas de descargas de efluentes a un cuerpo de agua o receptor: Agua dulce. . 52

2.3.12 Normas de descargas de efluentes a un cuerpo de agua marina ........................... 53

2.3.13 Permisos y sanciones ............................................................................................ 53

2.4 MARCO CONTEXTUAL ............................................................................................. 54

CAPÌTULO III ......................................................................................................................... 55

3. Marco metodológico ..................................................................................................... 55

3.1 Diseño de la investigación ......................................................................................... 55

3.2 Parámetros según las variables ...................................................................................... 55

3.3 Factores experimentales ................................................................................................. 56

3.3.1 Materiales utilizados en el proceso ......................................................................... 57

3.3.2 Técnica .................................................................................................................... 58

3.4 Dimensionamiento del equipo ....................................................................................... 58

3.5 Experimentación con el equipo de electrocoagulación. .............................................. 61

3.6 Experimentación con el equipo de fotocatálisis heterogénea ........................................ 61

3.7 Diseño de los procesos de electrocoagulación y fotocatálisis heterogénea. .................. 62

3.7.1 Reactor foto catalítico a escala piloto ..................................................................... 62

3.7.2 Solución dióxido de Titanio, Peróxido de Hidrogeno y carbón activado ............... 64

3.8 Proceso electrocoagulación y fotocatálisis heterogénea. ............................................... 65

3.9 Ingeniería de Procesos ................................................................................................... 67

CAPÍTULO IV ......................................................................................................................... 69

4. Análisis de los resultados .............................................................................................. 69

4.1 Determinación de la eficiencia ................................................................................... 70

4.2 Cálculos ...................................................................................................................... 71

4.3 Características físico químico del agua metalmecánica. ............................................ 74

4.4 Resultados de la experimentación con electrocoagulación. ........................................... 77

4.5 Resultados de la experimentación con fotocatálisis heterogénea. ................................. 78

xiii

4.6 Análisis de resultados ..................................................................................................... 89

CAPTITULO V ........................................................................................................................ 91

5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIÓN ................................................................ 91

5.1 RECOMENDACIÓN ................................................................................................. 92

5.2 BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................... 93

NOMENCLATURA .......................................................................................................... 101

ANEXOS ............................................................................................................................... 102

ANEXO I ............................................................................................................................... 103

ANEXO II .............................................................................................................................. 115

ANEXO III ............................................................................................................................. 118

xiv

INDICE DE FIGURAS

Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química ................................................. 6

Figura 2: Mecanismo de electrocoagulación con metal ...................................................... 28

Figura 3: Procesos involucrados en un reactor de electrocoagulación ............................. 31

Figura 4: Reactor tipo batch con el proceso de electro-fenton .......................................... 39

Figura 5: Energía de banda gaps de diferentes materiales vs NHE .................................. 43

Figura 6: Estructuras cristalinas de las Fases de Dióxido de titanio. ............................... 44

Figura 7: Procesos fotocatalítico en el TiO2 con luz UV .................................................... 44

Figura 8: Paquetes de electrodo............................................................................................ 59

Figura 9: Diseño del reactor con radiación UV................................................................... 63

Figura 10: Diseño experimental en electrocoagulación ...................................................... 65

Figura 11: Diseño experimental en fotocatálisis heterogénea ............................................ 66

Figura 12: Diagrama de flujo de procesos electrocoagulación y fotocatálisis .................. 67

Figura 13: Diagrama de equipo de electrocoagulación. ..................................................... 68

Figura 14: Diagrama de equipo de fotocatálisis heterogénea. ........................................... 68

Figura 15: Determinación del % remoción para electrocoagulación. .............................. 74

Figura 16: Determinación del % remoción, fotocatálisis heterogénea. ........................... 75

Figura 17: Determinación del % remoción de la caracterización final del proceso. ...... 76

Figura 18: Normativa Ecuatoriana De Descargas De Efluentes ..................................... 112

Figura 19: Límites de descarga a un cuerpo dulce ........................................................... 113

Figura 20: Límites de descarga a un cuerpo de agua marina .......................................... 114

Figura 21: Pruebas del trabajo de investigación ............................................................... 115

Figura 22: Caracterización de la muestra inicial del agua residual proveniente de una

industria metalmecánica ............................................................................................. 118

Figura 23: Caracterización de la muestra inicial del agua residual proveniente de una

industria metalmecánica para cadmio. ...................................................................... 119

Figura 24: Caracterización de la muestra intermedia del agua residual proveniente de

una industria metalmecánica para cadmio. (Antes del tratamiento con carbón

activado) ........................................................................................................................ 119

Figura 25: Caracterización de la muestra final del agua residual proveniente de una

industria metalmecánica. ............................................................................................ 119

file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817708file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817709file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817710file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817711file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817712file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817713file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817714file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817715file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817716file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817717file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817718file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817719file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817720file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817721file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817722file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817722file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817723file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817723file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817724file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817724file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817724file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817725file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817725

xv

Figura 26: Caracterización de la muestra final del agua residual proveniente de una

industria metalmecánica para cadmio. ...................................................................... 119

INDICE DE TABLAS

Tabla 1: Operacionalización de variables dependientes e independientes ......................... 9

Tabla 2: Características de Baños de Recubrimientos metálicos ...................................... 14

Tabla 3: Actividades industriales que generan residuos de metales pesados ................... 17

Tabla 4: Potenciales de acción de las diferentes especies que se utilizan como agentes

AOP ................................................................................................................................. 26

Tabla 5: Semiconductores minerales con contenido de Hierro ......................................... 42

Tabla 6: Tipos de luz.............................................................................................................. 48

Tabla 7: Límites de descarga al sistema de alcantarillado público ................................... 52

Tabla 8: Límites de descarga a un cuerpo de agua dulce ................................................... 52

Tabla 9: Límites de descarga a un cuerpo de agua marina ............................................... 53

Tabla 10: Parámetros del proceso ........................................................................................ 56

Tabla 11: Factores respuestas de experimentación ............................................................ 56

Tabla 12: Reactivos ................................................................................................................ 57

Tabla 13: Materiales .............................................................................................................. 57

Tabla 14: Equipos .................................................................................................................. 58

Tabla 15: dimensiones de las placas para electrocoagulación y fotocatálisis ................... 58

Tabla 16: Dimensiones de reactores para el proceso de electrocoagulación .................... 59

Tabla 17: Dimensiones de reactores para el proceso de fotocatálisis ................................ 60

Tabla 18: Dimensiones del revestimiento concéntrico y lámpara UV. ............................. 60

Tabla 19: Caracterización inicial del agua residual proveniente de una industria

metalmecánica. ............................................................................................................... 69

Tabla 20: Prueba 1 ................................................................................................................. 77

Tabla 21: Prueba 2 ................................................................................................................. 78

Tabla 22: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de cromo. . 79

Tabla 23: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de Cadmio 83

Tabla 24: Potencial de hidrogeno ......................................................................................... 87

file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817726file:///C:/Users/Michelle/Downloads/tesis%20modificada%20imprimir%20suly1.docx%23_Toc16817726

xvi

Tabla 25: Resultados de caracterización final del agua residual proveniente de una

industria metalmecánica. .............................................................................................. 88

Tabla 26: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de color ... 103

Tabla 27: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de dureza 106

Tabla 28: Fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación para la remoción de turbidez.109

xvii

¨Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en depuración de cromo y

cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica¨

AUTOR: Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz


TUTOR: Dra. Mirella Bermeo Garay

RESUMEN

En la presente investigación se analizan los procesos de electrocoagulación y fotocatálisis

heterogénea para observar el comportamiento de los metales pesados en agua residual que

proviene de una industria metalmecánica ubicada en la ciudad de Guayaquil, con el objetivo

de reducir los contaminantes cadmio y cromo hasta los límites permisibles estipulados en la

normativa ecuatoriana de descargas de efluentes a alcantarillado. El trabajo experimental se

realizó en el laboratorio de aguas de la Universidad de Guayaquil donde se diseñó dos

prototipos de reactor para los dos procesos, un reactor tipo batch con capacidad de 6 litros, el

otro reactor con el mismo volumen y diseño de recirculación, además se construyó un

conjunto de 10 placas bipolares de hierro, por otro lado se dimensionó el uso de radiación UV

artificial central por medio de una lámpara de cuarzo, con cubierta concéntrica de PVC, se

trabajó sumergiendo las placas de hierro en 5 litros de agua cruda a temperatura ambiente,

pH = 4.58, voltaje, (15, 18, 20), intensidad variada según voltaje (Amperios), y tiempo de

trabajo (3,4 y 5 min), añadiendo en fotocatálisis UV/ TiO2,/ H2O2 .Obteniendo así la

reducción de cromo hexavalente en un 99. 7 % y cadmio 99.5 % en 15 voltios y 4.5 amperios

durante 5 min en temperatura ambiente.

Palabras clave: electrocoagulación, fotocatálisis, efluente metalmecánica, depuración de

cromo y cadmio.

xviii

¨Application of heterogeneous photocatalysis and electrocoagulation in chromium and

cadmium purification in wastewater from a metalworking industry¨

AUTHOR: Michelle Dolores Bermúdez Errázuriz

Suly Andrea Salazar Cuéllar

TUTOR: Dr. Martha Bermeo Garay

ABSTRACT

In the present investigation, the heterogeneous electrocoagulation and photocatalysis

processes are analyzed to observe the behavior of heavy metals in wastewater detected by a

metalworking industry located in the city of Guayaquil, with the aim of reducing cadmium

and chromium contaminants up to the permissible limits stipulated in the Ecuadorian

regulations for effluent discharges into sewers. The experimental work was carried out in the

water laboratory of the University of Guayaquil, where two reactor prototypes were designed

for the two processes, a 6-liter batch reactor, the other reactor with the same volume and

recirculation design, In addition, a set of 10 bipolar iron plates was built, on the other hand

the use of central artificial UV radiation was dimensioned by means of a quartz lamp, with

concentric PVC cover, the iron plates being submerged in 5 liters of raw water at room

temperature, pH = 4.58, voltage, (15, 18, 20), varying intensity according to voltage (Amps),

and working time (3.4 and 5 min), adding in UV / TiO2, / H2O2 photocatalysis. thus, the

reduction of hexavalent chromium in 99.7% and cadmium 99.5% in 15 volts and 4.5 amps for

5 min at room temperature.

Keywords: electrocoagulation, photocatalysis, metalworking effluent, chromium and

cadmium purification.

1

INTRODUCCIÓN

El presente trabajo de tesis tiene como principal objetivo investigar e identificar que métodos

son eficientes para la disminución o eliminación de contaminantes, para resolver la

problemática presente en las industrias que tras sus procesos presenta grandes cantidades de

contaminantes metales en sus desechos o efluentes finales. Este trabajo muestra el

comportamiento de los metales pesados cadmio y cromo que están en el efluente tras

someterlos a dos métodos de procesos de oxidación avanzada, planteados a diferentes

proporciones y una variabilidad previamente sustentada mediante la experimentación, cuya

caracterización inicial del agua residual y final de agua tratada fueron analizados por

laboratorios acreditados. Esta investigación busca soluciones alternativas que logren mitigar,

prevenir y evitar la contaminación del recurso agua, producto de los metales pesados que

tanto preocupa en estos tiempos y por la cuales se han realizado muchas investigaciones en

todo el mundo.(Al-Qodah & Al-Shannag, 2017)

Para el presente estudio se desea examinar los métodos de electrocoagulación y fotocatálisis

heterogénea, como tratamientos potencialmente eficaces y alternativos para la remoción de

metales pesados en un agua residual, en especial el cadmio y cromo que son altamente

tóxicos. Conjuntamente mostrar cómo trabajan estos dos procesos combinados, sustentando

su ejecución a partir de la teoría técnica y bibliográfica recopilada y estudiada con

anticipación, las mismas que nos ayudarán a validar y confirmar los resultados de la tesis. En

la fase experimental se efectúa la caracterización de una muestra de aguas residuales de una

industria metalmecánica de la ciudad de Guayaquil, Ecuador; donde se reporta los

contaminantes críticos para su posterior tratamiento y depuración. (Caviedes Rubio, Muñoz

Calderón, Perdomo Gualtero, Rodríguez Acosta, & Sandoval, 2015)

2

CAPÍTULO I

1. Tema

Aplicación de fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación en depuración de cromo y

cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica

1.1 planteamiento o diseño del problema

Para Ecuador la Normativa Técnica De Control De Descargas efluentes, son de gran

escala para el control y vigilancia del cumplimiento de la legislación ambiental nacional

por parte de las empresas, las cuales deben tratar sus efluentes antes de descargarlos a un

cuerpo receptor, las aguas residuales de industrias metalmecánicas tiene altos contenido de

diversos contaminantes entre ellos grasas y aceites, pinturas y diversos metales pesados,

lo que dificulta y eleva los costos de remoción para alcanzar los parámetros máximos

permisibles de descargas. (Ministerio del Ambiente, 2015).

Los procesos de tratamiento aceptados en el país por las empresas metalmecánicas, son

convencionales, que no siempre logran reducir los parámetros permisibles por la ley, en

especial los metales que son altamente tóxicos, siendo un inconveniente para las empresas

en términos ambientales, legales y económicos. (Álvarez Caiza, 2019). Es indispensable

la búsqueda y evaluación de nuevos métodos de aplicación a depuración de aguas

residuales procedente de las industrias metalmecánicas del país para aminorar el impacto

ambiental. Por lo tanto, esta investigación tiene como objeto la aplicación de fotocatálisis

heterogénea y electrocoagulación en depuración de cadmio y cromo en agua residual

proveniente de una industria metalmecánica.

3

1.2 Sistematización y formulación de la investigación

1.2.1 Sistematización del problema de investigación

El presente trabajo se desea realizar para encontrar los tratamientos más eficientes,

como los de oxidación avanzada para ser ejecutados en la remoción de cadmio y cromo en

el sistema de colector del efluente residual de la Metalmecánica, como alternativa de gran

relevancia económica y ambiental.

1.3 Formulación del problema de indagación

¿De qué manera intervienen los métodos de oxidación avanzada en la remoción de un

efluente residual una industria metalmecánica en el proceso de producción? ¿Será posible

la depuración de cromo y cadmio por los métodos propuestos?

1.4 justificación de la investigación

1.4.1 Justificación Teórica

Las industrias metalmecánicas constituidas en Ecuador se han acrecentado con el pasar

de los años debido al interés económico del sector privado y público, permitiendo elevar

el desarrollo y la sustentabilidad económica del país, según la Federación Ecuatoriana de

Industrias del Metal (FEDIMETAL), que asocia a las empresas del sector Siderúrgico y

Metalmecánico identificando un mercado variado cuyos subsectores son: Bienes de

capital, Eléctrico, Estructuras, de Fundición, Laminado, conformado y trefilado; y Partes,

piezas e insumos. (Caviedes Rubio et al., 2015)

Estas empresas utilizan diversos metales pesados que intervienen en su producción y

que son considerados altamente contaminantes, entre los cuales estos presentes metales

pesados como cromo, cadmio, arsénico, etc. Estos metales se consideran como persistentes

y de fácil acumulación. Por lo que las industrias metalmecánicas tienen parámetros

4

máximos permisibles de cromo y cadmio según la legislación ambiental las cuales deben

cumplirse según la NORMA AMBIENTAL DE CALIDAD DE

EFLUENTES: Recurso AGUA, para que no exista exceso de estos contaminantes y

puedan ser descargadas sin perjuicio al medio ambiente.(Ministerio del Ambiente, 2015)

1.4.2 Justificación Metodológica

La Depuración de cromo y cadmio se realizara por medio de dos métodos a escala

piloto implementado en la facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil,

el primer método consiste en un método electrolítico es decir conductores de corriente

(ánodo y cátodo) generando coagulantes y el segundo método es la fotocatálisis

heterogénea que consiste en otro reactor batch que se basa en la irradiación de

suspensiones de óxidos semiconductores, generalmente oxido de titanio y peróxido de

hidrogeno en presencia de los contaminantes que se desea degradar lo cual es el resultado

de un tipo de oxidación avanzada que realiza una descontaminación ambiental del agua

residual siendo eficiente en la remoción de metales pesados.

Estas sustancias contaminantes de las empresas metalmecánicas deben reducirse por

métodos que permitan disminuir su impacto ambiental entre las que tenemos la

electrocoagulación y la fotocatálisis heterogénea que mitigan en gran medida la

contaminación y el riesgo de afectación en las fuentes de aguas por la presencia de cadmio

y cromo.

5

1.4.3 Justificación práctica

La eficacia de dichos procesos como lo es la electrocoagulación y la fotocatálisis

heterogénea en la remoción de cromo y cadmio se calculó mediante un equipo piloto

escala laboratorio, con aguas caracterizadas en laboratorios certificados. El tiempo de

residencia en el equipo piloto, debe ser capaz de detectar posibles variaciones estacionales

de contaminantes y del rendimiento del proceso.

1.5 Objetivos de la investigación

1.5.1 Objetivo general

Emplear la electrocoagulación y la fotocatálisis heterogénea para depurar el cromo y

cadmio del agua residual de una industria metalmecánica.

1.5.2 Objetivos específicos

● Realizar la caracterización fisicoquímica de los efluentes de una industria

metalmecánica.

● Ejecutar la experimentación para la remoción de cromo y cadmio por medio de

fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación.

● Determinar las condiciones óptimas de operación empleadas para la depuración de

cromo y cadmio en el agua residual.

● Evaluar la eficiencia de remoción optima entre ambos métodos fotocatálisis

heterogénea y electrocatálisis.

6

1.6 Delimitación de la investigación

1.6.1. Delimitación Espacial

Este trabajo de investigación se ejecutará en la ciudad de Guayaquil-Ecuador, con el

uso de las infraestructuras de la Universidad de Guayaquil, Facultad de Ingeniería

Química concretamente en el Laboratorio de Aguas y Medio Ambiente, sitio donde

llevamos a cabo la parte experimental de remoción de cadmio y cromo por medio de

fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación.

La adquisición de muestras se las realizó en la industria Metalmecánica ubicada al

Norte de Guayaquil la cual efectúa sus descargas de efluentes en el sistema de

alcantarillado cuya autoridad respectiva es el Municipio de Guayaquil.

Figura 1: Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química

GD: -2.1819. - 79.8987

Fuente: (Google Maps, 2019).

7

1.6.2 Delimitación Temporal

Se ejecutó en un periodo aproximado de 4 meses, para demostrar los resultados de la

eficiencia de remoción al aplicar la fotocatálisis heterogénea y de la electrocoagulación en

agua residuales provenientes de una industria metalmecánica en tratamiento de metales

pesado como cromo y cadmio de sus efluentes.

1.6.3 Delimitación de contenido

Esta investigación está delimitada al área de bioconocimiento de desarrollo industrial

con una sublinea de tratamiento de desechos líquidos y sólidos teniendo como base y

guías de estudios referentes a electrocoagulación y fotocatálisis para lograr tratar efluentes

los cuales van descargados al sistema de alcantarillado de Guayaquil.

Área: Química

Campo: Ingeniería Química

Aspecto: Aplicación de electrocoagulación y fotocatálisis heterogénea en depuración de

cromo y cadmio en agua residual proveniente de una industria metalmecánica.

1.7 Hipótesis general o premisa.

Mediante la aplicación de la fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación se logrará

una reducción de los niveles de cromo y cadmio en agua residual metalmecánica

cumpliendo las normativas vigentes.

8

1.8 Variables del proyecto

1.8.1 Variable Independiente:

La aplicación de la fotocatálisis heterogénea y electrocoagulación

1.8.2 Variable Dependiente:

Reducción de los niveles de cromo y cadmio en agua residual metalmecánica

9

1.9 Cuadro de operacionalización

Tabla 1: Operacionalización de variables dependientes e independientes

VARIABLE

TIPO

INDICADORES

UNIDADES

INSTRUMENTACION

Agua residual de la

industria metalmecánica

Dependiente

Color

Turbidez

Dureza

DQO

Salinidad

pH

Solidos totales

Cromo hexavalente

Cadmio

Pt/Co

NTU

CaCO3

----

%

-----

mg/l

mg/l

mg/l

Colorímetro

Colorímetro

Reactor

Reactor

----------

Peachimetro

-------

Espectrofotómetro

Espectrofotómetro

Aplicación de

fotocatálisis heterogénea

y electrocoagulación

Independiente

Voltaje

Tiempo de residencia

V

min

Voltímetro

Cronometro

Elaborado por: Bermúdez & Salazar

10

CAPITULO II

2 Marco Referencial

2.1 Antecedentes

En el Ecuador como en el mundo existe diversas industrias que en su actividad económica

generan metales pesados en sus aguas residuales, industrias como la minería, metalúrgica,

electrónica, galvanizadoras, fabricación de baterías, pinturas y pigmentos, metalmecánicas,

agricultura y ganadería. (Caviedes Rubio et al., 2015)

Las industrias metalmecánicas constituidas en Ecuador se han acrecentado en los últimos

años gracias al interés económico del sector privado y público, permitiendo elevar el

desarrollo y la sustentabilidad económica del país, según la Federación Ecuatoriana de

Industrias del Metal (FEDIMETAL), fue creada en junio de 1994, donde asocia a las

empresas del sector Siderúrgico y Metalmecánico permitiendo identificar un mercado

variado cuyos subsectores son: Bienes de capital, Eléctrico, Estructuras, de Fundición,

Laminado, conformado y trefilado; y Partes, piezas e insumos.(Fedimetal, 2017)

La utilización de fotocatálisis heterogénea y de electrocoagulación a nivel mundial se ha

potenciados en el desarrollo investigaciones como procesos alternativos y gran aplicabilidad

en diversas industrias, esta tecnología es popular, vanguardista y de costos bajos, alcanza

porcentajes altos de eficiencia en la remoción residuos persistentes y de difícil

biodegradación y de residuos microbiológicos,(Giannakis, Rtimi, & Pulgarin, 2017)

11

2.1.1 Antecedentes de electrocoagulación

(Un & Ocal, 2015) Realizo una investigación eliminación de metales pesado como Cd, Cu y

Ni mediante electrocoagulación en un reactor cilíndrico de hierro tipo batch y la

incorporación de electrolitos de Na2SO4 a 0,05M , cuyas concentraciones iniciales de

cadmio 10 ppm a pH 7 a una corriente de 30 mA/cm2 y un tiempo de 90 minutos la

remoción de cadmio fue 98,78%. Otro estudio realizado por (Al-Shannag, Al-Qodah, Bani-

Melhem, Qtaishat, & Alkasrawi, 2015) realizaron estudio con la aplicación de

electrocoagulacion para depurar: Cu2+ , Cr2+ , Ni2+ , Zn2+ , donde el cromo tenia 33 ppm de

concentracion inicial , uso 6 electrodos monopolares de acero con aun pH=9,5 por 45

minutos y a una temperatura de 26°C obteniendo 97% remoción.

En el Perú, se utilizó con éxito la electrocoagulación en la remoción de cromo en la industria

de curtiembre con 8 pruebas se obtuvo que, a 20 amperios, 30 de voltios a 35 minutos y

carbón activo y filtró en arena, se obtuvo la remoción de cromo fue 99.99%. (De La Cruz

García, Silva Salazar, & Inca Gómez, 2017) Otra investigación de eliminación de cromo y

reducción de DQO por electrocoagulación en industria de curtimbre se dio en la ciudad de

lima- Perú cuyos parámetros óptimos fueron muy similares exceptuando el tiempo que fue

de 20 minutos con una eficiencia de 99,9% para Cr.(De La Cruz García et al., 2017)

2.1.2 Antecedentes de fotocatálisis heterogénea:

En Colombia se redujo al Cr (VI) por medio de fotocatálisis en presencia de luz visible y

película de TIO2 modificado con melanina removió 82%. (Zuluaga Bernal, 2016) En otros

estudios realizados en Nariño Colombia, para la eliminación de Cromo hexavalente en

residuos de laboratorio del sector educativo comparando la fotocatálisis removieron 0,65%.

12

En condiciones de pH=1 con TiO2 =0,5 g a 30 min de exposición de luz UV. (Mera Córdoba,

Espinosa Narváez, & Murillo Arango, 2018)

En empresas de curtimbre de la ciudad de Ambato -Ecuador, también se ha realizado

estudios por fotocatálisis heterogénea con uso de Dióxido de titanio 1gr/L y generador

fotovoltaico de 250W/m2 a un pH=4 que luego fue pasado con una eficiencia d 62,5% de

remoción del Cromo total (Alegría Bartolomé & Echegaray Aveiga, 2017)

2.5 Marco teórico

2.2.1 Industrias metalmecánicas

Estas empresas utilizan diversos metales pesados que intervienen en su producción y que

son considerados altamente contaminantes, entre los cuales estos presentes metales pesados

(cromo, mercurio, cadmio, arsénico, etc.). Estos metales son de difícil degradación por

tratamientos convencionales o primarios ya que se consideran como metales persistentes y

fácil acumulación. Por lo que las industrias metalmecánicas tienen cargas máximas

permisibles de cromo y cadmio según las Normas de calidad ambiental las cuales deben

analizarse y cumplirse para que los excedentes sean aptos para poder ser descargadas en los

efluentes. El organismo que vela el cumplimiento de esta norma es el Ministerio del

Ambiente del Ecuador. (Ministerio del Ambiente, 2015)

Algunas de las empresas metalmecánicas incorporan en sus líneas de proceso los

recubrimientos o baños metálicos electrolíticos con diferentes aplicaciones según el metal

que utilicen.

13

2.2.2 Recubrimientos metálicos

Este proceso este compuesto por diversas etapas de preparación de la superficie antes de

aplicación del baño metálico, en cada etapa se encuentran tanques de almacenamientos con

los baños de preparación y otros con tanque de baños de recubrimiento seguidos de tanques

de enjugues, para posterior secado de las piezas en hornos de secado. En los recubrimientos

de cobre se usa como subcapa para niquelado o como acabado final Piezas electrónicas,

también se usa cobre cianurado como base de materias de hierro, aluminio y Zámak para que

los recubrimientos posteriores se realicen adecuadamente; el recubrimiento de zinc, llamados

comúnmente cincados se trabaja con los cianuros de Zinc en los baños, estos tienen acabados

buenos, más densos, uniformes y regulares. Po otro lado esta los de Latón donde se usa como

subcapa para recubrimientos de acero con caucho y gomas con buena adherencia. Se usan

para decoración y tiene pocas aplicaciones. (Yánez Uribe, 2019)

2.2.3 Proceso de recubrimientos metálicos.

1. Desengrase-Enjuague: en esta etapa se elimina la grasa presente en las superficies

de las piezas con soluciones alcalinas o agentes desengrasantes ácidos. Luego son

enjugadas en el tanque de agua evitando que se transfieran las soluciones a la etapa

siguiente.

2. Decapado ácido- Enjugue: aquí se elimina el óxidos y calaminas que están

normalmente en las superficies del metal, realizando una limpieza más profunda de las

piezas metálicas con el uso de Ácidos o mezclas de ácidos al 50% inhibido que evita un

exceso de limpieza y daños en el material de las piezas, algunos ácidos usados son

clorhídrico, sulfúrico, sulfámico, fluobórico, entre otros. En esta fase se debe evitar la

concentración de impurezas pues entorpece la eficiencia del proceso por lo que se

14

realimenta constantemente con ácido nuevo. Posteriormente se realiza el enjuague

respectivo de la pieza metálica con agua para evitar contaminación en la otra etapa.

3. Baño de Recubrimiento metálico: Esta etapa se evita la corrosión, cambia la

dureza, conductividad, mejora algunas propiedades químicas de la pieza para obtener un

mejor acabado con la utilización de Sales metálicas a base de níquel, oro, cromo,

galvanizado, latón, cadmio, zinc, etc.

4. Enjuague estanco: o primer enjuague con agua posterior al recubrimiento para

remover los excesos de los baños de sales, este ayuda a mantener los niveles de las sales

de recubrimientos porque permite la reutilización de estos.

5. Secado: este proceso se realiza con hornos para agilizar el secado y posteriormente

lacan y vuelven a secar para seguir el proceso a su disposición final.(Yánez Uribe,

2019)(Barreto Berbeo & Buitrago Pérez, 2018)

Diagrama de flujo del proceso de recubrimientos metálicos


Piezas métalicas

Desengrase

Enjuague # 1

Decapado-ácido

Enjuague # 2

Baño # 1 de recubrumient

os

Enjuague # 3

Neutralizado Enjuague # 4

BAño #2 de Recubrimient

o

Enjuague # 5 estanco

Enjuague # 6 exceso. Secado

Terminado

15

Tabla 2: Características de Baños de Recubrimientos metálicos

Metal

depositad

o

Tipo Composición (g/L) Temperatura

°C

Potencial

de

Hidrogenione

s

pH

Cadmio Alcalino Óxido de cadmio

Cianuro de sodio

Sulfato de níquel

37,5

100

2

Ambiente 13

Cobre Alcalino Cianuro de sodio

Cianuro de cobre

Sal de Rochelle

Carbonato de sodio

37,5

30

50

38

50 12 a 13

Cobre Ácido Sulfato de cobre

Ácido sulfúrico

200

27,5ml/l

Ambiente 4 a 4,5

Cromo Ácido Ácido crómico

Ácido sulfúrico

250

2,5

40-50 2,5 a 3,0

Estaño Ácido Sulfato estañoso

Ácido sulfúrico

Sulfato de sodio

Gelatina

Naftol

60

75

100

2

1

Ambiente 2,5

Latón Alcalino Cianuro de cobre

Óxido de zinc

Cianuro de sodio

Hidróxido de amonio

30

7,7

11

3

Ambiente 10,5 a 11,5

Níquel Ácido Sulfato de níquel

Cloruro de níquel

Ácido bórico

Sacarina

Tiourea

Lauril sulfon sod

300

60

5

1,5

0,1

0,5

45-50 4,2-4,8

Zinc Alcalino Óxido de zinc

Cianuro de sodio

Hidróxido de sodio

Trióxido de

molibdeno

Sulfuro de sodio

Gelatina

60

22,5

52,2

0,5

3,5

2

Ambiente 13

Zinc Ácido Cloruro de zinc

Cloruro de potasio

3,5

180

Ambiente 5,7


Fuente: (Barreto Berbeo & Buitrago Pérez, 2018)

16

2.2.4 Metales pesados

Un metal pesado es un elemento con propiedades como ductilidad, conductividad, densidad,

estabilidad como catión, estos comprenden a 65 elementos de la tabla periódica, Estos

presentan diversas características físicas, químicas y biológicas, según la naturaleza del

metal, pueden estar en forma de iones libres o como complejos, cuando actúan en reacciones

de reducción tienden a ser potencialmente tóxicas para los organismos. (Cruz Campas et al.,

2017)

Por otra parte, son imprescindibles en forma de oligoelementos para el desarrollo de

microorganismos, plantas y animales pues ejercen roles importantes en algunas reacciones

bioquímicas y son esenciales para su crecimiento y desarrollo Sin embargo, cuando se

presentan en altas concentraciones pueden formar compuestos inespecíficos creando efectos

citotóxicos y letales.(Beltrán-Pineda & Gómez-Rodríguez, 2016).

17

Tabla 3: Actividades industriales que generan residuos de metales pesados

Industria Metales Contaminación derivada

Mineria de metales ferrosos Cd, Cu, Ni, Cr, Co, Zn Drenaje ácido de mina,

relaves, escombreras.

Extraccipon de minerales As, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn Presencia en las minas como

en los subproductos.

Fundición As, Cd, Pb, Ti Procesado del mineral para

obtecion de metales.

Metalúrgica Cr, Cu, Mn, Pb, Sb, Zn Procesado Termico de

metales.

Aleaciónes y aceros Pb, Mo, Ni, Cu, Cd, As, Te,

U, Zn

Fabricacion, recubrimientos,

depuracion y reciclaje de

metales.

Gestión de Residuos Zn, Cu, Cd, Pb, Ni, Cr, Hg,

Mn

Ya sea en lixiviasdos o en

elementos que son quemados.

Corrosión Metálica Fe, Cr,Pb, Ni, Co, Zn Metales que se exponene a la

interperie y se corroen.

Galvanoplastía Cr, Ni, Zn, Cu Los efluentes líquidos de

procesos de recubrimiento.

Pinturas y pigmentos Pb, Cr, As, Ti, Ba, Zn Residuos acuosos procedentes

de la fabricacion y el

deterioro de la pintura vieja.

Baterias Pb, Sb, Zn, Cd, Ni, Hg Fluido de la pila de residuos,

la contaminación del suelo y

las aguas subterráneas.

Electrónica Pb, Cd, Hg, Pt, Au, Cr, As,

Ni, Mn

Residuos metálicos acuosa y

sólida desde el proceso de

fabricacion y reciclaje.

Agricultura y Ganadería Cd, Cr, Mo, Pb, U, V, Zn, As,

Mn, Cu

Contaminación de escorrentía,

aguas superficiales y

subterráneas, la

bioacumulacion de plantas.


Fuente:(Caviedes Rubio et al., 2015)

18

2.2.5 Cadmio

In 1817, Friedrich Stromeyer descubrió el Cadmio. El Cadmio es un metal pesado, blanco

con tinte azulado, el cual es poco oxidable al aire, este se encuentra en la corteza terrestre y

está asociado con minerales de zinc, plomo y cobre. Este también es un metal dúctil, es más

flexible que el zinc y es más duro que el estaño. (ATSDR, 2019) Este es bivalente en todos

sus compuestos estables, su ion es incoloro. Las propiedades químicas del Cadmio son; peso

atómico 112.40, densidad relativa 8.65 a 200 C y a 680 F, su punto de fusión de 320.90C y a

6100F. Punto de ebullición de 7650C y a 1.4200 F. El estado de oxidación del Cadmio es +2,

electronegatividad 1.7, radio covalente 1.48, radio iónico 1.54, configuración electrónica

[Kr] 4d10 5s2. Primer potencial de ionización 9.03. (OMS, 2016) Los países donde se

encuentran grandes fuentes de Cadmio son Estados Unidos, Canadá, Australia, Bélgica,

Luxemburgo, y Corea, aunque no todos son productores. (NIH, 2015)

2.2.6 Aplicaciones del cadmio

El cadmio se utiliza en sistemas de almacenamiento de energía por su gran capacidad de

absorber neutrones, isotopo 113, se usa en barras de control y recubrimiento de reactores

nucleares, rozadores automáticos contra el fuego, en aleaciones de latón, soldaduras, como

reactivo químico, pigmento amarillo, la fabricación de electrodos negativos de baterías de

níquel y cadmio, acumuladores eléctricos de níquel y cadmio recargables. (Puello Silva et

al., 2018)También este es empleado en la fabricación de esmaltes, sinterización. El cloruro

de cadmio también se utiliza en fotografía, tintorería.(Paladines Benítes, 2015)

19

2.2.7 Afectaciones a la salud y al medio ambiente de cadmio

El cadmio tiene alta toxicidad produce efectos ambientales y en la salud. El 50% del cadmio

eliminado al medio ambiente proviene de la descomposición de rocas, fuegos forestales y

volcanes los cuales son eliminados a los ríos. El resto es liberado por actividad humana como

la manufacturación, aguas residuales con cadmio que provienen de los desechos de las

industrias que terminan en los suelos y ríos. Los suelos contaminados son un potencial

peligro para las plantas y animales y amenaza de igual manera al suelo y a la vida acuática.

Las hojas de hortalizas contienen niveles altos de cadmio 0.05-0.12 mg/cadmio/kg, así

también como las hojas de tabaco que también contienen niveles altos de cadmio,

principalmente las baterías tienen un 83% de cadmio generando contaminación. (Sanchez

Barrón, 2016)

Los efectos negativos del cadmio en la salud, son de gran importancia ya que sus afectos

pueden acumularse en el organismo por periodos largos y sus efectos dependen de la dosis,

fuente y tipo de exposición. (Cruz Campas et al., 2017) La inhalación del cadmio es una

forma muy común de intoxicación sobre todo en las personas fumadoras, el cadmio puede

llegar a la sangre y potencia los efectos de las comidas que contienen cadmio como son los

champiñones, mariscos, mejillones, algas secas, etc. Las personas fumadoras pueden

contraer enfisema y cáncer pulmonar. (Londoño Franco, Londoño Muñoz, & Muñoz Garcia,

2016) Altos niveles de cadmio en las personas pueden causar daños importantes en los

riñones y hígado. En los riñones daña los mecanismos de filtración y por lo tanto puede

causar insuficiencia renal. Las personas que viven o trabajan cerca de fábricas y refinerías de

metal tienen una alta probabilidad de contaminarse con cadmio. (Puello Silva et al., 2018)

(Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales, 2019a)

20

Los niveles permitidos del Cadmio en el agua, en el aire y en los productos de consumo han

sido impuestos por organizaciones, que regulan estos contaminantes, La Empresa de

protección ambiental de Estados Unidos determino que concentraciones de cadmio hasta

0.005 mg/L no causarían efectos adversos en exposición directa. Además, estableció que el

agua potable hasta 0.04 mg/L de cadmio durante 10 días no causará efectos adversos en un

niño. La administración de drogas y alimentos (FDA) determino los niveles de cadmio en

productos de consumo hasta 0.005 mg/L. La OSHA, la administración de la salud y

seguridad ocupacional estableció el límite máximo de 5 µg/m3 en el aire de trabajo para el

cadmio y cromo promedio durante una jornada diaria de 8 horas”. (ATSDR, 2019)

2.2.8 Cromo

El Cromo fue descubierto por el químico Frances L. Vauquelin en 1797. (Beltrán-Pineda &

Gómez-Rodríguez, 2016) Este elemento químico se encuentra en las plantas, las rocas, los

animales y los suelos. Cuyo símbolo Cr y número atómico 24, este se encuentra en el grupo

IV de la tabla periódica. La masa atómica ha cambiado mediante los años, en el año 1959 la

masa atómica era de 52,01, en 1961 su masa atómica fue de 51,996 (Soto, Landazuri, &

Loango, 2017).

Sus propiedades atómicas son los siguientes: radio medio 140pm, electronegatividad 1,66 de

la escala de Pauling, radio atómico 166pm (radio de Bohr), radio covalente 127 pm, los

números de oxidación son +2 +3 y +6. Por otro lado, las propiedades físicas son: estado

sólido, densidad 7140Kg/m3, punto de fusión 2130 K( 18570 C), punto de ebullición 2945 K

(26720 C), Entalpia de vaporización 344,3 KJ/mol, entalpia de fusión 16,9 kJ/mol, presión

vapor 990 Pa a 2130K. Entre otras propiedades tiene como calor especifico 450J/(K-kg),

21

conductividad eléctrica 7,74-106 s/m, conductividad térmica 93,7 W/(K-m), velocidad del

sonido 5940 m/s a 293,15 K (200C).(Meneses Barroso, Patiño Mantilla, & Betancur, 2018)

Desde 1961 hasta la actualidad la masa atómica no ha sido alterada. Su nombre cromo se

debe a los distintos colores que obsequia este compuesto químico (Chroma en griego

significa Color). El Cromo ha sido detectado en gema preciosas y el color de estas es debido

a la presencia de trazas de cromo. El Cromo es un metal blanco agrisado, duro, y brillante el

cual no se altera al aire, pero puede oxidarse en altas temperaturas. Esta capa de oxido se

llama oxido crómico, Cr2O5. (Beltrán-Pineda & Gómez-Rodríguez, 2016) Las tres formas

iónicas principales son Cr+0, Cr+3 y Cr+6. (ATSDR, 2016).

2.2.9 Aplicaciones del cromo

Al comienzo el cromo era solamente empleado en pinturas por su propiedad de alta

resistencia a la corrosión. Pero este también ha sido altamente empleado en fabricaciones de

aleaciones especialmente con el hierro ya que son duras y muy resistentes. El acero

inoxidable común contiene 14% a 18% de cromo lo cual lo hace muy útil para ser empleado

en blindajes, proyectiles, maquinarias de cortes, etc. A estas aleaciones la llamamos “aceros

al cromo”. El cromo también ha sido utilizado para recubrir objetos de hierro y latón cual

proceso es denominado como Cromado. Otra alineación de alta importancia es la del níquel

y cromo la cual es denominada Nicrom y es empleada para la fabricación de resistencias

eléctricas.(Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales, 2019b) Los compuestos del

cromo son; compuestos crómosos, compuesto crómicos, compuestos cromatos y dicromatos.

Los compuestos crómosos son inestables y tienen a pasar a crómicos, las soluciones de sales

crómosas son de color azul y este también tiene un numero de oxidación +2. Los compuestos

22

crómicos son estables y tienen su estado de oxidación es +3. Los Cromatos y Dicromatos

tienen un numero oxidativo de +6. Estos son oxidantes enérgicos y tienen a pasar a número

de oxidación +3. (Ministerio del Ambiente y Recursos Naturales, 2019b)

2.2.10 Afectaciones en salud y en el medio ambiente del cromo

El Cromo es un elemento químico muy beneficioso para las industrias metalúrgicas pero el

mal manejo de este también puede ser muy nocivo para la salud. Las empresas metalúrgicas

han sido responsables de la liberación de cromo en el medio ambiente. El cromo se puede

encontrar como contaminando el agua, el aire y suelos, tiene bioacumulación y persiste en el

ambiente, causando enfermedades en las personas y animales.(Viera Torres et al., 2018)

La exposición de Cromo en el aire es más probable encontrarlas en sitios urbanos donde hay

empresas que manufacturas y sitios de desechos de cromo. (Rincón Mora, 2017) La

exposición de Cromo por medio de las vías respiratorias puede padecimientos como asma, o

alergias en exposiciones muy bajas. (Cruz Campas et al., 2017) Otra forma de intoxicación

van desde el consumo de agua contaminada hasta el consumo de alimentos contaminados

tales como frutas, carnes, hortalizas. Una vez que el Cromo VI entre al cuerpo por cualquiera

de estas formas ya mencionadas, el Cromo VI se transforma a Cromo III y se puede eliminar

por medio de la orina, otros casos el Cromo III puede quedarse en el cuerpo durante muchos

años. (Londoño Franco et al., 2016) El Cromo VI es altanamente carcinogénico, afecta

principalmente a los intestinos, sistema reproductivo y hematopoyético, mientras que el

cromo III es menos toxico en ellos. Es importante recalcar que los efectos del cromo en los

seres humanos o animales son variables dependiendo de su exposición. Su peligrosidad

23

depende en el grado de exposición, duración, dosis, edad, sexo, toxicidad, etc. (ATSDR,

2016)

En Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental, la Administración de Salud y

Seguridad Ocupacional, la Administración de Drogas y Alimentos, La Agencia para

Sustancias Tóxicas y el Registro de Enfermedades (ATSDR), y el Instituto Nacional de

Salud y Seguridad Ocupacional (NIOSH), son los encargados de crear reglamentos,

sugerencias y proveer información sobre las sustancias toxicas.(Londoño Franco et al., 2016)

La EPA y la FDA establecen el nivel máximo de contaminación en el agua potable, el cual es

de 0.1mg/L. Mientras que la OSHA ha establecido los límites de aire en el trabajo de “(0.005

mg/m3), (1.0 mg/m3) y (0.5 mg/m3) para para Cromo (VI), (III) y Cromo+0 como promedios

durante una jornada 8 horas por dia”.(ATSDR, 2016) mientras la agencia NIOSH dice que

es 0,5 mg/m3 el maximo de cromo que debe exponerse un trabajador en las mismas jornadas

de trabajo..(Londoño Franco et al., 2016) Está también recomienda un límite de exposición

de 0.001 mg/m3 para cromo (VI) en el aire en jornada diaria de 10 horas.” (ATSDR, 2016)

Es importante recalcar que los reglamentos creados por estas agencias no pueden ser

establecidos como leyes, por lo tanto, ellos utilizan la frase de “No-Excederse” para evitar el

exceso de exposición de estas sustancias químicas que pueden causar algún tipo de daño.

(ATSDR, 2016)

24

2.2.11 Procesos de oxidación avanzada

Actualmente, se busca disminuir la impresión de la huella ecológica provocada por el

hombre y sus actividades cotidianas, en búsqueda de alternativas verdes y de alta efectividad

se han generado diversas investigaciones alrededor del mundo que permite avanzar en miras

de reducir el daño al ambiente, para eso se han desarrollado nuevos métodos que

corresponden a los Procesos Oxidativos Avanzados (AOP) que incluyen reacciones

Químicas oxido-redox, fotoquímicas, electroquímicas, catalizadoras, fotocatalizadores,

ozonificadoras, entre otras.(Tahir, Kiran, & Iqbal, 2019b) Los procesos de oxidación

avanzada tienen gran acogida en el tratamiento de aguas residuales entre ellos los procesos

fotocatalíticos, aunque el uso de lámparas Ultravioletas y el costo de operación de la energía

eléctrica sea un inconveniente, pero siguen siendo una buena opción. (Giannakis et al., 2017)

Los AOP son procesos avanzados de oxidación tienen su base en el uso de especies de

oxígenos altamente reactivos llamados (ROS) entre los que encontramos los radicales

hidroxilos (OH) con mayor potencial oxidativo. (Cuervo Bernal & Rojas López, 2019) Las

AOP solares y reactores solares han sido muy atractivos para diversos estudios por su costo

de operación y efectividad en tratamientos de aguas en escalas pequeñas pero su aplicación a

gran escala no se ha considerado en algunas regiones debido a limitaciones climáticas.

(Núñez-Núñez et al., 2018). Los Procesos de Oxidación Avanzada son diversos que

involucran agentes químicos y una fuente de energía coadyuvante entre los AOP que se

conocen están:

• Procesos de Fotoquímica: luz ultravioleta (UV) + Peróxido de hidrógeno

(H2O2).

25

• Procesos de Fotocatálisis homogénea: relacionado al Fenton (Fe/H2O2), Foto-

Fenton, electro-Fenton, etc

• Procesos de Fotocatálisis heterogénea: fotocatalizador (TiO2) + luz ultravioleta

(UV) con formación del hueco en la valencia (hv), TiO2/UV/ H2O2, TiO2/UV/

H2O2/CA, TiO2/UV/CA entre otros Combinaciones que incluyen otros AOP.

• Procesos de Ozonificación: O3/ H2O2, O3/UV, y el O3/ UV/H2O2

• Procesos basados en ultrasonido: sonólisis, Fenton+ Ultrasonido

(Alsaqqar, Sadeq Salman, Abood, & Ali, 2015)

Los procesos de oxidación avanzada tienen actualmente gran importancia en el tratamiento

de aguas residuales entre ellos los procesos fotocatalíticos, aunque el uso de lámparas

Ultravioletas y el costo de operación de la energía eléctrica sea un inconveniente, pero

siguen siendo una buena opción porque alternativas de UV se puede emplear luz solar en las

AOP. (Giannakis et al., 2017) Los contaminantes ambientales persistentes suelen ser

refractarios a otros tratamientos de remoción, por lo que se ha está desarrollando estudios de

los procesos oxidativos avanzados donde están involucrados el TiO2, UV, H2O2, Foto-Fenton

y Ozono que se usan en la generación y posterior reacción de los radicales libres OH. Las

reacciones de Foto-Fenton son eficientes, con mayor velocidad de reacción y un uso menor

de concentración de hierro puede lograr remociones de contaminantes en comparación del

TiO2, lo que se atribuye a la alta sensibilidad hacia el espectro de radiación solar que es de

35% y 5% respectivamente.

26

Tabla 4: Potenciales de acción de las diferentes especies que se utilizan como agentes

AOP

ESPECIES

OXIDANTES

FORMULA

QUIMICA

POTENCIAL

DE OXIDACION

E° (Volts, 25°C)

Flúor F 3,03

Radical hidroxilo OH. 2,80

Oxigeno atómico O2 2,42

Ozono O3 2,07

Peróxido de hidrógeno H2 O2 1,78

Radical perhidroxilo HO2 1,70

Permanganato MnO4- 1,68

Ácido hipo bromoso o (oxobromato I de hidrogeno) HBrO 1,59

Dióxido de cloro ClO2 1,57

Ácido hipocloroso HClO 1,49

Ácido hipoiodoso o (monoxoyodato I de Hidrogeno) HIO 1,45


Fuente: (Mery c.Terán Soliz, 2018) (Delgado Nina & Santander Pacoricona, 2017)

Los procesos AOP permite la aplicación entre sí en diferentes combinaciones utilizando

energía para crear los intermediarios altamente reactivos ROS de alto potencial oxidativo y

de reducción. Estos oxidantes potentes generan radicales hidroxilos combinado con

radiación, a mayor concentración de H2O2 puede absorber más UV y por ende producirá más

· OH y a la par puede consumirse el H2O2 generando Oxigeno y agua, provocando que

descienda la generación de los radicales OH. Los ·OH que reaccionan con el exceso de H2O2

genera radicales menos poderosos como el hidroperoxilo ·OH2 y estos su vez pueden

reaccionar con más H2O2 y producir agua y oxígeno. Por lo que los radicales pueden actuar

27

como agentes inhibidores disminuyendo la eliminación de contaminantes. (Tahir et al.,

2019b) Reacciones que se encuentran son:

𝑯𝟐𝑶𝟐 + 𝒉𝒗 → 𝟐 ·𝑶𝑯

𝑯𝟐𝑶𝟐 + ·𝑶𝑯 → ·𝑯𝑶𝟐 + 𝑯𝟐𝑶

𝑯𝟐𝑶𝟐 + ·𝑯𝑶𝟐 → ·𝑶𝑯+𝑯𝟐𝑶 + 𝑶𝟐

𝟐·𝑶𝑯 → 𝑯𝟐𝑶𝟐

𝟐·𝑯𝑶𝟐 → 𝑯𝟐𝑶𝟐 + 𝑶𝟐

·𝑶𝑯 + ·𝑯𝑶𝟐 → 𝑯𝟐𝑶𝟐 + 𝑶𝟐

(Mery c.Terán Soliz, 2018)

2.2.12 Electrocoagulación

La electrocoagulación utiliza la electricidad para eliminar ciertos contaminantes en el

efluente que están suspendidos, emulsificados o disueltos. La técnica consiste en inducir

corriente eléctrica en el agua cruda a través de láminas metálicas en paralelo de diversos

materiales, dentro de los más comúnmente utilizados están el hierro y el aluminio.

Electrocoagulación se defina como una coagulación asistida con energía eléctrica,

corresponde a los llamados procesos electroquímicos, donde el ánodo disuelve los

compuestos presentes en la disolución, agrupando las partículas coloidales del agua residual

convirtiéndolos en solidos suspendidos dentro del reactor, las cuales se pueden separar con

mayor facilidad por métodos convencionales tales como la filtración o cribado, decantación

y flotación. A medida que los ánodos reaccionan sufren un desgaste paulatino a medida que

28

ocurre el tratamiento, hasta el momento en que ocurre una reposición con ánodos de

sacrificio. (Caviedes Rubio et al., 2015)

Figura 2: Mecanismo de electrocoagulación con metal


Los electrodos son sumergidos en el reactor electroquímico compuesto por un ánodo (activo)

y un cátodo (Inerte), alimentado por una fuente de poder eléctrica donde se conectan los

electrodos. Posteriormente inicia un potencial de diferencia en las celdas, provocando los

procesos de reducción en el cátodo convirtiendo los protones de agua en hidrogeno, por otro

lado, el ánodo oxidándose con generación de iones metálicos Al+3 o Fe+3 que tienen la

capacidad de rehidratarse rápidamente. Además, hay formación de hidróxidos insolubles en

metal que, si reaccionan los contaminantes, como complejos hidróxos cargados (+ o -) que

posibilita la coagulación de las partículas por neutralización de cargas. (Arboleda Camacho,

Herrera López, & Peña Guzmán, 2015)

29

2.2.13 Reacciones involucradas en la electrocoagulación

La utilización de celdas metálicas en la electrocoagulación a base de Hierro y Aluminio son

las más comunes, pero existen factores que intervienen en la reacción y la formación de

coagulante, como lo es la naturaleza y concentración del agua contaminada, el pH y la

conductividad, cuando se usa el ánodo de Hierro se presentan dos mecanismos para la

formación del coagulante mediante el hidróxido ferroso o férrico. Y otros tipos de

mecanismo también con el Aluminio todo depende de la naturaleza del ánodo. (Merrill

Crowe, 2015)

Caso 1: Formación de Hidróxido férrico Fe (OH)3

ánodo: 4 Fe (s) → 4 Fe+2

(ac) + 8 e-

4 Fe+2(ac) + 10 H2O (l) + O2(g) → 4 Fe (OH)3 (s) + 8 H+ (ac)

cátodo: 8 H+ (ac) + 8 e- → 4 H2 (g)

Reacción global: 4 Fe (s) + 10 H2O (l) + O2(g) → 4 Fe (OH)3 (ac) + 4 H2 (g)

(Henao Ospina & Ramirez Betancur, 2016)

Caso 2: Formación de Hidróxido ferroso Fe (OH)2

ánodo: Fe(l) →Fe+2

(ac) + 2e-

Fe+2(ac) + 2 OH· (ac) →Fe (OH)2 (s)

cátodo: 2H2O (l) + 2e-→H2(g) + 2OH·(ac)

Reacción Global: Fe(s) + 2 H2O (l) →Fe (OH)2(s) + H2(g)

(Henao Ospina & Ramirez Betancur, 2016)

30

Mecanismo general de la formación de Fe (OH)n y polihidróxidos como: Fe(H2O)6+3 ,

Fe(H2O)5(OH)2- , Fe(H2O)4(OH)2

- , Fe2(H2O)8(OH)24+, Fe2(H2O)6(OH)4

4+, y el mecanismo

con electrodos de aluminio es:

Al → Al3 + (aq) +3e-

Al3+ (aq) + 3H2O → Al (OH)3 +3H+

nAl(OH)3 → Aln(OH)3n

(Caviedes Rubio et al., 2015)

Para el ánodo de aluminio: Al – 3e- → Al 3+

Par acondiciones alcalinas: Al3+ + 3OH- → Al (OH)3

para condiciones ácidas: Al3+ + 3H2O → Al (OH)3 + 3H+

mientras que para el ánodo de hierro: Fe – 2e- → Fe 2+

Par acondiciones alcalinas: Fe 2++ 2OH- → Fe (OH)2

para condiciones ácidas: 4Fe2+ + O2 + 3H2O → 4Fe3+ + 4OH-

(Caviedes Rubio et al., 2015)

31

2.2.14 Procesos que conforman la electrocoagulación

Las partículas que se generan se precipitan o se floculan capaces de absorber los

contaminantes, como materia orgánica e inorgánica, metales se han descrito depuración de

fluoruros y nitratos. Eliminación de colorantes en textilerías, eliminación de compuestos

fenólicos de petroquímicas.

Electro-floculación: La celda al reaccionar genera movimientos por la presencia de oxígeno

e hidrogeno, favoreciendo el choque coloidal y favoreciendo la floculación por la presencia

del oxígeno que se adhiere, todo esto ocurre sin necesidad de agitación mecánica.

La electro- flotación: es un proceso secundario que ocurren dentro de la electrocoagulación

donde el floculo que se une con el oxígeno, reduciendo la densidad de la unión y es posible

la separación por flotación. (De La Cruz García et al., 2017)

Figura 3: Procesos involucrados en un reactor de electrocoagulación


32

La electrocoagulación por tanto es un método de electrólisis que combina coagulación

química y electricidad para producir iones metálicos de alta valencia como coagulante dentro

de las celdas electrolíticas. En el tratamiento se ha utilizado diversos metales como aluminio,

cobre, hierro o grafito. El agua tiene carácter dipolar provocando que las moléculas disueltas

cambian las moléculas, el cátodo se forman burbujas pequeñas de un tamaño de 100

micrones de hidrogeno y en el ánodo de oxígeno. Estas burbujas de gas se adhieren a las

partículas suspendidas y son arrastradas a la superficie de solución para formar espuma,

cuyas burbujas son estables de gran superficie de contacto, además el efecto de

neutralización de la materia suspendida rompe la emulsión y forman la floculación de las

partículas. La neutralización de partículas suspendidas se debe ajustar el potencial Z a cero,

para que produzca la formación y adherencia de floculo-burbujas. Este potencial se logra

modificando el pH, la adición de electrolitos e iones libres en la disolución anódica del

electrodo. (Henao Ospina & Ramirez Betancur, 2016)(De La Cruz García et al., 2017)

Aplicaciones de la electrocoagulación van desde el tratamiento electrolítico para

potabilización del agua hasta tratamientos de efluentes de aguas domésticas, industrias de

alimentos, curtiembre, mineras y petroquímicas, capaz de lograr la remoción sílice, de

fenoles, cianuros, compuestos orgánicos e inorgánicos, recuperación y remoción de aceites,

grasas, metales entre otros. Las ventajas de usar esta tecnología están en su diseño simple a

presión atmosférica y no precisa bombas o sistemas de presión, se puede procesar varias

veces la materia suspendida, menor área y tiempo de tratamiento, genera pocos lodos,

reutilización de efluentes y bajo costo operativo. Por otra parte, las desventajas que presenta

es el desgaste que sufre el ánodo cuando libera los iones metálicos en el medio acuoso con

fácil corrosión. (Castro Campos & Principe Narvaez, 2018)

33

2.2.15 Configuración de los electrodos

Figura 5. Rectores tipo batch con electrodos monopolares en paralelo y en serie


Figura 6. Configuración de electrodos mono y bipolar


34

2.2.16 Ley de Faraday

Las leyes de Faraday se utilizan en la electroquímica en especial en la electrocoagulación

para calcular la cantidad de masa que se adhiere al electrolito durante el proceso. Michel

Faraday describe la relación entre la electricidad que pasa a lo largo de una solución

electrolítica, aumentando el peso de la sustancia por reacción electroquímica.

Tenemos que para calcular la constante de Faraday es aproximadamente de 96500

Culombios y correspondiente a la carga transportada por 6,02x1023e-/mol.

Se hace dice que:

(1,0622x10-19 Culombios/e-) x (6,02x1023 e-/mol) = 96500 Columbios/mol.

1mol de e- = 1F =96500

La velocidad del flujo eléctrico está dada por los Amperios y estos amperios son iguales al

flujo de un Culombio en 1 segundo de tiempo de trabajo.

Culombio= Amperio x Segundo

Donde: Q= número de Columbios

I= Corriente (Intensidad)

T= Tiempo

35

Primera ley de Faraday: expresa que ¨la cantidad de una sustancia cuando es liberada o

depositada con un electrodo es proporcional a la cantidad electricidad que pasa por un

electrolito¨. Q=I*t

Segunda ley de Faraday: expresa que cuando ¨las masas de distintos elementos liberados en

los electrodos por una misma cantidad de electricidad son directamente proporcionales a sus

equivalentes químicos¨ m=eQ

D

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