universidad de guayaquil facultad de …repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/12624/1/tesis grado...

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

PROYECTO DE TITULACIÓN

PREVIO A LA OBTENCIÓN AL TÍTULO DE:

INGENIERO QUÍMICO

TEMA:

DISEÑO DE EQUIPO PILOTO PARA LA REUTILIZACIÓN DE AGUA

LAVADO DE BOTELLAS DE VIDRIO PROVENIENTE DEL PRIMER

CICLO DE ENJUAGUE Y USO EN CALDERAS Y TORRES DE

ENFRIAMIENTO.

AUTORES:

ADRIANA LISSETTE TORRES SALAZAR

ARTURO MECIAS CABRERA GARCIA

TUTOR DE TITULACIÓN:

ING. Qco. HARRY OSWALDO REYES VENEGAS Msc.

Guayaquil Ecuador

2015

II

AGRADECIMIENTO.

Con todo mi cariño y mi amor para las personas que hicieron todo en la vida

para que yo pudiera lograr mis sueños, por motivarme y darme la mano

cuando sentía que el camino se terminaba, a ustedes por siempre mi

corazón y mi agradecimiento a mis padres .

AUTORA: ADRIANA TORRES SALAZAR

III

DEDICATORIA.

Le dedico a dios por darme las fuerzas y sabiduría para poder culminar la

carrera.

A mis padres quienes me apoyaron todo el tiempo.

Dedico esta tesis al Ing. AURELIO TORRES quien nos brindo su

conocimiento y experiencia para el desarrollo de la investigación.

Le dedico al profesor Ing. HARRY REYES por brindarnos su conocimiento

y capacitación a cabo la investigación.

AUTORA: ADRIANA TORRES SALAZAR

IV

AGRADECIMIENTO.

Los resultados de este proyecto, están dedicados a todas aquellas

personas que, de alguna forma, son parte de su culminación. Nuestros

sinceros agradecimientos. A nuestras familias por siempre brindarnos su

apoyo, tanto sentimental, como económico.

AUTOR: ARTURO CABRERA GARCÍA

V

DEDICATORIA.

A mi padre Máximo Cabrera

por darme la mejor educación, enseñarme que todas las cosas hay que

valorarlas, trabajarlas y luchar para lograr los objetivos de la vida, ser un

gran padre y un excelente amigo.

A mi madre Elena García por toda su comprensión y amor que me ha

brindado a lo largo de mi vida.

A mis hermana Mayra Miranda por estar en buenos y malos momentos de

mi vida.

A mi esposa Adriana Torres por ser la personas más especial en mi vida,

y ser mi amiga y mi novia al mismo tiempo.

Al Ing. Aurelio Torres por enseñarme que la inteligencia es la fuente de un

hombre próspero y que estudiar es un valor incalculable de la vida.

A Dios por enseñarme a escuchar y comprender las cosas de la vida.

AUTOR: ARTURO CABRERA GARCÍA

VI

DERECHOS DE AUTORÍA

NOSOTROS TORRES SALAZAR ADRIANA LISSETTE y CABRERA

GARCIA ARTURO MECIAS declaramos bajo juramento que el trabajo

aquí descrito es de nuestra autoría, que no ha sido previamente

presentado para ningún grado o calificación profesional, y que hemos

consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este

documento.

A través de la presente declaración cedemos los derechos de propiedad

intelectual a la UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE

INGENIERÍA QUÍMICA, según lo establecido por la Ley de Propiedad

Intelectual y su reglamento.

____________________________________

TORRES SALAZAR ADRIANA LISSETTE

0940538044

_____________________________

CABRERA GARCIA ARTURO MECIAS

0917979627

VII

CERTIFICACIÓN DE TUTOR

Ing. Qco. HARRY OSWALDO REYES VENEGAS MSC. CERTIFICA

HABER TUTELADO LA TESIS, DISEÑO DE EQUIPO PILOTO PARA LA

REUTILIZACIÓN DE AGUA LAVADO DE BOTELLAS DE VIDRIO

PROVENIENTE DEL PRIMER CICLO DE ENJUAGUE Y USO EN

CALDERAS Y TORRES DE ENFRIAMIENTO, QUE HA SIDO

DESARROLLADA POR CABRERA GARCIA ARTURO MECIAS Y

TORRES SALAZAR ADRIANA LISSETTE, PREVIO A LA OBTENCIÓN

DEL TÍTULO DE INGENIERO QUÍMICO, DE ACUERDO AL

REGLAMENTO PARA LA ELABORACIÓN DE TESIS DE GRADO DE

TERCER NIVEL DE LA UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL, FACULTAD DE

INGENIERÍA QUÍMICA.

Ing. Qco. Harry Oswaldo Reyes Venegas Msc.

VIII

RESUMEN

Tiene como función principal la remoción de sólidos no deseables en las

mismas, así como desinfección en las botellas por medio de agentes

alcalinizantes de base fuerte como la soda cáustica, para luego ser

procesadas por agentes tenso activos, este proceso se lo denomina

segundo ciclo de lavado de botellas de vidrio.

Actualmente el primer ciclo de lavado de botellas genera un consumo de

agua entre 300 a 400 metros cúbicos por día en cuya análisis físico -

químico demuestra que el uso de soda cáustica mantiene el agua de

proceso con uno de sus parámetros que tiene un pH de 12, esto genera

un incremento de carbonatos presentes en el agua así como también la

conductividad de la misma la alcanzado hasta 372 ppm, esta agua luego

de ser procesada es enviada a la planta de tratamiento de aguas residuales

para su posterior tratamiento y descarga .El agua de proceso se sometió a

procesos físicos - químicos para la reducción de contaminantes, que a

través del equipo piloto se demostró la remoción de sólidos totales

disueltos, y la neutralización de esta agua, obteniendo un pH de 6 y7.Se

remueven los carbonatos de su estado inicial, Al realizar los análisis final

de esta agua tratada y comparar con los análisis del agua potable la cual

ha sido tomada como estándar, así como también alcanzando una

eficiencia en el equipo piloto del 81.1 %, se considera la reutilización del

agua tratada para uso en sistemas de calderos y torres de enfriamiento.

Palabras claves: Reutilización del agua, lavado de botellas de vidrio,

tratamiento de aguas, equipo piloto.

IX

Abstracts

ts main function is the removal of undesirable solids therein, as well as

disinfecting bottles by alkalizing agents strong base such as caustic soda

and then be processed by active tense agents, this process is called second

cycle washing of glass bottles.

Currently the first cycle generates a bottle washing water consumption 300

to 400 cubic meters per day in whose physical - chemical analysis shows

that the use of caustic soda maintains the process water with one of its

parameters having a pH of 12 this leads to an increase of the carbonate in

water as well as the conductivity thereof reached to 372 ppm, the water after

being processed is sent to the treatment plant effluent for further treatment

and discharge water .The Process underwent physical - chemical processes

to reduce pollutants, through the pilot team total dissolved solids removal

was demonstrated, and the neutralization of the water to obtain a pH of 6 to

remove carbonates 7.Se its initial state, performing the final analysis of this

treated water and compare with the analysis of drinking water which has

been taken as standard, as well as reaching an efficiency of 81.1% pilot

team, considering the reuse of treated water systems for use in boilers and

cooling towers.

Keywords: Water reuse, glass bottle washing, water treatment, pilot

equipment.

X

ÍNDICE

AGRADECIMIENTOS || AGRADECIMIENTOS ||| DEDICATORIAS |V DERECHOS DE AUTORÍA V| CERTIFICACIÓN DEL TUTOR V || RESUMEN V||| ABSTRACTS |X CAPÍTULO 1 1 INTRODUCCIÓN 1

1.1 TEMA 1 1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1 1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA 2 1.4 LIMITACIÓN DE ESTUDIO 2 1.5 ALCANCÉ DEL TRABAJO 2 1.6 OBJETIVO 3 1.7 IDEA A DEFENDER 3 1.8 PREGUNTAS PARA CONTESTAR 4 1.9 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA 5 1.10 HIPÓTESIS 5 1.11 VARIABLES 6 1.12 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS

VARIABLES 6

CAPÍTULO 2 7 2.1 FILTRACIÓN 7 2.1.2 SISTEMAS DE FILTRACIÓN 7 2.1.3 TIPOS DE LECHO FILTRANTE 7

2.1.4 FUERZA IMPULSADORA 8 2.1.5 TASA DE FILTRACIÓN 8 2.1.6 PRINCIPALES CARACTERÍSITICAS DE

LOS FILTROS 9

2.1.7 MÉTODOS DE CONTROL 10 2.1.8 PRINCIPALES MÉTODOS USADOS PARA

EL CONTROL DE LA TASA DE FILTRACIÓN

10

2.1.8.1 ROTÁMETRO 11 2.1.9 PERDIDA DE CARGA VARIABLE 11 2.1.10 FILTRACIÓN DEL AFLUENTE 11 2.1.10.1 VENTAJAS 12 2.1.10.2 DESVENTAJAS 12 2.1.11 MODELOS DE CONTROL DE VELOCIDAD

Y MÉTODOS 12

2.1.12 HIDRÁULICA DE FILTRACIÓN 13 2.1.13 FILTROS A PRESIÓN 13 2.1.14 DETALLES DE UN FILTROS A PRESIÓN 14

XI

2.2 ADSORCIÓN 15 2.2.1 CARBÓN ACTIVADO 15 2.2.2. APLICACIONES MÁS USADAS PARA EL

TRATAMIENTO AGUAS RESIDUALES 16

2.2.3 CARBÓN ACTIVADO EN POLVO 16 2.2.4 CARBÓN ACTIVADO GRANULAR 17 2.2.4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DEL

CARBÓN ACTIVADO 17

2.2.5 REMOCIÓN DE LA MATERIA ORGÁNICA 18 2.2.6 FILTROS DE CARBÓN ACTIVADO 18 2.2.6.1 FILTROS DE CARBÓN ACTIVADO

GRANULAR 18

2.2.7 CARACTERIZACIÓN DEL CARBÓN ACTIVADO GRANULAR

19

2.2.8 APLICACIONES DEL CARBÓN ACTIVADO 19 2.2.9 MEDICIÓN DE LA CAPACIDAD

ADSORTIVA DEL CARBÓN 20

2.3 INTERCAMBIO IÓNICO 20 2.3.1 TIPOS DE RESINA CATIÓNICA 21 2.3.3 REGENERACIÓN DE LAS RESINAS DE

INTERCAMBIO IÓNICO 21

2.3.3 REACCIONES DE INTERCAMBIO 22 2.3.4 INTERCAMBIO IÓNICO DE LECHO FIJO 22 2.3.5 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE

LA RESINA 23

2.4 NATURALEZA DEL AGUA 23 2.4.1 PRINCIPALES IMPUREZAS DEL AGUA 24 2.4.2 SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS 24 2.4.3 DUREZA DEL AGUA 24 2.4.4. ALCALINIDAD 24 2.5 PLANTA PILOTO 25 2.5.1 FLUJO POR ÁREA Y TIEMPO 25 2.5.2 DIRECCIÓN DE FLUJO

25

CAPÍTULO 3 26 EXPERIMENTACIÓN 26 3.1 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 26 3.2 PROCEDIMIENTO PARA TRATAR EL

AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS DEL EQUIPOPILOTO

27

3.2.1 CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO 28 3.3 DIAGRAMA DE BLOQUES DE

PROCESAMIENTO DE EQUIPO PILOTO PARA RECUPERACIÓN DE AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS PROVENIENTE DEL PRIMER CICLO DE ENJUAGUE

29

XII

3.3.1 DIAGRAMA DE EQUIPO DE PROCESAMIENTO DE EQUIPO PILOTO PARA RECUPERACIÓN DE AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS PROVENIENTE DEL PRIMER CICLO DE ENJUAGUE

30

3.4 CARACTERIZACIÓN DEL EQUIPO PILOTO 30 3.4.1 DATOS PARA LOS CÁLCULOS 30

3.4.2 CÁLCULO DEL ÁREA DEL FILTRO DE

ARENA 31

3.4.3 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE FILTRACION FILTRACIÓN

31

3.4.4 OBTENCIÓN DE LOS LT DE AGUA PROCESADA POR LA ARENA

31

3.4.5 CÁLCULO DEL VOLUMEN OCUPADO POR ARENA

31

3.4.6 RELACIÓN DE VOLUMEN DE ARENA Y AGUA PROCESADA

31

3.5 DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE ARENA EN EL EQUIPO PILOTO

32

3.6 CARACTERIZACIÓN DEL EQUIPO PILOTO 33 3.6.1 DATOS PARA LOS CÁLCULOS DEL

FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO 33

3.6.2 CÁLCULO DEL ÁREA DEL FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

33

3.6.3 CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE FILTRACIÓN

33

3.6.4 OBTENCIÓN DE LOS L DE AGUA PROCESADA POR EL CARBÓN ACTIVADO

33

3.6.5 CÁLCULO DEL VOLUMEN OCUPADO POR LA CARBÓN ACTIVADO

33

3.6.6 RELACIÓN VOLUMEN DE CARBÓN ACTIVADO Y AGUA PROCESADA

34

3.6.7 DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE CARBÓN EN EL EQUIPO PILOTO

34

3.7 CARACTERIZACIÓN DEL FILTRO DE RESINA CATIÓNICA EN EL EQUIPO PILOTO

35

3.7.1 DATOS PARA LOS CÁLCULOS 35 3.7.2 CÁLCULO DEL ÁREA DEL FILTRO DE

RESINA CATIÓNICA

36 3.7.3 CÁLCULO DE LA VELOCIDAD DE

FILTRACIÓN 36

3.7.4 OBTENCIÓN DE L DE AGUA PROCESADA POR LA RESINA CATIÓNICA

36

XIII

3.7.5 CÁLCULO VOLUMEN OCUPADO RESINA CATIÓNICA

36

3.7.6 RELACIÓN DE VOLUMEN DE RESINA CATIÓNICA Y AGUA PROCESADA

36

3.7.7 DIMENSIONAMIENTO DE LA RESINA CATIÓNICA EN EL EQUIPO PILOTO

37

3.8 PROCEDIMIENTO PARA LA REGENERACIÓN DEL FILTRO DE RESINA CATIÓNICA

38

3.8.1 PREPARACIÓN DE LA SOLUCIÓN DEL HCL AL 10 %

38

3.8.2 DOSIFICACIÓN NECESARIA DE REGENERANTE PARA EL EQUIPO PILOTO

39

3.9 BALANCE DE MATERIA 40 3.9.1 BALANCE DE MATERIA EN EL EQUIPO

PILOTO 40

3.10 BALANCE DE ENERGÍA 40

3.10.1 CÁLCULO DE LA EFICIENCIA DEL EQUIPO

40

3.11 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE ARENA PARA CAUDAL REAL DE 300 METROS CÚBICO DÍAS

41

3.11.1 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE FILTRACIÓN A NIVEL DE EQUIPO PILOTO

41

3.11.2 CAPACIDAD DE TRABAJO DE EQUIPO REAL

41

3.11.3 DETERMINACIÓN DE ÁREA DEL FILTRO DE ARENA

41

3.11.4 DETERMINACIÓN DE DIÁMETRO NECESARIO PARA FILTRO DE ARENA

42

3.11.5 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE ARENA

42

3.12 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO PARA CAUDAL REAL DE 300 METROS CÚBICO DÍAS

43

3.12 1 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE FILTRACIÓN A NIVEL DE EQUIPO PILOTO

43

3.12.1 2 CAPACIDAD DE TRABAJO DE EQUIPO REAL

43

3.12.2 DETERMINACIÓN DE ÁREA DEL FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

43

3.12.3 DETERMINACIÓN DE DIÁMETRO NECESARIO PARA FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

45

3.12.4 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

45

XIV

3.13 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE LA RESINA CATIÓNICA PARA CAUDAL REAL DE 300 METROS CÚBICOS

47

3.13.1 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE FILTRACIÓN A NIVEL DE EQUIPO PILOTO

47


47

3.13.3 DETERMINACIÓN DE ÁREA DEL FILTRO DE RESINA CATIÓNICA

47

3.13.4 DETERMINACIÓN DEL DIÁMETRO NECESARIO PARA EL FILTRO DE RESINA CATIÓNICA

48

3.13.5 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE RESINA CATIÓNICA

48

3.14 BALANCE DE ENERGÍA

50

3.14.1 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA REQUERIDA PARA PROCESAMIENTO DE 300 METROS CÚBICOS AL DÍA CAPACIDAD DE TRABAJO DE EQUIPO REAL

50

Capítulo 4 51 4 ANÁLISIS DE RESULTADOS 51 4.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS

EXPERIMENTALES REALIZADAS EN EL EQUIPO PILOTO

51

4.1.1 CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO 51

4.1.2 GRÁFICA DE CALIBRACIÓN DE ROTÁMETRO CAUDAL VS TIEMPO

52

4.2.2 GRÁFICA DE LA CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO PESO VS TIEMPO

52

4.2.3 GRÁFICA DE LA CALIBRACIÓN ROTÁMETRO PRESIÓN VS CAUDAL

53

4.3 PRUEBA # 1 RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO - QUÍMICO DEL AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS DEL PRIMER CICLO DE ENJUAGUE

53

4.3.1

RESULTADOS DEL AGUA TRATADA 55


60

4.4.1

PRUEBA REALIZADA DEL AGUA TRATADA

61

XV


66

4.5.1 RESULTADOS DEL AGUA TRATADA

67


72

4.6.1 RESULTADOS DEL AGUA TRATADA 73 4.7.

PRUEBA # 5 RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO - QUÍMICO DEL AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS DEL PRIMER CICLO DE ENJUAGUE

78

4.7.1 RESULTADOS DEL AGUA TRATADA 79 4.8 MEDICIÓN DE DEMANDA QUÍMICA DE

OXÍGENO REMOVIDA POR EL EQUIPO PILOTO

85

4.9 CONCLUSIONES 86 4.10 RECOMENDACIONES 86 BIBLIOGRAFÍA 87 ANEXOS 91

XVI

ÍNDICE TABLAS

TABLA # 1: Operacionalización de las variables a utilizar…………….…6

TABLA # 2: Principales características de los filtros lentos y los filtros

rápidos………………………………………..……………………………...…9

TABLA # 3: Aplicaciones del carbón activado

………………………………………………………………………...…..……19

TABLA # 4: Datos experimentales de las alturas del filtro de arena

………………………………………………………………………………….32

TABLA # 5: Datos experimentales de las alturas del carbón

activado…………………………………………………………..……………34

TABLA # 6: Datos experimentales de las alturas del filtro de resina

Catiónica…………………………………………………………………........37

TABLA # 7: Dosificación del regenerante para ajustar de pH en equipo

Piloto……………………………………………………………………….…..39

TABLA # 8: Parámetros físico - químico del

equipo………………………………………………………………………….40

TABLA # 9: Dimensionamiento del filtro de arena

……………….…………………………………………………………….…...42

Tabla # 10: Dimensionamiento del filtro de carbón activado……………45

TABLA # 11: Dimensionamiento del filtro de resina

catiónica…………………………………………………………………….…48

TABLA # 12: Datos de la calibración del rotámetro…….………….…...50

TABLA # 13: Datos experimentales del agua cruda…….…………........53

Tabla # 14 : Parámetros físico químico del agua del potable ; tomados

como estándar …………………………………………………………..…...54

TABLA # 15: Resultados de los análisis físicos - químicos del filtro

arena……………………………………………………………………….….55

TABLA # 16: Resultados De los análisis físico - químicos del filtro de

carbón…………………………………………………………………………57

Tabla # 17: Resultados de los análisis físico -químicos del filtro de resina

catiónica ………………………………………………………………….......58

XVII

TABLA # 18: Datos experimentales del agua

cruda……………………………………………………………………..…….60

TABLA # 19: Resultados de los análisis físico - químicos realizados al

filtro de arena

……………………………..…………………………………………………….61

TABLA # 20: Resultados de los análisis físico - químicos realizadas

filtro de carbón activado………………………………………………………62

TABLA # 21: Resultados de los Análisis físico - químicos realizadas al filtro de Resina catiónica………………………………………………………63

TABLA # 22: Resultados de los parámetros iniciales análisis físico

químicos del agua de lavado de botellas…………………………..………66

TABLA 23 : Resultados análisis físico - químicos realizadas al filtro de

arena……………………………………………………………………..…...…67

TABLA # 24: Resultados físico - químicos realizados al filtro de

carbón………………………………………………………………….………..68

TABLA # 25: Resultados análisis físico - químico del filtro de

Resina catiónica……..………………………………………………………...69


químicos del agua de lavado de botellas

……………………………………………………………………..…….……...72

TABLA # 27: Resultado de los análisis físico - químicos realizados al filtro de arena…….………………………………………………………..……...…73

TABLA # 28: Resultados Análisis físico - químicos realizados al filtro de carbón activado………………………………………………………………...74

TABLA # 29: Resultados de los Análisis físico - químicos realizados

Al filtro resina catiónica……………………………………………..…….…..75


químicos del agua de lavado de botellas

……………………………………………………………………..……..….….78

TABLA # 31: Resultados de los análisis físico - químicos del filtro de

arena........................................................................................................ 75

XVIII

TABLA # 32: Resultados de los análisis físicos químicos del filtro carbón………………………………………………………………………..….79

TABLA # 33 :Resultados de los análisis físico - químico del filtro de resina

catiónica …………….………………………………………………………….81

TABLA # 34: Datos experimentales DQO inicial, DQO final vs

Estándar……………………………………………………………………......85

ÍNDICE DE FIGURAS

FIGURA # 1: Tipos de lecho filtrante………………………………….........8

FIGURA # 2: Rotámetro…………………………:………………………….11

FIGURA # 3: Hidráulica de filtración…………………………………….….13

FIGURA # 4: Detalle de un filtro a presión de arena…………….……….14

FIGURA # 5: Filtros purificadores de agua marca Cullingan…………….18

FIGURA # 6: Diseño Del Equipo Piloto………………………….....…..….30

FIGURA # 7: Dimensionamiento del filtro de arena en el equipo piloto..32

FIGURA # 8: Dimensionamiento Del filtro de carbón activado en el

equipo piloto……………………………………………………………………35

FIGURA # 9: Dimensionamiento Del filtro de resina catiónica en equipo

Piloto…………………………………………………………………….……....37

FIGURA # 10: Dimensionamiento de filtro de arena para planta

real………………………………………………………………………...........43

Figura # 11: Dimensionamiento de filtro de carbón para planta real…...46

Figura #12: Dimensionamiento de filtro de resina catiónica para

planta real ……………………………………………………….………….….49

XIX

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico # 1: Resultados experimentales pH vs regenerante en

solución en 10 %.......................................................................................39

Gráfico # 2: Gráfica de la calibración del rotámetro

Caudal vs tiempo………………………..………………………………….….52

Gráfico # 3: Gráfica de la calibración del rotámetro

Peso vs tiempo………………………..………………………………...….…52

Gráfico # 4 : Gráfica de la calibración rotámetro

Presión vs caudal……………………………………..…………………......53

Gráfico # 5: Datos experimentales de los sólidos totales

disueltos vs volumen ………………………………………………………....58

Gráfico # 6: Experimentales de la dureza vs

volumen....................................................................................................58

Gráfico # 7: Datos experimentales de la alcalinidad vs volumen…....59

Gráfico # 8: Datos experimentales del pH vs

volumen…………….……………………………………………………….….59

Gráfico # 9: Datos Experimentales de los cloruros vs volumen……....60

Gráfico # 10: Datos experimentales de los sólidos totales disueltos vs

volumen……...................................................................................64

Gráfico # 11: Datos experimentales de la dureza vs

volumen………………………………………………………………....64

Gráfico # 12: Datos experimentales de la alcalinidad vs

volumen………………………………………………………………………....65

Gráfico # 13: Datos experimentales del pH vs volumen…………....….65

Gráfico # 14: Datos experimentales de los cloruros vs

volumen………………………………………………………………….……...66

Gráfico # 15: Datos experimentales de los sólidos totales disueltos Vs

volumen…………………………………………………………………………70

Gráfico # 16: Datos experimentales de la dureza vs volumen………..70

XX

Gráfico # 17: Datos Experimentales del pH Vs

volumen…………………………………………………………………………71

Gráfico # 18: Datos experimentales de la alcalinidad parcial vs

volumen………………………………………………………………………...71


volumen………………………………………………………………….…......70

Gráfico # 20: Datos Experimentales de los sólidos totales disueltos

Vs Volumen…………………………………………………………………....76

Gráfico # 21: Datos Experimentales de la dureza Vs

Volumen……………………………………………………………………..….76

Gráfico # 22: Datos Experimentales De los cloruros Vs Volumen…....77

Gráfico # 23: Datos Experimentales De pH Vs Volumen…………......77

Gráfico # 24: Datos experimentales de la alcalinidad vs volumen.......78

Gráfico # 25: Datos experimentales de los sólidos totales

disueltos vs volumen…………….…………………………………………....82

Gráfico # 26: Datos experimentales de la dureza vs

volumen…………………………………………………………………………82

Gráfico # 27: Datos experimentales de la alcalinidad vs

volumen……………………………………………………………………...….83

Gráfico # 28: Datos experimentales del pH vs

volumen…………………………………………………………………..……..83


volumen………………………………………………………………...........…85

Gráfica # 30: DQO final vs DQO inicial; DQO

estándar…………………………………………………………………......….85

1

CAPÍTULO 1

INTRODUCCIÓN

1.1 TEMA :

“Diseño de equipo piloto para la reutilización de agua de lavado de botellas

de vidrio proveniente del primer ciclo de enjuague y uso en calderos y torres

de enfriamiento”

1.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

A diario se procesa 300 a 400 metros cúbicos de agua para uso de

lavado de botellas las cuales se realizan mediante una máquina lavadora

de botellas que posee 3 ciclos de trabajo los cuales son ciclo de

enjuague, ciclo de lavado y ciclo de desinfección. Dentro del primer ciclo

de enjuague se añade un alcalinizante el cual cumple la función de

eliminar la carga microbiana presente en las botellas y a través de

presión remover sólidos no deseables dentro de la misma.

Este proceso cumple con el principio de que ningún microorganismo puede

sobrevivir en un régimen altamente alcalino así como también un régimen

altamente ácido, la importancia de la eliminación completa de

microrganismos en industrias generadoras de bebidas que reciclan botellas

de vidrio, radica en prevenir una enfermedad en los consumidores.

Este proceso genera un desperdicio, debido que el agua no posee ningún

uso industrial, en la cual se descarga en su respectiva planta de tratamiento

de aguas residuales para su posterior tratamiento.

El primer ciclo de enjuague presenta aproximadamente 300 metros cúbicos

de desperdicio al día, es por eso que se lo denomina como objeto de

estudio para esta investigación.

Se plantea esta investigación a la necesidad de agua para equipos de alta

importancia como generadores de vapor o sistemas de enfriamiento que

consumen una gran cantidad de agua tratada. (Torres, Cabrera, 2015).

2

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA

Lo anteriormente señalado conduce a la formulación del siguiente problema

científico:

¿Existirán métodos para la reutilización del agua proveniente del primer

ciclo de enjuague para uso industrial como calderas y torres de

enfriamiento?

1.4 DELIMITACIÓN DEL ESTUDIO

Dada la amplitud de este tema, el estudio consistirá en estudiar un proceso

que sea capaz de tratar el agua proveniente del primer ciclo de enjuague

para su reutilización en calderos y torres de enfriamiento.

Esta investigación se enfocará al mejoramiento de las características

físicos - químicas, para ser aptas para calderas y torres de enfriamiento.

1.5 ALCANCE DEL TRABAJO

El presente proyecto contempla todos los recursos necesarios para su

investigación y ejecución de las distintas fases del proceso de recuperación

de agua de lavado de botellas provenientes del primer ciclo de enjuague,

describiendo la mejor solución para cada tipo de instalación a diseñar. Las

instalaciones que se describen son las siguientes:

Almacenamiento de agua no tratada.

Regulación de flujo de agua a tratar.

Sistema de filtración por arena fina y gruesa.

Sistema de adsorción por medio de carbón activado.

Sistema de intercambio iónico por medio de resina de ciclo hidrógeno.

Almacenamiento de agua tratada.

3

1.6 OBJETIVO

1.6.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar un equipo piloto para la reutilización de agua de lavado de botellas

de vidrio proveniente del primer ciclo de enjuague y uso en calderas y torres

de enfriamiento.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Realizar un análisis físico-químico del agua cruda del primer ciclo de

enjuague.

Identificar que el proceso de lavado de botellas de vidrio genera un

desperdicio de forma parcial o absoluta del agua.

Reajustar o implementar un nuevo proceso, el cual genere que este

desperdicio obtenga mejores características y pueda reutilizarse para

fines industriales.

Identificar parámetros de diseño para la construcción de equipo piloto

para pruebas experimentales.

Analizar desde el punto de vista físico-químico las muestras

desarrolladas.

1.7 IDEAS A DEFENDER

Los equipos generadores de vapor y torres de enfriamiento consumen una

cantidad masiva de agua tratada para su correcto funcionamiento, esta

agua posea un valor comercial elevado, se plantea este proyecto para que

se reduzca la cantidad de metros cúbicos que se compra y se sustituya con

agua tratada y caracterizada para estos tipos de proceso.

4

1.8 PREGUNTAS PARA CONTESTAR

¿Qué es la resina catiónica?

Estas resinas están disponibles en 3 tamaños diferentes de cuentas. El

medio (<150μm) y grandes (<300μm) los granos son más útiles para el flujo

por gravedad y por esferas (sin flujo) las solicitudes. El mayor tamaño de

los granos hace fácil la separación de un líquido a granel. En el medio

(<150μm) y pequeñas (<75μm) los granos son más útiles para aplicaciones

de bombeo. El menor tamaño de los granos reduce la altura de plato de

cromatografía (proporciona más rápido equilibrio con velocidades de flujo

más alto). (Romero, 2000)

¿Cuántos métodos regeneración se pueden realizar en un filtro de

carbón activado?

La regeneración del carbón puede efectuarse mediante el lavado con

solvente orgánicos, ácido mineral, sustancias cáusticas, vapor o calor seco.

También un método de regeneración térmica consiste en un secado a 100

C pirólisis de los adsorbentes a menor de 800 C y oxidación a temperaturas

mayores de 800 C. (Romero, 2000)

¿Qué es el medio filtrante?

El medio granular que se ha utilizado para los filtros de agua incluye arena,

carbón de antracita machacado, tierra de diatomeas, perlita o carbón

activado en polvo o gránulos, también puede ser una combinación de estos

medios .Un filtro de doble lecho extensamente en una capa de carbón sobre

arena. (Romero, 2000)

5

1.9 JUSTIFICACIÓN DEL PROBLEMA

El proceso de lavado de botellas genera un desperdicio, debido a que el

agua no posee ningún uso industrial, actualmente se descarga en su

respectiva planta de tratamiento de aguas residuales para su posterior

tratamiento.

Se plantea esta investigación a la necesidad de agua para equipos de alta

importancia como generadores de vapor o sistemas de enfriamiento que

consumen una gran cantidad de agua tratada al día.

1.10 HIPÓTESIS

Conocida las características físico-químicas presentes en el agua

proveniente del primer ciclo de enjuague del proceso de lavado de botellas,

se procede a la eliminación de material no deseado dentro de la misma

utilizando procesos de separación como filtración, adsorción e intercambio

iónico, haciendo de esta agua un recurso aprovechable para equipos como

calderas y torres de enfriamiento.

6

1.11 VARIABLES

Variables independientes: Presión; Caudal; pH; Peso; Tiempo.

Variables dependientes: Agua tratada y reutilizada para los equipos

como calderos y torres de enfriamiento.

1.12 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES

1.12.1 Tabla # 1: Operacionalización de las variables a utilizar.

Variables Definición Instrumento

de medición

Influencias Método

Independiente

Presión

Caudal

pH

Peso

Tiempo

Manómetro

Flujometro

Peachimetro

Balanza

Cronómetro

Dependiente

Agua tratada

Y

reutilizada

para los

equipos

Parámetros

Físico -

Químicos

Para

monitorear

las

muestras de

aguas y saber

si cumple con

los límites

permisibles

Método

2320.

Método

4500

Cl- B

Método

2340

C,

Elaborado por: Adriana Torres y Arturo Cabrera

7

CAPÍTULO 2

MARCO TEÓRICO

2.1 FILTRACIÓN

Se piensa que los filtros como de un tamiz o micro criba que atrapa el

material suspendido entre los granos del medio filtrante. Sim embargo la

acción de colar, cribar o tamizar en el agua es la menor importancia en el

proceso de filtración, la mayoría de las partículas suspendidas pueden

pasar a través de los espacios existentes entre los granos del medio

filtrante. (Romero, 2000)

En filtración el mecanismo por el cual un filtro retiene y remueve el

material suspendido, es el resultado de la acción conjunta como se debe

indicar. La filtración depende de una combinación físico – químico de

aguas, pero la adsorción juega un papel importante ya que a medida que

pasan por el lecho filtrante, las partículas suspendidas hacen contacto y

son adsorbidas sobre la superficie y sobre el material previamente

depositado .(Romero ,2000)

2.1.2 SISTEMAS DE FILTRACIÓN

Se puede hacer una clasificación de acuerdo con la dirección de flujo, el

tipo de lecho filtrante, la fuerza impulsora, la tasa de filtración y el método

de control de filtración. (Romero, 2000)

2.1.3 TIPOS DE LECHO FILTRANTE

Los filtros utilizan generalmente un solo medio o antracita, un medio de

arena y antracita o un lecho mezclado de arena, antracita o granate.

(Romero, 2000).

8

Figura #1: Tipos de lecho filtrante.

Fuente:http://www.filtrosdeagua.net/glosario_purificadoras_de_agua_o

smosis_inversa.html

2.1.4 FUERZA IMPULSORA

La fuerza impulsora es utilizada para vencer la resistencia friccional

ofrecida por el lecho filtrante, los filtros se clasifican por los que son de

gravedad o por presión .El filtro por gravedad es el filtro, más usado para

aguas de turbidez baja .El filtro a presión se ha usado principalmente en la

filtración de aguas para piscinas y en pequeñas plantas. (Romero, 2000)

2.1.5 TASA DE FILTRACIÓN

Los filtros por gravedad fueron remplazados por filtros de arena, en el cual

se utilizan un lavado ascensional, estos filtros tiene una tasa de filtración

mucho mayores, se utilizan los medios filtrantes, para lograr diseños más

económicos en área, emplean tasas de filtración mayores que la de los

filtros lentos. (Romero, 2000)

9

2.1.6 PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE FILTROS

TABLA # 2: Principales características de los filtros lentos y los filtros

rápidos.

Características

Filtros

lentos de

arena

Filtros

rápidos de

arena

Filtros de alta

tasa

Tasa de

filtración 2-5 m/d 120 m/d 180-480 m/d

Medio Arena Arena Arena y

antracita

Distribución del

medio

No

estratificado

Estratificado

fino o grueso

Estratificado

grueso o fino

Duración de la

carrera

20-60

días 12-36 horas 12-36 horas

Perdida de

carga

In:0.6m

final:1.2m

In:0.30m

final:2.4-3m

In:0.30m

final:2.4-3m

Agua de lavado No usa 2-4 %agua

filtrada

6 % de agua

filtrada

Profundidad del

medio 0.6-1.0 m 0.60-0.75m

Antracita:0.4m-

0.6m

Arena :0.15m-

0.30m

Profundidad de

grava 0.30m

0.30m -

0.45m 0.30m -0.45m

drenaje Tubería

perforada

Tubería

perforada

falsos fondos

Tubería

perforada falsos

fondos

Fuente: Romero Rojas, Jairo. Bogotá, Editorial Escuela Colombiana de

Ingeniería, 2000.

10

2.1.7 MÉTODOS DE CONTROL

La tasa de filtración se expresa así:

Tasa de filtración = 𝑓𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎 𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟𝑎

𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑑𝑒𝑙 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜

Fuente: Romero, 2000 editorial litosfera Ltda.

La ecuación anterior y la fuerza impulsora representan la pérdida de presión

en el filtro. A medida que se efectúa la filtración, los sólidos suspendidos

removidos se acumulan dentro del medio filtrante, la fuerza impulsora debe

vencer la resistencia ofrecida por el lecho taponado y el sistema de drenaje,

por lo tanto si desea mantener una tasa de filtración constante, la fuerza

impulsora debe aumentar proporcionalmente al aumento de la resistencia

del filtro, de lo contrario el flujo del caudal a través del filtro declina y la

filtración sería una tasa declinante. (Romero, 2000)

2.1.8 LOS PRINCIPALES MÉTODOS USADOS PARA

CONTROLAR LA TASA DE FILTRACIÓN

En los inicio del funcionamiento del filtro, se encuentra limpio y tiene poca

resistencia .Generalmente si la fuerza impulsadora se aplica totalmente al

filtro, tendríamos como resultado un caudal elevado. Para mantener una

tasa de filtración o un nivel de agua solicitado, parte de la fuerza con la es

impulsada se debe consumir con una válvula de control de caudal en el

efluente. Al iniciar la válvula de control debe estar casi cerrada para proveer

una resistencia al caudal deseado y a medida que la resistencia comienza

aumentar, la válvula controladora debe abrirse lentamente. (Romero, 2000)

11

2.1.8.1 ROTÁMETRO

El rotámetro se utiliza para medir caudales, tanto de líquidos como de

gases, que trabajan con una presión constante, se basa en la medición del

desplazamiento vertical, la posición de equilibrio depende del caudal que

circula a una variación de presiones que actúan sobre el mismo y

permanecen constante. (Ecurred, 2015)

FIGURA # 2: Rotámetro

Fuente: spanish.alibaba.com/product-gs/horizontal-connection-water-

flow-meter-liquid-flowmeter-348915597.html

2.1.9 PERDIDA DE CARGA VARIABLE

En la perdida de carga variable se requiere el uso de una válvula de

mariposa, operada por un flotador para mantener el nivel constante, para

prevenir las velocidades excesivas al empezar el funcionamiento del filtro.

(Romero, 2000)

2.1.10 FILTACIÓN CON AFLUENTE

Estos filtros, el caudal es distribuido por igual mediante un orificio o

vertedero de entrada sobre cada filtro. (Romero ,2000)

12

2.1.10.1 VENTAJAS

Si el caudal de la planta permanece constante, se puede obtener

una tasa de filtración constante, sin los controladores de caudal.

Cuando se le da un mantenimiento a los filtros se los lava y luego se

lo incorpora después del lavado, el nivel de agua sube o baja

gradualmente en los filtros que están en operación, hasta que se

obtiene la energía libre que requiere para impulsar el flujo, cuando

la tasa de filtración es muy suave no daña la operación del filtro ni la

calidad del efluente.(Romero,2000 )

2.1.10.2 DESVENTAJAS

Se requiere una mayor profundidad para permitir la descarga

sobre el vertedero de control.

La altura del vertedero debe ser suficiente para suministrar una

energía necesaria.(Romero,2000)

2.1.11 MODELOS DE CONTROL DE VELOCIDAD Y

MÉTODOS

Existen tres métodos para operar los filtros que suspenden en la forma que

la caída de presión se aplica a través del filtro .Los métodos son:

• Filtración presión constante.

• Filtración velocidad constante.

• Filtración con velocidad decreciente variable. (Romero, 2000)

13

2.1.12 HIDRÁULICA DE FILTRACIÓN

Muchas son las ecuaciones utilizadas para determinar la pérdida de carga

en un filtro, entre las más conocidas son las de Carmen Kozeny, FAIR Y

HATCH. El flujo de agua a través de un filtro, las tasas empleadas en

tratamiento de agua obedece a la ley de Darcy. (Romero, 2000)

FIGURA # 3: Descripción de la hidráulica de filtración.

Fuente:http://www.sapiensman.com/neumatica/neumatica_hidraulica4A.ht

m.

2.1.13 FILTROS A PRESIÓN

La expansión del medio durante el lavado suele ser 20 % al 25%, algunos

diseñadores prefieren mantener el fondo de los canales. Encima del medio

expandido debido al aumento de la velocidad de paso entre los canales y

la posibilidad de pérdida del medio filtrante. (Romero, 2000)

14

2.1.14 DETALLE DE UN FILTRO DE ARENA A PRESIÓN

El filtro de arena a presión consta de un tanque cerrado y hermético, en el

cual se utiliza la arena y otros medios filtrantes. Los tanques se los diseña

generalmente, cilíndricos con cabezas bombeadas y que puedan colocarse

horizontalmente o verticalmente, la acción de un filtro a presión, su manejo

es muy idéntica a la de un filtro por gravedad, excepto que el agua entra y

sale del filtro con una presión muy superior a la atmosférica. (Romero,

2000)

FIGURA # 4: Detalle de un filtro a presión de arena.

Fuente: http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn201

http://ingemecanica.com/tutorialsemanal/tutorialn201

15

2.2 ADSORCIÓN

La adsorción es un proceso en el cual las moléculas de un fluido penetran

entre la de otro material adsorbente, puede ser liquido o sólido para luego

acumularse dentro de este. La partición de un contaminante en una fase o

de otra, lo que ocurre cuando un oxígeno –atmosférico es disuelto en agua.

Lo que ocurre cuando las moléculas en solución golpean la superficie de

un sólido adsorbente y son unidas a su superficie, es el proceso por el cual

las moléculas de un fluido se concentran en la superficie mediantes fuerzas

químicas, físicas o por ambas. En adsorción la acumulación es el

adsorbato y el material que adsorbe es el adsorbente, el adsorbato se da

por acumulación sobre una superficie o interfaz. El proceso puede ocurrir

en el interfaz entre tipo líquido – líquido, gas - líquido o sólido –líquido.

(Romero, 2000)

2.2.1 CARBÓN ACTIVADO

El carbón activado es un material fabricado de compuestos de carbono con

propiedades adsorbidas, describe la capacidad del adsorbente para

adsorber un adsorbato. El carbón activado, también utilizado para la

remoción de contaminantes orgánicos presentes en el agua por el proceso

de adsorción, acumulando el adsorbato sobre su superficie. Es un material

carbonáceos debido a que está sujeto a la oxidación selectiva, para

producir una estructura altamente porosa y para suscitar una mayor área

superficial del carbón activado por unidad de masa, se sugiere que los más

utilizados en el tratamiento de agua es el carbón activado granular que

posee grandes áreas superficiales de 500 a 1400 𝑚2 por gramo de carbón

activado. (Romero, 2000)

16

2.2.2 LAS APLICACIONES MÁS USADAS PARA EL

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Remoción de sustancias orgánicas que producen olores y sabores.

Remoción de trihalometanos, pesticidas y compuestos orgánicos de

cloro.

Remoción de residuos orgánicos tóxicos o peligrosos.

Remoción de metales pesados. (Romero, 2000)

2.2.3 CARBÓN ACTIVADO EN POLVO

El carbón activado en polvo en plantas de purificación de agua, son

partículas de menor tamaño que los huecos de una malla 50 micras de

diámetro promedio de partículas menor 0,1mm, área superficial de 500 a

600 𝑚2/g y densidad aparente de 0,3 a 0,75 g/c𝑚3, se ha usado bastante

para control de olores y sabores causado principalmente por:

Gases disueltos como ácido sulfhídrico y metano.

Materia orgánica proveniente de algas, microorganismos, maleza, yerba

y hojas en descomposición.

Fenoles cresoles y otros contaminantes orgánicos.

Residuales altos de cloro combinado.

Detergentes.

Compuestos químicos agrícolas como los pesticidas. (Romero,2000)

Se puede aplicar en cualquier lugar antes de la filtración, la aplicación

óptima debe seleccionarse de acuerdo con la consecuencia de los otros

procesos, al seleccionarse los puntos de la aplicación del carbón activado

en polvo se debe tener en cuenta los siguientes aspectos:

El carbón activado funciona mejor a valores bajos de pH.

El tiempo de contacto del carbón depende tanto de su aplicación al

comienzo de los procesos de tratamientos, como la habilidad del carbón

para permanecer en suspensión y en circulación.

17

La superficie química activa en el carbón debe preservarse previniendo

su revestimiento, tapado o sellado por agentes químicos especialmente

si se utiliza coagulantes.(Romero,2000)

2.2.4 CARBÓN ACTIVADO GRANULAR

El carbón activado granular por lo general es el carbón de partículas de

mayor tamaño, que los huecos de una malla de 50 micras, densidad

aparentes de 0,4 0,5 mg/c𝑚3 de diámetro de partículas 1,2 a 1,6 mm y se

utiliza en plantas de purificación de agua, como también en el tratamiento

de agua residual, con el fin de explotar su gran capacidad adsortiva, para

remover sustancias orgánicas disueltas y su capacidad de filtración para

remover sustancias suspendidas. (Romero, 2000)

Generalmente, se utiliza mucho en la industria para remover impurezas,

debido a que contiene principalmente microporos, lo cual permite una

penetración rápida de las moléculas. El carbón adsorbente de líquidos tiene

una distribución más uniforme de los microporos y macroporos. El carbón

activado granular (GAC) para el tratamiento de agua potable requiere de

una estructura de poros para permitir la adsorción de una amplia gama de

compuestos orgánicos específicos como micro –contaminantes y material

orgánico natural. (Calgon Carbón Corporation, 2015).

2.2.4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICOS DEL CARBÓN

GRANULAR:

Área superficial: Generalmente, entre 500 -1400 𝑚2/g.es una medida

del área disponible para la adsorción.

Densidad aparente: En un ensayo usado para valorar el grado de

regeneración de un carbón, es la masa por unidad de volumen del

carbón activado.(Romero ,2000)

18

2.2.5 REMOCIÓN DE MATERIA ORGÁNICA

El lecho empacado del adsorbente puede regenerarse si el material

orgánico es volátil, el lecho puede ser regenerado por un tratamiento de

vapor. Sin embargo es más convencional remover el carbón y volver a

procesar el material en un horno o solo ser removidos. (Nalco Tomo 2,

2002)

2.2.6 FILTROS DE CARBÓN ACTIVADO

FIGURA # 5: Filtros purificadores de agua marca Cullingan.

Fuente: ttps://fysmaxamb.wordpress.com/galeria-de-filtros/

2.2.6.1 FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO GRANULAR

Los filtros de carbón activado granular reduce considerablemente el cloro

para el control bacteriológico. El filtro de carbón activado granular es un

elemento filtrante y está impregnado con plata coloidal, permitiendo retener

más del 95% al 98% de otros contaminantes químicos, como cloro

pesticidas, detergentes, herbicidas y plomo. El filtro de carbón activado

granular tiene como resultado obtener una agua limpia libre de sedimentos,

bacterias y sustancias químicas como el sabor, olor que pudiera tener el

agua antes de ser filtrada. (Mayo, 2000)

19

2.2.7 CARACTERIZACIÓN DEL CARBÓN ACTIVADO EN

AGUAS INDUSTRIALES

La caracterización del carbón activado se la emplea en compuestos de

fase líquida, como en el caso del tratamiento de agua, se debe realizar

diferentes muestreos con la finalidad de obtener parámetros que nos

servirán de indicadores para comparar con sus valores estándar. (Romero,

2000)

2.2.8 APLICACIONES DEL CARBÓN ACTIVADO

TABLA # 3: Aplicaciones del carbón activado en la industria y sus

contaminantes eliminados.

Industria /Aplicación Contaminantes eliminados

Muebles de espuma Formaldehido

Campanas de ventilación Amoniaco; Mercurio; formaldehido;

yodo radiactivo; arsénicos y fosfenos.

Minería Mercurio

Hospitales Óxido de etileno; formaldehido.

Tratamiento de agua domésticos Bacteriostático (disminución del

crecimiento bacterial por el carbón )

Petroquímicas Amoniacos y gases ácidos.

Tratamiento de agua potable TMH; VOC; sabor; aroma; cloro.

Laboratorios Gases ácidos.

Cauchos Cetona, etílicas, metílicas tolueno,

hexano.

Fuente: www.acsmedioambiente .com /lo nuevo/abril/2htm.

20

2.2.9 MEDICIÓN DE LA CAPACIDAD ADSORTIVA DEL

CARBÓN ACTIVADO

La medición de la capacidad adsortiva, se debe realizar mediante una

metodología de pruebas experimentales, para evaluar los diferentes tipos

de carbón activado, para una mejor aplicación según sus requerimientos.

(Oocities .org, 2009)

2.3 INTERCAMBIO IÓNICO

La operación unitaria basada en el intercambio iónico, tiene como objetivo

la separación, que está basado en la transferencia de materia fluido –sólido.

Que implica la transferencia de uno o más iones de la misma carga, que se

encuentran adheridos por fuerzas electroestáticas a grupos funcionales

superficiales. (Intercambio iónico, 2006)

Es un proceso de separación de ciertos componentes de una fase fluida

hacia la superficie de un sólido adsorbente. Se compone de pequeñas

partículas de adsorbente que se mantienen en un lecho fijo, mientras que

el fluido pasa continuamente a través del lecho, hasta que el sólido llegue

a su grado de saturación y no es posible alcanzar más la separación

estimada, debido que se tendrá que regenerar el lecho para una posterior

separación más efectiva.(Intercambio iónico,2006)

2.3.1 TIPOS DE RESINAS DE INTERCAMBIO IÓNICO

Los tipos de resinas son:

Resinas catiónicas de ácido fuerte:

Resinas catiónicas de sodio: Tiene la función de eliminar dureza del agua

por intercambio de sodio por calcio y magnesio.

Resinas catiónicas de hidrógeno: Eliminan todos los cationes tales como

calcio, magnesio, sodio y potasio por intercambio de hidrógeno.

Resinas catiónicas de ácidos débiles: Pueden eliminar los cationes

que están asociados con los carbonatos.

21

Resinas aniónicas de bases fuertes: Su uso se ha generalizado para

eliminar todos los aniones .Como también aniones débiles de baja

concentración tales como carbonatos y silicatos.

Resinas aniónicas de base débil: Eliminan con gran eficiencia los

aniones de los ácidos fuertes, tales como sulfatos, nitratos y

cloruros.(Puga,2012)

2.3.2 REGENERACIÓN DE LAS RESINAS DE INTERCAMBIO

IÓNICO

La regeneración es el proceso inverso del intercambio iónico, tiene como

función devolverle a la resina su capacidad de intercambio nuevamente.

La regeneración se la puede llevar a cabo haciendo pasar una solución

que contenga el ión móvil original, en el cual se deposita la resina y elimina

los iones captados durante el agotamiento. (Puga, 2012)

Para la regeneración de las resinas de intercambio iónico se

utilizan:

Cloruro de sodio para regenerar las resinas de ácidos fuertes.

Ácido clorhídrico o ácido sulfúrico para regenerar las resinas

catiónicas de ácidos fuertes y resinas catiónicas de ácidos

débiles.

Hidróxido de sodio o Hidróxido de amonio: Para regenerar resinas

de bases fuertes y bases débiles.(Puga,2012)

22

2.3.3 REACCIONES DE INTERCAMBIO

En intercambio iónico las resinas son de materiales sólidos sintéticos,

insolubles en agua, vienen en forma de esferas o perlas 0.3 a 1,2mm de

tamaño, también suelen venir en forma de polvo. (Puga, 2012)

Las resinas están compuestas de una alta concentración de grupos

polares, ácidos o bases incorporadas a una matriz de un polímero

sintético, actúan generalmente tomando el agua como medio para

ceder cantidades equivalentes de otros iones. Las resinas tienen como

ventaja la recuperación de su capacidad de intercambio, mediante una

regeneración. (Puga, 2012)

A continuación se da lista de los regenerantes apropiados para resinas

1. Resinas catiónicas fuertemente acidas.

a) Forma acida de regenerar con HCL o 𝐻2SO4

2R-S𝑂3H + c 𝑎2+ ⇄(r-s𝑜3)2 Ca+ 2𝐻+

b) Forma sódica ;regenerar con NaCl

2R-S𝑂3Na+ 𝑐𝑎2+ ⇄ (R-S𝑂3)2Ca+ 2𝑁𝑎+

2. Resina catiónica débilmente acidas

a) Forma acida de regenerar con HCL o 𝐻2𝑆04

2R-COOH+𝐶𝑎2+ ⇄ (R-COO)2Ca +2𝐻+

b) Forma sódica ;regenerar con NAO

2R-COONa + 𝐶𝑎2+ ⇄ (R-COO)2Ca +2𝑁𝑎+

2.3.4 INTERCAMBIO IÓNICO EN LECHO FIJO

El intercambio iónico en lecho fijo se realiza a través de una disolución. El

funcionamiento del equipo no es estacionario puede variar continuamente

dependiendo de la concentración de los iones en cada punto del sistema.

Generalmente en las instalaciones consta de dos lechos idénticos de tal

manera que si por uno de ellos circula disolución que contiene los iones

para intercambiarse, el otro lecho se está regenerando.

23

En la operación de un lecho, donde se da la mayor tasa de intercambio, es

en la entrada del lecho donde el fluido se pone en contacto con el

intercambiador. A medida que transcurre el tiempo el sólido que se

encuentre más cerca de la entrada se saturara más rápido, la mayor parte

de la transferencia de materia tiene lugar lejos de entrada. (Intercambio

iónico, 2006)

2.3.5 DETERMINACIÓN DE LA CAPACIDAD DE LA RESINA

Se determina como la capacidad de la resina al valor de la concentración

de los iones que pueden ser retenidos por unidad de peso de la resina. Se

expresa como m.e.q. de solutos retenidos /g de resina seca. En

intercambio iónico la capacidad de la resina es un parámetro fundamental

para la selección del intercambiador, ya que generalmente se requiere

capacidades altas para obtener una mayor separación o purificación a

realizar. La capacidad máxima de una resina catiónica se la realiza

intercambiando esta con una disolución básica produciendo una reacción

irreversible entre el catión proveniente de la resina con los iones OH- de la

disolución, de tal manera que si existe una mayor concentración de soluto

llega agotarse la capacidad de la resina .(Intercambio iónico ,2006)

2.4 NATURALEZA DEL AGUA

En La naturaleza del agua la radiación solar calienta y evapora las aguas

de las superficies y los lagos, logrando que los minerales y otras sustancias

disueltas queden en el fondo. El vapor de agua sube y condensa formando

las nubes, que son sometidas a cambios de temperatura, se precipitan y

cae en forma de lluvia. El agua se incorpora al suelo, bien sea aumentar

las aguas superficiales o convertirse en aguas subterráneas. (Jubel, 2008)

24

2.4.1 PRINCIPALES IMPUREZAS DEL AGUA

Las impurezas del agua dependiendo de la fuente de donde provenga

contiene un sin número de impurezas, las que más afectan en los equipos

como calderos son la dureza y la alcalinidad. (Quiminet, 2006)

2.4.2 SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS

Los sólidos totales disueltos (TDS) comprenden un conjunto de sales

inorgánicas tales como calcio, magnesio, potasio, sodio, bicarbonatos,

cloruros y sulfatos. En pequeñas cantidades también suelen tener materia

orgánica disuelta en el agua. (Marco, 2015)

2.4.3 DUREZA DEL AGUA

Se define como la cantidad de sales de elementos alcalinos - térreos

tales como el calcio, magnesio, estroncio, bario, berilio y radio presentes

en el agua y que normalmente se la relaciona con la formación de las

incrustaciones calcáreas. (Marco, 2015)

2.4.4 ALCALINIDAD

Se determina como la capacidad de neutralizar ácidos y representa la

suma de bases que pueden ser valoradas. La alcalinidad de las aguas se

debe principalmente a las sales de ácidos débiles, aunque las bases

débiles o fuertes también pueden cooperar en la neutralización. (Vásquez,

Manzano, 2009)

25

2.5 PLANTA PILOTO

Los ensayos con plantas pilotos proveen un estimado mejor del rendimiento

que puede esperarse con el prototipo. (Romero; 2000).

Los propósitos para las cuales se hacen plantas pilotos de carbón activado

son generalmente los siguientes:

Selección del tipo de carbón.

Determinación dela carga hidráulica.

Determinar del tiempo requerido para producir la calidad deseada del

efluente. Este parámetro de diseño es igual al volumen del lecho vacío

divido por el caudal.

Determinar la profundidad del lecho.

Determinación de la pérdida de energía.(Romero,200)

2.5.1 FLUJO POR ÁREA Y TIEMPO DE CONTACTO

Mediante la experimentación del equipo piloto podemos calcular el tiempo

necesario para remover el contaminante. Se hace una estimación

necesaria del carbón activado para cada metro cúbico de agua a procesar,

mediante la experimentación se obtienen los parámetros de operación del

equipo. (Oocities; 2015).

2.5.2 Dirección de flujo

De acuerdo con la dirección de flujo, los filtros pueden ser de flujo hacia

abajo, flujo hacia arriba o flujo dual. (Romero, 2000)

26

CAPÍTULO 3

EXPERIMENTACIÓN

La metodología es de carácter:

Investigativa.- Se recolecto el agua de lavado de botellas de vidrio

provenientes del primer ciclo de enjuague para su posterior

caracterización físico - química.

Experimental.- Para obtener el agua tratada se le efectuó un tratamiento a

través del equipo piloto, al agua de lavado de botellas

proveniente del primer ciclo de enjuague, para eliminar sus

contaminantes y reutilizarla para alimentar el agua a los

calderos y torre de enfriamiento.

Estadísticas.- A partir de los datos experimentales se realizó tablas y

gráficos q indiquen cómo se comportan las variables

27

3.2 PROCEDIMIENTO PARA TRATAR EL AGUA DE

LAVADO DE BOTELLAS EN EL EQUIPO PILOTO

1. Recepción de la materia prima. (ver en anexos Figura 3.4.1.)

2. pesado de la materia prima. (ver en anexos Figura 3.4.2.)

3. Ingreso de la materia prima al primer tanque de alimentación de

proceso (ver en anexos. Figura 3.4.3)

4. Arranque de la bomba centrifuga. (ver en anexos Figura 3.4.4.)

5. Regulación del rotámetro. (ver en anexos Figura 3.4.5)

6. Toma de muestras de análisis físico - químico iniciales. (ver en anexos

Figura 3.4.6.)

7. El agua de lavado de botellas es bombeada por el primer filtro de

arena en la cual va remover sólidos gruesos y finos que hallan presente.

(ver en anexos Figura 3.4.7.)

8. toma de muestra del primer filtro de arena. (ver en anexos Figura 3.4.8.)

9. Después pasar el primer filtro, posteriormente bombeada al segundo

filtro es de carbón activado en la cual se efectuará la remoción de la

materia orgánica el DQO presente en el agua de lavado de botellas.

(ver en anexos figura 3.4.9.)

10. Toma de muestra de análisis físico - químico. (ver en anexos Figura

3.4.10.)

11. Como último paso es pasada por el filtro de resina catiónica en la cual

vamos eliminar los carbonatos y alcalinidad presentes en el agua de

lavado y posterior neutralización. (ver en anexos Figura 3.4.11.)

12. El agua tratada es recolectada en el tanque después de haber sido

pasada por el último filtro. (ver en anexos figura 3.4.12.)

13. Toma de muestra de análisis físico - químico. (ver en anexos Figura

3.4.13.)

14. Se realizará los Análisis físico - químico del agua tratada. (ver en anexos

Figura 3.4.14.)

28

3.2.1 Calibración del rotámetro

1. Llenar tanque de alimento.

2. Encender la bomba centrífuga.

3. Regular el caudal.

4. Se abre la línea de la válvula del bypass en la cual se establece los

diversos caudales del rotámetro a trabajar.

5. Se tomó como base de experimentación un tiempo de 30 segundos.

6. Se verifica el volumen acumulado en el tiempo de 30 segundos a

diferentes caudales.

7. Se procede a recopilar los datos y realizar la curva de calibración.

29

3.3 DIAGRAMA DE BLOQUE DE PROCESAMIENTO DE

EQUIPO PILOTO PARA RECUPERACIÓN DE AGUA DE

LAVADO DE BOTELLAS PROVENIENTE DEL PRIMER

CICLO DE ENJUAGUE

recepción de materia prima

pesado de materia prima

ingreso de materia prima a tanque1 de

alimentación del proceso

arranque de de bomba centrífuga

regulación de flujo a traves del rotámetro

toma de muestras para análisis físico químico iniciales

paso del flujo por filtro de arena

toma de muestraspara análisis físicoquímico

paso del flujo por filtro de carbón

activado


paso del flujo por filtro de resina

catiónica


recepción

de agua procesada entanque 2

30

3.3.1 DIAGRAMA DE EQUIPO DE PROCESAMIENTO DE

EQUIPO PILOTO PARA RECUPERACIÓN DE AGUA DE


CICLO DE ENJUAGUE

Figura # 6: Diseño Del Equipo Piloto.


3.4 CARACTERIZACIÓN DE FILTRO DE ARENA A NIVEL DE

EQUIPO PILOTO

3.4.1 DATOS PARA LOS CÁLCULOS:

Altura = 25 centímetros de arena.

Diámetro: 14 cm.

Peso de arena seca antes del proceso = 1250 g.

Peso arena después de proceso = 2000 g.

Arena silica de (0.425 a 0.300 mm).

31

3.4.2 CÁLCULO DE ÁREA DEL FILTRO DE ARENA

𝑨 = 𝝅 𝒙 𝑫𝟐

𝟒

𝑨 = 𝝅 𝒙 𝟎. 𝟒𝟓𝟗𝟐𝒇𝒕𝟐

𝟒= 𝟎. 𝟏𝟔 𝒇𝒕𝟐

3.4.3 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE FILTRACIÓN

𝑄 = 𝑉𝑠 𝑥 𝐴

𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴

𝑉𝑠 =[0.79

𝑔𝑎𝑙𝑚𝑖𝑛 ]

0.16 𝑓𝑡2 = 4.9375

𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2

3.4.4 OBTENCIÓN DE LITROS DE AGUA PROCESADA

POR EL FILTRO DE ARENA

𝑉 = [4.9375𝑔𝑎𝑙

𝑚𝑖𝑛𝑓𝑡2 𝑋 0.16 𝑓𝑡2] 𝑥

60 𝑚𝑖𝑛

ℎ= 47.4

𝑔𝑎𝑙

ℎ

3.4.5 CÁLCULO DE VOLUMEN OCUPADO POR LA ARENA

𝑉 = 𝜋 𝑥 𝑅2 𝑥 𝐻

𝑉 = 𝜋 𝑥 (0.2296𝑓𝑡)2𝑥0. 82𝑓𝑡 = 0,1358 𝑓𝑡3

3.4.6 RELACIÓN DE VOLUMEN DE ARENA Y AGUA

PROCESADA

𝜕 = 0.1358𝑓𝑡 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

180 𝑙= 0,00075

𝑓𝑡3 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎

𝑙 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎

32

3.4.7 tabla # 4: DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE

ARENA EN EQUIPO PILOTO

Tabla# 4: Datos Experimentales de las alturas del filtro de arena.

Altura de la arena fina 70,37 % 18,9999 cm

Altura de la arena gruesa 11,11 % 2,9997 cm

Altura de grava 7,41 % 2,0007 cm

Altura sin relleno 11,11 % 2,9997 cm

100,00 % 27 cm


Figura # 7: Dimensionamiento del filtro de arena en el equipo piloto.

Elaborado por: Adriana Torres y Arturo Cabrera.

Diámetro 14,0 cm

0,14 m

Altura de arena fina 19,0 cm

0,11 mt2

Altura de la arena gruesa 3,0 cm

0,02 mt2

Altura de grava 2,0 cm

0,01 mt2

Arena

33

3.5 CARACTERIZACIÓN DE FILTRO DE CARBÓN

ACTIVADO A NIVEL DE EQUIPO PILOTO


Altura = 19 centímetros de carbón activado.

Diámetro: 14 cm.

Peso de carbón activado antes del proceso = 750 g.

Peso de carbón activado después de proceso = 2000 g.

Tamaño de partícula de carbón activado granular = 2 mm.

3.5.2 CÁLCULO DE ÁREA DEL FILTRO DE CARBÓN

ACTIVADO

A = π x D2

4

A = π x 0.4592 ft2

4= 0.16 ft2



𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴

𝑉𝑠 =[0.79


0.16𝑓𝑡2 = 4.9375

𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2

3.5.4 OBTENCIÓN DE LITROS DE AGUA PROCESADA POR

EL FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

𝑉 = [4.9375𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2 𝑋 0.16 𝑓𝑡2] 𝑥

60 𝑚𝑖𝑛

ℎ= 47.4

𝑔𝑎𝑙

ℎ

34

3.5.5 CÁLCULO DE VOLUMEN OCUPADO POR ELCARBÓN

ACTIVADO


𝑉 = 𝜋 𝑥 (0,2296 𝑓𝑡)2𝑥 0.62 𝑓𝑡 = 0.1026𝑓𝑡3

3.5.6 RELACIÓN DE VOLUMEN DE CARBÓN ACTIVADO Y

AGUA PROCESADA

𝜕 = 0,1026 𝑓𝑡3 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑑𝑜

180 𝑙= 0,00057

𝑓𝑡3 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑑𝑜


3.5.7DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE CARBÓN

ACTIVADO EN EQUIPO PILOTO

Tabla # 5: Datos experimentales de las alturas del filtro de carbón

activado.

27,00 cm



Altura del carbón 70,37 % 19,00 cm



35

.

Figura # 8: Dimensionamiento Del filtro de carbón activado en el

equipo piloto.


3.6 CARACTERIZACIÓN DE FILTRO DE RESINA

CATIÓNICA A NIVEL DE EQUIPO PILOTO


Altura = 19 centímetros de resina catiónica.

Diámetro: 14 cm.

Peso de resina catiónica antes del proceso = 1650 g.

Peso de resina catiónica después de proceso =2500 g.

Diámetro 14,0 cm

0,14 m

Altura del carbón activado 19,0 cm

0,11 mt2

Altura de la arena fina 3,0 cm

0,02 mt2


0,01 mt2

Carbón activado

36

3.6.2 CÁLCULO DE ÁREA DEL FILTRO DE RESINA

CATIÓNICA

A = π x D2

4

A = π x 0.4592 ft2

4= 0.16 ft2



𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴

𝑉𝑠 =[0.79


0.16𝑓𝑡2 = 4.9375

𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2

3.6.4 OBTENCIÓN DE LITROS DE AGUA PROCESADA POR

EL FILTRO DE RESINA CATIÓNICA

𝑉 = [4.9375𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2 𝑋 0.16 𝑓𝑡2] 𝑥

60 𝑚𝑖𝑛

ℎ= 47.4

𝑔𝑎𝑙

ℎ

3.6.5 CÁLCULO DE VOLUMEN OCUPADO POR RESINA

CATIÓNICA


𝑉 = 𝜋 𝑥 (0,2296 𝑓𝑡)2𝑥 0.62 𝑓𝑡 = 0.1026𝑓𝑡3

3.6.6 RELACIÓN DE VOLUMEN DE RESINA CATIÓNICA Y

AGUA PROCESADA

𝜕 = 0,1026 𝑓𝑡3 resina catiónica

180 𝑙= 0,00057

𝑓𝑡3 resina catiónica


37

3.6.7 DIMENSIONAMIENTO DEL FILTRO DE RESINA

CATIÓNICA EN EQUIPO PILOTO

Tabla # 6: Datos experimentales de las alturas del filtro de resina

catiónica.

27 cm



Altura del resina catiónica 70,37 % 19,00 cm



Figura # 9: Dimensionamiento Del filtro de resina catiónica en equipo

piloto.


Diámetro 14,0 cm

0,14 m

Altura del resina catiónica 19,0 cm

0,11 mt2

Altura de la arena fina 3,0 cm

0,02 mt2


0,01 mt2

Resina catiónica

38

3.8 PROCEDIMIENTO PARA REGENERACIÓN DE FILTRO

DE RESINA CATIÓNICA

Datos:

Regenerante: Ácido Clorhídrico comercial (HCl).

Concentración comercial del ácido clorhídrico: 37 %

3.8.1 PREPARACIÓN DE SOLUCIÓN DE ÁCIDO

CLORHÍDRICO COMERCIAL AL 10%

Peso de agua para solución: 100 g de agua.

Peso de ácido clorhídrico comercial: 10 g de ácido clorhídrico comercial.

Realizar agitación constante por 10 minutos.

3.8.2 DOSIFICACIÓN NECESARIA DE REGENERANTE EN

EL EQUIPO PILOTO

𝑑𝑜𝑠𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒

= 10 𝑔𝑟 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑙𝑜𝑟ℎí𝑑𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙

2000 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑖ó𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑥

1000 𝑔𝑟 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑖ó𝑛𝑖𝑐𝑎

1 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑖ó𝑛𝑖𝑐𝑎

= 5 𝑔𝑟 𝑑𝑒 á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑐𝑙𝑜𝑟ℎ𝑖𝑑𝑟𝑖𝑐𝑜 𝑐𝑜𝑚𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙

𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 𝑐𝑎𝑡𝑖ó𝑛𝑖𝑐𝑎

39

TABLA # 7: Dosificación de regenerante para ajuste de pH en equipo

piloto.

Cantidad de HCl (g) Cantidad en solución (g) pH en equipo piloto

2 20 11

4 40 10

6 60 9

8 80 8

10 100 7


Gráfico # 1: Resultados experimentales pH vs regenerante en la

solución de diferentes cantidades.


0

2

4

6

8

10

12

0 20 40 60 80 100 120

pH VR EL REGENERANTE EN LA SOLUCION DE DIFERENTES CANTIDADES

40

3.9 BALANCE DE MATERIA DEL EQUIPO PILOTO

Tabla # 8: Parámetros físicos del equipo.

Medio

filtrante

Peso antes

de proceso (g)

Peso después

de proceso (g)

Diferencia de

peso ( g)

Arena 1250 2000 1250

Carbón

activado 750 2000 1250

Resina

Catiónica 1600 2500 900


Nota: se asume que la diferencia de peso es la cantidad de agua

retenida en por cada uno de los medio filtrantes.

3.10 BALANCE DE MATERIA

Base de cálculo: 1hora

𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎

𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 − 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑟𝑒𝑛𝑎 − 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑏ó𝑛 𝑎𝑐𝑡𝑖𝑣𝑎𝑑𝑜

− 𝑓𝑖𝑙𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑛𝑎 = 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎

(180 𝑙 𝑥𝑘𝑔

𝑙) − (1250 𝑔 𝑥

1 𝑘𝑔

1000 𝑔) − (1250 𝑔 𝑥

1 𝑘𝑔

1000 𝑔)

− (900 𝑔 𝑥 1 𝑘𝑔

1000 𝑔) = 146 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑑𝑎

3.10.1 CÁLCULO DE EFICIENCIA DEL EQUIPO

𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑒𝑠𝑝𝑢𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑎𝑑𝑜

𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑎𝑛𝑡𝑒𝑠 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 𝑋 100 =

146 𝐾𝑔

180 𝐾𝑔 𝑋 100 = 81.1 %.

41

3.11 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE ARENA PARA

CAUDAL REAL DE 300 METROS CÚBICO DÍAS

3.11.1 CÁLCULO DE VELOCIDAD DE FILTRACIÓN A NIVEL

DE EQUIPO PILOTO


𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴

𝑉𝑠 =[0.79

𝑔𝑎𝑙𝑚𝑖𝑛

]

0.16 𝑓𝑡2 = 4.9375

𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2

3.11. 2 CAPACIDAD DE TRABAJO DE EQUIPO REAL

300 m3

dia X

1 dia

24 hr X

1 hr

60 min X

264.2 gal

1 m3= 55

gal

min

3.11.3 DETERMINACIÓN DE ÁREA DEL FILTRO DE ARENA

Caudal (Q)

Velocidad de filtracion (Vs)=

55 galmin

4.9375 gal

min ft2

= 11.13 ft2

42

3.11.4 DETERMINACIÓN DE DIÁMETRO NECESARIO PARA

FILTRO DE ARENA

A = π x D2

4

Despejando diámetro tenemos:

𝐷 = √4 𝑥 𝐴

𝜋= √

4 𝑥 11.13 ft2

𝜋= 3.86 𝑓𝑡 ≡ 4 𝑓𝑡 𝑥

1 𝑚

3.28 𝑓𝑡= 1.22 𝑚

Para términos de diseño de filtros de arena se establece una relación

es de 1 a 1 en diámetro a altura.

3.11.5 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE ARENA

Tabla # 9: Dimensionamiento de filtro de arena.

Mínimos Recomendados

Diámetro del filtro 1.22 m 1.5 m

Altura del filtro 1.22 m 1.5 m

Altura de la arena fina 63,33% 0,95 m

Altura de la arena gruesa 10,00% 0,15 m

Altura de grava 6,67% 0,10 m

Altura sin relleno 20,00% 0,30 m

100,00% 1,50 m


43

Figura # 10: Dimensionamiento de filtro de arena para planta real.


44

3.12 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE CARBÓN

ACTIVADO PARA CAUDAL REAL DE 300 METROS

CÚBICO DÍAS


DE EQUIPO PILOTO

𝑸 = 𝑉𝑠 𝑥 𝐴

𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴

𝑉𝑠 =[0.79


0.16 𝑓𝑡2 = 4.9375

𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2


300 m3

dia X

1 dia

24 hr X

1 hr

60 min X

264.2 gal

1 m3= 55

gal

min

3.12.3 DETERMINACIÓN DE ÁREA DEL FILTRO DE

CARBÓN ACTIVADO

Caudal (Q)


55 galmin

4.9375 gal

min ft2

= 11.13 ft2

45

3.12.4 DETERMINACIÓN DE DIÁMETRO NECESARIO

PARA FILTRO DE CARBÓN ACTIVADO

A = π x D2

4


𝐷 = √4 𝑥 𝐴

𝜋= √

4 𝑥 11.13 ft2

𝜋= 3.86 𝑓𝑡 ≡ 4 𝑓𝑡 𝑥

1 𝑚

3.28 𝑓𝑡= 1.22 𝑚

Para términos de diseño de filtros de carbón activado se establece una

relación es de 1 a 1,5 en diámetro a altura.

3.12.5 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE CARBÓN

ACTIVADO

Tabla # 10: Dimensionamiento de filtro de carbón activado.




Altura de carbón activado 63,33% 1,27 m





46

Figura # 11: Dimensionamiento de filtro de carbón para planta real.


47

3.13 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE RESINA

CATIÓNICA PARA CAUDAL REAL DE 300 METROS

CÚBICO DÍAS


DE EQUIPO PILOTO


𝑉𝑠 = 𝑄

𝐴

𝑉𝑠 =[0.79


0.16 𝑓𝑡2 = 4.9375

𝑔𝑎𝑙

min 𝑓𝑡2


300 m3

dia X

1 dia

24 hr X

1 hr

60 min X

264.2 gal

1 m3= 55

gal

min

3.13.3 DETERMINACIÓN DE ÁREA DEL FILTRO DE RESINA

CATIÓNICA

Caudal (Q)


55 galmin

4.9375 gal

min ft2

= 11.13 ft2

48

3.13.4 DETERMINACIÓN DE DIÁMETRO NECESARIO PARA

FILTRO DE RESINA CATIÓNICA

A = π x D2

4


𝐷 = √4 𝑥 𝐴

𝜋= √

4 𝑥 11.13 ft2

𝜋= 3.86 𝑓𝑡 ≡ 4 𝑓𝑡 𝑥

1 𝑚

3.28 𝑓𝑡= 1.22 𝑚

Para términos de diseño de filtros de resina catiónica se establece una

relación es de 1 a 1,5 en diámetro a altura.

3.13.5 DIMENSIONAMIENTO DE FILTRO DE RESINA

CATIÓNICA

Tabla # 11: Dimensionamiento de filtro de resina catiónica.




Altura de resina catiónica 63,33% 1,27 m





49

Figura #12: Dimensionamiento de filtro de resina catiónica para planta

real.

Figura #12: Dimensionamiento de filtro de resina catiónica para planta real.


50

3.14 BALANCE DE ENERGÍA

3.14.1 CÁLCULO DE POTENCIA DE BOMBA REQUERIDA

PARA PROCESAMIENTO DE 300 METROS CÚBICOS AL

DÍA

CAPACIDAD DE TRABAJO DE EQUIPO REAL

300 m3

dia X

1 dia

24 h X

1 h

60 min X

264.2 gal

1 m3= 55

gal

min

𝑃ℎ (𝐻𝑃)

=

(( Q m3 h

) 𝑥 (ℓ kg

m3 ) 𝑥 (𝐺

𝑚𝑠𝑒𝑔2) 𝑥 (

𝑚3.6 𝑥 106)) 𝐾𝑊 𝑋 (

1 𝐻𝑝0.746 𝐾𝑤 )

𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 =

𝑃ℎ (𝐻𝑃) =

(300 m3

dia X

1 dia 24 h

) 𝑥 (1000 kg

m3 ) 𝑥 (9.81

𝑚𝑠𝑒𝑔2) 𝑥 (

26 𝑚3.6 𝑥 106)

0.7460.70

= 1.70 𝐻𝑃

1.70 𝐻𝑃 ≡ 2 𝐻𝑃

Fuente: (The engineering toll box, 2015)

51

CAPITULO 4

ANÁLISIS DE RESULTADOS

4.1 RESULTADOS DE LAS PRUEBAS EXPERIMENTALES

REALIZADAS EN EL EQUIPO PILOTO

En esta sección se explica los resultados de las pruebas realizadas en el

equipo piloto; mediante los análisis físicos - químicos, pruebas que se

llevaron a cabo en laboratorio de Operaciones Unitarias en la Facultad de

Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil.

4.2 CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO

Realizamos distintas mediciones incrementando el caudal y pesando los

litros de agua procesados del equipo en un rango de tiempo y con estos

datos procedemos a realizar la calibración del rotámetro para controlar los

flujos y obtener la recta.

Tabla # 12: Datos de la calibración del rotámetro.

CAUDAL

(l /s)

T

( s) PRESIÓN (PSI) PESO (lb) LITROS

3 0,3 0 4,3 0,9

6 0,6 1 9 3,6

9 1,3 1 12 11,7

12 1,6 1 14 19,2

15 2 2 18 30


52

4.2.1 GRÁFICA DE LA CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO

CAUDAL VS TIEMPO

Gráfica # 2: Caudal vs tiempo, de la calibración del rotámetro.


4.2.2 GRÁFICA DE LA CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO

PESO VS TIEMPO

Gráfica # 3: Peso vs tiempo, de la calibración del rotámetro.

-5

0

5

10

15

20

25

30

35

0 0,5 1 1,5 2 2,5

LIT

RO

S D

E A

GU

A

TIEMPO

CALIBRACIÓN DEL ROTÁMETRO

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

0 0,5 1 1,5 2 2,5

LIB

RA

S D

E A

GU

A

TIEMPO


53


4.2.3 GRÁFICA DE LA CALIBRACIÓN ROTÁMETRO

PRESIÓN VS CAUDAL

Gráfica # 4: Presión vs caudal, de la calibración del rotámetro.


4.3 Prueba #1: 15 MAYO DEL 2015 DEL AGUA DE LAVADO

DE BOTELLAS, PRIMER CICLO DE ENJUAGUE

Tabla # 13: Datos experimentales; del agua cruda.

Muestra Unidad STD pH Dureza Alcalinidad

parcial

Alcalinidad

total Cloruros

muestra

1 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

2 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

3 mg/l 372 10 60 105 180 45

0

0,5

1

1,5

2

2,5

0 2 4 6 8 10 12 14 16

PR

ESIÓ

N (

PSI

)

CAUDAL ( l / s)


54

muestra

4 mg/l 372 10 60 105 180 45


Tabla # 14: Parámetros físico - químico del agua potable, tomados como

estándar. (NORMA INEN,1108)


Agua Potable

STD

(ppm) pH

Dureza

(ppm)

Alcalinidad

Parcial

(ppm)

Alcalinidad

Total

(ppm)

Cl

(ppm)

135 7 35 0 40 12

135 7 35 0 40 12

135 7 35 0 40 12

135 7 35 0 40 12

135 7 35 0 40 12

55

4.3.1: RESULTADOS FÍSICO - QUÍMICO DEL AGUA

TRATADA

Tabla # 15: Resultados de los análisis físico - químicos del filtro de

arena.

3 l /min

Filtro 1

Tiempo (min)

l STD ppm

pH Dureza

ppm

Alc. P ppm

Alc. T ppm

Cl ppm

5 15 372 10 40 45 120 45

10 30 373 10 43 46 121 40

15 45 374 10 43 47 122 45

20 60 375 10 40 48 123 45

25 75 376 10 45 49 124 45

30 90 377 10 43 50 125 45

35 105 378 10 47 51 126 47

40 120 379 10 49 52 127 30

45 135 380 10 45 53 128 45

50 150 381 10 43 54 129 45

55 165 382 10 42 55 130 45

60 180 383 10 43 56 131 47

PROMEDIO 378 10 44 51 126 44

56

Elaborado por: Adriana torres y Arturo cabrera

Tabla # 16: Resultados De los análisis físico - químicos del filtro de

carbón activado.

Elaborado por: Adriana torres y Arturo cabrera

Tiempo min

l STD ppm

pH Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm

Alcalinidad Total ppm

Cloruros ppm

5 15 300 10 50 25 50 45

10 30 300 10 50 25 55 46

15 45 300 10 50 25 50 47

20 60 300 10 50 25 55 48

25 75 300 10 50 20 50 40

30 90 300 10 50 20 60 45

35 105 300 10 50 25 60 40

40 120 300 10 50 20 50 45

45 135 300 10 50 25 50 45

50 150 300 10 50 20 50 45

55 165 300 10 50 20 50 45

60 180 300 10 50 20 50 40

PROMEDIO 300 10 50 23 53 44

57

Tabla # 17: Resultados de los análisis físico - químicos del filtro de resina

catiónica.


Tiempo min

l STD ppm

pH Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros ppm

5 15 100 7 0 0 35 11.8

10 30 100 7 0 0 35 11.8

15 45 100 7 0 0 3 11.8

20 60 120 7 0 0 35 11.8

25 75 120 7 0 0 25 11.7

30 90 120 7 0 0 40 11.7

35 105 120 7 0 0 25 11.7

40 120 120 7 0 0 25 18.7

45 135 120 7 0 0 30 11.8

50 150 120 7 0 0 35 11.8

55 165 120 7 0 0 35 11.8

60 180 120 7 0 0 35 11.8

PROMEDIO 120 7 0 0 30 14

58

Gráfico # 5: Datos experimentales de los Sólidos totales disueltos vs

volumen.


Gráfico # 6: Datos experimentales de la Dureza vs volumen.


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200

SÓLIDOS TOTALES DISUELTOS

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

DUREZA

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

59

Gráfico # 7: Datos experimentales de la alcalinidad parcial vs volumen.


Gráfica # 8: Datos experimentales del pH Vs volumen.

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

pH

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametrosinialesestándar

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

ALCALINIDAD PARCIAL

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

60


Gráfico # 9: Datos experimentales de los Cloruros vs volumen.


4.4 Prueba #2: 20 MAYO DEL 2015 DEL AGUA DE LAVADO

DE BOTELLAS, PRIMER CICLO DE ENJUAGUE.

Tabla # 18: Datos experimentales; del agua cruda.

Muestra Unidad STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad

Parcial (ppm)

Alcalinidad

Total (ppm)

Cloruros

ppm

muestra

1 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

2 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

3 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

4 mg/l 372 10 60 105 180 45

Muestra

5 mg/l 372 10 60 105 180 45

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

CLORUROS

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniciales

61


4.4.1 PRUEBA : 20 MAYO DEL 2015 DEL AGUA

TRATADA

Tabla # 19: Resultados análisis físico - químicos realizados al filtro de

arena.


Tiempo

minutos l

STD

ppm

pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros

ppm

5 15 372 11 45 45 120 45

10 30 372 11 46 46 121 45

15 45 372 11 47 47 122 45

20 60 372 11 48 48 123 45

25 75 372 11 49 49 124 45

30 90 372 11 50 50 125 45

35 105 372 11 51 51 126 45

40 120 372 11 52 52 127 45

45 135 372 11 53 53 128 45

50 150 372 11 54 54 129 45

55 165 372 11 55 55 130 45

60 180 372 11 43 56 126 47

PROMEDIO 372 11 44 51 126 44

62

TABLA# 20:.Resultados de los análisis físico - químicos realizados al filtro

de carbón activado.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros

ppm

5 15 300 10 50 25 50 45

10 30 300 10 50 20 55 46

15 45 300 10 50 25 50 47

20 60 300 10 50 25 55 48

25 75 300 10 50 20 55 40

30 90 300 10 50 20 50 47

35 105 300 10 50 25 60 40

40 120 300 10 50 20 50 45

45 135 300 10 50 25 60 45

50 150 300 10 50 20 50 45

55 165 300 10 50 20 50 40

60 180 300 10 50 20 50 44

PROMEDIO 300 10 50 20 53 44

63

TABLA #21: Resultados de los Análisis físico - químicos realizados al

filtro resina catiónica.


Tiempo

min l

STD

ppm

pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros

ppm

5 15 100 7 0 0 35 11.8

10 30 100 7 0 0 35 11.8

15 45 100 7 0 0 35 11.8

20 60 120 7 0 0 35 11.8

25 75 120 7 0 0 25 11.8

30 90 120 7 0 0 40 18.7

35 105 120 7 0 0 25 18.7

40 120 120 7 0 0 25 18.7

45 135 120 7 0 0 25 11.8

50 150 120 7 0 0 30 11.8

55 165 120 7 0 0 35 11.8

60 180 120 7 0 0 35 11.8

PROMEDIO 115 7 0 0 33 14

64


Volumen.


Gráfico # 11: Datos experimentales de la Dureza vs Volumen.


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200


filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

DUREZA

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

65

Gráfico # 12: Datos experimentales de la Alcalinidad vs Volumen.


Gráfico # 13: Datos experimentales del pH vs Volumen.


0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

pH

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

0

10

20

30

40

50

60

0 50 100 150 200

ALCALINIDAD PARCIAL

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

66

Gráfico # 14: Datos experimentales de los Cloruros vs Volumen.


4.5 PRUEBA # 3: 25 DE MAYO DEL 2015 REALIZADA AL

AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS

Tabla # 22: Resultados de los parámetros iniciales análisis físicos -

químicos del agua de lavado de botellas.


Parcial

Alcalinidad

Total Cloruros

muestra

1 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

2 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

3 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

4 mg/l 372 10 60 105 180 45


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

CLORUROS

filtro 1

filtro 2

filtro 3


estandar

Lineal (filtro 2)

67

4.5.1: RESULTADOS AGUA TRATADA

Tabla # 23: Resultado de los análisis físico - químicos realizados al filtro

de arena.

Elaborado por: Adriana torres y Arturo Cabrera

Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros

ppm

5 15 372 10 40 45 120 45

10 30 373 10 43 46 121 40

15 45 374 10 43 47 122 45

20 60 375 10 45 48 123 45

25 75 376 10 43 49 124 45

30 90 377 10 40 50 125 45

35 105 378 10 47 51 126 47

40 120 379 10 49 52 127 30

45 135 380 10 45 53 128 45

50 150 381 10 43 54 129 45

55 165 382 10 42 55 130 45

60 180 383 10 40 56 131 45

PROMEDIO 378 10 44 51 126 44

68

Tabla # 24: Resultados de los análisis físico - químicos realizados al filtro

de carbón.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial ppm


Cloruros

ppm

5 15 228 10 50 41 75 40

10 30 229 10 51 42 76 41

15 45 239 10 52 43 77 42

20 60 231 10 53 44 78 43

25 75 232 10 54 45 79 44

30 90 233 10 55 46 80 45

35 105 234 10 56 47 81 46

40 120 235 10 57 48 82 47

45 135 236 10 58 49 83 48

50 150 237 10 59 50 84 49

55 165 238 10 60 51 85 50

60 180 239 10 61 52 86 51

PROMEDIO 234 10 56 46 81 46

69

TABLA# 25 : Resultados de los análisis físico - químicos realizados al

filtro de resina catiónica.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm



Cloruros

ppm

5 15 100 7 0 0 50 15

10 30 97 7 0 0 50 15

15 45 97 7 0 0 50 15

20 60 100 7 0 0 50 15

25 75 97 7 0 0 40 15

30 90 100 7 0 0 40 20

35 105 120 7 0 0 40 15

40 120 130 7 0 0 40 20

45 135 130 7 0 0 50 15

50 150 100 7 0 0 50

30

55 165 100 7 0 0 50 15

60 180 100 7 0 0 50 15

PROMEDIO 106 7 0 0 47 17

70


Volumen.


Gráfico # 16: Datos experimentales de la dureza vs Volumen.


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200


filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

0

100

200

300

400

0 50 100 150 200

DUREZA

filtro 1

filtro 2

filtro 3

71

Gráfico # 17: Datos Experimentales del pH Vs Volumen.


Gráfico # 18: Datos experimentales de la alcalinidad parcial vs volumen.


0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200

pH

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametrosiniales

0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

ALCALINIDAD PARCIAL

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

72



4.6 PRUEBA # 4: 25 MAYO DEL 2015 AGUA DE LAVADO

DE BOTELLAS PROVENIENTE DEL PRIMER CICLO DE

ENJUAGUE

Tabla # 26: Resultados de los parámetros iniciales análisis físico -químico

del agua de lavado de botellas.

Muestra Unidad SDT pH Dureza Alcalinidad

parcial

Alcalinidad

total Cloruros

muestra

1 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

2 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

3 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

4 mg/l 372 10 60 105 180 45


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

CLORUROS

filtro 1

filtro 2

filtro 3

73

4.6.1: RESULTADOS DEL AGUA TRATADA

Tabla # 27: Resultado de los análisis físico - químicos realizados al filtro

de arena.


Tiempo

min l

STD

ppm

pH

ppm

Dureza

ppm



Cloruros

ppm

5 15 302 10 50 75 150 45

10 30 302 10 50 75 150 45

15 45 302 10 50 75 150 45

20 60 302 10 50 75 150 45

25 75 350 10 50 60 100 45

30 90 350 10 50 60 100 45

35 105 350 10 50 60 100 45

40 120 350 10 50 60 100 45

45 135 360 10 50 50 100 45

50 150 360 10 50 50 100 45

55 165 360 10 50 50 100 45

60 180 360 10 50 50 100 45

PROMEDIO 337 10 50 62 117 45

74

TABLA # 28: Resultados de los Análisis físico - químicos realizados al

filtro de carbón activado.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros

ppm

5 15 97 6.5 0 0 80 7.6

10 30 98 6.5 0 0 80 7.7

15 45 98 6.5 0 0 80 7.8

20 60 98 7 0 0 80 7.9

25 75 98 7 0 0 40 7.10

30 90 99 7 0 0 40 7.11

35 105 100 7 0 0 40 7.12

40 120 101 7 0 0 40 7.13

45 135 102 7 0 0 50 7.14

50 150 103 7 0 0 50 7.15

55 165 104 7 0 0 50 7.16

60 180 105 7 0 0 50 7.17

PROMEDIO 100 7 0 0 57 7.10

75

TABLA # 29: Resultados de los Análisis físico - químicos realizados al



Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm


Cloruros

ppm

5 15 228 10 50 40 75 46

10 30 228 10 50 40 75 46

15 45 228 10 50 40 75 46

20 60 228 10 50 40 75 46

25 75 228 10 50 50 120 45

30 90 232 10 50 50 120 45

35 105 232 10 50 50 120 45

40 120 232 10 50 50 120 45

45 135 235 10 50 50 100 30

50 150 236 10 50 50 100 30

55 165 237 10 50 50 100 30

60 180 237 10 50 50 100 30

PROMEDIO 232 10 50 50 98 40

76


volumen.


Gráfico # 21: Datos experimentales de la Dureza vs Volumen


0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200


filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 150 200

DUREZA

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

77





0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

0 50 100 150 200

CLORUROS

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametroiniciales

estandar

Lineal(filtro 1)

0

2

4

6

8

10

12

0 50 100 150 200

pH

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

78

Gráfico #24: Datos experimentales de la Alcalinidad vs Volumen.


4.7 PRUEBA # 5: 6 DE JUNIO DEL 2015 AGUA DE


CICLO DE ENJUAGUE

Tabla # 30: Resultados de los parámetros iniciales análisis físico- químico

del agua de lavado de botellas.


parcial

Alcalinidad

total Cloruros

muestra

1 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

2 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

3 mg/l 372 10 60 105 180 45

muestra

4 mg/l 372 10 60 105 180 45


0

20

40

60

80

100

120

0 50 100 150 200

ALCALINIDAD PARCIAL

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

79

4.7.1: RESULTADOS DEL AGUA TRATADA

Tabla # 31: Resultados de los análisis físico – químicos al filtro de arena.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm



Cloruros

ppm

5 15 372 10 40 45 120 45

10 30 373 10 43 46 121 40

15 45 374 10 43 47 122 45

20 60 375 10 40 48 123 45

25 75 376 10 45 49 124 45

30 90 377 10 43 59 125 45

35 105 378 10 47 51 126 45

40 120 379 10 49 52 127 47

45 135 380 10 45 53 128 30

50 150 381 10 43 54 129 35

55 165 382 10 42 55 130 45

60 180 383 10 42 56 131 45

PROMEDIO 378 10 43 51 126 44

80

Tabla # 32: Resultados de los análisis físico - químicos del filtro carbón

activado.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm

Alcalinidad parcial

ppm

Alcalinidad Total

ppm

Cloruros

ppm

5 15 330 10 50 25 50 45

10 30 300 10 50 25 55 46

15 45 220 10 50 25 50 47

20 60 200 10 50 25 55 48

25 75 200 10 61 20 50 40

30 90 250 10 67 20 60 45

35 105 200 10 70 25 60 45

40 120 200 10 71 20 50 45

45 135 250 10 60 25 50 45

50 150 300 10 60 20 50 45

55 165 300 10 60 20 50 40

60 180 300 10 60 20 50 40

PROMEDIO 252 10 59 23 53 44

81

Tabla # 33: Resultados de los análisis físico - químicos del filtro de resina

catiónica.


Tiempo

min l

STD

ppm pH

Dureza

ppm



Cloruros

ppm

5 15 100 7 0 0 35 11

10 30 101 7 0 0 35 11

15 45 102 7 0 0 35 11

20 60 103 7 0 0 35 11

25 75 104 7 0 0 25 11

30 90 105 7 0 0 40 11

35 105 106 7 0 0 25 11

40 120 107 7 0 0 25 11

45 135 108 7 0 0 30 11

50 150 109 7 0 0 35 11

55 165 110 7 0 0 35 11

60 180 111 7 0 0 35 11

PROMEDIO 106 7 0 0 33 11

82

Gráfico # 25: Datos experimentales de los Sólidos Totales Disueltos vs

Volumen.


Gráfico # 26: Datos experimentales de la Dureza vs Volumen.


0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

0 50 100 150 200


filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametrosiniales

0

50

100

150

200

250

300

350

0 50 100 150 200

DUREZA

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametrosiniales

83

Gráfico # 27: Datos experimentales de la Alcalinidad vs Volumen.




0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

ALCALINIDAD PARCIAL

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

estándar

0

2

4

6

8

10

12

14

0 50 100 150 200

pH

filtro 1

filtro 2

filtro 3

parametros iniales

84



0

50

100

150

200

250

300

350

400

0 50 100 150 200

CLORUROS

filtro 1

filtro 2

filtro 3


estandar

Lineal (filtro 2)

85

4.8 MEDICIÓN DE DEMANDA QUÍMICA DE OXÍGENO

REMOVIDA POR EL EQUIPO PILOTO

Tabla # 34: Datos experimentales DQO inicial; DQO final vs

ESTÁNDAR (AGUA POTABLE).

PRUEBAS DQO INICIAL

ppm

DQO FINAL

ppm

ESTANDAR

(AGUA

POTABLE)

1 115 10 5

2 125 15 5

3 115 10 5

4 110 10 5


Gráfico # 30: DQO final vs DQO inicial, DQO estándar.


0

20

40

60

80

100

120

140

0 1 2 3 4 5

DQO INICIAL

DQO FINAL

ESTÁNDAR

86

4.9 CONCLUSIONES:

Se logró diseñar y construir un equipo que permitió eliminar los

contaminantes y la reutilización del desperdicio para uso industrial.

Se determinó los parámetros necesarios para elaborar el diseño y

construcción del equipo piloto y su posterior puesta en marcha.

Se realizaron las pruebas experimentales y se confirmó, por medio

de los resultados físico – químicos y análisis comparativo de los

datos, que el agua tratada es apta para uso industrial.

Se establece que el proceso ocasiona un impacto positivo en la

industria, reduciendo el consumo de agua y el gasto implementado

en recursos para tratar la misma, mediante análisis comparativo de

datos, se genera un ahorro económico sustituyendo el agua potable

por el agua tratada.

4.10 RECOMENDACIONES:

Se recomienda la reducción los sólidos suspendidos, previo al

ingreso de los medios filtrantes, con esto se reduce la concentración

de componentes alcalinos, para evitar la interferencia.

Se debe operar el equipo con flujos mínimos de caudal, para obtener

un mejor paso del fluido en el medio filtrante, consiguiendo mejores

resultados.

Antes de realizar la operación del sistema es necesario realizar

controles de presión de los fluidos, sólidos totales disueltos y pH en

cada medio filtrante para determinar su estado en función de su

capacidad de adsorción e intercambio.

Verificar las líneas de agua y estado de las válvulas, bomba

centrífuga y rotámetro para certificar que se encuentran aptas para

iniciar las pruebas experimentales.

87

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http://alcalinidaddelagua.blogspot.com/

ANEXOS

NOMENCLATURA

Alc.p Alcalinidad parcial

Alc.t Alcalinidad total

Cm3 Centímetro cúbico

Cl Cloruros

cm Centímetros

DQO Demanda Química De Oxígeno

g Gramos

G Gravedad

gal Galones

h Hora

HP Caballo de potencia

Kg Kilogramo

KW Kilovatios

l Litros

lb Libras

m Metros

m.e.q Mili equivalente

mg Miligramos

min Minutos

mm Milímetros

pH Potencial de hidrógeno

PSI Libra por pulgada cuadrada

S Segundos

STD Sólidos Totales Disueltos

V Volumen

Vs Velocidad de filtración

ft2 Pie cuadrado

m2 Metro cuadrado

ft3 Pie cúbico

m3 Metro cúbico

ℓ Densidad

s2 Segundo cuadrado

RESUMEN

DE LOS MEJORES RESULTADOS DE LOS MUESTREOS

REALIZADO EN LA EXPERIMENTACIÓN

Basados en la tabla #13: Datos experimentales; del agua curda.

Basados en la tabla # 14: Parámetros Físico – químico del agua potable,

tomados como estándar. (NORMA INEN, 1108)

Basados en la tabla #33: Resultados de los análisis físico – químicos del


Muestra Unidad STD Dureza Alcalinidad

parcial Alcalinidad

total Cloruros

Agua cruda mg/l 372 60 105 180 45

Agua tratada mg/l 106 0 0 33 11

Inen 1108 mg/l 135 35 0 40 12



0

100

200

300

106

00 33

11

135

350 40

12

372

60 105 180

45

mg/

l

Análisis realizados

Agua tratada

Inen 1108

Agua cruda

TABLA DE VALORES MÁXIMO PERMISIBLES DEACUERDO

CON LA SOCIEDAD AMERICANA DE FABRICANTES DE

CALDERAS. (González, Sandoval, 1999)


Presión en

PSI

Sólidos

Totales

ppm

Alcalinidad

Total

ppm

Sólidos en

suspensión

ppm

0-300 3000 700 300

300-450 3000 600 250

451-600 2500 500 150

601-750 2000 400 100

751-900 1500 300 60

901-1000 1250 250 40

1000-1500 1000 200 20

1501 -2000 750 150 10

2000 -mayor 700 100 5

TABLA DE VALORES PERMISIBLES PARA EL CONTROL

DE AGUA PARA TORRE DE ENFRIAMIENTO. (UPT, 2012)


Parámetros Descripción

pH 7.5-8.5

Conductividad 4000 micosiemmes

Dureza Total 400 ppm

Alcalinidad 25 ppm

Turbidez El agua no debe exceder de 20

NTU

DETERMINACIÓN DE DUREZA PRESENTE EN AGUAS.

(MÉTODO 2340 C, 1995)

APARATOS

El método empleado para la cuantificación de la dureza total es un

método volumétrico por lo que no se requieren aparatos especiales.

MATERIAL

2 matraces volumétricos de 1000 ml

2 matraces volumétricos de 100 ml

1 capsula de porcelana

1 soporte con pinzas para la bureta

2 matraces Erlenmeyer de 125 ml

1 pipeta de 10 ml

2 frascos goteros de 100 ml

REACTIVOS

Solución Buffer pH 10

Disolver 6.56 gr de 𝑁𝐻4𝐶𝐿 y 57 ml de N𝐻4 𝑂𝐻 en agua destilada y

aforar a 100 ml.

Solución negro de Eriocromo T y 4.5 gr de clorhidrato de

hidroxilamina en 100ml de etanol.

Solución de EDTA

Disolver 2 gr de EDTA más 0.05 gr de Mg𝐶𝐿2.6𝐻2O en agua destilada

y aforar a 1000 ml.

Solución de Ca𝐶𝐿2 0.01 N disolver 0.5 gr de CaC𝑂3 secado a 110 °

centígrados durante dos horas y disolver en 10 ml de HCL 3N y aforar

a 1000 ml con agua destilada.

ESTANDARIZACIÓN

La estandarización del EDTA (sal di sódica) se hace de la siguiente manera:

Colocar 5 ml de solución de Ca𝐶𝐿2en un matraz Erlenmeyer de 125 ml; se

añaden 5 gotas de solución buffer de ph 10 y 3 gotas de indicador de negro

de Eriocromo T; aparece un color purpura en presencia de iones de calcio

y magnesio; y se procede a titular con la solución de EDTA cuya normalidad

se desea conocer; se termina hasta la aparición de un color azul la

normalidad del EDTA se calcula así:

𝐍𝟐=

𝐕𝟏 𝐗 𝐍𝟏

𝐕𝟐

Donde:

N2 = Normalidad del EDTA.

V1= ml solución de Ca𝐶𝐿2.

N1 = normalidad de la solución de Ca𝐶𝐿 2𝑉2 = ml gastados de EDTA.

PROCEDIMIENTO

1. Colocar 5 ml de la muestra de agua en un matraz Erlenmeyer de 125

ml.

2. Agregar 5 gotas de buffer pH10.

3. Añadir 3 gotas de negro de eriocromo.

4. Titular con EDTA (sal di sódica) 0.01 N.

Vire de purpura azul.

3.1.6 Cálculos:

M.e.q/l C𝑎+2 y M𝑔+2 = 𝐕 𝐗 𝐍 𝐗 𝟏𝟎𝟎𝟎

𝐦𝐥 𝐝𝐞 𝐦𝐮𝐞𝐬𝐭𝐫𝐚

Donde:

V= ml gastados de EDTA.

N= Normalidad del EDTA.

PROCEDIMIENTO PARA DETERMINACIÓN DE

ALCALINIDAD PRESENTE EN AGUAS. (MÉTODO 2320 B,

1995)

APARATOS

En este método no se requieren equipos especiales

MATERIAL

2 matraces volumétricos de 1000 ml. 2 matraces volumétricos de 100 ml. 1 capsula de porcelana. 1 soporte con pinzas para bureta. 1Bureta de 25 ml. 2 goteros. 2 Matraces Erlenmeyer de 125 ml.

REACTIVOS

Agua destilada

Agua que cumpla la especificación ASTM D 1193 TIPO l; además,

deberá estar libre co2 y tener un Ph a 25 °C entre 6.2 y 7.2-

Reactivos

Fenontaleina (0.25%).

Disolver 0.25 de Fenontaleina en 100 ml de etanol al 50 %.

Azul de bromo fenol (0.04%).

Disolver 0.04 gr de azul de bromo fenol en 15 ml. NaOH 0.001 N

.y aforar a 100 ml con agua destilada.

Solución de HCL 0.01 N

Diluir 0.83 ml de HCL al 37 % en agua destilada y aforar a 1000

ml con agua destilada.

Solución de Na2C03 0.01 N.

Na2CO3 secado a 110 °C por dos horas.

Disolver 0.530 g de Na2CO3 en agua destilada y aforar a 1000

ml.

ESTANDARIZACIÓN

Valoración de la solución de HCL: Colocar 15 ml de la solución de Na2 CO3

0.01 N en un matraz Erlenmeyer de 125 ml y agregar 3 gotas de azul

bromofenol. La muestra adquiere un color azul; titular con la solución HCL

hasta que aparezca un color verde. (Sevechirre, Carlos. Catillo, Marlon, 2013)

Titular con la solución hasta que aparezca un color verde.

CALCULAR LA NORMALIDAD

N𝑎2C𝑂3 HCl

V1 x N1 = V1 x N2

N2 = 𝑉1 𝑥 𝑁1

𝑉2

Donde:

V1 = Volumen de la solución de N𝑎2C𝑂3.

N1 = Normalidad de la solución de N𝑎2C𝑂3.

V2= Volumen de la solución de HCL gastado en la titulación.

N2 = normalidad de la solución de HCL.

PROCEDIMIENTO

1. Colocar 5 ml de muestra de agua en un matraz Erlenmeyer de 125 ml.

2. Agregar 3 gotas de indicador fenolftaleína al 0.25%.

3. Si aparece un color rosa, titular con HCl 0.01N hasta un vire incoloro, si

no aparece el color rosa, reportar carbonatos igual a cero.

4. Calcular CO3 =.

5. Agregar 3 gotas de azul de bromo fenol 0.04% al mismo matraz

apareciendo un color azul Continuar titulando con HCl 0.01N hasta la

aparición de un color verde.

CÁLCULOS

m.e.q/ de CO3 = 2V X N X 1000

ml. de muestra

Donde:

V =ml de HCl gastados.

N: Normalidad del HCL usado.

MEDICION DE CLORUROS POR ARGENTOMETRIA

DETERMINACIÓN DE CLORUROS PRESENTE EN AGUAS.

(MÉTODO 4500 –B, 1995)

APARATOS

En este método no se requieren aparatos especiales, sólo material común

de laboratorio.

MATERIAL

2 Matraces volumétricos de 1000 ml.

3 Matraces volumétricos de 100 ml.

1 Cápsula de porcelana.

1 Soporte con pinzas para bureta

1 Bureta de 25 ml.

1 Pipeta de 5 ml.

2 Matraces Erlenmeyer de 125 ml.

1 Gotero.

REACTIVOS

Solución de Na2CO3 0.1 N

Disolver 0.53 g de Na2CO3 en agua destilada y aforar a 100 ml.

Solución de H2SO4 0.1 N.

Diluir 0.27 ml de H2SO4 en agua destilada y aforar a 100 ml.

Solución de Fenolftaleína al 0.25 %.

Disolver 0.25 g de fenolftaleína en 100 ml de etanol al 50 %.

Solución AgNO3 0.01 N.

Disolver 1.689 g de AgNO3 en agua destilada y aforar a 1000 ml.

Solución NaCl 0.01 N.

Disolver 0.5846 g de NaCl secado a 110° C. durante 2 hr., en agua

destilada y aforar a 1000 ml.

Indicador de K2CrO4 al 5 %.

Disolver 5 g K2Cr04 en agua destilada y aforar a 100 ml.

ESTANDARIZACIÓN

Colocar 15.0 ml de la solución de NaCl 0.01N en un matraz Erlenmeyer de

125 ml. Y agregar 3 gotas de cromato de potasio. La muestra adquiere un

color amarillo, titular con solución de AgNO3 hasta que aparezca el

vire color rojo ladrillo.

CALCULAR LA NORMALIDAD:

NaCl AgNO3

V1 x N1 = V1xN2

V1xN1

N2= ---------

V2

Donde:

V1 = Volumen de la solución de NaCl

N1 = Normalidad de la solución de NaCl

V2 = Volumen de la solución de AgNO3 gastado en la titulación

N2 = Normalidad de la solución de AgNO3

PROCEDIMIENTO

1.-Colocar 5ml.de la muestra de agua en un matraz Erlenmeyer de 125

ml.

2.- Ajustar el pH entre 7 a 8.3 se añaden: 2 gotas de N𝑎2𝐶𝑂3 0.1 N.

2 gotas de Fenolftaleína (0.25 %), tiene que producirse un color rosa.

Se añaden las gotas de H2SO4 0.1 N necesarias hasta que vire a

incoloro.

3.-Agregar 3 gotas 𝑘2𝐶𝑟𝑜4al 5 %.

4.- Titular con AgNO3 0.01 N hasta el vire de amarillo a rojo ladrillo.

3.4.1 RECEPCION DE LA MATERIA PRIMA

3.4.2 PESADO DE LA MATERIA PRIMA

3.4.3 INGRESO DE LA MATERIA PRIMA AL PRIMER

TANQUE DE ALIMENTACIÓN DE PROCESO

3.4.4 ARRANQUE DE LA BOMBA CENTRIFUGA

3.4.5 REGULACIÓN DEL ROTÁMETRO

3.4.6 TOMA DE MUESTRAS DE ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO

INICIALES.

3.4.7 EL AGUA DE LAVADO DE BOTELLAS ES BOMBEADA

POR EL PRIMER FILTRO DE ARENA EN LA CUAL VA

REMOVER SOLIDOS GRUESOS Y FINOS QUE HAYAN

PRESENTE.

3.4.8 TOMA DE MUESTRA DEL PRIMER FILTRO DE ARENA.

3.4.9 PASO DEL AGUA POR EL SEGUNDO FILTRO DE

CARBON ACTIVADO

3.4.10 TOMA DE MUESTRA DE ANÁLISIS FÍSICO

QUÍMICO

3.4.11 PASO DEL AGUA POR EL FILTRO DE RESINA

CATIONICA

3.4.12 EL AGUA TRATADA ES RECOLECTADA EN EL

TANQUE DESPUÉS DE HABER SIDO PASADA POR EL

ÚLTIMO FILTRO.

3.4.13 TOMA DE MUESTRA DEL ANALISIS FISICO

QUIMICO

3.4.14 SE REALIZARA LOS ANÁLISIS FÍSICO QUÍMICO DEL

AGUA TRATADA.

3.4.15 EQUIPO PILOTO

universidad de guayaquil facultad de …repositorio.ug.edu.ec/bitstream/redug/12624/1/tesis grado...

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