diseÑo tecnico de un filtro de sepiolita para el
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DISEÑO TECNICO DE UN FILTRO DE SEPIOLITA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS CON HIDROCARBUROS PARA UNA ESTACION DE
SERVICIO DE LA ZONA NORTE DE CARTAGENA
ANDRES MAURICIO ACOSTA SAEZ CARLOS AUGUSTO CASTRO MADERO
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA- CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA
CARTAGENA DE INDIAS
2018
DISEÑO TECNICO DE UN FILTRO DE SEPIOLITA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS CON HIDROCARBUROS PARA UNA ESTACION DE
SERVICIO DE LA ZONA NORTE DE CARTAGENA
ANDRES MAURICIO ACOSTA SAEZ CARLOS AUGUSTO CASTRO MADERO
Trabajo de grado presentado como requisito para optar al título de Ingenieros Químicos.
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA - CARTAGENA
FACULTAD DE INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERIA QUIMICA
CARTAGENA DE INDIAS D. T. Y C.
2018
DEDICATORIA
A Dios, que fue mí apoyo estos años. Sin Él nada de esto sería una realidad hoy.
A mis padres Feda Teresa Sáez Pastrana y Augusto Alexander Acosta Cuesta; por todo su apoyo y comprensión. Por toda la confianza y amor depositado en mí desde el inicio de este largo camino.
A mis hermanos Santiago Acosta y Nicolás Acosta, por todo el amor que me demuestran a diario.
A mi tía Lorena Acosta y Yira Acosta por ser mi apoyo directo e incondicional todos estos años y a toda mi extensa familia, porque cada uno ellos fue parte de mi proceso para convertirme en un profesional.
A todos mis compañeros con los cuales compartí y conviví estos años, sin duda son parte de mi proceso.
A mis amigos.
ANDRES MAURICIO ACOSTA SAEZ
DEDICATORIA
Mi tesis la dedico con todo el amor y cariño a mi familia, por apoyarme en mi carrera y permitirme crecer en mis capacidades y aunque he pasado por momentos muy complicados siempre han estado para apoyarme brindándome toda la comprensión y paciencia en este proceso.
A Dios que sin él como base nada de esto fuera posible, por ayudarme a despejar muchas dudas en el camino y mostrarme señales de que con su ayuda todo se logra.
A mi pequeña hermana Katherin, por ser la fuente de mi motivación e inspiración y ser un excelente ejemplo para ella.
A mis amigos con quienes conté incondicionalmente, a quienes debo mucho, muchísimas gracias.
Gracias a todos.
CARLOS CASTRO MADERO
AGRADECIMIENTOS
Agradecemos en primera instancia a Dios, por todo lo que representa, por mantenernos centrados y todo lo que somos por su gracia.
Agradecemos a nuestros padres por el amor, la confianza y esfuerzo realizado para abrirnos las puertas a ser personas profesionales.
A la ingeniera Sonia Liliana Gómez Prada por su colaboración, comprensión y espera para guiarnos en la realización de esta tesis.
A todo el personal de laboratorio quienes nos permitieron y prestaron agradablemente las herramientas necesarias, porque fueron pieza fundamental en la realización de nuestro proyecto.
¡GRACIAS!
CONTENIDO Pág.
CONTENIDO ..................................................................................................................... 6
1. PROBLEMA DE INVESTIGACION ........................................................................... 11
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................ 11
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA .................................................................... 13
1.3 JUSTIFICACION ............................................................................................... 14
1.4 OBJETIVOS ...................................................................................................... 15
1.4.1 OBJETIVO GENERAL ....................................................................................... 15
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS .............................................................................. 15
2. MARCO REFERENCIAL .......................................................................................... 16
2.1 ANTECEDENTES.............................................................................................. 16
2.2 MARCO TEORICO ............................................................................................ 17
2.2.1 DINAMICA DE FLUIDOS ................................................................................... 20
2.3 MARCO LEGAL ................................................................................................. 21
2.4 MARCO CONCEPTUAL .................................................................................... 23
3. DISEÑO METODOLÓGICO...................................................................................... 25
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN ............................................................................... 25
3.2 DISEÑO ADOPTADO ........................................................................................ 25
3.3 ENFOQUE ADOPTADO .................................................................................... 25
3.4 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN. ................................. 25
3.4.1 FUENTES PRIMARIAS. .................................................................................... 26
3.4.2 FUENTES SECUNDARIAS. .............................................................................. 26
3.5 HIPÓTESIS ....................................................................................................... 26
3.6 VARIABLES....................................................................................................... 26
3.6.1 DEPENDIENTES ........................................................................................ 26
3.6.2 INDEPENDIENTES .................................................................................... 26
3.7 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN ...................................................... 28
4. RESULTADOS ......................................................................................................... 30
4.1. PARAMETROS DE ESTUDIO ........................................................................... 30
4.1.2. CARACTERIZACION DEL MATERIAL ....................................................... 30
4.1.3. RESULTADOS DE LA ABSORCIÓN .......................................................... 31
4.2. DISEÑO DEL FILTRO ....................................................................................... 33
CONCLUSIONES ............................................................................................................ 36
RECOMENDACIONES .................................................................................................... 37
GLOSARIO FOTOGRAFICO ........................................................................................... 41
CONTENIDO DE ILUSTRACIONES
Pág.
Figura 1 - Líneas rodean un tubo denominado tubo de flujo o tubo de corriente. ................................................................................ ¡Error! Marcador no definido. Figura 2 - Representación flujo laminar .................................................................21 Figura 3 - Flujo turbulento .....................................................................................21 Figura 4 - Ubicación del muelle de la bodeguita. Imagen tomada de Google maps…30 Figura 5 - Peso destilado vs cantidad de sepiolita ................................................32
CONTENIDO DE TABLAS
Tabla 1- Análisis de la muestra inicial, previa a la filtración ..................................31 Tabla 2- Análisis de la muestra inicial, posterior a la filtración ..............................31
CONTENIDO DE IMÁGENES
Imagen 1- Carcasa del filtro de sepiolita…………………………………………...34 Imagen 2- Partes de filtro de sepiolita ...................................................................34 Imagen 3 - Carcasa del filtro de sepiolita sentido horizontal .................................35
CONTENIDO DE FOTOS
Foto 1- Zona de lavado de automotores. ..............................................................42 Foto 2- Parqueo de lanchas en el muelle de la bodeguita. ...................................42
Foto 3- Sistema de destilacion ..............................................................................43
Foto 4- Prueba del filtro .........................................................................................43
RESUMEN
En el presente proyecto se pretende poner a prueba las propiedades y efectividad de la sepiolita para realizar un filtro que permita retener aceites y lubricantes.
La sepiolita como absorbente, es un excelente aliado en la fuga de líquidos tales como: ácidos, disolventes, hidrocarburos, aceites, pinturas; puede ser utilizada en la industria como solución a riesgos asociados a contaminación de cuerpos de agua y suelos.
Para el caso que se presenta, se definió como nodo critico las estaciones de servicio, cuyos efluentes contienen lubricantes, hidrocarburos y otros contaminantes.
Inicialmente se definió la estación de servicio que presentaba el mayor grado de contaminación. Se realizaron análisis de laboratorio a muestras de agua de mar de la estación de servicio elegida, con el fin de caracterizarla y utilizarla para ser depurada por el filtro diseñado previamente. Para el diseño del filtro se utilizaron herramientas gráficas y basado en el programa grafico sketchup se visualizó tridimensionalmente para la elaboración posterior en físico.
Con base a lo anterior se plantearon las recomendaciones para el uso del filtro y la cantidad de sepiolita que se debe usar para retener aceites. Los datos arrojados por la investigación permitieron identificar el poder de absorción de la sepiolita, indicando que es muy eficaz en su capacidad para absorber aceites y el uso en un filtro adaptado a la estación de servicio.
PALABRAS CLAVE: Sepiolita, aceites, lubricantes, aguas contaminadas.
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INTRODUCCION
En el presente proyecto se diseñó un filtro de sepiolita para el tratamiento de aguas contaminadas con hidrocarburos para una estación de servicio de la zona norte de Cartagena. La presente investigación no solo se enfocará en el mineral (sepiolita) con el que se trabajará, sino también se conocerán las causas y consecuencias ambientales por las cuales se aplicará el filtro en las estaciones de servicio.
Actualmente la sepiolita es considerada un material favorable para absorber lubricantes y otros contaminantes, por lo cual su uso comercial ha sido extendido.
Partiendo de lo anterior, el proyecto pretende diseñar un filtro de sepiolita para el tratamiento de aguas contaminadas con hidrocarburos para una estación de servicio de la zona norte de Cartagena, demostrando a lo largo de este trabajo la eficacia del filtro elaborado con sepiolita para absorber aceites en aguas residuales de las estaciones de servicio, cuyos productos forman películas que impiden el paso del oxígeno y producen eutrofización.
Los efluentes de las estaciones de servicio, esparcen productos tóxicos que pueden contaminar los cuerpos de agua y/o ser ingeridos por los seres humanos de forma directa o indirecta. Los hidrocarburos saturados que contienen no son biodegradables (en el mar el tiempo de eliminación de un hidrocarburo puede ser de 10 a 15 años).
El presente proyecto desarrolla en el Capítulo I, plantea el problema desde lo general a lo particular, la justificación de acuerdo a las prioridades a nivel internacional, nacional y local y los objetivos del proyecto.
El Capítulo II, presenta el marco referencial exponiendo los antecedentes investigativos, marco teórico fundamentado en las características de absorción de la sepiolita, los diferentes conceptos referentes a sepiolita, absorción, lubricantes, hidrocarburos, etc. y un marco legal enfocado hacia el control ambiental en los derrames de hidrocarburos en cuerpos de agua.
En el Capítulo III, se expresa el tipo de investigación en la que se realizará el proyecto, su diseño y enfoque. Por su parte, se estudian los conceptos claves y la metodología a los que va ligada la investigación.
En el Capítulo IV, se determinan los resultados, la discusión y las conclusiones en el diseño y elaboración del filtro a partir de sepiolita. Así mismo presenta el diseño gráfico del filtro, los resultados obtenidos en cada práctica, la experimentación con agua de mar de las cercanías a la estación de servicio, como resultado del efluente de las actividades producidas en esta estación.
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DISEÑO TECNICO DE UN FILTRO DE SEPIOLITA PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS CONTAMINADAS CON HIDROCARBUROS PARA UNA ESTACION
DE SERVICIO DE LA ZONA NORTE DE CARTAGENA
1. PROBLEMA DE INVESTIGACION
1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
En Colombia actualmente existen aproximadamente 12.000 vehículos convertidos a gas natural vehicular (GNV), en su mayoría vehículos de servicio público. Estos están atendidos por más de 20 estaciones de servicio ubicadas en su mayoría en la Costa Norte. El gas natural vehicular se diferencia del gas propano en que por ser más liviano que el aire, se escapa rápidamente hacia arriba, disipándose fácilmente. En cambio el gas propano (GLP) o la gasolina, se acumulan a nivel del piso, con el consiguiente riesgo de explosión e incendio. [1]
Los derrames accidentales de contaminantes son un riesgo permanente en las estaciones de servicios de lavado y cambios de aceite a vehículos automotores; debido a que no siempre es posible controlarlos inmediatamente y representan un elevado potencial destructivo para el medio ambiente. La venta de combustibles, entre los cuales se encuentra la gasolina y el diésel, principalmente; además de otros servicios alternos como lavado, lubricación, engrase de automotores, cambio de aceite y filtros de los mismos, son entre otras, las emisiones que presentan las estaciones de servicio. [2] Los derrames menores de combustible ocurren principalmente durante las actividades de operación, debido a que los equipos no cumplen con los requerimientos técnicos para la prevención de los mismos. Las pérdidas en tanques y tuberías por las fugas y derrames accidentales, han impactado al suelo superficial y al subsuelo contaminándolo con metales pesados y otros elementos que alteran su composición y en mayor o menor proporción, los cuerpos de agua adyacentes.
Una vez, los combustibles penetran el suelo, afectan las características físicas y químicas, dañando su productividad y la población microbiana presente, además de amenazar la salud pública, como una consecuencia de su migración y contacto con los mantos freáticos, aguas superficiales y subterráneas. [3]
La zona norte de Cartagena tiene cinco estaciones de servicio ubicadas en zonas aledañas a la bahía, específicamente dos en el sector de Crespo y tres en Bocagrande lo cual genera un impacto ambiental importante. Para efectos de este trabajo de grado, se seleccionará la estación de servicio que se observa con mayor grado de contaminación.
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Por otra parte aceites residuales generados representan más del 60% de los aceites lubricantes consumidos. Esto hace que los aceites usados sean uno de los residuos contaminantes más abundantes que se generan actualmente, pudiendo alcanzarse la cifra de 24 millones de Tm/año [4]
Los lubricantes se contaminan durante su utilización con productos orgánicos de oxidación y otras materias tales como carbón, producto del desgaste de los metales y otros sólidos, lo que reduce su calidad. Cuando la cantidad de estos contaminantes es excesiva el lubricante ya no cumple lo que de él se demandaba y debe ser reemplazado por otro nuevo. Estos son los llamados Aceites Usados, de Desecho o Residuales y deben ser recogidos y reciclados para evitar la contaminación del medio ambiente y para preservar los recursos naturales. Los aceites usados se están eliminando por procedimientos tales como el vertido en terrenos y cauces de agua o la combustión indiscriminada que no aprovechan su auténtico valor potencial, produciendo, por el contrario, peligrosas contaminaciones. [4]
Los aceites no se disuelven en el agua, no son biodegradables, forman películas impermeables que impiden el paso del oxígeno y matan la vida tanto en el agua como en tierra, esparcen productos tóxicos que pueden ser ingeridos por los seres humanos de forma directa o indirecta. Los hidrocarburos saturados que contienen no son biodegradables (en el mar el tiempo de eliminación de un hidrocarburo puede ser de 10 a15 años).
Uno de los puntos ambientales donde puede producirse una polución muy importante es en el agua. El vertido de aceites usados en los cursos de aguas deteriora notablemente la calidad de las mismas, al ocasionar una capa superficial que impide la oxigenación de las aguas y produce la muerte de los organismos que las pueblan. Cinco litros de aceite usado, capacidad corriente del cárter de un automóvil, vertidos sobre un lago cubriría una superficie de 5.000 m2 con un film oleoso que perturbaría gravemente el desarrollo de la vida acuática. Además, los aceites usados vertidos en el agua originan una fina película que produce separación entre las fases aire- agua. Con ello se impide que el oxígeno contenido en el aire se disuelva en el agua, perturbando seriamente el desarrollo de la vida acuática. A estas dificultades se debe añadir los riesgos que implican las sustancias tóxicas contenidas en los aceites usados, vertidos en el agua que pueden ser ingeridas por el hombre o los animales. Dichas sustancias tóxicas provienen de los aditivos añadidos al aceite y engloban diversos grupos de compuestos tales como: fenoles, aminas aromáticas, terpenos fosfatados y sulfonados di-alquil-ditiofosfato de cinc, detergentes, poli-isobutilenos, poliésteres., que durante el uso del aceite a temperaturas elevadas forman peróxidos intermedios que son muy tóxicos. [5] Los residuos de los procesos en las estaciones de servicio contienen principalmente sólidos suspendidos (barro), aceites y grasas, solventes halogenados, y restos de combustibles. En los casos de contar las estaciones de
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servicio con lavado de vehículos, contienen además desengrasantes, detergentes y ceras especiales. Los otros residuos líquidos que se generan en las estaciones de servicio, son las aguas domésticas provenientes de los baños, duchas y centros de expendio de alimentos. [6] Dentro de la venta de combustibles en las estaciones de servicios, se encuentra la gasolina y el diésel, principalmente; también se evidencian servicios alternos como lavado, lubricación, engrase, de automotores así como cambio de aceite y filtros de los mismos.
En el presente proyecto se pretende poner a prueba las propiedades y efectividad de la sepiolita para ofrecer una solución a distintos problemas de desagües los cuales en la actualidad serían un contaminante a considerar, debido a su grado de riesgo. La sepiolita como absorbente es un excelente aliado en la fuga de líquidos tales como: ácidos, disolventes, hidrocarburos, aceites, pinturas, ideal para otros negocios con riesgos asociados a contaminación de cuerpos de agua y suelos similares a las estaciones de servicio. [7]
1.2 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Con base al anterior planteamiento del problema surge la pregunta: ¿Cómo elaborar un diseño técnico de un filtro a partir de la sepiolita que sea utilizado en el tratamiento de aguas contaminadas con hidrocarburos para las estaciones de servicio de la zona Norte de Cartagena?
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1.3 JUSTIFICACION
Los absorbentes industriales son importantes en el mundo empresarial recomendado para la absorción de hidrocarburos, aceites y lubricantes, también usado en la mayoría de las empresas, para evitar, estos compuestos se extiendan por otras partes del lugar, contaminando manantiales o ríos. La sepiolita es un excelente absorbente para derrames de hidrocarburos, sobre todo si la sepiolita tiene una alta pureza y sin ningún tratamiento químico, le rebaje su capacidad de absorción, o mezclada con otros componentes, menos absorbentes. [8]
El presente proyecto se origina por la problemática que presentan las estaciones de servicio debido a las emisiones producidas por derrames accidentales, lavado, cambios de aceite, venta de gasolina, diésel y otros servicios como lavado, lubricación, engrase de automotores y cambio de aceite.
El control ambiental para las estaciones de servicio de la zona norte de Cartagena no son suficientes. Dentro de las cinco estaciones ubicadas en las zonas aledañas de la bahía de Cartagena se escogió la Estación de servicio “La bodeguita” ubicada en la Avenida Blas de Lezo en el Centro histórico de Cartagena. Debido a la cercanía de la estación con la bahía, Parqueo de embarcaciones, Rejillas de desbaste deficientes.
Actualmente en este tipo de estaciones de servicio presentan un control mínimo pero no estricto a los derrames de hidrocarburos, no se tiene en cuenta la magnitud de dicha contaminación que aqueja la integridad del ecosistema y perturba el sector turístico de la ciudad. Es por esto importante encontrar mecanismos para disminuir la contaminación producida por la actividad de las estaciones de servicio.
La sepiolita es un mineral no muy conocido popularmente pero tiene uso común en diversos sectores. La sepiolita es una arcilla natural e inerte cuya composición química corresponde a un silicato magnésico hidratado.
Es un material con buena capacidad absorbente cuyo uso está ampliamente extendido entre los absorbentes industriales. Esto debido principalmente a que este mineral tiene una mayor capacidad de absorción que los medios empleados tradicionalmente en este sector industrial. [9]
Teniendo en cuenta la investigación como función sustantiva de los procesos académicos de la Universidad de San Buenaventura, la cual se define como “Una actividad presente en todas las áreas del saber que posibilita la formación de docentes y estudiantes, el desarrollo en ciencia y tecnología y en las disciplinas sociales, humanas y artísticas, el conocimiento, interpretación y solución de los problemas de la sociedad” se relaciona con el campo de interés o tema seleccionado en cuanto a fomentar el espíritu de investigación y desarrollo de nuevas tendencias que permitan generar cambios y diseños óptimos y productivos en beneficio de las personas y el ambiente, a partir de ciencias básicas de la ingeniería y tecnología. [10]
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1.4 OBJETIVOS
1.4.1 OBJETIVO GENERAL Diseñar un filtro de sepiolita para el tratamiento de aguas contaminadas con hidrocarburos para una estación de servicio de la zona norte de Cartagena.
1.4.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Caracterizar los efluentes producidos en una de las cinco estaciones de servicio de la zona norte de Cartagena.
Determinar parámetros de diseño del filtro de sepiolita acoplado a los vertimientos de una estación de servicio de la zona norte de Cartagena.
Evaluar la eficiencia de remoción de grasas de acuerdo al decreto 1594 de 1984 referente a los usos del agua y residuos líquidos en los vertimientos de una estación de servicio de la zona norte de Cartagena.
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2. MARCO REFERENCIAL
2.1 ANTECEDENTES
La empresa TOLSA que desde hace más de 50 años, extrae, investiga, desarrolla, fabrica y comercializa múltiples productos para el consumo doméstico e industrial, presenta el proyecto NEOADFOAM tiene como objetivo fundamental el desarrollo de una familia de aditivos multifuncionales respetuosos con el medio ambiente para espumas poliméricas. Estos aditivos están basados en la combinación de nanosepiolitas con otros elementos activos (bloqueadores de la radiación infrarroja y retardantes de llama fundamentalmente) que permiten mejorar el aislamiento térmico y comportamiento mecánico de las espumas incrementando, a su vez, las prestaciones ante el fuego. [11] Martínez R. & María de S. presentan una tesis sobre “Desarrollo de nuevos morteros resistentes al ataque biológico: empleo de sepiolita como material soporte de los biocidas” La sepiolita es un mineral arcilloso con una elevada capacidad de adsorción/absorción que se ha utilizado para retener sobre el un biocida. Dicho mineral con el biocida retenido se adiciona a un mortero de cal tradicional, de manera que el nuevo material presente propiedades similares a los morteros antiguos, pero evitando el crecimiento de microorganismos. Previo a la adición de la sepiolita al mortero, los autores realizaron dos estudios, uno sobre las transformaciones químicas producidas en el mineral que presenta una pureza del 78%, cuando se somete a tratamiento térmico; y otro sobre su estabilidad en medios básicos y neutros. Establecieron la influencia de la sepiolita en la velocidad de carbonatación del mortero y en la reologia del mismo, que unido a la determinación de la densidad, porosidad y resistencia a compresión en morteros con diferentes dosificaciones, permitieron definir la composición óptima del mortero. Posteriormente, realizaron ensayos sobre el comportamiento de los morteros en cámaras de gases y disoluciones agresivas, ensayos de hielo/deshielo y cristalización de sales. Una vez definidas las características y propiedades del mortero de cal con sepiolita, realizaron un ensayo de crecimiento de microorganismos sobre los mismos. El mortero final obtenido presento propiedades similares al material original, con la característica adicional de evitar el crecimiento de microorganismos, así como que el proceso de reparación sea reversible. [12] Moya J. & Pecharromán A., et al., en un análisis sobre la sepiolita comentan que en la actualidad el mayor "aprovechamiento" de estos depósitos, casi el 80% de lo que se extrae, va destinado directamente a aplicaciones como material absorbente, principalmente como camas de gatos, con un valor añadido muy bajo. El resto de la producción está empezando a comercializarse en otras aplicaciones de mayor valor añadido, tales como aditivos en la comida de animales, portadores de insecticidas y herbicidas, agentes decolorantes, aditivos, en el refinamiento de aceite, tratamiento de aguas residuales, eliminación de olores y en la industria del papel. [13]
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Andrade L., Covelo E.F., Vega F.A. [11] presentan un proyecto para evaluar la eficacia de las arcillas especiales para la remoción de metales pesados de aguas residuales, muestrearon y caracterizaron varios tipos de arcillas y las aguas de tres efluentes residuales industriales. Los componentes mayoritarios de las arcillas fueron: sepiolita: montmorillonita (76%); bentonita magnésica: vermiculita (74,4%); bentonita alumínica: esmectita (69,1%) y paligorskita (80%). Las aguas residuales se hicieron circular a través de lechos de cada una de las arcillas; manteniendo un tiempo de contacto de tres horas. Los autores analizaron el contenido de metales pesados disueltos en las aguas antes y después de pasar a través de cada lecho. Encontraron que la sepiolita y la bentonita magnésica son eficaces para reducir la concentración de metales pesados en aguas residuales industriales. Concluyen que la adsorción depende del pH, del contenido de metales y del contenido de sólidos en suspensión en las aguas. [14] 2.2 MARCO TEORICO El nombre sepiolita, procede de la palabra griega "sepia" por su similitud con el pseudoesqueleto de este cefalópodo. También se la conoce por "espuma de mar" por ser la única "piedra" que flota en el agua. En el siglo XVIII se empleó para fabricar pipas labradas en el centro de Europa. Por esa misma época, en España, se utilizaba como materia prima de la famosa porcelana del Buen Retiro, cuya fábrica fue destruida en 1808 durante la ocupación napoleónica para eliminar su competencia con la fábrica francesa de Sevres.
2.2.1 TRAMPA DE GRASAS La trampa de grasas o interceptor de grasas es un receptáculo ubicado entre las líneas de desagüe de la fuente o punto generador del residuo líquido y las alcantarillas, esta permite la separación y recolección de grasas y aceites del agua usada y evita que estos materiales ingresen a la red de alcantarillado público. Las grasas y aceites generan enormes trastornos al sistema de recolección de Aguas Servidas, razón por la cual los municipios exigen el acondicionamiento de las descargas de los lavaderos, lavaplatos u otros aparatos sanitarios instalados en restaurantes, cocinas de hoteles, hospitales y similares donde exista el peligro de introducir cantidad suficiente de grasa que afecte el buen funcionamiento de la red de Alcantarillado, de igual forma a locales que manejen aguas residuales de lavado de pisos, equipos y maquinarias, así como de las descargas de lavanderías de ropas. Las trampas de grasas retardan el flujo del agua procedente de los desagües, con lo que las grasas y el agua tienen tiempo para separarse. Al separarse las grasas flotan en la superficie mientras que otros sólidos más pesados se depositan en el fondo de la trampa en este caso en la sepiolita. El resto del agua pasa libremente por el alcantarillado de la ciudad.[15]
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En cuanto a los tipos de trampas de grasa: Las trampas de grasa presentan diferentes configuraciones, dependiendo del uso y la capacidad de este dispositivo, a continuación se presenta los diferentes tipos de trampas que hay actualmente en el mercado. Interceptor de grasa hidromecánico: Se trata de unidades fabricadas en acero, ubicadas predominantemente en interiores en un lugar centralizado en las proximidades de los accesorios servidos o en el punto de uso del punto de descarga. Son de tamaño relativamente compacto y utilizan la acción de flujo hidráulico, el desbloqueo interno, el arrastre de aire y una diferencia en gravedad específica entre el agua y GAR (grasas, aceites y residuos de alimentos) para la separación y retención del flujo de residuos de fijación.
I. Ubicación relativa. Pueden ubicarse sobre el nivel del terreno, usualmente sobre el piso terminado.
II. Ubicación bajo tierra. Pueden instalarse bajo tierra, sobre todo cuando se trata de construcciones nuevas o remodelaciones mayores, en las que el costo de excavar y tapar sea justificado. Esto usualmente lo definen entre el ingeniero mecánico, el arquitecto y el propietario, no habiendo ninguna diferencia operativa, desde el punto de vista de remoción de grasa, si se sigue o no esta alternativa.
Interceptor de grasa por gravedad: Estas unidades utilizan esencialmente el flujo por gravedad y el tiempo de retención como medio primario para separar los GAR de la corriente de desechos de la instalación antes de que entre en el sistema de drenaje municipal.
Dispositivo de eliminación de grasa: Cualquier interceptor hidráulico mecánico de grasa que elimine mecánicamente y automáticamente las grasas, aceites y residuos de alimentos (GAR) del interceptor, cuyo control es automático o manual, son denominados Dispositivos de eliminación de grasa.[16]
La particularidad de la estructura de la sepiolita es que los tetraedros de sílice alternan su orientación a ambos lados de la capa tetraédrica en grupos de seis pares de tetraedros. Por una parte, este hecho crea una diferencia respecto a la estructura típica de los filosilicatos y la asemeja a la disposición de las cadenas anfibólicas; por otra parte, crea amplios canales que le dotan de su gran capacidad absorbente y escasa densidad (2 g/cm3). [17] La ecuación para determinar la capacidad de absorción de la sepiolita es la siguiente
(Ecuación 1.)
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 =𝑃𝑠𝑎𝑡 − 𝑃𝑆𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑆𝑒𝑐𝑜∗ 100
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Dónde:
𝑃𝑠𝑎𝑡 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑝𝑖𝑜𝑙𝑖𝑡𝑎 𝑖𝑚𝑝𝑟𝑒𝑔𝑛𝑎𝑑𝑎 𝑐𝑜𝑛 𝑎𝑔𝑢𝑎 𝑦 𝑎𝑐𝑒𝑖𝑡𝑒.
𝑃𝑠𝑒𝑐𝑎 = 𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑒𝑝𝑖𝑜𝑙𝑖𝑡𝑎 𝑠𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑑𝑎 [18]
Los aceites residuales generados representan más del 60% de los aceites lubricantes consumidos. Esto hace que los aceites usados sean uno de los residuos contaminantes más abundantes que se generan actualmente, pudiendo alcanzarse la cifra de 24 millones de Ton/año. [4]
Los lubricantes se contaminan durante su utilización con productos orgánicos de oxidación y otras materias tales como carbón, producto del desgaste de los metales y otros sólidos, lo que reduce su calidad. Cuando la cantidad de estos contaminantes es excesiva el lubricante ya no cumple lo que de él se demandaba y debe ser reemplazado por otro nuevo. Estos son los llamados Aceites Usados, de Desecho o Residuales y deben ser recogidos y reciclados para evitar la contaminación del medio ambiente y para preservar los recursos naturales.
Los aceites usados se están eliminando por procedimientos tales como el vertido en terrenos y cauces de agua o la combustión indiscriminada que no aprovechan su auténtico valor potencial, produciendo, por el contrario, peligrosas contaminaciones.
Los aceites usados vertidos en suelos producen la destrucción del humus y contaminación de aguas superficiales y subterráneas. La eliminación por vertido de los aceites usados origina graves problemas de contaminación de tierras, ríos y mares. En efecto, los hidrocarburos saturados que contiene el aceite usado no son degradables [4]
La sepiolita es una arcilla natural e inerte, cuya composición química corresponde a un silicato magnésico hidratado. Los yacimientos de sepiolita son bastantes escasos en el mundo, siendo España el principal productor. SEPIOLSA, cuenta con excepcionales yacimientos de sepiolita en la zona de Madrid-Toledo.
La particular estructura de la sepiolita es la responsable de sus propiedades absorbentes y ecológicas. Las propiedades absorbentes se deben a su estructura porosa que dan lugar a una elevada superficie específica (350 g/m 2). Esto se traduce en una gran capacidad de absorción de líquidos, con la ventaja añadida de retener olores. Las propiedades ecológicas, debidas a sus partículas aciculares, permiten obtener suspensiones de media-alta viscosidad.
El mineral extraído de forma selectiva, es sometido a un proceso de trituración, secado y clasificado para, finalmente, ser envasado en diferentes formatos y presentaciones acordes al destino final del producto. [19]
Actualmente se presenta la problemática de derrames de hidrocarburos en los ecosistemas, tanto terrestres como acuáticos, en cuanto a los métodos para
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evitar que estos derrames lleguen al medio ambiente no se ha indagado demasiado. La sepiolita proporciona un método eficaz gracias a su capacidad de absorción, y esto depende del tamaño de su granulado. Cuando más pequeño sea el tamaño de granulado de la sepiolita mayor capacidad de absorción tiene; se esparce más y entra en contacto con el derrame en mayor medida. Se convierte así en un material muy útil cuando se producen fugas y derrames.
Este material tiene múltiples usos; uno de los principales es en las labores de limpieza, sobre todo en el caso de derrames de aceites, lubricantes hidrocarburos y materiales de este tipo cuya absorción resulta complicada. También ha sido utilizada, con muy buenos resultados en la recogida de petróleo en caso de derrames. Además el uso de la sepiolita en estos casos causa efectos mínimos en el medio ambiente y la fauna marina y costera. Otro sector en el que se usa de manera muy positiva es en el de las empresas relacionadas con el sacrificio de animales y de basuras puesto que además de impedir la fermentación bacteriana, ayuda a evitar los malos olores.
2.2.2 DINAMICA DE FLUIDOS
La dinámica de fluidos estudia los fluidos en movimiento y es una de las ramas más complejas de la mecánica. Aunque cada gota de fluido cumple con las leyes del movimiento de Newton las ecuaciones que describen el movimiento del fluido pueden ser extremadamente complejas. En muchos casos prácticos, sin embargo el comportamiento del fluido se puede representar por modelos ideales sencillos que permiten un análisis detallado.
La trayectoria descrita por un elemento de fluido en movimiento se llama línea de flujo. La velocidad del elemento varía en magnitud y dirección a lo largo de su línea de flujo. Si cada elemento que pasa por un punto dado sigue la misma línea de flujo que los elementos precedentes se dice que el flujo es estable o estacionario. Un flujo puede empezar no estacionario y hacerse estacionario con el tiempo. En un flujo estacionario la velocidad en cada punto del espacio permanece constante en el tiempo aunque la velocidad de la partícula puede cambiar al moverse de un punto a otro.
La línea de corriente: curva, cuya tangente en un punto cualquiera tiene la dirección de la velocidad del fluido en ese punto. En el régimen estacionario las líneas de corriente coinciden con las líneas de flujo. Todas las líneas de corriente que pasan por el contorno de un elemento del fluido de área S (ver figura 1.) rodean un tubo denominado tubo de flujo o tubo de corriente. En virtud de la definición de línea de corriente el fluido no puede atravesar las paredes de un tubo de flujo y en régimen estacionario no puede haber mezcla de fluidos de dos tubos diferentes.
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Figura 1 - Líneas rodean un tubo denominado tubo de flujo o tubo de corriente.
Se llama flujo laminar al tipo de movimiento de un fluido cuando éste es perfectamente ordenado, estratificado, suave, de manera que el fluido se mueve en láminas paralelas sin entremezclarse (Figura 2). Las capas adyacentes del fluido se deslizan suavemente entre sí. El mecanismo de transporte es exclusivamente molecular. Se dice que este flujo es aerodinámico. Ocurre a velocidades relativamente bajas o viscosidades altas como veremos.
Se llama flujo turbulento cuando se hace más irregular, caótico e impredecible, las partículas se mueven desordenadamente y las trayectorias de las partículas se encuentran formando pequeños remolinos aperiódicos (Figura 3). Aparece a velocidades altas o cuando aparecen obstáculos abruptos en el movimiento del fluido.
Figura 2 - Representación flujo laminar Figura 3 - Flujo turbulento[20]
2.3 MARCO LEGAL Para efectos de esta investigación se obtuvo la siguiente normativa:
Acatando los lineamientos del artículo 4o. del Decreto 2190 de 1995, en concordancia con el artículo 14 de la Ley 99 de 1993, el Consejo Nacional Ambiental aprobó el Plan Nacional de Contingencia contra derrames de Hidrocarburos, Derivados y Sustancias Nocivas en aguas marinas, fluviales y lacustres, según constancia del Viceministro del Medio Ambiente y Secretario
22
Técnico del Consejo Nacional Ambiental de fecha 27 de julio de 1996; Que según el artículo 4o. del Decreto 2190 de 1995, el Plan Nacional de Contingencia contra derrames de Hidrocarburos Derivados y Sustancias Nocivas en aguas marinas, fluviales y lacustres será adoptado por medio de decreto del Gobierno Nacional
ARTICULO 1o. Adoptase el Plan Nacional de Contingencia contra derrames de Hidrocarburos, Derivados y Sustancias Nocivas en aguas marinas, fluviales y lacustres, aprobado mediante Acta número 009 del 5 de junio de 1998 del Comité Nacional para la Prevención y Atención de Desastres, y por el Consejo Nacional Ambiental, cuyo texto se integra como anexo del presente decreto.
ARTICULO 2o. El objeto general del Plan Nacional de Contingencia contra derrames de Hidrocarburos, Derivados y Sustancias Nocivas en aguas marinas, fluviales y lacustres que será conocido con las siglas -PNC- es servir de instrumento rector del diseño y realización de actividades dirigidas a prevenir, mitigar y corregir los daños que éstos puedan ocasionar, y dotar al Sistema Nacional para la Prevención y Atención de Desastres de una herramienta estratégica, operativa e informática que permita coordinar la prevención, el control y el combate por parte de los sectores público y privado nacional, de los efectos nocivos provenientes de derrames de hidrocarburos, derivados y sustancias nocivas en el territorio nacional, buscando que estas emergencias se atiendan bajo criterios unificados y coordinados. ARTICULO 3o. Son objetivos específicos del PNC: 1. Definir las bases jurídicas e institucionales de Cooperación Internacional, de organización, con un plan estratégico general de activación de responsabilidades de las entidades públicas y privadas existentes en el país, aplicables a distintos aspectos de un derrame de hidrocarburos, derivados y sustancias nocivas en medio marino, lacustre y fluvial. ARTICULO 4o. Cuando las circunstancias lo ameriten el PNC podrá ser actualizado por la Dirección Nacional para la Prevención y Atención de Desastres - DNPAD - a través del Comité Técnico Nacional del Plan Nacional de Contingencia contra Derrames de Hidrocarburos, derivados y Sustancias Nocivas en aguas marinas, fluviales y lacustres, quien lo someterá a consideración y aprobación del Comité Nacional para la Atención y Prevención de Desastres y al Consejo Nacional Ambiental. [21] Se controlan principalmente los Óxidos de Azufre (So), los Óxidos de Nitrógeno (No) y el material particulado (MP).
23
2.4 MARCO CONCEPTUAL
SEPIOLITA: La sepiolita por sus características es un absorbente perteneciente al grupo de los llamados filosilicatos (subclase de los silicatos) de origen sedimentario. Su nombre proviene de la palabra “sepia” por ser similar a los huesos de este cefalópodo. Es un mineral fibroso con estructura laminar.
ADSORCIÓN: El fenómeno de absorción es el proceso por el cual átomos o moléculas de una sustancia que se encuentra en determinada fase, son retenidos en la superficie de otra sustancia, que se encuentra en otra fase. Como resultado de este proceso, se forma una capa de líquido o gas en la superficie de una sustancia sólida o líquida. [22] ABSORCIÓN: La absorción es una operación química que trata la separación de los componentes que conforman una mezcla gaseosa, ayudándose de un solvente en estado líquido, con el que conseguirá formar una solución. El proceso incluye una difusión molecular o un paso de masa del soluto a través del gas. [23] BIORREMEDIACION: Se define como el empleo de organismos vivos para eliminar o neutralizar contaminantes del suelo o del agua. En los procesos de biorremediación generalmente se emplean mezclas de microorganismos, aunque algunos se basan en la introducción de cepas definidas de bacterias u hongos. [24] ACEITES LUBRICANTES: Los aceites minerales proceden del Petróleo, y son elaborados del mismo después de múltiples procesos en sus plantas de producción, en las Refinarías. El petróleo bruto tiene diferentes componentes que lo hace indicado para distintos tipos de producto final, siendo el más adecuado para obtener Aceites el Crudo Parafínico. [25]
GASOLINA: La gasolina es una mezcla de hidrocarburos líquidos, inflamables y volátiles logrados tras la destilación del petróleo crudo.[26] DIESEL: El gasoil es un aceite pesado elaborado, como la gasolina sin plomo, a base de petróleo e hidrocarburos [27] CONTAMINACIÓN: La Contaminación se denomina a la presencia en el ambiente de cualquier agente químico, físico o biológico nocivos para la salud o el bienestar de la población, de la vida animal o vegetal. Esta degradación del medio ambiente por un contaminante externo puede provocar daños en la vida cotidiana del ser humano y alterar las condiciones de supervivencia de la flora y la fauna. [28]
ESTACIONES DE SERVICIO: Las estaciones de servicio, son instalaciones encargadas de adquirir, almacenar y distribuir combustibles, cumpliendo con las normas existentes para tal fin. Colombia cuenta con una red nacional de gas
24
natural que abastece las principales ciudades del país, con un gasoducto que une las zonas de producción con las de consumo.
DISEÑO: diseño se refiere a un boceto, bosquejo esquema que se realiza, ya sea mentalmente o en un soporte material, antes de concretar la producción de algo. [29] DISEÑO TÉCNICO: El diseño técnico trata de prestar atención a cómo están diseñados los materiales desde una perspectiva estética o tecnológica, si la elección del medio justifica el costo, calidad del material respecto al precio, etc. [30]
25
3. DISEÑO METODOLÓGICO
3.1 TIPO DE INVESTIGACIÓN La presente Investigación es aplicada. Según Murillo (2008), la investigación aplicada recibe el nombre de “investigación práctica o empírica”, que se caracteriza porque busca la aplicación o utilización de los conocimientos adquiridos, a la vez que se adquieren otros, después de implementar y sistematizar la práctica basada en investigación. El uso del conocimiento y los resultados de investigación que da como resultado una forma rigurosa, organizada y sistemática de conocer la realidad. [31] 3.2 DISEÑO ADOPTADO El presente proyecto se fundamenta en el diseño experimental, ya que, pretende controlar y observar variables como la porosidad y la absorción de la sepiolita que permitan enfocar la investigación. Según Hernández Sampieri el diseño experimental tiene al menos dos acepciones, una general y otra particular. La general se refiere a “elegir o realizar una acción” y después observar las consecuencias, Los experimentos manipulan tratamientos, estímulos, influencias o intervenciones (denominadas variables independientes) para observar sus efectos sobre otras variables (las dependientes) en una situación de control. 3.3 ENFOQUE ADOPTADO El enfoque del proyecto es cuantitativo. Según Hernández Sampieri la investigación cuantitativa es aquella que usa la recolección de datos para probar hipótesis, con base en la medición numérica y el análisis estadístico, para establecer patrones de comportamiento y probar teorías.[32] El enfoque cuantitativo (que representa, un conjunto de procesos) es secuencial y probatorio. Cada etapa precede a la siguiente y no podemos “brincar” o eludir pasos. El orden es riguroso, aunque desde luego, podemos redefinir alguna fase. Parte de una idea que va acotándose y, una vez delimitada, se derivan objetivos y preguntas de investigación, se revisa la literatura y se construye un marco o una perspectiva teórica. De las preguntas se establecen hipótesis y determinan variables; se traza un plan para probarlas (diseño); se miden las variables en un determinado contexto; se analizan las mediciones obtenidas utilizando métodos estadísticos, y se extrae una serie de conclusiones respecto de la o las hipótesis.
3.4 TÉCNICAS DE RECOLECCIÓN DE LA INFORMACIÓN.
26
3.4.1 FUENTES PRIMARIAS. Las fuentes primarias abarcaron la observación y la comunicación directa con personal que labora en estaciones de servicio y otras entidades ambientales del Distrito, que hacen referencia a la contaminación en la Bahía producida por efluentes.
3.4.2 FUENTES SECUNDARIAS. Las técnicas de recolección secundarias que se emplearon son la revisión de archivos relacionados al diseño técnico del filtro implican alto riesgo a la integridad ambiental de la zona. Se dispuso de revisión bibliográfica de Scopus por la revista Materiales de construcción, publicaciones hechas por entes gubernamentales, datos comerciales, datos internacionales. La información se recolectó a través de análisis en laboratorios. Del mismo modo, se tomó nota de los conocimientos, experiencia y habilidades de empresas que han trabajado con sepiolita de modo que sirva como complemento de la información plasmada en los documentos del proceso. 3.5 HIPÓTESIS Ho. Los filtros de sepiolita son absorbentes de los lubricantes derramados en las aguas residuales en las estaciones de servicio de la zona norte de Cartagena. Ha.- Los filtros de sepiolita no permiten la absorbencia de los lubricantes derramados en aguas residuales en las estaciones de servicio de la zona norte de Cartagena. 3.6 VARIABLES
3.6.1 DEPENDIENTES
Poder de Absorción
Nivel de saturación
Tensión superficial
Porosidad 3.6.2 INDEPENDIENTES
Temperatura
pH
Viscosidad
27
OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES
VARIABLES DEFINICIÓN DIMENSIÓN INDICADORES
PODER DE ABSORCION
Capacidad que presenta un volumen un
compuesto de atraer una sustancia.
Es la energía absorbida por unidad por unidad de tiempo
y la energía incidente. [33]
%
NIVEL DE SATURACIÓN
Se define como el grado de
congestión que presenta un
material
Es la concentración de una disolución
insaturada con más soluto.
%
TENSIÓN SUPERFICIAL
Las moléculas de un líquido se
atraen entre sí, de ahí que el líquido
esté "cohesionado".
Cuando hay una superficie, las moléculas que
están justo debajo de la superficie sienten fuerzas hacia los lados,
horizontalmente, y hacia abajo, pero no hacia arriba, porque no hay
moléculas encima de la
superficie.[34]
Es la relación entre fuerza que hace la superficie, dividida por la longitud del
borde de esa superficie.[34]
(N/m)
ABSORCIÓN La absorción es
una operación de separación en la
Establece una relación entre las
cantidades de soluto %
28
que se busca la separación de un
componente (absorbible)
disuelto en una corriente, gas o
líquida, por retención.
disuelto en determinada cantidad
de solvente.
TEMPERATURA
La Temperatura es una propiedad de
la materia que está relacionada con la sensación
de calor o frío que se siente en contacto con
ella.[35]
Temperatura °C
PH
El pH es una unidad de medida
que sirve para establecer el nivel
de acidez o alcalinidad de una
sustancia. [36]
Se expresa como el logaritmo negativo de
base de 10 en la actividad de iones de
hidrógeno. [36]
Adimensional
POROSIDAD
La porosidad química es la
capacidad que tienen
determinados materiales de
absorber o dejar pasar a través de
sí ciertas sustancias en fase líquida o gaseosa,
por medio de espacios vacíos presentes en su estructura. [37]
Al hacer referencia a la porosidad másica se determina la habilidad de una sustancia de absorber agua. [37]
%
3.7 PROCESAMIENTO DE LA INFORMACIÓN
29
Finalmente el diseño gráfico del filtro se realizó mediante Google sketchup, teniendo en cuenta el sentido y la cantidad de capas de sepiolita necesarias para un absorción eficaz del hidrocarburo. Se diseñaron perfiles distintos del filtro para ver con mayor objetividad la concepción del filtro. En cuanto a la recopilación de la información para los análisis de laboratorio fueron organizados en bases de datos en Excel que facilitó el desarrollo del estudio y la organización de la información presentada. El análisis de datos realizados al agua de mar y a la sepiolita pudo reflejar a través de gráficos y tablas bivalentes el resultado de la experimentación realizada a nivel de laboratorio.
30
4. RESULTADOS
Toma de muestras: Para determinar el lugar con mayor impacto ambiental se tuvieron en cuenta cinco lugares ubicados geográficamente. La zona norte de Cartagena tiene cinco estaciones de servicio ubicadas en zonas aledañas a la bahía, específicamente dos en el sector de Crespo y tres en Bocagrande lo cual genera un impacto ambiental importante, considerando la estación de servicio de la bodeguita (Avenida Blas de Lezo, Cartagena, Bolívar) el lugar con mayor grado de contaminación. (Figura 4)
Figura. 4. Ubicación del muelle de la bodeguita. Imagen tomada de Google maps.
4.1. PARAMETROS DE ESTUDIO Los análisis se realizaron por medio de pruebas en el laboratorio de la universidad de San Buenaventura.
PH: se midió la muestra en cada punto del experimento para ver si la sepiolita tenía incidencia en el agua de mar a tratar y se procedió a medir con un pHmetro a 29 °C, generando como resultado los datos reflejados en tabla 1 y 2.
Densidad: Para esta prueba se utilizó un picnómetro a 29 °C tomando el peso de la muestra antes de pasar el agua de mar por el filtro de sepiolita con el fin de caracterizar el agua y luego de pasado el agua por el filtro, contrastar el resultado con el blanco.
Destilado: se empleó un sistema de destilación inicialmente para separar el agua del aceite, en ella se cuantifico el peso de destilado, cuyo propósito fue comprobar la cantidad de aceite destilado en el blanco.
4.1.2. CARACTERIZACION DEL MATERIAL
Para caracterización del material se tomó una muestra de 1L de agua de mar procedente de la bahía a la que se denominó blanco. Se realizaron análisis de pH por medio de un phmetro Ohouse, densidad por medio de un picnómetro y peso destilado. En cuanto a este último, el valor del peso destilado fue despreciable por tal motivo se le agrego 1ml de aceite de motor 20W50.
31
Tabla 1- Análisis de la muestra inicial, previa a la filtración
Muestra PH Afluente
Densidad Peso más aceite Peso destilado
Blanco 7.86 1,0006 g/ml 1,274 kg
M1 7.86 1.0511 g/ml 1,312 kg 0,038kg
M2 7.86 1.0499 g/ml 1,312 kg 0,038 kg
M3 7.86 1.0571 g/ml 1,312 kg 0,038 kg
M4 7.86 1.0563 g/ml 1,312 kg 0,038 kg
4.1.3. RESULTADOS DE LA ABSORCIÓN
El prototipo fue diseñado con un total de cuatro rejillas de desbaste o paneles por los cuales se pasó cada una las muestras panel por panel, es decir la muestra 1 solo paso por el desbaste 1 que tiene 0,1Kg de sepiolita, la muestra 2 paso por el desbaste 2 que tiene 0,15 Kg de sepiolita y así sucesivamente hasta el desbaste cuatro que tiene 0,25 Kg de sepiolita. Se tomó inicialmente esa cantidad de sepiolita como punto de partida para denotar la cantidad de aceite que podría absorber la sepiolita y que se varió gradualmente para obtener mayor eficiencia.
Tabla 2- Análisis de la muestra inicial, posterior a la filtración
Rejillas de
desbaste o paneles
Cantidad de
sepiolita
Efluente (producido de la filtración) Peso absorbido
Peso de sepiolita saturada
PH Picnómetro
Peso (producto
de la filtración)
Desbaste 1
0.1 kg 7.87 0.9998 g/ml 1,049.6 kg 0,2624 Kg 0,1211 Kg
Desbaste 2
0.15 kg 7.86 0.9997 g/ml 0,787.2 kg 0,5248 Kg 0,2111 kg
Desbaste 3
0.2 kg 7.86 0.9998 g/ml 0,577.28 kg 0,7347 Kg 0,3121 kg
Desbaste 4
0.25 kg 7.86 0.9997 g/ml 0,406.72 kg 0.9052 Kg 0,4233 Kg
32
Basado en la ecuación (1). El porcentaje de absorción de la sepiolita es:
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛1 =0,1211 − 0,1 𝑘𝑔
0,1 𝑘𝑔∗ 100 = 21,1%
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛2 =0,2111 − 0,15 𝑘𝑔
0,15 𝑘𝑔∗ 100 = 40,7 %
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛3 =0,3121 − 0,2 𝑘𝑔
0,2 𝑘𝑔∗ 100 = 56,05 %
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛4 =0,4233 − 0,25 𝑘𝑔
0,25 𝑘𝑔∗ 100 = 69,32 %
La figura 5 presenta los distintos resultados de la cuantificación del agua tratada, para las muestras obtenidas después de la absorción.
Figura 5 - Peso destilado vs cantidad de sepiolita
Los resultados obtenidos en la figura 1, muestran la capacidad de absorción de la sepiolita. La cantidad de mineral en cada rejilla del filtro es directamente proporcional al poder de absorción. En la medida que se adicionan al filtro más número de rejillas de desbaste, habrá más retención de lubricante.
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
1 2 3 4
Can
tid
ad d
e S
ep
iolit
a (K
g)
Peso (Kg)
Peso VS Cantidad de sepiolita
33
4.2. DISEÑO DEL FILTRO El prototipo de experimentación realizado en el laboratorio, se diseñó con el fin de comprobar la absorción de la sepiolita y fue diseñado con polietileno (PE) de alta densidad tanto la carcasa como los paneles, teniendo en cuenta que la carcasa tenía capacidad de cinco litros y las medidas del panel fueron las siguientes: Largo: 13 cm Ancho: 1 cm Alto: 42,5 cm Para el diseño del filtro se consideraron los siguientes factores: Cantidad de sepiolita: La cantidad de sepiolita a utilizada en el prototipo se calculó teniendo en cuenta el caudal de la carcasa que fue de cinco litros, obteniendo cálculos basados para 1L de agua y 1L de aceite se necesita una cantidad de 4,5 kg de sepiolita divididos en cada panel, cuya relación es sustentada en la experimentación ya que esta fue la cantidad de sepiolita que menos cantidad de grasa cuantifico. Además, se puede calcular el la cantidad de cada sepiolita en el panel por medio de la (ecuación 1.)
𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖𝑜𝑛 =𝑃𝑠𝑎𝑡 − 𝑃𝑆𝑒𝑐𝑜
𝑃𝑆𝑒𝑐𝑜∗ 100
Tamaño de la carcasa del filtro: Las medidas de diseño se escogieron teniendo en cuenta el tamaño total de la carcasa a la hora de instalarla en rejillas de desbaste de las mismas estaciones de servicio. Debido a que el diseño del filtro debía ser ajustado a las condiciones y tamaños de la canaleta que se encuentra en la estación de servicio. Para efectos de implementación directa a una estación de servicio, se manejó un caudal de 20L puesto que es una es recomendable utilizar las siguientes medidas: Medidas de la carcasa del filtro: La carcasa es la caja que soporta los paneles y cuyo diseño presenta los conductos de afluente y efluente. Sus dimensiones son: Largo: 60,0 cm Ancho: 30,0 cm Alto: 24,30 cm Tamaño de los paneles: Basados en la experimentación es recomendable que el panel mida el largo y ancho de la carcasa, dejando el ancho del panel al requerimiento del caudal que se desee tratar.
34
Medidas del panel Largo: 5 cm Ancho: 30,0 cm Alto: 24,30 cm
Imagen 1- Carcasa del filtro de sepiolita
Fuente: Los autores, 2018
Imagen 2- Partes de filtro de sepiolita
Fuente: Los autores, 2018
35
Imagen 3 - Carcasa del filtro de sepiolita sentido horizontal
Fuente: Los autores, 2018
36
CONCLUSIONES
Se logró diseñar un filtro de sepiolita para la eliminación de grasa de acuerdo a las condiciones físicas que presentaba la estación de servicio de la zona norte de Cartagena.
Así mismo se caracterizó el efluente producido en una de las cinco estaciones de servicio de la zona norte de Cartagena. Por medio de análisis de laboratorio con el fin de cuantificar el estado del efluente.
Posterior al tratamiento con sepiolita de aguas contaminadas con hidrocarburos para una estación de servicio de la zona norte de Cartagena, se puede concluir:
Se cumplió la hipótesis nula (Ho), en donde los filtros de sepiolita son absorbentes de los lubricantes encontrados en las aguas residuales en las estaciones de servicio de la zona norte de Cartagena.
La absorción de la sepiolita resulta ser una herramienta pertinente para minimizar los riesgos presentes en derrames de hidrocarburos, lo cual contribuye a minimizar el impacto producido por ellos en los cuerpos de agua.
La porosidad de la sepiolita es una variable a tener en cuenta al momento de realizar el filtrado debido a la naturaleza arenosa de la misma, es decir, solidos suspendidos que se desprenden al contacto con el agua y pueden formar lodos.
Se logró identificar las estaciones de servicio en la zona norte de la ciudad de Cartagena que presentaban contaminación con hidrocarburos en sus efluentes.
Se observa que es necesario crear una legislación en Colombia que controle las operaciones de las estaciones de servicio promoviendo la seguridad de los procesos de lavado y engrasado de dichas estaciones de servicio en varias ciudades del país, ya que solo existen leyes básicas de vertido de agua contaminadas con hidrocarburos.
Se determinaron los parámetros de diseño del filtro de sepiolita acoplado a los vertimientos de una estación de servicio de la zona norte de Cartagena.
En cuanto a la ley de remoción de grasas de acuerdo al decreto 1594 de 1984 que decreta que todo vertimiento a un cuerpo de agua deberá cumplir las siguientes normas:
pH: 5 a 9 unidades.
Grasas y aceites: Remoción > 80% en carga.
Solidos suspendidos, domésticos o industriales: Remoción (50 – 80) % en carga.
Con el prototipo utilizado para este proyecto se logró cumplir con el decreto en cuanto al requerimiento de pH pero evidentemente hubo una desviación en cuanto a grasas, aceites aproximadamente del 10% y solidos suspendidos.
37
RECOMENDACIONES
La sepiolita como absorbente realiza un trabajo eficiente, sin embargo, el mineral presenta sólidos que se desprenden fácilmente al momento de entrar en contacto con el agua, debido a la porosidad del material, por lo cual es necesario realizar una filtración posterior al efluente.
Se puede complementar el tratamiento, después de pasar la muestra por el filtro, con otras operaciones como:
Rejillas de desbaste
Panel de continuidad
Sedimentador
Filtro de arena
Las estaciones de servicio de Cartagena deben llevar un minucioso registro y seguimiento para identificar y minimizar los riesgos presentes. Así mismo, se debe realizar un continuo control y mantenimiento a los instrumentos de control y al estado del agua que es vertida a la bahía, para evitar que surjan nuevos impactos al ecosistema.
Para efectos de implementación directa en los centros de servicio, se sugiere como material el Acero inoxidable AISI 316L, por su resistencia a la corrosión. Los aceros inoxidables son aleaciones de hierro con un mínimo de un 10,5% de cromo. Sus características se obtienen mediante la formación de una película adherente e invisible de óxido de cromo. La aleación 316 es un acero inoxidable austenítico de uso general con una estructura cúbica de caras centradas. Es esencialmente no magnético en estado recocido y sólo puede endurecerse en frío. Se añade molibdeno para aumentar la resistencia a la corrosión especialmente en entornos que contienen cloruros. El bajo contenido en carbono de la aleación 316L otorga una mejor resistencia a la corrosión en estructuras soldadas. [38]
38
REFERENCIAS
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GLOSARIO FOTOGRAFICO
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IMÁGENES DE LA ESTACION DE SERVICIO Y BAHIA
Foto 1- Zona de lavado de automotores.
Foto 2- Parqueo de lanchas en el muelle de la bodeguita.
F
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Foto 3- Sistema de destilacion
Foto 4- Prueba del filtro
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