diseÑo y simulaciÓn de un sistema de tratamiento …

I

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

“DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES PARA UNA PYMES DE TIPO

METALMECÁNICA”

AUTORA:

CARLA DANUTA CAMPUZANO LASSO

DIRECTORA DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

DRA. SANDRA MIRELLA DEL CONSUELO RONQUILLO CASTRO

GUAYAQUIL –ECUADOR

SEPTIEMBRE 2019

II


“DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES PARA UNA PYMES DE TIPO

METALMECÁNICA”

AUTORA:

CARLA DANUTA CAMPUZANO LASSO

DIRECTORA DEL TRABAJO DE TITULACIÓN

DRA. SANDRA MIRELLA DEL CONSUELO RONQUILLO CASTRO

GUAYAQUIL –ECUADOR

SEPTIEMBRE 2019

iii

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

FICHA DE REGISTRO DE TESIS / TRABAJO DE GRADUACIÓN TÍTULO Y SUBTÍTULO DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES PARA UNA PYMES DE TIPO METALMECÁNICA

AUTORES: CAMPUZANO LASSO CARLA DANUTA

REVISOR/TUTOR: DRA RONQUILLO CASTRO SANDRA MIRELLA DEL CONSUELO

INSTITUCIÓN: UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

UNIDAD/FACULTAD: FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

MAESTRÍA/ESPECIALIDAD: CARRERA DE INGENIERIA QUIMICA

GRADO OBTENIDO: INGENIERO QUIMICO

FECHA DE PUBLICACIÓN: No. DE PÁGINAS 128

ÁREAS TEMÁTICAS: CIENCIAS DE LA TIERRA, HIDROLOGÍA RESUMEN

El presente estudio se realizó buscando colaborar con las PYMES que desarrollan procesos metalmecánicos cuyos efluentes están contaminados con metales pesados que son parte de su proceso de producción. Reconociendo las limitaciones de una pyme, y la importancia de disminuir la contaminación que producen, se diseña un sistema de tratamiento de aguas residuales capaz de remover Cr+6 en sus efluentes utilizando un método sencillo y de bajo costo que se pueda replicar, pero optimizando sus recursos. Para esto se diseña un sistema de tratamiento de aguas residuales que consta de tres fases consecutivas realizadas en un mismo tanque reactor y utilizando las reacciones químicas que ocurren durante el tratamiento físico químico del agua se desarrolla un modelo matemático capaz de predecir la dosis adecuada de reactivos necesarios para que se reduzca la contaminación evitando un desperdicio de insumos, recursos y disminuyendo el volumen de lodos. Para la simulación se utilizó lenguaje de programación VBA creando una interfaz didáctica que permita al usuario obtener la dosis de químico a usar de manera automática. Se realizó la validación a través de una muestra compuesta obtenida de pruebas experimentales que tomó datos del modelo matemático y la simulación. Se obtuvo un porcentaje de remoción de Cr+6 del 99,97% pasando de 849mg/L a 0,23 mg/L logrando cumplir con la norma ambiental vigente y con los objetivos de este estudio. Palabras clave: metales pesados, cromo hexavalente, simulación, pymes, reducción, precipitación química

ADJUNTO PDF: SI NO

CONTACTO CON AUTOR: TELÉFONO: 0996780196 EMAIL:[email protected]

CONTACTO CON LA INSTITUCIÓN

NOMBRE: Universidad de Guayaquil - Facultad de Ingeniería Química

TELÉFONO: 042-292949

EMAIL: www.fiq.ug.edu.ec

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA

iv

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIRÍA QUÍMICA

Habiendo sido nombrado ING. GONZALO IVAN VILLA MANOSALVAS, MSC tutor revisor

del trabajo de titulación “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE

AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES PARA UNA PYMES DE TIPO METALMECÁNICA”

certifico que el presente trabajo de titulación elaborado por CARLA DANUTA

CAMPUZANO LASSO, con C.C. 0923377964 con mi respectiva supervisión como

requerimiento parcial para la obtención del título de INGENIERO QUÍMICO ha sido

REVISADO y APROBADO en todas sus partes, encontrándose apto para su sustentación.

ING. GONZALO IVAN VILLA MANOSALVAS, MSC TUTOR REVISOR

CERTIFICADO DEL TUTOR REVISOR

v

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA

Por medio de la presente certifico que los contenidos en este trabajo de titulación son

de absoluta propiedad, y responsabilidad de CARLA DANUTA CAMPUZANO LASSO, con

CI. 0923377964 cuyo título es “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES INDUSTRIALES PARA UNA PYMES DE TIPO

METALMECÁNICA” Y SEGÚN EL Art. 114 del CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA

SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS, CREATIVIDAD E INNOVACIÓN*, autorizo el uso de una

licencia gratuita intransferible y no exclusiva para el uso no comercial de la presente

obra con fines no académicos, en favor de la Universidad de Guayaquil, para que haga

uso del mismo, como fuera pertinente.

*CÓDIGO ORGÁNICO DE LA ECONOMÍA SOCIAL DE LOS CONOCIMIENTOS,

CREATIVIDAD E INNOVACIÓN (Registro Oficial n. 899 - Dic./2016) Artículo 114.- De los titulares

de derechos de obras creadas en las instituciones de educación superior y centros educativos.- En el

caso de las obras creadas en centros educativos, universidades, escuelas politécnicas, institutos

superiores técnicos, tecnológicos, pedagógicos, de artes y los conservatorios superiores, e institutos

públicos de investigación como resultado de su actividad académica o de investigación tales como

trabajos de titulación, proyectos de investigación o innovación, artículos académicos, u otros análogos,

sin perjuicio de que pueda existir relación de dependencia, la titularidad de los derechos patrimoniales

corresponderá a los autores. Sin embargo, el establecimiento tendrá una licencia gratuita, intransferible

y no exclusiva para el uso no comercial de la obra con fines académicos.

_____________________________________

CAMPUZANO LASSO CARLA DANUTA

C.C. No. 0923377964

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO COMERCIAL DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS

vi


Habiendo sido nombrada Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro, tutora del

trabajo de titulación, certifico que el presente trabajo de titulación ha sido elaborado

por Carla Danuta Campuzano Lasso con C.C.0923377964, con mi respectiva supervisión

como requerimiento parcial para la obtención del título de Ingeniero Químico.

Se informa que el trabajo de titulación: “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES PARA UNA PYMES DE TIPO METALMECÁNICA”,

ha sido orientado durante todo el periodo de ejecución en el programa antiplagio

Urkund quedando el 0 % de coincidencia.

https://secure.urkund.com/view/53397525-189117-469678

Dra. Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro Docente - Tutora c.c. 0910572866

CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD

https://secure.urkund.com/view/53397525-189117-469678

vii

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA

CARRERA DE INGENIRÍA QUÍMICA

Habiendo sido nombrada SANDRA MIRELLA DEL CONSUELO RONQUILLO CASTRO

tutora del trabajo de titulación, certifico que el presente proyecto ha sido elaborado por

CARLA DANUTA CAMPUZANO LASSO, con CI. 0923377964 con mi respectiva

supervisión como requerimiento parcial para la obtención del título de INGENIERO

QUÍMICO

Tema: “DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES INDUSTRIALES PARA UNA PYMES DE TIPO METALMECÁNICA”

Certifico que he revisado y aprobado en todas partes, encontrándose apto para su

sustentación.

Dra. Sandra Mirella del Consuelo Ronquillo Castro Docente - Tutora C.C 0910572866

CERTIFICADO DEL TUTOR

viii

A mi querido sobrino Joaquín

el motivo de mis más bellas sonrisas.

DEDICATORIA

ix

A Dios sobre todas las cosas,

pues solamente Él es capaz de hacer posible lo imposible

A mi hermosa familia por apoyarme siempre

A mi querida tutora, la Dra. Sandrita Ronquillo

por sus buenos consejos y su guía durante este proceso;

espero algún día ser merecedora de todo el apoyo que me brindó

Al Ing. Gonzalo Villa por compartir conmigo su vasto conocimiento.

A todos los profesores que tuve a lo largo de mi carrera,

de manera muy especial al Ing. Mario Aguilera, a la Ing. Arianna Dick,

a la Ing. Judith Chalén y al Ing. Salomón Phillips(+) a quienes recordé

con mucho cariño mientras desarrollaba este trabajo de investigación.

Los llevaré por siempre en mi mente y mi corazón

REFLEXIÓN

“Recordar que ser ingeniero químico no tiene como única finalidad desarrollar algo novedoso para emprender y ser exitoso, sino que estamos para contribuir, que el campo de conocimiento es amplio y siempre habrá donde aportar con un grano de arena para mejorar nuestra sociedad. “

AGRADECIMIENTO

x

REPOSITORIO NACIONAL EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA III

CERTIFICADO DEL TUTOR REVISOR IV

LICENCIA GRATUITA INTRANSFERIBLE Y NO EXCLUSIVA PARA EL USO NO COMERCIAL

DE LA OBRA CON FINES NO ACADÉMICOS V

CERTIFICADO PORCENTAJE DE SIMILITUD VI

CERTIFICADO DEL TUTOR VII

DEDICATORIA VIII

AGRADECIMIENTO IX

ÍNDICE DE CONTENIDO X

ÍNDICE DE TABLAS XIV

INDICE DE ILUSTRACIONES XV

ÍNDICE DE ANEXOS XVII

RESUMEN XVIII

ABSTRACT XIX

INTRODUCCIÓN - 1 -

CAPÍTULO 1 - 3 -

1. EL PROBLEMA - 3 -

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ................................................................... - 3 -

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................ - 3 -

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN ........................................ - 4 -

1.4 SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ........................................................ - 4 -

1.5 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................. - 5 -

1.5.1 JUSTIFICACIÓN TEÓRICA - 5 -

1.5.2 JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA - 5 -

1.5.3 JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA - 5 -

1.6 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN ................................................................... - 6 -

1.6.1 OBJETIVO GENERAL - 6 -

1.6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS - 6 -

1.7 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN .......................................................... - 7 -

ÍNDICE DE CONTENIDO

xi

1.7.1 DELIMITACIÓN ESPACIAL - 7 -

1.7.2 DELIMITACIÓN TEMPORAL - 8 -

1.7.3 DELIMITACIÓN DE CONTENIDO - 8 -

1.8 HIPÓTESIS ....................................................................................................... - 8 -

1.9 VARIABLES ...................................................................................................... - 8 -

1.9.1 VARIABLE INDEPENDIENTE - 8 -

1.9.2 VARIABLE DEPENDIENTE - 8 -

1.9.3 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES - 8 -

CAPÍTULO 2 - 9 -

2. MARCO REFERENCIAL - 9 -

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN ............................................................ - 9 -

2.2 MARCO TEÓRICO ...........................................................................................- 11 -

2.2.1 PYMES EN EL ECUADOR - 11 -

2.2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS PYMES - 11 -

2.2.1.2 DATOS EN ECUADOR - 12 -

2.2.1.3 DEBILIDADES DE LAS PYMES EN EL ECUADOR - 13 -

2.2.1.4 EL NUEVO CÓDIGO DE LA PRODUCCIÓN PARA LAS PYMES - 13 -

2.2.2 CONTAMINACIÓN HÍDRICA - 14 -

2.2.2.1 AGUAS RESIDUALES - 15 -

2.2.2.2 TIPOS DE AGUAS RESIDUALES - 16 -

2.2.2.3 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL - 17 -

2.2.3.4 LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES - 17 -

2.2.3.5 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES - 19 -

2.2.3.5.1 PRETRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES - 19 -

2.2.3.5.2 TRATAMIENTO PRIMARIO - 20 -

2.2.3.5.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO - 20 -

2.2.3.5.4 TRATAMIENTO TERCIARIO - 20 -

2.2.3.5.5 REMOCIÓN DE SÓLIDOS EN CADA ETAPA DENTRO DE UN SISTEMA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES - 21 -

2.2.3 INDUSTRIA METALMECÁNICA EN EL ECUADOR - 21 -

2.2.4 CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS - 24 -

2.2.4.1 CROMO - 25 -

xii

2.2.4.2 CROMO HEXAVALENTE, CR+6 - 27 -

2.2.4.3 TOXICIDAD DEL CR+6 - 27 -

2.2.4.4 HIDRÓXIDO DE CROMO - 28 -

2.2.4.5 TÉCNICAS DE REMOCIÓN DE CR+6 - 30 -

2.2.5 MODELADO Y SIMULACIÓN - 30 -

2.2.5.1 MODELO MATEMÁTICO - 30 -

2.2.5.2 SIMULACIÓN - 31 -

2.2.5.2.1 VISUAL BASIC FOR APPLICATIONS (VBA) - 32 -

2.3 MARCO CONCEPTUAL ....................................................................................- 33 -

2.4 MARCO CONTEXTUAL ....................................................................................- 35 -

2.5 MARCO LEGAL ...............................................................................................- 37 -

CAPÍTULO 3 - 38 -

3. METODOLOGÍA - 38 -

3.1 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN ...........................................................- 38 -

3.1.1 MÉTODO DEDUCTIVO - 38 -

3.1.2 MÉTODO EXPLORATORIO - 39 -

3.1.3 MÉTODO CUANTITATIVO - 39 -

3.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA METODOLOGÍA A USAR ......................................- 40 -

3.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS .......................................- 40 -

3.3.1 TOMA DE MUESTRAS - 41 -

3.3.2 PARÁMETROS ANALIZADOS DEL AGUA RESIDUAL - 41 -

3.3.3 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL - 41 -

3.3.4 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS A CONTROLAR - 42 -

3.3.5 ELECCIÓN DEL MÉTODO DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES DEL EFLUENTE - 43 -

3.3.5.1 REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE POR MÉTODO DE REDUCCIÓN Y

PRECIPITACIÓN - 43 -

3.3.5.2 ELECCIÓN DE REACTIVOS - 44 -

3.3.6 FASES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES - 45 -

3.3.7 RECURSOS DISPONIBLES - 47 -

3.3.7 EQUIPOS - 48 -

3.3.8 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO - 50 -

CAPITULO 4 - 51 -

xiii

4. CÁLCULOS Y DESARROLLO DEL MODELO MATEMÁTICO - 51 -

4.1 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS .....................................................................- 51 -

4.1.1 REDUCCIÓN - 51 -

4.1.2 PRECIPITACIÓN - 52 -

4.1.3 NEUTRALIZACIÓN - 53 -

4.2 MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL TRATAMIENTO FÍSICO QUÍMICO DE

REDUCCIÓN Y PRECIPITACIÓN ..............................................................................- 54 -

4.2.1 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL MODELO MATEMÁTICO - 54 -

4.2.2 REDUCCIÓN - 55 -

4.2.3 PRECIPITACIÓN - 55 -

4.2.4 NEUTRALIZACIÓN - 56 -

4.2.5 DOSIS FINALES ACORDE AL VOLUMEN - 56 -

4.3 SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES............- 57 -

4.3.1 DATOS PARA SIMULACIÓN - 58 -

4.3.1.1 DATOS INICIALES DEL EFLUENTE INDUSTRIAL - 58 -

4.3.1.2 INFORMACIÓN TÉCNICA - 58 -

4.3.1.3 DATOS MEDIDOS DURANTE EL PROCESO - 58 -

4.3.1.4 ECUACIONES DEL MODELO MATEMÁTICO - 58 -

4.3.2 DISEÑO DE LA INTERFAZ PARA LA SIMULACIÓN - 59 -

4.3.3 DESARROLLO DEL CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN - 60 -

4.3.4 ENSAYOS DE PRUEBA DE LA SIMULACIÓN - 60 -

4.3.5 REAJUSTE DE LA INTERFAZ - 61 -

4.3.6 REDISEÑO DEL MODELO MATEMÁTICO Y REPROGRAMACIÓN - 62 -

4.3.7 VALIDACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO - 65 -

CONCLUSIONES - 67 -

DE LA METODOLOGÍA ..........................................................................................- 67 -

DEL TRATAMIENTO DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES .....................................- 68 -

DE LA EXPERIMENTACIÓN ....................................................................................- 68 -

DE LA SIMULACIÓN ..............................................................................................- 69 -

RECOMENDACIONES - 70 -

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS - 71 -

ANEXOS - 76 -

xiv

Tabla 1 Operacionalización de las variables................................................................. - 8 -

Tabla 2 Clasificación de Pymes ................................................................................... - 11 -

Tabla 3 Contaminantes en aguas residuales domésticas ........................................... - 16 -

Tabla 4 Características físicas, químicas y biológicas del agua residual .................... - 17 -

Tabla 5 Límites máximos permisible de descarga al alcantarillado público .............. - 18 -

Tabla 6 Niveles de tratamiento de aguas residuales.................................................. - 21 -

Tabla 7 Sectores de la industria metalmecánica ........................................................ - 22 -

Tabla 8 Datos estadísticos de la industria metalmecánica en el Ecuador.................. - 23 -

Tabla 9 Propiedades físico químicas del Cromo ......................................................... - 25 -

Tabla 10 Ventajas y desventajas técnicas remoción de metales pesados ................. - 30 -

Tabla 11 Parámetros analizados de la 1ra muestra de agua residual ....................... - 42 -

Tabla 12 Comparación de costo de insumoss ............................................................. - 85 -

Tabla 13 Recursos necesarios para los ensayos prácticos .......................................... - 86 -

Tabla 14 Ensayo 1 Datos ............................................................................................ - 88 -



Tabla 17 Ensayo 4Datos ............................................................................................. - 91 -

ÍNDICE DE TABLAS

xv

Ilustración 1 Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química ..................................... - 7 -

Ilustración 2 No. de empleados promedio por sector ................................................ - 12 -

Ilustración 3 Diagrama de especiación del Cromo ..................................................... - 26 -

Ilustración 4 Diagrama de solubilidad de hidróxidos metálicos ................................. - 29 -

Ilustración 5 Tipos de modelos matemáticos ............................................................. - 31 -

Ilustración 6 Proceso de recubrimiento con cromo realizado en la pyme de estudio - 36 -

Ilustración 7 Tanque de cromado electrolítico ........................................................... - 36 -

Ilustración 8 Diagrama de flujo de la metodología del proyecto ............................... - 40 -

Ilustración 9 Etapas que conforman el sistema de tratamiento de aguas residuales

elegido para pymes de tipo metalmecánica contaminadas principalmente por Cr+6- 47 -

Ilustración 10 Diagrama del tanque reactor-sedimentado para el tratamiento de aguas

residuales .................................................................................................................... - 49 -

Ilustración 11 Diagrama de procesos del sistema de tratamiento de aguas residuales

para pymes de tipo metalmecánica 1contaminadas principalmente por Cr+6 ........... - 50 -

Ilustración 12 Entorno del software de simulación desarrollado en VBA .................. - 59 -

Ilustración 13 Código fuente de la simulación ............................................................ - 60 -

Ilustración 14 Mensajes de error que redirigen a la ventana de codificación ............ - 61 -

Ilustración 15 Rediseño de la interfaz gráfica de la simulación ................................. - 62 -

Ilustración 16 Código final parte 1 ............................................................................. - 64 -

Ilustración 17 Código final parte 2 ............................................................................. - 64 -

Ilustración 18 Muestra para caracterización inicial ................................................... - 76 -

Ilustración 19 Muestra para los ensayos de validación .............................................. - 76 -

Ilustración 20 Muestras enviadas a laboratorio para validación, pre y post tratamiento,

lodos............................................................................................................................ - 77 -

Ilustración 21 Examinación de piezas nuevas ............................................................ - 80 -

Ilustración 22 Proceso de Decapado con ácido muriático .......................................... - 80 -

Ilustración 23 Lavado posterior al decapado ............................................................. - 80 -

Ilustración 24 Lavado de ánodo de plomo .................................................................. - 80 -

Ilustración 25 Lavado con agua .................................................................................. - 80 -

Ilustración 26 Desengrase electrolítico ....................................................................... - 80 -

INDICE DE ILUSTRACIONES

xvi

Ilustración 27 Lavado de piezas de cobre cuando ...................................................... - 80 -

Ilustración 28 NIquelado ............................................................................................. - 80 -

Ilustración 29 Enjuague post niquelado ..................................................................... - 81 -

Ilustración 30 Proceso de cromado ............................................................................ - 81 -

Ilustración 31 Lavado con agua corriente .................................................................. - 81 -

Ilustración 32 Recursos para los ensayos ................................................................... - 86 -

Ilustración 33 Lecho de zeolita prueba empírica ........................................................ - 87 -

Ilustración 34 Prueba empírica sulfato ferroso vs metabisulfito ................................ - 87 -

Ilustración 35 Evidencia fotográfica Ensayo 1 ............................................................ - 88 -




Ilustración 39 Materiales para ensayo comparativo .................................................. - 92 -

Ilustración 40 Interfaz ensayo 5 ................................................................................. - 92 -


Ilustración 42 Evidencia fotográfica ensayo 5 ............................................................ - 93 -

Ilustración 43 Evidencia fotográfica ensayo 5 comparativo ...................................... - 94 -

Ilustración 44 interfaz simulador ensayo 6 ................................................................. - 95 -

Ilustración 45 Interfaz simulador ensayo 6 ................................................................ - 95 -

Ilustración 46 Evidencia fotográfica ensayo6 ............................................................. - 96 -

Ilustración 47 Evidencia fotográfica ensayo6 ............................................................. - 96 -

Ilustración 48 Efluentes después de 1h y 6hs ............................................................ - 97 -

Ilustración 49 Muestra compuesta para validación ................................................... - 98 -

xvii

ANEXOS - 76 -

Anexo 1. Muestras de agua residual .................................................................. - 76 -

Muestras del efluente utilizado para la caracterización inicial y para la validación final,

pre y post tratamiento ............................................................................................... - 76 -

Anexo 2. Informes de Análisis Físicos químicos ................................................... - 78 -

Análisis de Muestra del efluente para Caracterización inicial.................................... - 78 -

Análisis de la concentración de Cr+6 Previo al tratamiento propuesto ....................... - 79 -

Análisis de la concentración de Cr+6 posterior al tratamiento propuesto .................. - 79 -

Anexo 3. Algunas etapas del proceso productivo de la pyme .............................. - 80 -

Anexo 4. Fichas Técnicas de los insumos utilizados .............................................. - 82 -

Metabisulfito de sodio Na2S2O5 .................................................................................. - 82 -

Ácido Nítrico al 68% HNO3 ....................................................................................... - 83 -

Hidróxido de Calcio Ca(OH)2 ....................................................................................... - 84 -

Anexo 5. Costos de insumos ............................................................................... - 85 -

Anexo 6. ENSAYOS EXPERIMENTALES REALIZADOS .................................................. - 86 -

Materiales, reactivos y equipos .................................................................................. - 86 -

Prueba empírica con lecho de zeolita ......................................................................... - 87 -

Prueba empírica comparativa utilizando como agentes reductores, sulfato ferroso y

metabisulfito ............................................................................................................... - 87 -

Ensayo #1 utilizando el modelo matemático .............................................................. - 88 -



Ensayo #4 utilizando el modelo matemático variando condiciones .......................... - 91 -

Ensayo #5 utilizando el simulador .............................................................................. - 91 -

Ensayo #6 utilizando el simulador .............................................................................. - 95 -

Anexo 7. Preparación de muestra compuesta del efluente tratado para validación del

modelo matemático utilizando el simulador para predecir consumo de reactivos - 97 -

Anexo 8. Tutorial para el uso del simulador ........................................................ - 99 -

ÍNDICE DE ANEXOS

xviii



“DISEÑO Y SIMULACIÓN DE UN SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

RESIDUALES PARA UNA PYMES DE TIPO METALMECÁNICA.”

Autor: Campuzano Lasso Carla Danuta Tutora: Dra. Ronquillo Castro Sandra Mirella del Consuelo

El presente estudio se realizó buscando colaborar con las PYMES que desarrollan procesos metalmecánicos cuyos efluentes están contaminados con metales pesados que son parte de su proceso de producción. Reconociendo las limitaciones de una pyme, y la importancia de disminuir la contaminación que producen, se diseña un sistema de tratamiento de aguas residuales capaz de remover Cr+6 en sus efluentes utilizando un método sencillo y de bajo costo que se pueda replicar, pero optimizando sus recursos. Para esto se diseña un sistema de tratamiento de aguas residuales que consta de tres fases consecutivas realizadas en un mismo tanque reactor y utilizando las reacciones químicas que ocurren durante el tratamiento físico químico del agua se desarrolla un modelo matemático capaz de predecir la dosis adecuada de reactivos necesarios para que se reduzca la contaminación evitando un desperdicio de insumos, recursos y disminuyendo el volumen de lodos. Para la simulación se utilizó lenguaje de programación VBA creando una interfaz didáctica que permita al usuario obtener la dosis de químico a usar de manera automática. Se realizó la validación a través de una muestra compuesta obtenida de pruebas experimentales que tomó datos del modelo matemático y la simulación. Se obtuvo un porcentaje de remoción de Cr+6 del 99,97% pasando de 849mg/L a 0,23 mg/L logrando cumplir con la norma ambiental vigente y con los objetivos de este estudio.

Palabras clave: metales pesados, cromo hexavalente, simulación, pymes, reducción,

precipitación química

RESUMEN

xix



“DESIGN AND SIMULATION OF A WASTEWATER TREATMENT SYSTEM FOR

A METALMECHANICAL TYPE SMES.”

Author: Campuzano Lasso Carla Danuta

Advisor: Dra. Ronquillo Castro Sandra MIrella

The present study was conducted seeking to collaborate with SMEs that develop metalworking processes whose effluents are contaminated with heavy metals that are part of their production process. Recognizing the limitations of an SME, and the importance of reducing the pollution they produce, a wastewater treatment system that removes Cr + 6 in its effluents is designed using a simple and low-cost method that can be replicated optimizing resources, the system consists of three consecutive pHases carried out in the same reactor tank. Based on the chemical reactions that occur during the physical chemical treatment of the water, it was developed a mathematical model capable of predicting the appropriate dose to reduce pollution by avoiding waste of inputs, resources and reducing the volume of sludge. After the model was completed, VBA programming language was used to create a didactic interface that allows the user to obtain the dose of chemical to be used without major problems. The model was validated by experimental tests through a composite sample obtained from an effluent that took data from the model and simulation. A removal percentage of 99.97% was obtained, going from 849mg / L to 0.23mg / L, achieving compliance with the current norm and the objectives of this study.

Keywords: heavy metals, hexavalent chromium, simulation, SMEs, reduction, chemical precipitation

ABSTRACT

- 1 -

Gran parte de la producción económica nacional proviene de una micro o pequeña

empresa. Si nos ponemos a analizar, en casi cada servicio que buscamos o cada bien

que adquirimos en el día a día, hay una estructura comercial pequeña que cae en

categoría de pymes. Pero estas pequeñas y medianas empresas, al igual que las grandes

industrias pueden ejercer un gran impacto negativo hacia el medio ambiente.

El sector de la metalmecánica se caracteriza por ser uno de los que más realizan trabajo

a nivel artesanal, talleres pequeños de torno, fresado, esmerilado son fáciles de

encontrar dentro de la ciudad. Pero este sector que se enfoca en la transformación y

adecuación de metales para un sinfín de actividades, representa un gran riesgo, no

solamente para quienes trabajan en él sino para las comunidades aledañas, y en el caso

de Guayaquil, que es una de las cinco ciudades del país donde más se realizan estas

actividades, representa un problema que se debe solucionar.

Un taller metalmecánico que moldee y recubra piezas, trabaja con elementos como cinc,

cromo, plomo y cobre que terminan en la alcantarilla al ser un negocio tipo pyme que

vierte sus efluentes dentro del perímetro urbano al igual que un domicilio normal. Estos

metales pesados afectan a los órganos internos pues a diferencia de otros elementos,

estos se acumulan en los tejidos y ocasionan terribles padecimientos que pueden

desencadenar en la muerte. El ecosistema es capaz de absorber y de cierta manera lidiar

con esta contaminación, pues los metales son parte de la naturaleza, pero es el exceso

el que satura e impide que lo resuelva autónomamente.

En el Ecuador, las industrias están sujetas a normas y leyes que están enfocadas en una

producción responsable. Pero qué sucede con estos negocios que se caracterizan por

tener limitaciones de todo tipo, incluyendo económica y de conocimiento técnico, y que

suelen realizar procesos con un exceso de insumos que terminan vertidos en el

alcantarillado. Dado que una pyme suele trabajar dentro de un contexto urbano y

representa una amenaza a la salud, es parte del perfil del ingeniero químico contribuir

con soluciones, en este caso, reducir el nivel de contaminación, pues nunca hay que

olvidar el ciclo hidrológico del agua y su impacto en la vida de todos.

INTRODUCCIÓN

- 2 -

Desarrollar un sistema de tratamiento, no hace referencia a solo diseñar un equipo o

elegir un tratamiento específico, es más bien, desarrollar un concepto que incluya todas

las limitantes y sume con los recursos y situaciones existentes para hallar una solución

viable y sustentable, que pueda no solo ser alcanzada como un éxito de un día, sino que

pueda ser continua y parte de la empresa.

Con base en estas premisas, el objetivo de este trabajo de investigación es conseguir

una solución real, efectiva que pueda combatir no solamente la contaminación que es

generada, sino hacerlo optimizando todo recurso disponible, es por ello que los

objetivos específicos de este estudio están dirigidos a: caracterizar el efluente que

produce actualmente la pyme mediante muestreo y análisis en un laboratorio

certificado, para poder determinar cuáles son los principales contaminantes presentes

y con base en ellos, diseñar un sistema de tratamiento de aguas adecuado, con un

método de remoción efectivo que será modelado matemáticamente a partir de las

reacciones químicas involucradas y llevado a simulación utilizando lenguaje de

programación Visual Basic for application, el mismo que finalmente será validado

mediante ensayos experimentales que se desarrollarán utilizando el modelo y su

simulación.

- 3 -

1.1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

En la industria metalmecánica se realizan procesos de transformación de piezas de

hierro, acero o aleaciones que, en muchos casos, requieren recubrimientos para

aumentar su vida útil pues los mismos actúan protegiendo su superficie de óxido y

disminuyendo su desgaste. Para este propósito se recurre a baños de cobre, cinc,

níquel y cromo. Elementos químicos que caen en la categoría de “metales pesados”.

En la pymes donde se obtuvo las muestras de agua residual con la que se va a trabajar

para este proyecto de tesis, se realizan recubrimientos de cromo a las piezas

metálicas ya moldeadas. Durante este proceso, se deben realizar lavados, tanto

previo al recubrimiento, así como posterior, lo cual genera aguas residuales que

llevan restos de metales pesados como cobre, cinc y principalmente cromo en su

estado hexavalente. Estos elementos contaminantes actualmente son vertidos a la

red de alcantarillado público sin ningún tratamiento previo que los remueva o

reduzca su toxicidad. Por ello se requiere de una propuesta de tratamiento que

permita que esas aguas cumplan con los parámetros de permisibilidad de acuerdo a

la legislación vigente.

1.2 FORMULACIÓN Y SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Se tomó de referencia una microempresa del sector metalmecánico que descarga

sus efluentes sin tratamiento previo a la red de alcantarillado público y conociendo

que sus procesos incluyen metales pesados, y por simple observación de las

características físicas, se sabe que genera una descarga de agua con alto contenido

de cromo hexavalente.

En el sector donde está ubicada esta microempresa existen cinco negocios que

realizan la misma actividad, de los cuales solamente uno tiene integrado un sistema

de tratamiento para aguas residuales. De estas cinco microindustrias visitadas, solo

una accedió a colaborar con este estudio, a pesar de que en todas existía pleno

CAPÍTULO 1

1. EL PROBLEMA

- 4 -

conocimiento por parte de los dueños, de que se estaba vertiendo agua

contaminada a la alcantarilla producto de sus procesos.

1.3 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN

¿Mediante el diseño y simulación de un sistema de tratamiento de aguas residuales

para pymes de tipo metalmecánica será posible cumplir con los parámetros de

descarga para efluentes establecidos por la norma ambiental vigente?

1.4 SISTEMATIZACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Este trabajo de investigación se realiza con la finalidad de generar información para

poder diseñar un sistema de tratamiento de aguas que solucione el problema

ambiental que existe actualmente en pymes que realicen actividades de procesos

metalmecánicos.

Para el desarrollo de este trabajo se ha establecido una planificación estratégica la

cual se llevará a cabo de la siguiente manera:

Se realizará la caracterización del efluente, mediante el muestreo necesario, para

posterior ser llevado al Laboratorio de Aguas acreditado de la Universidad de

Guayaquil donde se analizarán dichas aguas residuales, comparándolos con los

parámetros permisibles que se encuentran en la Tabla 8 “Límites de descarga al

alcantarillado público” perteneciente a TULSMA. Luego de esto, verificando los

contaminantes existentes en esta agua de residual y utilizando como recurso, los

conocimientos previos y los adquiridos mediante investigación bibliográfica, se

realizarán cálculos teóricos estequiométricos ajustados lo más posible a la realidad

para obtener ecuaciones que compongan un modelo matemático capaz de simular

tratamientos de aguas maximizando los recursos en cuanto a insumos necesarios

para reducir la contaminación del efluente producido. Se realizará la simulación del

diseño de un sistema de tratamiento de aguas que resuelva la problemática actual

utilizando la herramienta Visual Basic for Application, finalmente se validará el

modelo a través de una práctica experimental utilizando los datos generados en la

simulación.

- 5 -

1.5 JUSTIFICACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

1.5.1 JUSTIFICACIÓN TEÓRICA

En la actualidad, todas las empresas que desarrollen algún tipo de actividad

industrial en Ecuador deben cumplir con el Acuerdo Ministerial 097A- del año 2015,

específicamente la Tabla 8 de “Límites de descarga alcantarillado público”, en la que

se determinan las concentraciones finales máximas de contaminantes de un

efluente al momento de ser vertidas al alcantarillado público. Para poder cumplir

con la normativa, las industrias tienen dos opciones: instalar un sistema de

tratamiento de aguas residuales o contratar a un agente externo que tenga

acreditación para disposición final de desechos.

La PYMES en estudio trabaja con reactivos tóxicos y el agua vertida al alcantarillado

no cuenta con ningún tratamiento que reduzca su toxicidad. Es pertinente el

desarrollo de una propuesta que contribuya a cumplir con los objetivos de medio

ambiente y a la vez sirva para otras PYMES dedicadas a la misma actividad industrial.

1.5.2 JUSTIFICACIÓN METODOLÓGICA

En este caso particular donde se busca trabajar con una micro empresa de tipo

metalmecánica que no cumple con las regulaciones de los entes de control de salud

o ambientales. Los ingenieros químicos, poseen el conocimiento para desarrollar

un proceso investigativo - experimental que permita planificar el diseño de un

sistema de tratamiento de aguas residuales eficiente en cuanto a remoción de

contaminante y en costos por operación, utilizando la investigación previa como

base teórica para determinar las reacciones químicas y con los cálculos

estequiométricos desarrollar un modelo matemático que permita ahorrar recursos,

económico, tiempo, que evitan gastos innecesarios por falta de conocimiento

técnico, algo muy común en este tipo de industrias pequeñas.

1.5.3 JUSTIFICACIÓN PRÁCTICA

Existe la necesidad de fomentar en nuestro país una cultura sanitaria que permita a

cada ciudadano asumir su responsabilidad con el cuidado y preservación del medio

ambiente. Es vital que comercios e industrias por más pequeñas que sean

- 6 -

implementen sistemas de tratamiento para sus aguas residuales. La contaminación

de la red principal de alcantarillado público se debe a que la mayoría de comercios

no quieren invertir en sistemas de tratamiento para sus negocios y envían las aguas

residuales crudas contaminando las fuentes naturales de agua (ríos, esteros,

lagunas, mares).

Al realizar esta investigación se pretende contribuir con una alternativa, donde se

amalgame la conciencia social- ambiental con el aspecto económico, a través de la

realización del diseño y simulación del tratamiento de las aguas residuales que

permitan la eliminación de los metales pesados que son componentes principales

de las mismas y que a la vez se pueda aplicar en las distintas microempresas de este

tipo, adaptando a las necesidades particulares de cada una.

Con la utilización de modelos matemáticos y softwares como Visual Basic for

application se pretende ahorrar recursos a las pequeñas empresas que tienen

actividades similares de metalmecánica, pues se podrán realizar simulaciones de

tratamientos que suplan a los estudios experimentales de tratabilidad donde se

suelen consumir insumos innecesarios, pues es un proceso empírico y subjetivo.

1.6 OBJETIVOS DE LA INVESTIGACIÓN

1.6.1 OBJETIVO GENERAL

Diseñar y simular un sistema de tratamiento de aguas residuales para pymes

que trabajan con metales pesados, con el fin de obtener un efluente que

cumpla con la norma ambiental vigente para descargas industriales en

alcantarillado público.

1.6.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS

Caracterizar el agua residual de la empresa mediante toma de muestras y

análisis en laboratorio certificado.

Identificar los contaminantes y diseñar un sistema de tratamiento de aguas

residuales que logre removerlos exitosamente.

Desarrollar un modelo matemático y mediante lenguaje de programación

de Visual Basic for Application realizar una simulación.

- 7 -

Validar el modelo matemático

1.7 DELIMITACIÓN DE LA INVESTIGACIÓN

Con la finalidad de poder realizar este trabajo de investigación es necesario

establecer los límites de la misma como espacio, tiempo y contenido. Ciertas

delimitaciones que a continuación se describen.

1.7.1 DELIMITACIÓN ESPACIAL

El desarrollo de esta investigación se realizó en las instalaciones de la

Facultad de Ingeniería Química de la Universidad de Guayaquil.

Dentro del mismo predio se encuentra el Laboratorio acreditado de Aguas

de la Facultad donde se realizaron diferentes análisis del efluente pre y post

tratamiento.

La toma de muestras se realizó en una microempresa metalmecánica

ubicada en el noroeste de la ciudad de Guayaquil, la cual realiza su descarga

de aguas residuales al alcantarillado público.

Ilustración 1 Ubicación de la Facultad de Ingeniería Química

Fuente; Google Maps (2019)

- 8 -

1.7.2 DELIMITACIÓN TEMPORAL

El desarrollo de esta investigación, tuvo una duración aproximada de un año.

1.7.3 DELIMITACIÓN DE CONTENIDO

Línea de investigación: 250000 CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL ESPACIO

Sub-línea de investigación: 2508 HIDROLOGÍA (Calidad de las Aguas)

1.8 HIPÓTESIS

A través de un modelo matemático obtenido por cálculos estequiométricos se

puede diseñar y simular un sistema eficiente de tratamiento de aguas residuales

para pymes de tipo metalmecánica que produzca un efluente que cumpla con los

límites máximos permisibles para su vertido al alcantarillado público.

1.9 VARIABLES

1.9.1 VARIABLE INDEPENDIENTE

Sistema de tratamiento de aguas residuales

1.9.2 VARIABLE DEPENDIENTE

Calidad final del agua tratada

1.9.3 OPERACIONALIZACIÓN DE LAS VARIABLES

Tabla 1 Operacionalización de las variables

Tipo de

Variable

Variables Subvariables Indicador L.M.P. Técnica

Independiente

Sistema de tratamiento

de aguas

Reducción de Cr+6 a Cr+3 Agente

reductor Estequiomètrica

Precipitación química de Cr(OH)3 Agente

precipitante Estequiomètrica

Neutralización Agente

neutralizante Estequiomètrica

Dependiente

Calidad final del agua tratada

Eficiencia de remoción de Cr +6.

𝐸=100×[Cr6]𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙−[Cr6]𝑐𝑙𝑎𝑟𝑖𝑓𝑖𝑐𝑎𝑑𝑜

[Cr6]𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙

pH 6-9 4500-H.R

PEE/UCC/LA/02

Cr +6 0.5 mg/L 8023 HACH

SST 220 mg/L 2540D

PEE/UCC/LA/05

DQO 500 mg/L 5220D

PEE/UCC/LA/03

Elaborado por Campuzano (2019)

- 9 -

Para la conservación del ecosistema, el agua es y seguirá siendo uno de los recursos

naturales principales, por lo que es fundamental que todos los procesos industriales que

luego de utilizarla de manera directa o indirecta durante los mismos, deben evaluarla y

tratarla adecuadamente previo a su vertimiento para que su afectación ambiental sea la

mínima posible, pues cuando las industrias por más pequeñas que sean deciden no hacer

los tratamientos correspondientes y las arrojan a los alcantarillados están afectando a su

comunidad y al medio ambiente en general.

2.1 ANTECEDENTES DE LA INVESTIGACIÓN

Para este trabajo de investigación donde se busca reducir la carga contaminante presente

en el efluente de una microempresa que realiza procesos metalmecánicos de

recubrimiento, se ha repasado los trabajos de ciertos autores que presentaron diferentes

enfoques para poder elegir un tratamiento que permita una remoción eficiente de

contaminantes previo a su disposición final.

El Dr. C.R.Ramakrishnaiah, en su estudio denominado HEXAVALENT CHROMIUM

REMOVAL FROM INDUSTRIAL WASTEWATER BY CHEMICAL PRECIPITATION METHOD

realizó ensayos tanto en agua industrial como en agua sintética que emulaba

contaminación por cromo propuso remover el cromo total, tanto en su forma trivalente

como hexavalente, teniendo como resultado una remoción de >99% de cromo en agua

industrial y remoción del 100% en agua sintética utilizando agentes reductores,

precipitantes y coagulante y teniendo como principal variable de control el pH. [1]

Elizabeth Hawley, Rula A. Deeb, Michael C. Kavanaugh and James Jacobs R.G publicaron

un estudio recopilatorio de los métodos de reducción de cromo hexavalente llamado

TREATMENT TECHNOLOGIES FOR CHROMIUM VI donde analizan transformaciones

químicas, físicas y biológicas para remover este compuesto tóxico de aguas residuales.

Mostrando excelentes resultados con tratamientos de reducción química donde se

obtuvo remoción de >99% utilizando compuestos donadores de electrones como S y Fe,

CAPÍTULO 2

2. MARCO REFERENCIAL

- 10 -

en comparación con una fitorreducción con Leptospermum scoparium que no produjo

resultados favorecedores a pesar de presentar en su estructura dentro de sus hojas,

cromo soluble en forma de cromotrioxalato cuya función es reducir la toxicidad del

cromo. [2]

Arango realizó un estudio denominado SELECCIÓN DE AGENTES REDUCTORES MÁS

EFICIENTES PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN UNA PTAR DE CROMADO

UTILIZANDO METODOLOGIA AHP Y ANP en el cual mediante método de análisis

multicriterio que combina diferentes indicadores de rendimiento, se comparó el uso de

varios reductores durante el tratamiento de aguas residuales provenientes del proceso

de cromado y e hizo una selección del mejor reductor con base en el resultado de los

modelos y un análisis costo beneficio. Eligió para su tratamiento el dióxido de azufre por

presentar menor cantidad de lodos producidos y mejor rendimiento a pesar de su

posible liberación de gases tóxicos durante el proceso, en comparación con otros

agentes reductores igualmente de efectivos como el sulfato ferroso, sulfito de sodio y

metabisulfito de sodio [3]

De acuerdo a la investigación publicada por Molina & Martínez, la simulación de modelos

químicos es necesaria para analizar mecanismos de reacción química completos y realizar

la estimación de parámetros. [4] En muchos casos, un proceso químico puede estar

compuesto de varias series y / o reacciones independientes que requieren un conjunto

complejo de ecuaciones para resolver. Desde los últimos 50 años se han utilizado

herramientas informáticas para el estudio de reacciones químicas. Sin embargo, las

herramientas educativas en este campo deben ser amigables para el usuario y fáciles de

aprender y adaptarse a los casos prácticos, evitando largas curvas de aprendizaje.

- 11 -

2.2 MARCO TEÓRICO

2.2.1 PYMES EN EL ECUADOR

Las palabras pymes, pyme, pme y la más reciente mipyme hacen referencia a lo mismo, y

no son más que el desarrollo de las siglas que las componen, es decir se refieren a

Pequeñas Y Medianas Empresas. [5]En el país, se le llama pymes al conjunto de pequeñas

y medianas empresas, que, según su número de trabajadores, ingresos anuales, y niveles

de producción, tienen características similares.

Las pymes, refiriéndose en términos de cantidad, a nivel mundial representan el 80% de

los negocios, ya sea ofertando bienes o servicios [5]. Es por esto que contribuir con este

sector tan dinámico de la economía es primordial pues tiene el potencial de generar

plazas de empleos, conforme vayan creciendo y consolidándose en el mercado local.

Sin embargo, aún persiste la tendencia a nivel mundial por parte de los gobiernos, de

beneficiar a las grandes industrias por sobre las pequeñas o en formación. [6] Aún si no

fuese la intención de perjudicar, y sabiendo que es una realidad que las grandes empresas

representan mucho más en el índice PIB de una economía, es necesario que reciban un

apoyo integral por parte de los gobiernos.

2.2.1.1 CLASIFICACIÓN DE LAS PYMES

La Superintendencia de Compañías, Valores y Seguros, mediante resolución, acogió la

clasificación de pequeñas y medianas empresas, PYMES, de acuerdo a la normativa

implantada por la Comunidad Andina en su Resolución 1260 y la legislación interna

vigente, conforme al siguiente cuadro:

Tabla 2 Clasificación de Pymes

Variables Microempresa Pequeña empresa

Mediana empresa

Grandes empresas

Personal 1-9 10-49 50-199 >200

Ingreso bruto <100000 100001-1000000 1000001-5000000 >5000001

Activos <100000 100001-750000 750001- 3999999 >4000000

Fuente (CAN, Decisión 702, Articulo 3)

- 12 -

2.2.1.2 DATOS EN ECUADOR

De acuerdo a datos del último Censo de carácter económico, existen en el Ecuador

497.615 empresas, el 99% de ellas corresponde a categoría Pymes. [7] De este número,

el 64% de ellas están concentradas en cinco provincias; Guayas, Manabí, Pichincha,

Azuay, y Tungurahua.

En el Ecuador, una pyme genera entre uno y tres puestos de trabajo. De estas

microempresas, [7]el 70% están constituidas únicamente por el propietario y

corresponde a unidades productivas, tipo talleres, que poseen baja tecnología y agregan

poco valor, mientras el 36% tienen entre dos y tres trabajadores. Los establecimientos

pequeños generan el 47% de los empleos totales.

En el Ecuador, las pymes representan más del 90% de las unidades productivas,

brindando el 60% de las plazas de empleo, y puesto que incluyen a gran parte del sector

agrícola, se puede asegurar que participan activamente de la economía ecuatoriana,

generando casi la totalidad de los servicios que un ecuatoriano utiliza en un día corriente

(cyber, tienda, almuerzos, copias, entre otros.).

Ilustración 2 No. de empleados promedio por sector

Fuente Cámara de la pequeña industria de Pichincha, (2017)

- 13 -

2.2.1.3 DEBILIDADES DE LAS PYMES EN EL ECUADOR

Radican principalmente en:

Poco conocimiento en el ámbito de gestión empresarial y de

emprendimiento

La falta de capital para iniciar o de liquidez para crecer.

La insuficiente tecnología o ineficiente manejo de maquinaria y/o sus

procesos productivos, contables y administrativos

Dificultad de competir con multinacionales

Necesidad de asesoría y de programas específicos de cada proceso

industrial para pymes, entre otras [8].

En el sector metalmecánico:

o Están limitadas en el crecimiento por falta de definiciones en el uso

del suelo.

o Ingreso de productos manufacturados desde China cuyo precio por

kg es el mismo que el costo por kg de materia prima.

o Limitado desarrollo tecnológico

Para colaborar se debería desarrollar un mecanismo de investigación y tendencias

de mercado divididos por sectores productivos, con la colaboración de entes

públicos – privados. [9]También impulsar programa de calidad enfocados en Pymes,

pues muchas de las normas vigentes no poseen capacidad de evaluación de la

conformidad para este sector [8].

2.2.1.4 EL NUEVO CÓDIGO DE LA PRODUCCIÓN PARA LAS PYMES

El nuevo Código Orgánico de la Producción, Comercio e Inversiones, dedica

algunas secciones para destacar la importancia de las PYMES y fomentar políticas

económicas de ayuda en el país [6].

Dentro del Capítulo II, Art. 54 se destacan:

•La coordinación con organismos públicos y privados, programas de

capacitación, asistencia técnica y promoción comercial, orientados a

- 14 -

promover el desarrollo empresarial y la participación de las pymes en el

ámbito internacional.

• La participación de universidades y centros de enseñanza local, nacional e

internacional, en el desarrollo de programas de emprendimiento y producción

para fortalecer a las pymes.

• Promover la aplicación de protocolos necesarios para la certificación de

calidad en el ámbito de las pymes, designando una autoridad competente en

la materia.

• Implementar programas e iniciativas de producción más limpia para las

pymes.

2.2.2 CONTAMINACIÓN HÍDRICA

Según la Organización mundial de la Salud (OMS), el agua es considerada contaminada

cuando se encuentra alterada de modo que resulte menos o incluso no apta para los

propósitos y funciones para los cuales sí se emplearía en su estado natural. [8]Esta

contaminación se evidencia en la alteración de propiedades químicas, físicas y

biológicas propias del agua. Dichos cambios suelen ser producto de la descarga de

sustancias líquidas, sólidas o gaseosas en un rango superior al que naturalmente puede

procesar por sí sola, convirtiéndola en un peligro para la salud, afectando el ecosistema

e incluso impidiendo su uso posterior, ya sea doméstico o industrial.

La inadecuada o deficiente gestión de aguas residuales, sin importar su origen

productivo, limita a diario el acceso de este vital recurso a cientos de millones de

personas en el mundo pues la única disponible se encuentra peligrosamente

polucionada. [8]

Cabe resaltar que la contaminación hídrica por vertimientos industriales sin tratar

afecta significativamente el ciclo hidrológico, disminuye las posibilidades de

potabilización del agua para abastecer a las poblaciones cercanas, contamina los

cultivos, disminuye la calidad de vida acuática e imposibilita su reutilización inmediata.

[9]

- 15 -

Es por este motivo que toda acción que busque prevenir y minimizar la contaminación

de todo tipo de cuerpo de agua a causa de vertimientos industriales es de importancia

social y económica pues incluso incide en costos municipales y gubernamentales para

el posterior tratamiento de estas Aguas.

Si se disminuye la carga contaminante sea amplían las posibilidades de su uso,

conservando y hasta recuperando los ecosistemas que se han visto afectados durante

décadas por estos vertimientos.

Para que la sustentabilidad del agua se vuelva una realidad, es importante fomentar

una integración total, donde participen sectores sociales, científicos y políticos, siendo

siempre la educación el aspecto primordial para concientizar, adquirir fundamentación

científica y desarrollar posibilidades tecnológicas y sostenibles para la implementación

de procesos industriales más limpios pues el mundo actual es demandante de bienes

y servicios que implican el uso de grandes cantidades de agua.

2.2.2.1 AGUAS RESIDUALES

La principal prioridad en una comunidad es el suministro del agua. El mismo debe

tener una calidad adecuada y hallarse en cantidad suficiente. Ya logrado este primer

objetivo, surge otro igual de necesario e importante para sostener el primero,

consiste en la correcta disposición final de aguas utilizadas, pues podrían volverse

posibles vehículos de enfermedades y trastornos en el ecosistema. [10]

Cuando el flujo contaminante es significativo, las fuentes naturales de agua

(lagunas, océanos, ríos, lagos, esteros), se tornan incapaces por sí mismas de

absorber y neutralizar esta alta carga contaminante, y producto de esto, pierden

sus condiciones naturales tanto en apariencia física como en su capacidad para

sustentar vida acuática, ocasionando un desequilibrio ecológico. [10]

Las sustancias que forman parte de las aguas residuales pueden estar presentes en

distintas formas, como disueltas, suspendidas o en un estado intermedio de

disolución llamado coloidal. [11] Estas sustancias pueden ser orgánicas o minerales.

En el caso de las minerales, estas provienen de estos mismos elementos que

formaron parte integral del proceso e incluso de las mismas aguas. [10]

- 16 -

2.2.2.2 TIPOS DE AGUAS RESIDUALES

A medida que el agua fluye por la superficie terrestre, va adquiriendo muchas

características de los materiales que encuentra a su paso. [12] En su viaje, va

llevando minerales, materia orgánica de vegetación o suelo, todo esto ocasiona

que el agua que una vez fue pura, lleve consigo impurezas naturales.

Existen dos principales categorías para aguas residuales vertidas por el ser

humano.

Aguas residuales domésticas: Aquellas que provienen de actividades

humanas básicas en el hogar, las fuentes principales son desechos de baño,

producto del lavado de prendas, agua utilizada en la cocina, entre otros. En

esta categoría también se incluyen aguas provenientes de edificaciones de

negocios, o instituciones.

Tabla 3 Contaminantes en aguas residuales domésticas

Fuente (Metcalf &Eddy,2003)

Aguas residuales industriales: Son las que proceden de cualquier actividad

industrial en las que en sus procesos de transformación, producción o

manipulación utilizan agua de manera directa o indirecta (lavado de

materia prima, enjuagues, drenajes, sistemas de refrigeración, entre otros)

[13]. Son más difíciles de tratar pues sus componentes varían con el tipo

de industria al que pertenecen, así como su tratamiento específico. [12]

- 17 -

Usualmente no pueden ser vertidas directamente al sistema de

alcantarillado público, por lo que en su lugar de origen deben pasar por

procesos hasta ser aptas para descarga. [14]

2.2.2.3 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA RESIDUAL

Tabla 4 Características físicas, químicas y biológicas del agua residual

Fuente McCoy (,2018)


2.2.3.4 LÍMITES MÁXIMOS PERMISIBLES

De acuerdo con su caracterización, toda descarga de agua residual industrial que

se realice a un sistema de alcantarillado público y más aun directamente a un

cuerpo receptor, debe cumplir ciertos parámetros establecidos en una lista de

contaminantes con un límite máximo de carga que debería existir en el efluente

[15].

En el Ecuador, los mismos están especificados en el Anexo 1 del Libro Vl del Texto

Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio del Ambiente: Norma de

Calidad Ambiental y de Descarga de Efluentes: Recurso Agua. En la Tabla 8 para

descarga en alcantarillado público y en la Tabla 9 y 10 para cuerpos de agua dulce

y marino respectivamente.

Físi

cas

Color

Conductividad Eléctrica

Turbiedad

pH.

Solidos totales

Temperatura

Olor

Qu

ímic

as

Acidez.

Alcalinidad.

Demanda bioquímica de oxigeno (DBO).

Demanda química de oxigeno (DQO)

P, N, S.

Grasas.

Oxígeno disuelto

Metales pesados.

Bio

lógi

cas

Bacterias

Hongos.

Algas

Coliformes totales.

Coliformes termoestables.

(Fecales)

Estreptococos fecales

- 18 -

Tabla 5 Límites máximos permisible de descarga al alcantarillado público

Fuente Tabla 8 del Anexo I del Libro VI, TULSMA (2015)

- 19 -

2.2.3.5 TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Toda agua producto de desecho industrial que tiene disposición final en una

corriente superficial natural (esteros, ríos, mar) que no ha sido sometida a ningún

tratamiento, contribuye con contaminantes que producen una seria afectación a

nivel de flora y fauna. [10] Es por eso que deben recibir un tratamiento adecuado,

capaz de modificar sus condiciones físicas, químicas y microbiológicas, evitando

de esa manera que su disposición final cause severas afectaciones. [16] El

tratamiento necesario varía en cada caso según sea el tipo de proceso industrial

que se realiza, pues de eso depende conocer cuáles son sus principales elementos

contaminantes.

Un sistema de tratamiento de aguas residuales está conformado por la eficiente

combinación de operaciones físicas, químicas y biológicas necesarias para obtener

una adecuada calidad de agua residual que respete la norma ambiental vigente.

[18]En las operaciones físicas se realizan procesos donde se logra separar por

medio de fuerzas físicas, lo contaminantes del agua, entre las más utilizadas se

encuentran; las rejas, cribas, la sedimentación primaria y la filtración. [11]Mientras

que, las operaciones químicas se realiza la adición a las aguas residuales de

compuestos químicos que contribuyan a la remoción o reducción de

contaminantes, entre ellos los más utilizados están; la absorción, la precipitación,

la neutralización y la desinfección.

Para todo tipo de aguas residuales ya sean de origen doméstico o industrial se

puede referirse a los mismos procesos generales: pretratamiento, tratamientos

primarios, secundarios y terciarios, utilizándose sólo los que sean de aplicación

particular al proceso industrial específico. [9]Los principales tratamientos en cada

una de las categorías son:

2.2.3.5.1 PRETRATAMIENTO DE LAS AGUAS RESIDUALES

En esta fase se elimina la mayor cantidad posible de materia gruesa que arrastra,

y que consecutivamente puede ocasionar problemas en los posteriores

tratamientos, tales como obstrucción de tuberías, formación de costras, entre

otros. [9]

- 20 -

Las operaciones que son parte de un Pretratamiento pueden ser: Desbaste,

Desarenado, Desengrasado.

2.2.3.5.2 TRATAMIENTO PRIMARIO

Durante el tratamiento primario se elimina el material que flota o que se

sedimenta con facilidad por gravedad. Incluye los procesos físicos de selección,

trituración, eliminación de arenilla y sedimentación [17]. El tratamiento primario

que se aplica después de separar contaminantes más grandes en las aguas

residuales, implica la sedimentación de los residuos sólidos dentro del agua. Las

aguas residuales pasan a través de varios tanques y filtros que separan el agua de

los contaminantes. El "lodo" resultante alimenta a un digestor, en el que se lleva

a cabo un procesamiento adicional. Este lote primario de lodo contiene casi el 50%

de los sólidos suspendidos dentro de las aguas residuales [18].

2.2.3.5.3 TRATAMIENTO SECUNDARIO

En la fase de tratamiento secundario se elimina la materia orgánica soluble que

escapa al tratamiento primario. Tratamiento mediante un proceso que incluye,

por lo general, un tratamiento biológico con sedimentación secundaria u otro

proceso en el que se respeten los requisitos [19].

2.2.3.5.4 TRATAMIENTO TERCIARIO

Cuando el agua de recepción prevista es muy vulnerable a los efectos de la

contaminación, los efluentes secundarios pueden ser tratados por varios procesos

terciarios. [22]El propósito del tratamiento terciario es proporcionar una etapa de

tratamiento final para mejorar aún más la calidad del efluente antes de que se

descargue en el entorno receptor (mar, río, lago, tierras húmedas, tierra, entre

otros). [22]Se puede utilizar más de un proceso de tratamiento terciario en

cualquier planta de tratamiento. Si se aplica la desinfección, siempre es el proceso

final. También se le llama "pulido de efluentes" [20].

- 21 -

2.2.3.5.5 REMOCIÓN DE SÓLIDOS EN CADA ETAPA DENTRO DE UN SISTEMA DE

TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Tabla 6 Niveles de tratamiento de aguas residuales

Etapa del tratamiento Objetivo

Pre tratamiento Eliminar material grueso

Homogenizar el agua residual

Tratamiento primario Eliminar sólidos suspendidos

Eliminar grasas

Tratamiento secundario Eliminar sólidos disueltos

Eliminar materia orgánica,

disminuir DQO y DBO5

Tratamiento terciario Remover nutrientes N,P

Remover y/o recuperar metales

pesados o compuestos Orgánicos

Remover sales


2.2.3 INDUSTRIA METALMECÁNICA EN EL ECUADOR

La industria de manufactura representa el 13% del índice de Producto Interno Bruto

(PIB) en el Ecuador. Siendo un factor clave para la economía pues contribuye a

generar valor agregado a los productos. La industria metalmecánica forma parte

importante dentro del sector manufacturero del país. Está constituida

principalmente por la industria siderúrgica, y la metalmecánica básica y de

transformación. [21]De acuerdo a datos del Banco Central, el sector metalmecánico

aporta con el 10% del índice PIB el sector manufacturero, ubicándose luego de la

industria petrolera.

Es una industria que se relaciona directamente con casi todos los sectores

productivos pues en toda actividad económica, la probabilidad de necesitar un

elemento elaborado de material metálico es realmente grande [22].

- 22 -

En el Ecuador, la industria del metal está dividida en sectores de acuerdo a su

proceso: la metalmecánica básica, la industria de acero, galvanoplastia,

electromecánica, la producción de todo tipo de materiales y productos metálicos, y

así como de material de transporte, de maquinaria eléctrica, electrodomésticos,

[22]y demás; generando empleo de manera directa e indirecta a decenas de miles

de personas, de acuerdo a datos de ProEcuador.

Las principales industrias metalmecánicas se encuentran en las provincias de

Pichincha, Guayas, Azuay, Loja y Tungurahua [22].

Tabla 7 Sectores de la industria metalmecánica

Fuente 1Metalmind SAS

- 23 -

Gráfico 1 Principales sectores para la industria metalmecánica

Fuente Revista EKOS(2018)

Puesto que la industria metalmecánica comprende todo el proceso de

transformación de un metal, desde la recepción del mismo obtenido en minas hasta

la entrega del producto final, incluye diferentes actividades productivas que son

realizadas en conjunto o por separado de acuerdo a la capacidad productiva y

tecnología que tenga la industria [23].

Es por este motivo existen no solamente grandes industrias de transformación de

metal, sino que hay muchas pequeñas distribuidas a lo largo del país donde se

realizan procesos unitarios de transformación a diferentes escalas y por distintos

métodos [24].

Tabla 8 Datos estadísticos de la industria metalmecánica en el Ecuador

No. De metalmecánicas

% Metalmecánicas en el Ecuador

Ventas Empleo No. trabajadores

Micro empresa

7861 98,02 2,32 72,06 15543

Pequeña empresa

128 1,6 6,99 11,37 2452

Mediana empresa

11 0,14 0,67 3,76 584

Gran empresa

19 0,24 90,02 12,81 2764

TOTAL 8019 21343 Fuente Quezada (2017) Inec (2010) Elaborado por Campuzano (2019)

- 24 -

Sin embargo, en la mayoría de pymes dedicadas a actividades de índole

metalmecánica se presenta una problemática, pues no existe un desarrollo

adecuado de gestión o del mismo proceso por lo que se alejan de una producción

industrial y adoptan un carácter más artesanal donde no sólo se ve afectada la

calidad del producto, sino que su grado de contaminación es mayor.

2.2.4 CONTAMINACIÓN POR METALES PESADOS

Los metales pesados más comunes son plomo (Pb), mercurio (Hg), níquel (Ni),

cromo (Cr), cadmio (Cd), cinc (Zn) y cobre (Cu). [21]. Y aunque el término “metal

pesado” carece de una definición química per sei, hace referencia a elementos

químicos metálicos cuya gravedad específica sea mayor a 5 y que tenga propiedades

tóxicas aún en concentraciones muy bajas [25].

La exposición a metales pesados supone un alto riesgo para la salud pues son

elementos bioacumulables, es decir, se almacenan en los tejidos blandos y al haber

exposiciones prolongadas ocasionan daños severos a los órganos internos. [22] Por

su peligrosidad están incluidos en la lista de contaminantes prioritarios por la

mayoría de países.

Ingresan al cuerpo humano a través de la ingesta, inhalación o contacto directo con

la piel, pero esto ocurre solo a nivel de exposición industrial sino que el ciudadano

común también se encuentra vulnerable pues los metales pesados suelen

acumularse en la flora y fauna, [18]de esta manera entran a la cadena alimenticia

humana y provocan efectos negativos a la salud como: enfermedades

dermatológicas, afectación al sistema respiratorio, daño hepático, enfermedades

neurológicas, e incluso cáncer.

La presencia de metales pesados en cantidades mayores a las que normalmente la

naturaleza posee, causa severos daños al ecosistema, [23] puesto que las sales de

estos elementos son solubles en agua, y no pueden ser separadas por métodos

ordinarios y requieren tratamientos especiales [28].

- 25 -

2.2.4.1 CROMO

Es el sexto elemento en cuestión de abundancia en la corteza terrestre y el cuarto

entre los 29 elementos biológicamente más importantes [28], es un elemento

metálico de amplia distribución en la naturaleza.

Fue descubierto en 1798 por Vaughlin, el cromo es un elemento duro pero

quebradizo, blanco y brillante, que por su alta densidad (7,19 g/cm3 a 20ºC)

corresponde al grupo de los metales pesados. Con su configuración electrónica

3d5 4s [29]pertenece a los metales de transición y se encuentra dentro de la tabla

periódica en el bloque d, en e0l grupo VIa. La Tabla 9 muestra las propiedades

fisicoquímicas del cromo.

Tabla 9 Propiedades físico químicas del Cromo

Propiedades Unidades

Nombre Número atómico

Valencia Electronegatividad Radio covalente (Å)

Radio iónico (Å) Radio atómico (Å)

Configuración electrónica [Ar] Primer potencial de ionización (eV)

Masa atómica (g/mol) Densidad (g/ml)

Punto de ebullición (ºC) Punto de fusión (ºC)

Descubierto por

Cromo 24

2,3,4,5,6 1.6

1.27 0.69 1.27

3d5 4s1 6.80

51.996 7.19 2665 1875

Vaughlin en 1797 Fuente Lentech (2014)

Geoquímica del cromo

Se presenta en diversos estados de oxidación siendo el el +6 el más alto estado

de oxidación. Los estados +4 y +5 no son muy frecuentes, mientras que los +2 y

+3 son considerados los más estables. [29]También es posible hallar compuestos

en los que el cromo se encuentra en estados de oxidación más bajos, pero son

bastante raros. Se punto de fusión es de 1857 °C y su punto de ebullición es de

2672 °C [28] En medios acuosos sólo se puede encontrar en sus formas trivalente

y hexavalente [30].

- 26 -

Cuando se encuentra en forma trivalente lo hace principalmente como catión, el

mismo que será muy insoluble al formar un hidróxido. (Ks= 1030) [24]Mientras

que el cromo hexavalente se presenta como anión en tres diferentes formas; dos

como ión monomérico HCrO4 -, CrO4 2 y una como ión dimérico Cr2O72-

dependiendo de dos factores principales, su concentración y el pH de la solución,

siendo todas muy solubles. [32]

Ilustración 3Diagrama de especiación del Cromo

Fuente 2 Musilova (2016)

El cromo al estar en contacto con el ser humano se comporta de dos formas

diferentes. [28]El Cr+3 es un oligoelemento, indispensable para procesos

fisiológicos y bioquímicos de la vida, a nivel del ser humano, tiene acción en el

metabolismo de la glucosa, el colesterol y los ácidos grasos, además el cromo III

desempeña un papel muy importante en diferentes reacciones enzimáticas. [27]

Por otro lado, El Cr+6 es considerado un elemento altamente tóxico para el

organismo del ser humano [34] y está clasificado por la Agencia internacional de

investigación del cáncer, IARC (International Agency for Research on Cáncer) en

- 27 -

el grupo I (cancerígeno comprobado en humanos) ya que en exposición

ocupacional produce cáncer en los pulmones.

2.2.4.2 CROMO HEXAVALENTE, CR+6

El Cr+6 tiene alto poder oxidante y es la forma más tóxica de todos sus estados

de oxidación, Cr +6 y Cr +3, [27]pueden convertirse fácilmente uno al otro,

dependiendo principalmente del pH del medio acuoso donde se encuentra. Es

utilizado en diferentes industrias, se usa como catalizador en la síntesis del

amoníaco, forma parte importante de la fabricación del acero inoxidable, se usa

en la industria de curtiembres, así como en la de pinturas.

Comportamiento del Cr+6.

El Cr+6 actúa con valencia +6 cuando se presenta en forma de cromatos y en

forma de dicromatos, mostrando reacciones químicas características:

En una reacción ácida, el ión cromato CrO4-2 se transforma en dicromato, y este

cambio de forma puede evidenciarse a simple vista, pues se produce un cambio

de color en la solución. El ion dicromato se muestra como de color naranja

mientras el ión cromato presenta una coloración amarilla. [41]Esta es una

reacción reversible, por lo tanto si se altera nuevamente el pH y sube por encima

de 6 entonces se formará el ion cromato y el agua se verá de color amarillo.

2.2.4.3 TOXICIDAD DEL CR+6

El Cr+6 posee dos características que explican el grado de toxicidad.

1. Las membranas celulares de nuestro organismo de alguna forma son

permeables para el cromo en este estado, pero no sucede lo mismo con el

cromo en estado trivalente.

2. Cuando el cromo hexavalente atraviesa la membrana celular se reduce a su

estado trivalente dañando las estructuras internas de las células llegando a

- 28 -

lastimar hasta el núcleo de las mismas. [29]Sus efectos adversos se dividen

en dos grupos: los cancerígenos y los no cancerígenos.

La exposición prolongada a este metal, produce tumoraciones en el cuerpo y se

considera su inhalación continua, una vía directa al cáncer de pulmón. En cuanto

a sus efectos no cancerígenos [40], se hace referencia a los síntomas agudos que

aparecen inmediatamente luego de una exposición; irritación de mucosas, de

piel y malestar general. También se han evidenciado enfermedades de carácter

inmunológico [30], que varían acorde al grado de exposición, pudiendo tener

efecto inmunosupresor en quienes han estado expuestos por mucho tiempo

pero a bajas concentraciones y por el contrario, actuar como inmunoestimulador

cuando se ha expuesto a dosis altas.

2.2.4.4 HIDRÓXIDO DE CROMO

El Cr(OH)3 se presenta naturalmente como un polvo de color azul verdoso pero

al ponerse en contacto con agua forma un precipitado de contextura gelatinosa

de color verde-gris. Este hidróxido es insoluble en agua sin embargo, se vuelve

soluble en presencia de ácidos y bases fuertes. [34]Esto se lo adjudica a su

carácter anfótero, propio del cromo en estado trivalente. Además, al aumentar

su temperatura se descompone produciendo vapores de óxido de cromo.

Debido a la baja solubilidad que posee y a que es muy remota la posibilidad de

que el aire oxide y se transforme el cromo trivalente en su forma hexavalente,

[40]se considera inocuo para el medio ambiente si se realiza una disposición final

controlada.

- 29 -

Ilustración 4Diagrama de solubilidad de hidróxidos metálicos

Fuente: Hawley (2019)

- 30 -

2.2.4.5 TÉCNICAS DE REMOCIÓN DE CR+6

Tabla 10 Ventajas y desventajas técnicas remoción de metales pesados

TÉCNICA DESVENTAJAS

VENTAJAS

Fuente: Martínez(2018) Elaborado por Campuzano (2019)

2.2.5 MODELADO Y SIMULACIÓN

2.2.5.1 MODELO MATEMÁTICO

Un modelo es el conjunto de ecuaciones matemáticas que representan un proceso

fundadas en formulaciones teóricas con sentido físico [38]. El desarrollo de un

modelo requiere de la demostración, simulación y evaluación del mismo con el

propósito de lograr pronósticos de las variables más importantes en el proceso, así

como determinar los parámetros propios.

- 31 -

Actualmente las investigaciones científicas ejecutadas se han arraigado en enunciar

las técnicas que se llevan a cabo en el tratamiento de aguas residuales a través de

modelos. [16]El desarrollo de modelos ha permitido comprender mejor los procesos

y un ejemplo es en el modelamiento de tratamiento secundario con lodos activados

donde se estudia la conducta de los microorganismos en los distintos

procedimientos biológicos de lodos activados.

Los modelos matemáticos se pueden clasificar en:

Ilustración 5 Tipos de modelos matemáticos

Fuente: Castro (2014) Elaborado por Campuzano (2019)

2.2.5.2 SIMULACIÓN

La palabra simulación proviene del latín simulatĭo, que significa acción de simular,

es decir, representar algo, fingiendo o imitando lo que no es, viéndose en este

contexto, como el uso de modelos simplificados para representar un determinado

proceso y así poder predecir sus resultados. [4]La simulación de procesos químicos

está naturalmente vinculada al cálculo de los balances de materia, energía y

casualmente cantidad de movimiento de un proceso, cuya distribución y datos

Mecanicistas

• Describen físicamente todos los procesos, físicosquímicos y biológicos mediante ecuaciones debalance.

Empíricos

• Se basa en relaciones matemáticas que utilizan lasvariables de entrada para generar variables de salidasin que esta suponga la descripción de un proceso conun significado físico.

Semi-empíricos

• Se basan en procesos fenomenológicos, son modelosmecanicistas simplificados donde los parámetrosutilizados incorporan diferentes fenómenos de difícilcuantificación

- 32 -

preliminares de los equipos que lo componen, se conocen, aprobando así llevar a

cabo tareas como el análisis, la evaluación y la elaboración de costos estimativos de

diversas opciones viables y competitivas para dicho proceso, así como también la

evaluación y optimización de un diseño ya establecido para dicho proceso, en

períodos de tiempo mucho más reducidos. [34]Es así como los simuladores de

procesos se han convertido en la herramienta más importante en el análisis y la

síntesis de procesos químicos.

2.2.5.2.1 VISUAL BASIC FOR APPLICATIONS (VBA)

Visual basic for applications es el lenguaje de programación disponible en el

paquete Office que se utiliza para optimizar las funcionalidades que Microsoft

ofrece en sus aplicaciones [43], podría decirse que es una versión de Visual Basic 6

adaptado a Office. Pero también interactúa con otras aplicaciones como Autocad o

Aspen Hysys. Puede ser utilizado escribiendo el código directo en su ventana de

módulo o a través de la creación de macros, los mismos que van a traducir

automáticamente a lenguaje VBA la acción que hayan grabado previamente.

Conocido el potencial de Excel para trabajar con hojas de cálculo, la posibilidad de

automatizar tareas con VBA amplía grandemente el conjunto de herramientas que

tenemos a nuestra disposición para ofrecer soluciones innovadoras en el diseño,

simulación, control y optimización de procesos químicos.

- 33 -

2.3 MARCO CONCEPTUAL

Tomando como fuente al TULSMA, establecemos, para el mayor entendimiento de este

proyecto, los siguientes conceptos básicos:

Aguas residuales Las aguas de composición variada provenientes de las descargas de usos

municipales, industriales, comerciales, de servicios agrícolas, pecuarios, domésticos y en

general de cualquier otro uso, que hayan sufrido degradación en su calidad original.

Bioacumulación Proceso mediante el cual circulan y se van acumulando a lo largo de la

cadena trófica una serie de sustancias tóxicas, las cuales pueden alcanzar concentraciones

muy elevadas en un determinado nivel.

Caracterización de un agua residual Proceso destinado al conocimiento integral de las

características estadísticamente confiables del agua residual, integrado por la toma de

muestras, medición de caudal e identificación de los componentes físico, químico,

biológico y microbiológico

Carga máxima permisible Es el límite de carga que puede ser aceptado en la descarga a

un cuerpo receptor o a un sistema de alcantarillado.

Contaminación de aguas Cualquier alteración de las propiedades físico, química,

biológicas de las aguas, que pueda ocasionar el deterioro de la salud, la seguridad y el

bienestar de la población, comprometer su uso para fines de consumo humano,

agropecuario, industriales, comerciales o recreativos, y/o causar daños a la flora, a la

fauna o al ambiente en general.

Cuerpo receptor Es todo río, lago, laguna, aguas subterráneas, cauce, depósito de agua,

corriente, zona marina, estuarios, que sea susceptible de recibir directa o indirectamente

la descarga de aguas residuales.

Demanda química de oxígeno (DQO) Es la cantidad de oxígeno en mg/L consumido en la

oxidación de las sustancias reductoras que están en el agua.

Efluente Líquido proveniente de un proceso de tratamiento, productivo o de una

actividad.

- 34 -

Metales pesados Metales de número atómico elevado, como cadmio, cobre, cromo,

hierro, manganeso, mercurio, níquel, plomo, y zinc, entre otros, que son tóxicos en

concentraciones reducidas y tienden a la bioacumulación.

Muestreo Es el proceso de tomar una porción lo más representativa de un volumen de

agua para el análisis de varias características definidas.

Sólidos suspendidos totales Incluye la materia sedimentable, así como los sólidos que

debido a su pequeño tamaño o a la existencia de fuerzas electrostáticas no sedimentan.

Se determinan mediante filtración del agua.

Toxicidad Se considera tóxica a una sustancia o materia cuando debido a su cantidad,

concentración o características físico, químicas o infecciosas presenta el potencial de:

Causar o contribuir de modo significativo al aumento de la mortalidad, al aumento

de enfermedades graves de carácter irreversible o a las incapacitaciones

reversibles.

Que presente un riesgo para la salud humana o para el ambiente al ser tratados,

almacenados, transportados o eliminados de forma inadecuada.

Que presente un riesgo cuando un organismo vivo se expone o está en contacto

con la sustancia tóxica.

Toxicidad crónica Es la habilidad de una sustancia o mezcla de sustancias de causar

efectos dañinos en un período extenso, usualmente después de exposiciones continuas o

repetidas.

- 35 -

2.4 MARCO CONTEXTUAL

La empresa de donde se obtuvo las muestras de agua residual que sirvieron para el

desarrollo de este proyecto, por su condición en cantidad de empleados e ingresos cae

en la categoría PYMES de pequeñas y medianas empresas.

Está constituida por cuatro empleados y el propietario. Llevan casi veinte años realizando

esta actividad. La formación académica del dueño y los operarios es a nivel de bachillerato

técnico. No está constituida legalmente y opera bajo contratos no oficiales con clientes

fijos que subcontratan sus servicios. Existe pleno conocimiento por parte del propietario

sobre del riesgo que implica trabajar con metales pesados y de la carga contaminante que

se produce y se descarga en la alcantarilla, sin embargo, no se ha planificado instalar una

planta de tratamiento de agua pues se lo considera un costo adicional no recuperable.

Esta pequeña unidad productiva realiza principalmente recubrimientos de superficie a

piezas metálicas que necesitan aumentar su vida útil y ser resistentes a corrosión. Poseen

máquinas de transformación de metales como esmeril, torno, rectificadora y fresadora,

pero se usan muy raramente. Su actividad productiva se enfoca principalmente en

recubrir piezas que llegan ya formadas. Para este propósito poseen un tanque cilíndrico

donde se realiza el recubrimiento de carácter electrolítico.

El proceso realizado para el recubrimiento está esquematizado de la siguiente forma:

- 36 -

Ilustración 6 Proceso de recubrimiento con cromo realizado en la pyme de estudio

Fuente Información obtenida en la pyme de estudio, elaborada por Campuzano (2019)

Ilustración 7 Tanque de cromado electrolítico

Fuente; Pymes de estudio (2018)

Recepción de piezas

•Limpieza manual

Decapado

•con HCl ENJUAGUE

Pulido ENJUAGUE

Desengrase electrolítico

•Cuba con sales de Na

ENJUAGUE

Niquelado

•Cuba electrolítica con sulfato y cloruros de

niquel

ENJUAGUE

Decapado

•Con HCl ENJUAGUE

CROMADO

•Cuba electrolítica, ácido crómico y ácido

sulfúrico

ENJUAGUEENJUAGUE ALCALINO

ENJUAGUE CALIENTE

Secado Embalaje

- 37 -

2.5 MARCO LEGAL

Constitución de la República del Ecuador vigente desde 2008.

Ley De Gestión Ambiental (Reg. Of. 245 del 30/07/99)

Ley de Prevención Y Control de La Contaminación Ambiental (Reg. Of. 418 del

10/09/04)

Acuerdo ministerial 97A Reg. Of. Ed. Especial 387 de 04-nov.-2015 Estado:

Vigente

Anexo 1 del Libro Vl del Texto Unificado de Legislación Secundaria del Ministerio

Del Ambiente (TULSMA): Norma de Calidad Ambiental y de Descarga de

Efluentes: Recurso Agua.

TULSMA, TABLA 8. Límites de descarga al sistema de alcantarillado público

Código Orgánico de la Producción, Comercio e Inversiones.- Ley s/n (Segundo

Suplemento del Registro Oficial 056, 12-VIII-2013). Capítulo II De Los Órganos De

Regulación De Las Mipymes Art. 54.- Institucionalidad y Competencias

- 38 -

Este trabajo de investigación fue realizado en la Facultad de Ingeniería Química de la

Universidad de Guayaquil. Tiene como enfoque principal, la disminución de

contaminación en el efluente que vierte una pyme de tipo metalmecánica al alcantarillado

público, con un alto contenido de cromo hexavalente, mediante el diseño de un sistema

de tratamiento de aguas que reduzca su toxicidad, el modelado del mismo y su simulación

utilizando el software Visual Basic for application.

3.1 METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN

Para poder cumplir con los objetivos establecidos, la metodología aplicada en este

trabajo de investigación fue de carácter explorativo y cuantitativo, con el fin de

conocer los contaminantes presentes en el agua residual y encontrar solución viable

que beneficie a microempresas que realicen procesos metalmecánicos similares, a

las comunidades urbanas que albergan estas industrias, y al medio ambiente.

Puesto que las pymes tienen recursos limitados se intenta buscar métodos de

tratamientos que sean fáciles de implementar y de mantener. El diseño y simulación

del sistema de tratamiento de aguas residuales es realizado en un software que forma

parte Office y al que se puede tener fácil acceso sin necesidad de invertir en softwares

de ingeniería ya desarrollados pues suelen ser muy costosos. Este diseño puede servir

como base o ser un referente en la implementación de mecanismos de tratabilidad

de aguas residuales de industrias, que generen contaminantes de características

similares y sean vertidos al alcantarillado público.

3.1.1 MÉTODO DEDUCTIVO

El tratamiento de aguas residuales resulta necesario para reducir el nivel de

contaminación presente en aquellas aguas que han sido utilizadas en el sector

industrial. Conociendo la falta de tratamiento que reciben las aguas residuales de

esta microempresa y la importancia de incorporarlo, pues contiene al menos un

CAPÍTULO 3

3. METODOLOGÍA

- 39 -

metal pesado en altas concentraciones, se diseña un sistema de tratamiento que

comprende tres fases: la primera es un tratamiento químico de reducción, seguido

de precipitación y previo a su descarga una fase de neutralización en el caso de ser

necesaria. Todo esto con el fin de obtener la mayor remoción de Cr+6 posible,

manteniendo niveles adecuados de DQO, SS y pH.

3.1.2 MÉTODO EXPLORATORIO

A través de investigación bibliográfica en medios físicos y digitales, revistas de

ciencia y papers científicos, se obtuvo información pertinente respecto a diferentes

enfoques y técnicas de remoción de Cr+6 así como de construcción de modelos

matemáticos y su aplicación en softwares amigables con la ingeniería.

3.1.3 MÉTODO CUANTITATIVO

La calidad de un efluente se determina de manera cuantitativa pues se basa en la

medición de la cantidad de contaminantes presentes y se compara con los

parámetros permisibles de acuerdo a la norma de TULSMA. Por lo que se busca

mediante este trabajo de investigación reducir la carga contaminante de agua

residual antes de ser vertida al alcantarillado público tanto para cumplir con la ley

vigente y de esta forma contribuir con la mitigación al medio ambiental.

- 40 -

3.2 DIAGRAMA DE FLUJO DE LA METODOLOGÍA A USAR

Ilustración 8 Diagrama de flujo de la metodología del proyecto


3.3 DISEÑO DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS

Para que un sistema de tratamiento de aguas residuales sea considerado eficiente,

debe tener un diseño adecuado y sustentable. Es necesario seguir un flujo de procesos

consecuentes que permita tomar decisiones correctas para lograr no solamente

cumplir con el objetivo planteado que es producir un efluente libre de contaminantes,

sino que se pueda aplicar continuamente, sin interrupciones provocadas por falta de

recursos, ya sea en materia prima o en conocimiento técnico.

Para diseñar un sistema de tratamiento de aguas se requiere conocer el contexto

donde va a ser aplicado. Es importante determinar el contaminante que debe ser

eliminado, y el método para lograr dicha remoción. Tomando siempre en

consideración los recursos disponibles antes de tomar una decisión del diseño.

Toma de muestras

Análisis en laboratorio acreditado

Caracterización del agua residual

Determinación de parámetros a

controlar

Investigación en varias literaturas

Elección de método para remover

contaminantes

Câlculos teóricos estequiométricos para determinar

consumo dereactivoS

Desarrollo de un modelo matemático

y simulaciôn del proceso

Ensayo experimental que valide la simulaciòn

- 41 -

3.3.1 TOMA DE MUESTRAS

La microempresa de donde se obtuvo la muestra de agua residual posee una cisterna

donde se acumula el efluente generado en los lavados de las piezas revestidas de

cromo con agua corriente. Tiene dimensiones 1m*1m*1.2m lo que equivaldría a un

volumen de almacenamiento máximo de 1.2m3.

En el momento de la toma de muestra se observó que no se encontraba totalmente

lleno, habiendo un espacio libre de 0.38mt lineales. Existía una acumulación de 26 días

contados desde la fecha del último vertido a la alcantarilla.

Debido a que la cisterna se va llenando a lo largo del mes la Muestra tomada a pesar

de ser puntual tiene características de muestra compuesta.

3.3.2 PARÁMETROS ANALIZADOS DEL AGUA RESIDUAL

Teniendo en consideración los diferentes procesos que se realizan en la microindustria

metalmecánica en estudio y los insumos utilizados para tales propósitos, se decide qué

parámetros deben ser analizados en el laboratorio acreditado para poder realizar una

caracterización lo más real posible de las aguas residuales de esta “pymes” de tipo

metalmecánica. Se escogieron los siguientes:

3.3.3 CARACTERIZACIÓN DEL AGUA RESIDUAL

En la tabla 11 se detalla la composición cuantitativamente de contaminantes en la

muestra. Para el análisis realizado en el laboratorio acreditado, ver Anexo 2. Informes

de Análisis Físicos químicos

Sólidos suspendidos

pH

DQO

Tensoactivo

Cromo

hexavalente

DBO5

TPH

Cinc

Cobre

Aceites y grasas

- 42 -

Tabla 11 Parámetros analizados de la 1ra muestra de agua residual

3.3.4 DETERMINACIÓN DE PARÁMETROS A CONTROLAR

Utilizando el resultado de los análisis de una primera muestra de agua residual,

realizados en el Laboratorio acreditado de Aguas de la Facultad de Ingeniería Química,

se puede comprobar que existe una alta concentración de cromo hexavalente Cr+6, en

el efluente.

Siendo 0.5ppm la concentración máxima de cromo hexavalente permitida bajo la

norma vigente, y teniendo valores de 787ppm, es pertinente diseñar un sistema de

tratamiento que permita remover de manera eficaz este metal pesado que posee

Parámetros Expresado Unidad Resultados Límite Máximo

Permisible

CUMPLE

Potencial de Hidrógeno

pH 10.42 6 -9 NO

Demanda química de

oxígeno

DQO mg/L 46 500 SI

Demanda bioquímica de oxígeno

DBO5 mg/L 27.41 250 SI

Solidos suspendidos

SS mg/L 108 220 SI

Cobre Cu mg/L 0.6 1 SI

Cromo VI Cr+6 mg/L 787 0.5 NO

Cinc Zn mg/L 2 10 SI

Plomo Pb mg/L 0.03 0.5 SI

Aceites y

grasas mg/L 2.11 70 SI

Tensoactivos mg/L 1.76 2 SI

Hidrocarburos totales de

petróleo

TPH mg/L 3 20 SI

Fuente ; Laboratorio acreditado de Aguas, Elaborado por Campuzano (2019)

- 43 -

propiedades cancerígenas y representa un peligro para todo organismo vivo que entre

en contacto con él.

Los valores de DQO y SS están dentro de la norma, no generan mayor preocupación,

sin embargo, se espera que luego del tratamiento aplicado, también disminuyan.

El parámetro de pH también se encuentra fuera de norma, por lo que será controlado.

3.3.5 ELECCIÓN DEL MÉTODO DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES DEL EFLUENTE

Luego de conocer la composición de la carga contaminante que produce esta

microindustria metalmecánica, y de reconocer los elementos que causan afectación

ambiental y sanitaria, en este caso el Cr+6, se procede a revisar diversas fuentes

bibliográficas e informes de resultados de ensayos experimentales de otras

investigaciones que permitan hondar en diferentes técnicas de remoción del Cr+6

comparándolas entre sí.

Para la selección de la técnica se consideraron las siguientes condiciones:

El porcentaje de remoción de Cr+6 en efluentes con altas concentraciones

El aspecto económico

El espacio físico disponible

Siendo todos los anteriores, factores determinantes, se elige el método físico

químico de reducción y precipitación química por su alto % de remoción y bajo

costo.

3.3.5.1 REMOCIÓN DE CROMO HEXAVALENTE POR MÉTODO DE REDUCCIÓN Y

PRECIPITACIÓN

Por las características de este método convencional, y por los excelentes

resultados que se obtiene para tratar efluentes con cromo, se lo considera para el

tratamiento del agua residual objeto de esta investigación. Reducir la toxicidad

que presenta dicho elemento en su estado hexavalente, haciéndolo reaccionar

con un compuesto que posee propiedades químicas reductoras favoreciendo la

transformación a nivel iónico. Luego de ser convertido a su forma trivalente, se

consigue su separación por medios físicos del agua en el cual está disuelto. Para

- 44 -

esto, se lo hace reaccionar con un agente donador de radicales oxhidrilos que se

unan a estos iones de Cr+3 y formen moléculas de hidróxido de cromo que serán

posteriormente precipitadas al alterar su solubilidad, la misma que varía en

condiciones específicas de pH. Al culminar su sedimentación serán separados del

agua por decantación, obteniendo un efluente libre de cromo y con condiciones

apropiadas para su descarga.

3.3.5.2 ELECCIÓN DE REACTIVOS

Durante el proceso de esta investigación se revisaron artículos científicos de

ensayos desarrollados en EEUU, India y China, tesis de trabajos realizados en

Ecuador y en otros países, libros de Ingeniería Química, de Metales pesados, de

Tratamiento de aguas y Química General sobre tratamientos de reducción química

para aguas residuales que contenían cromo con el objetivo de determinar una

referencia lo más exacta posible respecto a las reacciones que ocurren durante

este proceso de remoción por reducción y precipitación de cromo hexavalente.

Las reacciones químicas variaban respecto al agente reductor a usar, sin embargo,

el ácido sulfúrico se mantenía irremplazable en todas las fuentes consultadas.

Por motivo del carácter de “sustancia controlada” que tiene el ácido en cuestión,

se abrió la interrogante de si este ácido era vital para que ocurra la reacción o

solamente actuaba para reducir el pH sin causar mayor alteración al proceso de

reducción.

Se buscó alternativas más económicas en el mercado y se sugirió el ácido nítrico

pues también es un ácido fuerte y es menos oneroso.

Para comprobar la factibilidad y buscar una buena opción, se realizó un ensayo

experimental a nivel de laboratorio, Anexo 6 ENSAYOS EXPERIMENTALES

REALIZADOS utilizando ácido Nítrico en lugar de ácido sulfúrico, cuyos resultados

fueron satisfactorios al obtener una reacción de reducción exitosa.

De igual manera, se propuso, por fines económicos, la sustitución de la base fuerte

sugerida en la bibliografía, que iba a ser utilizada para la formación de hidróxido

de cromo y su posterior precipitación. Se hizo un ensayo utilizando hidróxido de

- 45 -

calcio de menor costo para reemplazar el hidróxido de sodio, que es una sustancia

de carácter química precursora controlada en el país. Los resultados obtenidos

fueron exitosos.

Se toma la decisión de utilizar ácido nítrico, metabisulfito de sodio e hidróxido de

calcio para el proceso de remoción de cromo por método de reducción y

precipitación química. Motivo por el cual se hizo un reajuste en las reacciones

químicas que habían sido obtenidas por investigación bibliográfica y se realizaron

nuevos cálculos estequiométricos para obtener un modelado adaptado a los

químicos que fueron elegidos.

Las nuevas reacciones químicas propuestas en base al cambio de componente

ácido y del hidróxido para ser utilizadas en el sistema de tratamiento de aguas

propuesto son las siguientes:

Ecuación 1

4H2CrO4 + 3Na2S2O5 + 6HNO3 → 2Cr2(SO4)3 + 6NaNO3 + 7H2O

Ecuación 2

Na2S2O5 + H2O→ 2NaHSO3

Ecuación 3

2H2CrO4 + 3NaHSO3 + 3HNO3 → 2Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + 5H2O

Ecuación 4

pH=2 H2Cr2O7 + 3NaHSO3 + 3HNO3 → Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + 4H2O

Ecuación 5

Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Cr(OH)3 + 3CaSO4

3.3.6 FASES DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

El sistema de tratamiento de aguas residuales necesario para reducir la carga

contaminante del efluente producido por una pyme metalmecánica que realiza

procesos de recubrimiento con cromo, (siendo éste el parámetro crítico) está

compuesto por un sistema de tres fases.

- 46 -

1° FASE

Se va a disminuir el grado de toxicidad de estas aguas pues se tiene como finalidad la

reducción del cromo de su estado hexavalente a trivalente, perdiendo así sus

propiedades cancerígenas y mutagénicas.

Este proceso requiere el uso de un agente reductor, entre lo que se destacan los

compuestos a base de azufre. Por bajo costo y alta eficiencia, se trabaja con

Metabisulfito de Sodio, un conocido ingrediente en productos alimenticios.

Para que esta reacción tenga efecto debe darse en un medio ácido, siendo el pH= 2

el valor óptimo para que se reduzca todo el contenido de Cr+6 , por lo que es

necesario utilizar una solución ácida en cantidades que varían dependiendo el pH

inicial del agua residual.

2° FASE

Una vez reducido el Cromo a su forma trivalente, se necesita hacerlo reaccionar para

poder separarlo del agua pues tiene alta solubilidad en su estado de sal.

Los hidróxidos reaccionan muy bien con las sales metálicas y al ser llevados a cierto

pH precipitan, lo que es una reacción favorable a este propósito.

Se elige hidróxido de calcio para que reaccione con el sulfato de cromo presente

luego de la reducción. La ventaja de utilizar hidróxidos es que tienen un alto poder

neutralizante de acidez, por lo que va a contribuir con la formación del hidróxido

metálico y su posterior precipitación sin tener que adicionar otro compuesto para ese

fin. La sedimentación hace parte de la precipitación.

3°FASE

En esta fase se ajusta el pH, llevándolo a un intervalo entre 6 y 9 para poder

descargarlo al alcantarillado.

- 47 -

Ilustración 9 Etapas que conforman el sistema de tratamiento de aguas residuales elegido para pymes de tipo

metalmecánica contaminadas principalmente por Cr+6


3.3.7 RECURSOS DISPONIBLES

Las pequeñas y medianas empresas, y de manera especial, las microempresas

poseen recursos económicos muy limitados, así como poco conocimiento técnico,

lo que se traduce en espacios de trabajo muy pequeños y desperdicio de insumos

utilizados. Producto de ello, aunque su volumen de producción de aguas

residuales es bajo en cantidad, posee contaminaciones en cantidades

considerables.

El factor espacio es determinante para diseñar un sistema de tratamiento de aguas

residuales, de allí que se debe de adaptar a los recursos disponibles.

En el caso de la pyme del estudio, cuenta con una trampa de grasas, una bomba y

un reservorio tipo cisterna donde acumulan aguas residuales. El espacio sí es un

limitante en esta microempresa por lo que se considera, de acuerdo al método de

remoción de cromo, diseñar un sistema de un solo tanque donde se realicen las

diferentes fases.

Reducción

• Cr+6 a Cr+3

• Agente reductor: Na2S2O5

• Condiciones: medio ácido pH=2 ajustado con HNO3

Precipitación

• Formación de Cr(OH)3

• Agente precipitante: Ca(OH)2

• Condiciones para precipitación: medio básico pH=9,5

Neutralización

• Ajustar pH si fuese necesario para estar dentro de norma

• Agente regulador de pH: HNO3

• Condiciones finales de pH = 6-9

- 48 -

3.3.7 EQUIPOS

El sistema propuesto consta de tres fases donde se realizan procesos físicos y

químicos consecutivos, y el espacio disponible es reducido, por ello, se sugiere

elegir un equipo formado por un tanque de fondo cónico con salida inferior que

sirva de tanque reactor y sedimentador, y a la vez de decantador para purgar

lodos.

Las dos primeras fases se ejecutan una después de otra, pues la eficiencia de

clarificación del agua depende de una buena precipitación que a la vez depende

de una reducción completa de cromo hexavalente en su forma trivalente. Y en

la tercera fase se debe realizar del ajuste el pH (6-9) para cumplir con la norma

establecida.

Se propone, para una pyme con espacio limitado, lo siguiente:

Considerando que ya existe una trampa de grasas y una cisterna tipo resevorio

cuyo volumen no excede 1.2m3, se establece que el tratamiento será tipo batch

y no continuo pues no lo amerita. Se considera un tiempo de residencia de 24

horas antes de descargar los lodos y un volumen de carga de 1m3.

- 49 -

Ilustración 10 Diagrama del tanque reactor-sedimentado para el tratamiento de aguas residuales

Elaborado en Visio por Campuzano (2019)

- 50 -

3.3.8 DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO

Para la remoción del Cr+6 presente en altas concentraciones en el agua residual de

una pyme que realiza procesos metalmecánicos de recubrimientos con cromo a

piezas y moldes, se propone diseñar un sistema trifásico de tratamiento de aguas

utilizando un solo tanque cilíndrico de fondo cónico y salida inferior que funciona

como reactor-sedimentador-decantador. Cada etapa a realizar esta especificada y

diagramada de la siguiente manera:

1. Lectura de pH0 del afluente al ingreso al tanque

2. Adición de ácido nítrico para ajuste de pH óptimo para reducción

3. Lectura de pH1 que debe ser 2

4. Adición de metabisulfito de sodio para reducción de Cr+6

5. Lectura de pH2

6. Adición de hidróxido de calcio para formación de hidróxido de cromo

7. Lectura de pH3

8. Adición de hidróxido de calcio para ajuste de pH óptimo para precipitación

9. Descarga de lodos

10. Lectura de pH4

11. Si amerita, adición de ácido nítrico para ajustar a pH neutro

12. Lectura de pH5

13. Descarga final del efluente tratado

Ilustración 11Diagrama de procesos del sistema de tratamiento de aguas residuales para pymes de tipo metalmecánica 1contaminadas principalmente por Cr+6

Afluente Contaminado

Ajuste de pHReducción Cr6 a Cr3

Precipitación química de CrOH3

Neutralización de pH

pHo pH1 pH2 pH3 pH5

Ajuste de pH

pH4

Efluente tratado

HNO3 Na2S2O5 Ca(OH)2 Ca(OH)2HNO3

Lodos

Elaborado en Visio por Campuzano (2019)

- 51 -

4.1 CÁLCULOS ESTEQUIOMÉTRICOS

Se empleó una base de cálculo de 1L y una concentración inicial de Cr+6 1g

4H2CrO4 + 3Na2S2O5 + 6HNO3 → 2Cr2(SO4)3 + 6NaNO3 + 7H2O

Na2S2O5 + H2O → 2NaHSO3

2H2CrO4 + 3NaHSO3 + 3HNO3 → 2Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + 5H2O

pH=2 H2Cr2O7 + 3NaHSO3 + 3HNO3 → Cr2(SO4)3 + 3NaNO3 + 4H2O

Cr2(SO4)3 + 3Ca(OH)2 → 2Cr(OH)3 + 3CaSO4

Tabla 9 Pesos moleculares de los reactivos Pesos moleculares g/mol

Na2S2O5 190,1 NaHSO3 104,1 H2Cr2O7 218

Cr+6

51,99 Cr(OH)3 103 H2CrO4 118

HNO3 63,01 Cr2(SO4)3 392,1

Ca(COH)2 74,1 NaNO3 85

Fuente Tabla periódica de los elementos

4.1.1 REDUCCIÓN

1°Paso. Ajustar el pH a su valor óptimo (pH=2) para la reducción de Cr+6 – Cr+3

pH0= A

pOH0= 14 – A = B

[OH]0=10-B

pH1= 2

pOH1= 14 – 2 = 12

[H]1=10-2

Para neutralizar

10-B 𝑚𝑜𝑙 [𝑂𝐻]

𝐿×

1𝑚𝑜𝑙 [𝐻]

1 𝑚𝑜𝑙[𝑂𝐻]×

1𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑁𝑂3

1 𝑚𝑜𝑙 [𝐻]×

63𝑔 𝐻𝑁𝑂3

1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑁𝑂3×

100𝑔

68 𝑔×

1𝑚𝑙

1,41𝑔=C ml HNO3 al 68%

Para ajustar pH

CAPITULO 4

4. CÁLCULOS Y DESARROLLO DEL MODELO MATEMÁTICO

- 52 -

10-2 𝑚𝑜𝑙 [𝐻]

𝐿×





100𝑔

68 𝑔×

1𝑚𝑙

1,41𝑔= 0,66 ml HNO3 al 68%

∑HNO3 = 0,66 + C

∑HNO3 = D ml HNO3 al 68%

2°Paso. Reducción de Cr+6 – Cr+3 en medio ácido

Consumo de Na2S2O5 por [Cr+6] expresado en ppm, mg/L

[Cr+6] 𝑚𝑔

𝐿×

1𝑔

1000𝑚𝑔×

1𝑚𝑜𝑙 Cr

52𝑔 ×

1𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝐶𝑟2𝑂7

2𝑚𝑜𝑙𝐶𝑟×

3𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂3

1𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝐶𝑟2𝑂7×

1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑆2𝑂5

2𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎𝐻𝑆𝑂3×

190,1 𝑔 𝑁𝑎2𝑆2𝑂5

1𝑚𝑜𝑙 𝑁𝑎2𝑆2𝑂5×

100𝑔 𝑁𝑎2𝑆2𝑂5

𝐹 (%𝑝𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎)= G g Na2S2O5 comercial

Consumo de HNO3 por [Cr+6] expresado en ppm, mg/L

[Cr+6] 𝑚𝑔

𝐿×

1𝑔

1000𝑚𝑔×

1𝑚𝑜𝑙 Cr

52𝑔 ×

1𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝐶𝑟2𝑂7



1𝑚𝑜𝑙 𝐻2𝐶𝑟2𝑂7×

63 𝑔 𝐻𝑁𝑂3

1𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑁𝑂3×

100𝑔

68 𝑔×

1𝑚𝑙

1,41𝑔=

H ml HNO3 al 68%

∑ HNO3al 68% = D+ H

∑HNO3 = I ml HNO3 al 68%

4.1.2 PRECIPITACIÓN

3°Paso. Formación y Precipitación de Cr(OH)3

pH2= K

pOH2= 14 – K = L

pH3=9,5

pOH3= 14 – 9,5 = 4,5

[OH]3=10-4,5 M

Para neutralizar

10-K 𝑚𝑜𝑙 [𝐻]

𝐿×

1𝑚𝑜𝑙 [𝑂𝐻]

1 𝑚𝑜𝑙[𝐻]×

1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

2 𝑚𝑜𝑙 [𝑂𝐻]×

74,1𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2= M g Ca(OH)2 Puro

- 53 -

Para ajustar pH

10-4,5 𝑚𝑜𝑙 [𝑂𝐻]

𝐿×


2 𝑚𝑜𝑙 [𝑂𝐻]×

74,1𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

1 𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2×= 0,0012 g Ca(OH)2 Puro

∑ Ca(OH)2 puro = 0,0012 + M

∑ Ca(OH)2 = N g Ca(OH)2 puro

Consumo de Ca(OH)2 por [Cr+3] expresado en ppm, mg/L

[Cr+3] 𝑚𝑔

𝐿×

1𝑔

1000𝑚𝑔×

1𝑚𝑜𝑙 Cr

52𝑔 ×

1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3



1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑟2(𝑆𝑂4)3×

74,1𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

1𝑚𝑜𝑙 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2= O g

Ca(OH)2 puro

∑ Ca(OH)2 puro= N + O

∑ Ca(OH)2 puro= P g Ca(OH)2 puro

∑ Ca(OH)2 comercial= 𝑃 𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 puro ×100𝑔 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2

𝑅 (%𝑝𝑢𝑟𝑒𝑧𝑎)

∑ Ca(OH)2 comercial = S g Ca(OH)2 comercial

4.1.3 NEUTRALIZACIÓN

4°Paso. Ajuste de pH

pH4= T

pOH4= 14 – T = V

[OH]4=10-V

pH5= 7

pOH5= 14 – 7 = 7

[H]5=10-7

10-V 𝑚𝑜𝑙 [𝑂𝐻]

𝐿×

1𝑚𝑜𝑙 [𝐻]

1 𝑚𝑜𝑙[𝑂𝐻]×




1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑁𝑂3=

10-7 𝑚𝑜𝑙 [𝐻]

𝐿×




1 𝑚𝑜𝑙 𝐻𝑁𝑂3=

(10-V+10-7) × 𝑚𝑜𝑙 [𝐻]

𝐿×





100𝑔

68 𝑔×

1𝑚𝑙

1,41𝑔= W ml HNO3 al 68%

- 54 -

4.2 MODELAMIENTO MATEMÁTICO DEL TRATAMIENTO FÍSICO QUÍMICO DE REDUCCIÓN Y PRECIPITACIÓN

Utilizando las relaciones estequiométricas que se obtienen de las reacciones químicas

que forman parte principal del sistema planteado de tratamiento de aguas residuales,

se elabora un sistema de ecuaciones sencillas de primer orden que forman una

secuencia entre sí y van a permitir plantear un modelo matemático que permita replicar

este tipo de tratamiento con solo ingresar ciertos datos que varían de acuerdo a cada

muestra.

Los pasos para el desarrollo del modelo matemático fueron:

Determinar la reacción química o el conjunto de ellas más cercanos a la realidad,

para utilizarla en los cálculos estequiométricos.

Designar una base de cálculo, en este caso, se dejó en 1L , así todas las relaciones

de consumo entre elementos estaban dadas para un volumen exacto de agua a

tratar.

Asignar un código a cada dato que se desconozca y formar así las ecuaciones que

se relacionan entre ellas.

Diferenciar cuáles son datos que se obtienen a partir de los insumos a utilizar y

cuáles van variando a lo largo del proceso.

Acondicionar el modelo obtenido con el lenguaje del software donde se va a

realizar la simulación.

4.2.1 VARIABLES QUE INTERVIENEN EN EL MODELO MATEMÁTICO

E= [Cr+6]

Q= Vol A.R

A= pH0

I = HNO3

G= Na2S2O5

F = %pureza Na2S2O5

S = Ca(OH)2

- 55 -

R = %pureza Ca(OH)2

K= pH2

T= pH4

W= HNO3 Neut

4.2.2 REDUCCIÓN

Dosis HNO3

I = D+ H

Si

D= 0,66 + C

H = 0,002 E

C = 65,7*10-B

B = 14- A

Entonces

C = 65,7*10-(14-A) = 65,7*10(A-14)

D = 0,66 + [65,7*10(A-14)]

I = 0,66 + [65,7*10(A-14)] + 0,002 E

Dosis Na2S2O5

G = 0,28 E/F

4.2.3 PRECIPITACIÓN

Dosis Ca(OH)2

S = P/R*100

Si

- 56 -

P= N+O

O = 0,002 E

N = 0,0012 + M

M = 37,05*10-K

K = pH2

Entonces

N = 0,0012 + (37,05*10-K)

S = (0,0012 + (37,05*10-K) + 0,002 E)*100/R

S = 0,12/R + 3705/R*10-K + 0,2E/R

4.2.4 NEUTRALIZACIÓN

Dosis HNO3

W = (66,2* 10-V)+ 6,7*10-6

Si

V = 14 – T

Entonces

W = (66,2* 10-(14 – T))+ 6,7*10-6

W = (66,2* 10T-14 )+ 6,7*10-6

4.2.5 DOSIS FINALES ACORDE AL VOLUMEN

IT = I * Q

GT = G * Q

ST = S * Q

- 57 -

WT = W * Q

Si

IT = (0,66 + [65,7*10(A-14)] + 0,002 E) * Q

GT = 0,28 E/F * Q

ST = (0,12/R + 3705/R*10-K + 0,2E/R ) * Q

WT = [ (66,2* 10T-14 )+ 6,7*10-6 ] * Q

Entonces

IT = 0,66*Q + [65,7*Q*10(A-14) ]+ 0,002*Q*E

GT = 0,28 *E*Q/F

ST = 0,12*Q/R + 3705*Q/R*10-K + 0,2*E*Q/R

WT = (66,2*Q* 10T-14 )+ 6,7*Q*10-6

4.3 SIMULACIÓN DEL SISTEMA DE TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES

Para realizar la simulación del sistema que se ha diseñado para tratar estas aguas

residuales contaminadas por Cr +6, uno de los metales pesados más tóxicos, se utilizó

modelos matemáticos formados por ecuaciones originadas de los cálculos

estequiométricos.

Se adicionan a dichos cálculos, algunos datos técnicos que corrijan los resultados

teóricos obtenidos de las reacciones químicas asemejándolos lo más posible a la

realidad. Entre ellos están, el dato de porcentaje de pureza de los insumos, obtenido de

las fichas técnicas que ofrecen los proveedores, los valores de densidad corregidos

acorde al % de disolución para obtener datos más reales.

- 58 -

La simulación se la realizó utilizando el lenguaje de programación de Visual Basic, en la

plataforma Visual Basic for application, se tomó el sistema de ecuaciones desarrollas

como modelamiento, se transformó en código fuente compatible con dicho software,

donde finalmente se genera una pantalla con un gráfico del sistema y casillas vacías

donde se ingresan datos del efluente inicial y mediante el modelo matemático, se

generan datos de dosis necesarias de agente reductor y de agente precipitante,

buscando reducir el gasto excesivo de insumos que muchas veces se genera cuando se

hacen ensayos netamente experimentales que al final terminan produciendo exceso de

lodos innecesarios.

4.3.1 DATOS PARA SIMULACIÓN

4.3.1.1 DATOS INICIALES DEL EFLUENTE INDUSTRIAL

E = Concentración de Cr+6 expresado en ppm

A = pHo inicial del efluente contaminado

Q = Volumen a tratar del agua residual

4.3.1.2 INFORMACIÓN TÉCNICA

F = % de Pureza del Na2S2O5 comercial

R = % de Pureza del Ca(OH)2 comercial

4.3.1.3 DATOS MEDIDOS DURANTE EL PROCESO

K= pH2 luego de la reducción

T= pH4 luego de la precipitación y descarga de lodos

4.3.1.4 ECUACIONES DEL MODELO MATEMÁTICO

IT = 0,66*Q + [65,7*Q*10(A-14) ]+ 0,002*Q*E

GT = 0,28 *E*Q/F

ST = 0,12*Q/R + 3705*Q/R*10-K + 0,2*E*Q/R

WT = (66,2*Q* 10T-14 )+ 6,7*Q*10-6

- 59 -

4.3.2 DISEÑO DE LA INTERFAZ PARA LA SIMULACIÓN

El programa elegido para realizar la simulación del sistema de tratamiento de aguas es

VBA (Visual Basic for Application) que utiliza lenguaje de programación Visual Basic el

cual funciona a través de comandos lógicos ingresados en código a cada controlador que

conforma el diseño.

VBA permite diseñar una interfaz gráfica y en este caso, se utilizó como recurso, el

diagrama previamente diseñado en Visio para los equipos del sistema de tratamiento.

Se agregó sobre el mismo, los botones de comando y texto donde se ingresan y se

generan los datos producto de simulación.

Se eligió un fondo claro y el uso de una imagen representativa para que resulte más

amigable la simulación y se prevenga errores al ingresar datos donde no corresponden.

El diseño en su inicio quedó como muestra la siguiente ilustración:

Ilustración 12 Entorno del software de simulación desarrollado en VBA


- 60 -

4.3.3 DESARROLLO DEL CÓDIGO DE PROGRAMACIÓN

Para poder realizar una simulación en el software VBA se necesita acondicionar los

datos y ecuaciones al lenguaje de programación Visual Basic, que se maneja con

comandos lógicos en una ventana flotante dentro del mismo software.

La particularidad de este programa es que se puede trabajar ingresando datos

directamente a cada comando que se utiliza, siendo en este caso, el botón de

comando ´Calcular´ donde se especifican las ecuaciones que simulará el

tratamiento, generando datos de dosis recomendadas de los reactivos.

Considerando como parámetros principales de desarrollo, la concentración inicial

de cromo hexavalente, el volumen a tratar y el pH inicial.

Ilustración 13 Código fuente de la simulación

Elaborado en VBA por Campuzano (2019)

4.3.4 ENSAYOS DE PRUEBA DE LA SIMULACIÓN

Se realizaron ensayos con datos aleatorios que fueron ingresados en el simulador

para comprobar si presentaba errores en la codificación.

Se presentaron los siguientes errores:

Debían ser ingresados todos los datos antes de simular, esto incluía los datos de

pH calculados durante el proceso que no pueden ser prevenidos. Al no ser

ingresados al inicio, enviaba mensaje de error de código.

- 61 -

Las unidades decimales, estaban programadas utilizando punto (.) sin embargo ya

en la simulación permitía ambos formatos y al equivocarse y colocar coma igual

arrojaba resultados, pero eran erróneos.

Solamente se lograba obtener datos totales del ácido a añadir y del hidróxido

utilizado, pero no especificaba la cantidad a añadir para ajuste de pH y para

reaccionar pudiendo generar deficiencias en el tratamiento.

Ilustración 14 Mensajes de error que redirigen a la ventana de codificación

Fuente 3Elaborado en VBA por Campuzano (2019)

Teniendo todos estos desfases, se procede a realizar un rediseño de la interfaz gráfica

de simulación.

4.3.5 REAJUSTE DE LA INTERFAZ

Para evitar los errores producidos con el primer diseño, se decide añadir a la nueva

interfaz botones de comando adicionales que calculen las dosis de insumos por cada

etapa del proceso. Y no en su requerimiento total. Por lo que al tener un solo botón

de cálculo, se requiere rediseñar y se agregar dos más, para poder obtener por

etapas, los consumos necesarios de reactivos.

También se agregan cajas de texto adicionales, para el ácido y el hidróxido, de esta

forma, se puede diferenciar las cantidades a añadir por ajuste de pH y por consumo

propio de la reacción. La interfaz rediseñada queda de la siguiente forma:

- 62 -

Ilustración 15 Rediseño de la interfaz gráfica de la simulación

Fuente (VBA, 2019 )Elaborado por Campuzano (2019)

4.3.6 REDISEÑO DEL MODELO MATEMÁTICO Y REPROGRAMACIÓN

Al encontrar inconvenientes en el momento ensayar la simulación y realizar un

rediseño de la interfaz gráfica donde se ingresan y generan los datos requeridos, se

tiene que rediseñar también el modelo matemático que había sido desarrollado en

base al consumo general de cada reactivo y redistribuirlo a la cantidad necesaria de

cada uno pero en cada etapa del proceso.

Se utilizan las mismas variables, pero se reacomodan acorde al diseño de la interfaz

mejorada. Con estos datos, se realiza la nueva codificación en cada uno de los

comandos que se agregó.

Dosis HNO3 para ajustar pH

D= 0,66 + C

C = 65,7*10-B

C = 65,7*10-(14-A) = 65,7*10(A-14)

D = 0,66 + [65,7*10(A-14)]

- 63 -

Dosis HNO3 para reaccionar

H = 0,002 E

Dosis Na2S2O5

G = 0,28 E/F

Dosis Ca(OH)2 para ajuste de pH

O = 0,2 E/R

Dosis Ca(OH)2 para precipitación

N = 0,0012 + M

M = 37,05*10-K

K = pH2

Entonces

N = 0,12/R + (3705*10-K)/R

DOSIS FINALES ACORDE AL VOLUMEN

DT = D* Q

GT = G * Q

HT = H * Q

OT = O * Q

NT =N * Q

Si

N = 0,12/R + (3705*10-K)/R

D = 0,66 + [65,7*10(A-14)]

H = 0,002 E

G = 0,28 E/F

- 64 -

O = 0,2 E/R

Entonces

NT = 0,12*Q/R + (3705*10-K)*Q/R

DT = 0,66*Q + [65,7*10(A-14)]*Q

HT = 0,002 E*Q

GT = 0,28 E*Q/F

OT = 0,2 *Q*E/R

Ilustración 16Código final parte 1

Elaborado por Campuzano (2019) Ilustración 17Código final parte 12

Elaborado por Campuzano (2019}

- 65 -

Se realizó pruebas del funcionamiento, en base al desempeño de programación. Para

este fin, se ensayó con datos aleatorios, buscando nuevos posibles errores en este

código rediseñado para la simulación. Finalmente se da por aprobado y se procede a

usarlo como método de validación del sistema de tratamiento diseñado.

A continuación, se detallan los datos que deben ser ingresados en la interfaz y cuáles

son los que se van a generar, ya como consumo por cada etapa.

Tabla 9 Datos ingresados vs datos generados por el simulador

FASE DE REDUCCIÓN

Cód. INGRESADOS Unidad Cód. GENERADOS Unidad

Q Volumen A.R. Lt IT HNO3 al 68% pH ml

E [Cr+6] ppm GT HNO3 al 68% ml

A pH0 - Na2S2O5 g

F %pureza Na2S2O5 -

FASE DE PRECIPITACIÓN


K pH2 - ST Ca(OH)2 pH g

R %pureza Ca(OH)2 - Ca(OH)2 g

FASE DE NEUTRALIZACIÓN


T pH4 - WT HNO3 al 68% ml


4.3.7 VALIDACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO

El diseño y simulación del sistema de tratamiento de aguas residuales propuesto para

pymes de tipo metalmecánica que realicen procesos de recubrimiento con cromo fue

desarrollado a partir de investigación científica buscando optimizar el proceso que

- 66 -

suele realizarse de manera empírica mediante test de jarras. Para dicho propósito se

recurrió al uso de las reacciones químicas que suceden durante el proceso, para

establecer relaciones de consumo de reactivos mediante cálculos estequiométricos.

Fueron designados códigos para las variables que se podían manipular. El modelo

desarrollado consiste en un sistema de ecuaciones que son ordenadas de tal manera

que puedan predecir los consumos futuros de reactivos necesarios para el

tratamiento de aguas en este tipo de industrias. A partir del modelo desarrollado, se

realizó una simulación utilizando un software de acceso gratuito para quienes tienen

paquete Office, en él se diseñó una interfaz sencilla de interpretar y manejar que

incluye una gráfica que sirve de contexto para evitar errores al momento de utilizarla.

Para la validación del modelo matemático desarrollado, que implica también, la

validación del tratamiento elegido para la remoción de contaminantes e incluso de

todo este proceso investigación, se utilizó el simulador creado y se tomó una nueva

muestra de agua residual a la que se le analizó mediante pruebas en laboratorio

certificado su contenido de Cr+6 previo y post tratamiento.

Se realizó una serie de ensayos experimentales con dicha muestra donde se buscó

remover el Cr+6 respetando los parámetros y procedimientos del sistema de

tratamiento diseñado utilizando para el proceso de remoción, los datos generados

por el simulador. De esta manera se pudo comprobar la eficiencia del mismo.

Para la validación final se tomó una muestra compuesta conformada por el agua

residual tratada proveniente de tres de los ensayos realizados.

Para detalle del proceso de ensayos ver Anexo 6 ENSAYOS EXPERIMENTALES

REALIZADOS

- 67 -

Se obtuvo un efluente cuya concentración de Cr+6 fue 0,23mg/L, comparado con el

valor inicial de 849mg/L se calculó un porcentaje de remoción del 99,97% de Cr+6 por

lo que se concluye que se logró cumplir con el objetivo principal de este proyecto,

obtener un efluente que cumpla con la norma ambiental vigente y pueda ser

descargado sin problema al alcantarillado público utilizando como recurso de

predicción un modelo matemático desarrollado a partir de las reacciones químicas que

ocurren.

Las condiciones determinantes de este estudio son el control del pH y la dosificación

de los reactivos. No es necesario hacer un reajuste de pH previo a la descarga del

efluente tratado, solo cuando se requiera, por lo que la fase de neutralización sigue

considerándose una opción.

DE LA METODOLOGÍA

El Test de Jarras es el medio preferido para realizar estudios de tratabilidad de aguas

residuales. Sin embargo, al ser un método empírico, de constante prueba y error,

puede llegar a tomar mucho tiempo pues se requiere múltiples ensayos donde se

combinen ciertas condiciones hasta encontrar finalmente las dosis adecuadas de

químicos a utilizar para la remoción de contaminantes, dicho proceso puede incurrir

en gastos excesivos innecesarios. Este trabajo de investigación planteó la alternativa

de aplicar la teoría científica, características físicas y químicas de los elementos, en su

comportamiento bajo ciertas condiciones y en recurrir a las reacciones químicas como

herramientas de predicción. Producto de la investigación previa donde se recolectó

información valiosa se logró cumplir con el objetivo principal de este proyecto. Se logró

obtener un efluente con condiciones permisibles de Cr+6 que cumple la norma vigente

para descarga de aguas residuales industriales. Cuya condición se logró desde el primer

ensayo experimental utilizando datos generados por el simulador desarrollado a partir

de las reacciones químicas propuestas. Esto demuestra que es eficiente la combinación

de métodos analíticos investigativos con los experimentales.

CONCLUSIONES

- 68 -

DEL TRATAMIENTO DE REMOCIÓN DE CONTAMINANTES

Existen diferentes métodos de remoción de metales pesados disponibles en la

actualidad, técnicas que permiten recuperar el elemento para un posterior uso, pero

no siempre son opciones viables, especialmente para pequeñas industrias. El método

de reducción química que se utilizó en este ensayo probó ser eficaz para remoción de

cromo incluso en aguas residuales con excesiva cantidad de este contaminante.

El porcentaje en volumen de lodos generados con este método fue menor al 15%,

inclusive con el uso del hidróxido de calcio, que de acuerdo a ensayos preliminares que

se revisó en fuentes bibliográficas, era el agente alcalino que más lodos generaba

comparado con el hidróxido de sodio y el de magnesio.

Sustituir el ácido sulfúrico por ácido nítrico no alteró la eficiencia de la reducción de

Cr+6. Tuvo un efecto positivo por lo que se lo considera una buena opción de

reemplazo.

DE LA EXPERIMENTACIÓN

En los primeros cuatro ensayos se utilizaron las ecuaciones del modelo matemático

donde se ingresaron los datos para obtener la información requerida de dosis óptimas

de reactivos. A partir del ensayo cinco se añadieron los datos característicos del agua

residual y el simulador realizó los cálculos respectivos de la dosis.

El agua no poseía color característico de la presencia de cromo hexavalente. Los

análisis cuantitativos del agua tratada demostraron que su presencia era muy baja. Es

probable que no haya reaccionado en totalidad el cromo porque se desconoce qué

otros contaminantes estaban presentes en la muestra que pudieron haber

reaccionado afectando la reducción total del cromo.

El uso de soluciones con sólidos poco solubles, que no tuvieron una total dilución

previo a la colecta de la dosis a añadir, pudo haber generado resultados diferentes en

los ensayos 5 y 6 donde una muestra mostró casi el doble en volumen de lodos que la

que utilizó los reactivos en polvo.

- 69 -

Alterar el orden de la adición del ácido no resultó favorable pues no alcanzó a

reaccionar el cromo en su totalidad por posible variación de pH antes de lo esperado.

DE LA SIMULACIÓN

Se diseñó una interfaz sencilla de manejar, utilizando un software que pertenece al

paquete Office de Microsoft por lo que se considera disponible para todos, y que

cumple su propósito, predice la cantidad óptima de los reactivos a usar para el

tratamiento de aguas contaminadas con cromo. El modelo matemático y su simulación

se consideran aptos.

Las dos versiones desarrolladas pueden ser utilizadas sin problema, ya depende del

usuario si desea conocer la cantidad dividida o una sola, para añadir.

- 70 -

Después de culminado este trabajo de investigación y haber logrado cumplir con los

objetivos, se recomienda a la microempresa que colaboró con este proyecto, a que

instale una planta de tratamiento de aguas residuales pues sus descargas

representan una afectación al ecosistema. Las dos muestras proporcionadas

presentaron valores promedio de 800ppm de Cr+6.

Se recomienda buscar asesoría técnica para optimizar el proceso productivo pues

podría ser que hay desperdicio de insumos.

En cuanto al procedimiento del método de reducción que se ensayó, se recomienda:

Adquirir, para el proceso de tratamiento de aguas, el reactivo metabisulfito de sodio

y el hidróxido de calcio, en estado sólido y al más alto grado de pureza posible, pues

representará un ahorro adicional y se garantiza una mayor eficacia.

Realizar un estudio de caracterización de los lodos generados para decidir cuál será

su disposición final.

Sobre el modelado y la simulación, se recomienda:

Seguir recopilando información científica para encontrar qué datos adicionales

existen que puedan servir para mejorar el modelo y la simulación.

Diseñar un botón de comando de impresión de la información generada.

Se sugiere utilizar este trabajo de investigación como un referente, para propósito

en un contexto limitante, con ayuda de investigaciones previas y de bases científicas.

RECOMENDACIONES

- 71 -

[1] C. Ramakrishnaiah y B. Prathima, «denominado HEXAVALENT CHROMIUM

REMOVAL FROM INDUSTRIAL WASTEWATER BY CHEMICAL PRECIPITATION

METHOD,» Dr. C.R.Ramakrishnaiah, Prathima.B/ International Journal of

Engineering Research and Applications , pp. 599-603, 2012.

[2] E. Hawley, R. A. Deeb, M. C. Kavanaugh y J. Jacobs, TREATMENT TECHNOLOGIES

FOR CHROMIUM VI, United States, 2004.

[3] Á. A. Arango Garcés, «SELECCIÓN DE AGENTES REDUCTORES MÁS EFICIENTES

PARA EL TRATAMIENTO DE AGUAS RESIDUALES EN UNA PTAR DE CROMADO

UTILIZANDO METODOLOGIA,» 2012.

[4] R. Molina y F. Martinez, «KBR (Kinetics in Batch Reactors): a MATLAB-based

application with a friendly GrapHical User Interface for chemical kinetic model

simulation and parameter estimation,» Education for Chemical Engineers, 2018.

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[6] Enrokegroup, «Las pymes en el Ecuador,» Enrokegroup Revista digital, pp. 2-8,

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Ecuador,UNA VISIÓN DE LAS PYMES,» Cámara de la Pequeña y mediana industria

de Pichincha, Quito, 2017.

[8] O. M. D. S. OMS, 19 junIo 2019. [En línea]. Available: www.WhO.int.

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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Colombiana de Ingenierìa Julio Garavito, Bogotá, 2018.

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[21] MetalmindSAS, «Cortes de metales: procesos y objetivos dentro de la industria,»

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[25] A. A. Gámez, R. B. Sáenz y E. M. Morales, «El cromo como elemento esencial en los

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[26] F. Prieto, «Emol,» 2014. [En línea]. Available:

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[31] OEHHA, «Efectos del Cromo Hexavalente Sobre la Salud,» 2016.

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[32] D. R. Cárdenas, «Mo0delamiento matemático del control del proceso de una

planta de tratamiento de agua residuales mediante lógica difusa utilizando

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[33] D. Caviedes y R. Muñoz, «Treatments for removal of heavy metals commonly

found in industrial wastewater,» 2015.

[34] A. F. Abu Bakar y A. Abdul Halim, «Treatment of automotive wastewater by

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(FeCl3) and aluminum sulfate (alum).,» In AIP Conference Proceedings, Selango,

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[35] A. Gonzalez y A. Tanya, «La Gestión Ambiental en la Competitividad de las Pymes

del Ecuador,» INNOVA Research Journal 2018, Vol 3, Machala, 2018.

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técnica de ABATO, Ambato, 2016.

[38] Agency for Toxic Substances and disease Registry, 2006. [En línea]. [Último acceso:

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[39] OMS, «Guías para la calidad del agua potable [recurso electrónico]: incluye el

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[40] M. B. Gallardo, «Coagulantes y floculantes naturales usados en la reducción de

turbiez, sólidos suspendidos, colorantes y metales pesados en aguas residuales,»

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[41] J. Molina, Conservación y uso sostenible del servicio ecosistémico agua, Costa Rica:

Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados , 2014.

- 75 -

[42] C. Ramakrishnaiah y B. Prathima, «HEXAVALENT CHROMIUM REMOVAL FROM

INDUSTRIAL WASTEWATER BY CHEMICAL PRECIPITATION,» International Journal

of Engineering Research and Applications, Bangalore, 2012.

[43] K. Thirugnanasambandham y K. Shine, «Investigation on the Removal of Chromium

from Wastewater using Electrocoagulation,» International Journal of Chemical

Reactor Engineering, vol. 16, nº 15, 2018.

[44] J. Walkenbach, VBA programming foro dummies: learn to: use the essential tools

and operations foro VBA, get the most out of Excel’s macros, handle errors and

eliminate bugs in your code , 3. edición, Ed., Hoboken: Wiley, 2013.

[45] R. Monsalvo y G. Miranda, Balance de materia y energía;procesos industriales,

México D.F: Grupo Editorial Patria, 2014.

[46] M. Amelot, VBA Excel 2016 programación en Excel: Macros y lenguaje VBA.,

Barcelona: ENI, 2016.

- 76 -

ANEXO1. MUESTRAS DE AGUA RESIDUAL

MUESTRAS DEL EFLUENTE UTILIZADO PARA LA CARACTERIZACIÓN INICIAL Y PARA LA VALIDACIÓN FINAL, PRE Y POST TRATAMIENTO

Ilustración 18 Muestra para caracterización inicial

Elaborado por Campuzano (2019) 1

Ilustración 19Muestra para los ensayos de validación


ANEXOS

- 77 -

Ilustración 20Muestras enviadas a laboratorio para validación, pre y post tratamiento, lodos


- 78 -

ANEXO 2. INFORMES DE ANÁLISIS FÍSICOS QUÍMICOS

ANÁLISIS DE MUESTRA DEL EFLUENTE PARA CARACTERIZACIÓN INICIAL

- 79 -

ANÁLISIS DE LA CONCENTRACIÓN DE CR+6 PREVIO AL TRATAMIENTO PROPUESTO

ANÁLISIS DE LA CONCENTRACIÓN DE CR+6 POSTERIOR AL TRATAMIENTO PROPUESTO

- 80 -

ANEXO 3. ALGUNAS ETAPAS DEL PROCESO PRODUCTIVO DE LA PYME METALMECÁNICA Ilustración 21Examinación de piezas nuevas


Ilustración 22 Proceso de Decapado con ácido muriático


Ilustración 23 Lavado posterior al decapado


Ilustración 24 Lavado de ánodo de plomo

Ilustración 25 Lavado con agua


Ilustración 26 Desengrase electrolítico


Ilustración 27 Lavado de piezas de cobre cuando


Ilustración 28NIquelado


- 81 -

Ilustración 29enjuague post niquelado


Ilustración 30Proceso de cromado

Elaborado por Campuzano (2019

Ilustración 31Lavado con agua corriente


- 82 -

ANEXO 4. FICHAS TÉCNICAS DE LOS INSUMOS UTILIZADOS

METABISULFITO DE SODIO NA2S2O5

Ficha técnica del metabisulfito de sodio grado alimenticio, proporcionada por el

proveedor: Laboratorio Cevallos.

- 83 -

ÁCIDO NÍTRICO AL 68% HNO3

Ficha técnica del ácido nítrico al 68%, proporcionada por el proveedor;

Laboratorio Cevallos

- 84 -

HIDRÓXIDO DE CALCIO CA(OH)2

Ficha técnica del hidróxido de calcio grado técnico, proporcionada por el

proveedor; Laboratorio Cevallos

- 85 -

ANEXO 5. COSTOS DE INSUMOS

Se detallan valores proporcionados por el proveedor. Tener en cuenta que las

soluciones comerciales de ácido sulfúrico y de hidróxido de sodio son versiones aptas

para venta libre y difieren en mucho del valor de estos reactivos cuando se los

adquiere en estado más puro. Para acceder a estos insumos en mayor concentración

se requiere estar registrado pues son sustancias controladas.

Tabla 12 Comparación de costo de insumos

Precio/Unidad Consumo por m3

Precio por m3

Tratamiento convencional

Tratamiento propuesto

H2S2O4 10% 60 Lt 13.5 lt $807

H2S2O4 25% 100 Lt 4.8 lt $500 x

HNO3 2.15 Lt 2.8 lt $ 6.05 x

Na2S2O5 1.35 Kg 2.82kg $ 3.8 x x

NaOH 20% 150 Lt 9 lt $1350 x

Ca(OH)2 3.15 Kg 2.5 kg $ 7.88 x

$1850 $18

Fuente 4Laboratorio Cevallos (2019) Elaborado por Campuzano (2019)

- 86 -

ANEXO 6 ENSAYOS EXPERIMENTALES REALIZADOS

Durante el transcurso de este trabajo de investigación, fueron surgiendo

interrogantes que solo podían ser resueltas mediante la experimentación. Las

mismas se evidencian en el desarrollo de este anexo.

MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS

Para el desarrollo de los ensayos y las pruebas experimentales realizadas, se

utilizaron los recursos especificados en la Tabla 13.

Tabla 13 Recursos necesarios para los ensayos prácticos

Materiales Equipos Insumos

Libro o cuaderno de anotaciones y pluma

EPP: Mandil manga larga, guantes de nitrilo, mascarilla, se recomienda gafas de seguridad

Metabisulfito de sodio

Vasos de precipitación 250ml

Cronómetro (reloj o celular) Hidróxido de calcio

Jeringas nuevas para insulina

Calculadora científica Ácido nítrico

Agitador de vidrio

Tiras indicadoras de pH

Hidróxido de sodio

Espátula

Equipo multiparámetro: pH, T°C, TDS, Salinidad

Sulfato ferroso

Botellas de polietileno Balanza digital Zeolita


Ilustración 32 Recursos para los ensayos


- 87 -

PRUEBA EMPÍRICA CON LECHO DE ZEOLITA

La primera interrogante surgió mientras se analizaban las diferentes técnicas de

remoción de cromo. Se encontró un estudio donde se empleó un lecho fijo de zeolita

para remover cromo en soluciones alcalinas [45]. Se realizó la práctica con la primera

muestra tomada de la pyme que tenía un pH de 10,4 y al ser la zeolita un material de

bajo costo, la idea de un sistema de tratamiento de aguas conformado por un lecho

fijo de adsorbente económico sería una opción accesible para una pyme. Se hizo un

solo ensayo con dos variaciones; uno con pH alcalino 10,4 y uno con pH 4. El resultado

no fue favorable.

Ilustración 33 Lecho de zeolita prueba empírica


PRUEBA EMPÍRICA UTILIZANDO COMO AGENTES REDUCTORES, SULFATO FERROSO Y METABISULFITO

Se realizó una prueba para comparar la formación de lodos pues la literatura indica

que el agente reductor sulfato ferroso produce mayor volumen en comparación con

otros agentes reductores, se comprobó lo investigado. Se descartó su uso.

Ilustración 34 Prueba empírica sulfato ferroso vs metabisulfito


- 88 -

ENSAYO #1 UTILIZANDO EL MODELO MATEMÁTICO

Estando ya definido el sistema de ecuaciones obtenido de relaciones hechas en los

cálculos estequiométricos para definir consumos óptimos de reactivos, se procedió a

ensayar dichas ecuaciones, utilizando como agua residual, la primera muestra, la de la

caracterización inicial.

No se realizaron análisis cuantitativos posteriores, se valoró cualitativamente,

observando la formación consistente de lodos y la remoción de color amarillo una

característica física del cromo hexavalente en pH mayor a 6.

Tabla 14 Ensayo 1 - Datos

Datos iniciales [Cr+6]=787 ppm pH=10,4, 200ml

HNO3 = Na2SO5 Ca(OH)2 0,66*Q + [65,7*Q*10(A-14) ]

+ 0,002*Q*E =0,28 *E*Q/F =0,12*Q/R + 3705*Q/R*10-K +

0,2*E*Q/R

Dosis 1.07 ml al 68% 0,44g 0.35 g Fuente 5 Elaborado por Campuzano( 2019)

Ilustración 35 Evidencia fotográfica Ensayo 1


- 89 -


Se utilizó una muestra de 200ml con 620ppm de concentración inicial de Cr+6 y pH10

se realizaron análisis cuantitativos posteriores, se valoró cualitativamente, Se

ingresaron nuevos datos iniciales. Se observó un efluente clarificado.


Datos iniciales [Cr+6]=620ppm pH=10,4, 200ml

HNO3 = Na2SO5 Ca(OH)2 0,66*Q + [65,7*Q*10(A-14) ]+

0,002*Q*E =0,28

*E*Q/F =0,12*Q/R + 3705*Q/R*10-

K + 0,2*E*Q/R

Dosis 0,85 ml al 68% 0,35g 0,28 g Elaborado por Campuzano (2019)



- 90 -


Se utilizó una muestra de 200ml con concentración inicial de Cr+6 de 393ppm y pH 10.

No se realizaron análisis cuantitativos posteriores, se valoró cualitativamente. Se obtuvo

un efluente muy clarificado.


Datos iniciales [Cr+6]=393 ppm pH=10,4, 200ml

HNO3 = Na2SO5 Ca(OH)2

0,66*Q + [65,7*Q*10(A-14) ]+ 0,002*Q*E

=0,28 *E*Q/F =0,12*Q/R + 3705*Q/R*10-K + 0,2*E*Q/R

Dosis 0,64ml al 68% 0,23g 0,17 g

Ilustración 37Evidencia fotográfica Ensayo 3


- 91 -

ENSAYO #4 UTILIZANDO EL MODELO MATEMÁTICO VARIANDO CONDICIONES

No se realizan análisis cuantitativos posteriores, se valora su éxito cualitativamente, No

se ingresan nuevos datos iniciales. Se usó la misma muestra que el ensayo uno. Se

adicionó el metabisulfito de sodio y luego el ácido nítrico. Se sedimentó al igual que las

demás muestras, pero no se clarificó el agua pues presentó coloración amarilla. Esto

indica que no se redujo todo el Cr+6. Se considera un ensayo fallido


Datos iniciales [Cr+6]=787ppm pH=10,4, 200ml

HNO3 = Na2SO5 Ca(OH)2 0,66*Q + [65,7*Q*10(A-14) ]+

0,002*Q*E =0,28 *E*Q/F =0,12*Q/R + 3705*Q/R*10-K +

0,2*E*Q/R

Dosis 1.07 ml al 68% 0,44g 0.35 g Elaborado por Campuzano (2019)



- 92 -

ENSAYO #5 UTILIZANDO EL SIMULADOR

Se ingresaron datos en el interfaz gráfico de una muestra de agua residual con contenido

de Cr+6 en concentración de 849ppm y pH 7,85. Se utilizaron dos muestras iguales, pero

a una se le agregó los reactivos metabisulfito de sodio e hidróxido de cal en sólido y a la

otra muestra se los añadió en forma de solución del 20% m/v de metabisulfito de sodio

y al 18% m/v del hidróxido de calcio, también se realizó un cambio adicional, se trabajó

con pHmetro digital. No se realizaron análisis cuantitativos posteriores, se valoró

cualitativamente. Una de las muestras no clarificó adecuadamente. Se la desechó.

Ilustración 39Materiales para ensayo comparativo


Ilustración 40 interfaz ensayo 5


- 93 -

Ilustración 41Evidencia fotográfica Ensayo 5


Ilustración 42Evidencia fotográfica ensayo 5


- 94 -

Ilustración 43Evidencia fotográfica ensayo 5 comparativo


- 95 -

ENSAYO #6 UTILIZANDO EL SIMULADOR

Se realizó un ensayo comparativo final donde ingresaron los mismos datos del ensayo 5

en el interfaz gráfico (Cr+6 en concentración 849ppm, pH 7,8) pero utilizando dos

muestras de 200ml. Para este ensayo se empleó el pHmetro digital y las tiras

indicadoras. Se obtuvo dos muestras de efluente tratado favorables a nuestros

objetivos. EL porcentaje de lodos fue mayor en la muestra donde se usó los reactivos en

solución.

Ilustración 44 interfaz simulador ensayo 6


Ilustración 45interfaz simulador ensayo 6


- 96 -

Ilustración 46 Evidencia fotográfica ensayo6


Ilustración 47Evidencia fotográfica ensayo6


- 97 -

ANEXO 7. PREPARACIÓN DE MUESTRA COMPUESTA DEL EFLUENTE TRATADO PARA VALIDACIÓN DEL MODELO MATEMÁTICO UTILIZANDO EL SIMULADOR PARA PREDECIR ÓPTIMO CONSUMO DE REACTIVOS

Para este fin, utilizó el agua clarificada de las muestras de los ensayos 5 y 6. Se

preparó una muestra tipo compuesta y dicha muestra se llevó a laboratorio

acreditado para medir la cantidad de Cr+6 final.

Ilustración 48 Efluentes después de 1h y 6hs


- 98 -

Ilustración 49 Muestra compuesta para validación


- 99 -

ANEXO 8. TUTORIAL PARA EL USO DEL SIMULADOR

Abrir el archivo Simulador.xlsm dando doble clic sobre el ícono del mismo.

Al iniciar la ventana de Excel se muestra un mensaje de bienvenida, esperar 5

segundos a que se desactive automáticamente.

En la hoja de cálculo ModeloSistema, se muestra una tabla de registro de datos

y en el lado izquierdo superior de la hoja de cálculo se encuentran tres botones

de comando.

- 100 -

El botón SIMULADOR

El botón RESETEAR

El botón TUTORIAL

Si es la primera vez que va a utilizar el simulador o no recuerda cómo hacerlo,

dar clic en el botón tutorial. Aparecerá una nueva ventana con instrucciones.

Para cerrar la ventana de Tutorial, dar clic en el botón CERRAR.

Si desea borrar toda la información registrada en la tabla, dar clic en el botón

RESETEAR, aparecerá un mensaje pidiendo confirmación.

- 101 -

Para acceder al simulador dar clic sobre el botón de comando SIMULADOR, se

abrirá una ventana con un mensaje de bienvenida.

Dar clic en el botón aceptar

- 102 -

Ingresar los datos requeridos: volumen del afluente a tratar, concentración

inicial de Cr+6 en ppm y pH del afluente.

Dar clic en la palabra fecha para generar la fecha en formato corto dd/mm/yyyy

- 103 -

Dar clic en la palabra hora para generar la hora exacta en formato hh:mm:ss

Dar clic en el botón REDUCCIÓN para generar datos de dosis de ácido nítrico y

metabisulfito de sodio.

- 104 -

Medir el pH luego de ser agregado el metabisulfito y registrarlo en la casilla pH2

Si se deja en blanco la casilla de pH2, aparecerá un mensaje que recuerde

registrar este dato

- 105 -

Dar clic en botón PRECIPITACIÓN, para generar datos de dosis de hidróxido de

calcio.

Medir el pH del agua tratada, luego de la descarga de lodos y registrar en casilla

pH4.

Si se deja en blanco la casilla de pH2, aparecerá un mensaje que recuerde

registrar este dato.

- 106 -

Dar clic en el botón NEUTRALIZACIÓN, para generar datos de dosis de ácido

nítrico cuando fuese necesario.

Si el valor de pH es menor a 9, aparece un mensaje diciendo “No es necesario

este proceso”.

- 107 -

Si el dato de concentración final de Cr+6 es menor al límite máximo permisible

de descarga (0,05 mg/L) se marca la casilla de “Cumple con la norma” y aparece

un mensaje diciendo que ya se puede descargar el efluente.

- 108 -

Para registrar los datos generados por el simulador, dar clic en el botón

REGISTRAR ubicado en la esquina inferior derecha.

Para ingresar nuevos datos dar clic en el botón REINICIAR, todas las casillas se

mostrarán nuevamente vacías

- 109 -

Para regresar a la hoja de cálculo de Excel, dar clic en el botón X ubicado en la

esquina superior derecha.

diseÑo y simulaciÓn de un sistema de tratamiento …

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