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PROCESOS UNITARIOS EN INGENIERÍA SANITARIA

AERACIÓN POR GOTEO - REMOCIÓN DE ANHIDRIDO CARBÓNICO

Alumno:

Dextre Sánchez Mayra Benedickte Eulogio Meza Josselyn Zadith Huerta Huerta Iraida María

Profesor: Ing. Huamán

Fecha: 14-05-2012

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AERACIÓN POR GOTEO - REMOCIÓN DE ANHIDRIDO CARBÓNICO

1. OBJETIVOS

a) Demostrar experimentalmente el efecto de la aireación sobre una muestra de agua sobresaturada de un gas, en este caso el anhídrido carbónico (CO2), cuando esta es expuesta al ambiente que la rodea por medio de goteo.

b) Verificar la correlación del trabajo experimental con las fórmulas teóricas referidas al equilibrio cinético y la transferencia de masa.

c) Determinar al final del experimento el valor del coeficiente de transferencia total, K.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Transferencia de gases:

La transferencia de gases es el fenómeno físico mediante el cual las moléculas de un gas son intercambiadas entre un líquido y un gas dando como resultado el incremento de la concentración de gas o gases desde la fase de mayor concentración hacia la de menor concentración, buscando quedar en equilibrio, tal intercambio depende de factores como: presión, temperatura (absorción del gas) y un decremento cuando la fase líquida está sobresaturada (desorción o escape de gas).

El proceso mas usado en una planta de tratamiento es la inserción de cloro en gas como ultimo proceso de purificación. En el campo del tratamiento del agua residual, la aplicación más común de la transferencia de gases consiste en la transferencia de oxígeno en el tratamiento biológico del agua residual. Dada la reducida solubilidad del oxígeno y la baja velocidad de transferencia que ello comporta, suele ocurrir que la cantidad de oxígeno que penetra en el agua a través de la interfase aire-superficie del líquido no es suficiente para satisfacer la demanda de oxígeno del tratamiento aerobio. Es preciso crear métodos adicionales para conseguir transferir la gran cantidad de oxígeno necesaria. Para conseguir este propósito se puede introducir en el agua aire que contiene el oxígeno, o se puede exponer el líquido a la atmósfera en forma de pequeñas gotas.

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Para diferentes presiones y temperaturas, la concentración de saturación del oxígeno y la del CO2 es la mostrada a continuación.

Referencia bibliográfica 1.

Influencia del CO2 en las aguas

Los problemas de corrosión o incrustación de las aguas se deben principalmente a la concentración de anhídrido carbónico libre (CO2), aunque también pueden intervenir otros elementos como la dureza, el oxígeno disuelto (Allende, 1976), alcalinidad, ácidos húmicos, ácido sulfhídrico, sales y microorganismos. Las aguas pueden contener diferentes cantidades de CO2 libre, el cual influye en el comportamiento del carbonato de calcio contenido en tales aguas. Se dice que el CO2en equilibrio es la cantidad de dióxido de carbono que debe estar presente en el agua para mantener en solución al bicarbonato que se encuentra en dicha agua. Si existe CO2 en exceso, éste ataca al CaCO3 para aumentar la concentración del bicarbonato y mantener el equilibrio; por otro lado, si hay deficiencia de CO2, el CaCO3 se precipita para disminuir la concentración de bicarbonato, aumentando así el CO2 y restableciendo el equilibrio.

Podemos concluir mencionando lo siguiente:

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Si el CO2 libre es mayor que el CO2 de equilibrio, existe exceso de CO2, por lo que se considera que el agua es agresiva.

Si el CO2 libre es igual al de equilibrio, el agua está en equilibrio. Sin embargo, cuando el CO2 libre es menor que el de equilibrio, existe deficiencia en el CO2 de equilibrio, y se dice que el agua es incrustante.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

- 01 embudo de separación de 3.5 lt aprox- 01 boquillas de vidrio de 1 y 5 mm de diámetro aprox.- 01 embudo de vidrio de vástago largo.- 01 bureta graduada de 50 ml.- 05 probetas graduadas de 100 ml.- 01 pipeta volumétrica de 50 ml.- 05 bagueta de vidrio.

Reactivos:- Fenolftaleína- Hidróxido de Sodio N/44- Agua destilada- Agua carbonatada (Agua mineral con gas)- Aceite liviano

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4. PROCEDIMIENTO Y TOMA DE DATOS

1. El embudo de separación llenarlo con agua destilada para calibrar el número de gotas con el tornillo del gancho de 180 a 200 gotas por minuto. Seguidamente determinar el diámetro de la gota contando el número de gotas necesarias para llenar cierto volumen.

Se conto 47 gotas en 15seg por regla de 3 tenemos 188 gotas/min.Esto nos hace un volumen de 15 ml.

2. En el embudo de separación limpio verter un volumen de 3 litros de agua destilada (Hasta donde indique la raya dibujada); luego verter una capa gruesa de aceite de 1 pulgada aproximadamente. Inmediatamente y con la ayuda del embudo de vidrio de vástago largo.

3. Agregar 90 ml de agua carbonatada (Agua mineral con gas) y proceder a homogenizar la mezcla.

V ml

Cantidad de gotas contabilizadas: 188 gotas/minuto.

Volumen recaudado en un minuto: 15 ml.

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1. Preparar una probeta con unas gotas de fenolftaleína y una capa gruesa de aceite. Extraer un volumen de 50 ml de la muestra abriendo la boquilla del embudo de separación, recoger dicho volumen en la probeta previamente preparada; determinar la acidez mediante titulación.

Esta medida nos dará el contenido de concentración de CO2 en la muestra a una caída de 0 mts.

2. Luego elevar el embudo de separación a una altura de 1m para lo cual previamente se preparará una probeta con unas gotas de fenolftaleína y una capa gruesa de aceite. Se abrirá la boquilla del embudo ya posicionado a dicha altura y se captará en la probeta preparada un volumen de 50 ml, rápidamente titular para hallar su acidez. Este proceso se repetirá para 1m, 2 m, 2.5 m y 3.5 m.

Punto de vire de la titulación, usando como titulante el hidróxido de sodio y agitando con una vageta con un corcho en un extremo.

Volumen gastado de NaOH 0.02N: 5.9 ml

118 ppm

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Distancia de Caidamts

Vol.Gastado de Titulante mlNaOH / 0.02N

ppmde CO2

0 5.9 1041 3.9 782 3.3 66

2.5 3.1 623.5 2.6 52

Durante el goteo el agua con gas entra en contacto con el O2 del aire y ocurre la transferencia de gases, debido a que la gota posee una alta concentración de CO2 y en la atmósfera solo 1 ppm

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3. Finalmente proceder con la titulación para determinar la cantidad de CO2 en cada muestra tomada.

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5. CÁLCULOS

1. Cálculo del diámetro de la gota.

D= 3√ 6∗VN∗π

= 3√ 6∗15188∗π

=0,53 cm

2. Tiempo de caída para una gota = tiempo de contacto.

e (m) t (seg)0 01 0.452 0.64

2.5 0.713.5 0.78

3. Cálculo de la concentración de CO2 (acidez).

Gasto NaOH (ml)

Vol Muestra

(ml)

Acidez total

(ppm)

Ct Cs St=Ct -Cs Log St

0 m 4.1 50 82 82 1 81 1.901 m 3.9 50 78 78 1 77 1.882 m 3.3 50 66 66 1 65 1.8

2.5 m 3.1 50 62 62 1 61 1.783.5 m 2.6 50 52 52 1 51 1.71

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4. Graficar St VS Tiempo

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.90

10

20

30

40

50

60

70

80

90f(x) = − 22.9422603706066 ln(x) + 53.2209566443916

f(x) = − 27.3568595545612 x + 81.1161395301536

T (en segundos)

St so

bre

satu

ració

n de

spue

s de

un ti

empo

TSobreSaturación (St) vs Tiempo(sg)

Para un tiempo T= 3 segundos tenemos St=5.141 Log(St)= 0.711

5. Determinación de So:

Concentración de CO2 en el embudo de separación: Al comienzo: 80 ppmAl final: 51 ppmPromedio: 65 ppm

So = Co - Cs = 65 ppmLog So= 1.78

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6. Cálculo de K para T=3seg.

Usando la fórmula:

logStSo

=−K∗AV

∗T

LogSt=log So− K∗AV

∗T ;Y=B−MX …(1)

Datos:D=0.53; T = 3St=5.14, So = 80

K=D . log

S0

St

6. T=

0.53× log( 805.14

)

6 × 3=0.035

cm/seg

6. RECOMENDACIONES

a) Verter una capa considerable de aceite en las probetas y en el embudo de separación.

b) Realizar con cuidado la mezcla de NaOH /44 con la mezcla problema al momento de titular, previniendo que no se rompa la película de aceite.

c) Tener sumo cuidado con el manejo de los materiales pues estos son muy frágiles. Poniendo énfasis en el momento que se elevan a ciertas alturas.

d) En la toma de muestra por goteo tomar muestras casi exactas de 50 ml, ya que al tomar más muestra de lo debido estaría introduciendo error al cálculo.

7. CONCLUSIONES

1) El coeficiente de transferencia total teórico del gas CO2 es K = 0.032 cm/seg.

2) El coeficiente de transferencia total práctico del gas CO2 es K= 0.035cm/seg.

3) El Log(So) teóricamente es 1.77.

4) El Log(So) experimentalmente es 1.78.

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8. CUESTIONARIO.1. ¿Cuál es la finalidad especifica del colchón de aceite sobre la superficie de

agua?

Reducir la fuga del gas de la masa de agua a estudiar.

2. ¿Cómo conclusión del experimento, cree usted que se cumple en un porcentaje

aceptable las condiciones teóricas planteadas en la transferencia de gases?

Si, los resultados obtenidos son próximos a los resultados teóricos.

3. ¿Cuáles cree usted que son lo errores mas probables por lo que los resultados

prácticos se alejan de los obtenidos teóricamente?

Desajuste de la rosca de presión variando el volumen de la gota.

Poca capa de aceite, el los procesos.

Sustancia Titulante mal normalizada o contaminada.

4. Averigüe y haga un cuadro de los gases y compuestos gaseoso mas

comúnmente frecuentes en el campo de la ingeniería sanitaria y que su

presencia es de gran significado.

Gas

El Oxigeno CO2

Metano Cloro

Sulfuro de Hidrogeno H2S Amoniaco NH3

5. Averigüe usted por lo menos 5 equipos que son usados para realizar la

transferencia de gases. Esquematícelos.

Aireador de Paletas, bombas de aire, bombas de agua, dosificadoras de cloro,

Manguera difusora de Aire.

6. Cuáles son los mecanismos que actúan en la transferencia de una masa gaseosa

de un medio líquido a otro gaseoso (medio ambiente).

Cuando los dos medios en contacto tienen diferentes concentraciones de gas el

de mayor concentración tiende a moverse hacia el medio de menos

concentración. Esto esta influenciado por la densidad, presión, temperatura,

concentraciones parciales. Los gases siempre trataran de buscar un equilibrio.

7. ¿Cuáles son los principales usos que se le da a la transferencia de gases en la

ing. sanitaria?

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8. La gráfica que realizó. ¿Cumple con el propósito de proporcionalidad

esperada respecto a la formula de transferencia de gases?

Es bastante aproximada a lo esperado en teoría.

9. Averigüe el contenido de O2 en la atmosfera para la misma presión

atmosférica y temperatura ambiente. El contenido es de 21%.

10. ¿Cómo variaría uds. El experimento si el gas que se usa para la saturación de

la muestra es O2?

La velocidad de transferencia de gas es mas lenta con el oxigeno que con el

CO2, lo cual me obligaría a tomar mayores volúmenes de medición y mayores

tiempos de exposición q los usados con CO2.

9. FUENTES DE INVESTIGACIÓN

1. Libro de procesos del Ing Rosasco.

2. Paginas web diversas sobre transferencia de gases.