Mi Proyecto de Lab de quimica

septiembre8

Purificación del agua 🙂

Introducción:

El carbón activado es un derivado del carbón que ha sido tratado de manera de convertirlo en un material extremadamente poroso y por lo tanto posee un área superficial muy alta que torna muy eficiente los fenómenos de adsorción o las reacciones químicas. Es un material que se caracteriza por poseer una cantidad muy grande de microporos (poros menores que 2 nanómetros). A causa de su alta microporosidad, un solo gramo de carbón activado posee un área superficial de aproximadamente unos 500 m².

Objetivos:

• Elaborar un producto que beneficie al medio ambiente a través de los diferentes reactivos con los que se trabaja en química.
• Obtener un ahorro económico al término de la elaboración del producto.

Características del carbón activado

El carbón activado puede tener un área superficial mayor de 500 m²/g, siendo fácilmente alcanzables valores de 1000 m²/g. Algunos carbones activados pueden alcanzar valores superiores a los 2500 m²/g. A modo de comparación, una cancha de tenis tiene cerca de 260 m².

Bajo un microscopio electrónico, la estructura del carbón activado se muestra con una gran cantidad de recovecos y de grietas. A niveles más bajos se encuentran zonas donde hay pequeñas superficies planas tipo grafito, separadas solamente por algunos nanómetros, formando microporos. Estos microporos proporcionan las condiciones para que tenga lugar el proceso de adsorción. La evaluación de la adsorción se hace generalmente mediante la adsorción nitrógeno gaseoso a 77 K bajo alto vacío.

El carbón activo saturado se puede regenerar mediante la aplicación de calor. Los aerogeles de carbón, que son más costosos, tienen superficies efectivas muy altas y encuentran uso similar al carbón activado en aplicaciones especiales.

Uso médico

El carbón activado es utilizado como agente adsorbente para tratar envenenamientos y sobredosis por ingestión oral. Previene la absorción del veneno en el estómago. La dosificación típica para un adulto es de 1 g/kg en la primera hora de la intoxicación y después 0,5 g/kg cada 4 h. Las dosis pediátricas son 12-25 g.

El uso incorrecto de este producto puede producir broncoaspiración (ingreso a los pulmones) y puede dar lugar a un desenlace fatal si no es controlado. Para el uso fuera del hospital, se presenta en comprimidos de 1 g, o en tubos o botellas plásticas, comúnmente de 12,5 ó 25 g, premezclados con agua. Tiene nombres comerciales como InstaChar, SuperChar, Actidose y Liqui-Socarra, pero por lo general se le llama simplemente carbón activado.

Filtros para aire, gas comprimido y purificar el agua

Los filtros con carbón activado se utilizan generalmente en la purificación de aire, del agua y de gases para quitar vapores de aceite, olores y otros hidrocarburos del aire y de gases comprimidos. Los diseños más comunes utilizan filtros de una o de dos etapas, donde el carbón activado se introduce como medio filtrante. También tiene uso para purificación del agua de lluvias en zonas donde esta es usada para usos domésticos. Y por supuesto que tiene que ver en la casa para reciclar el agua negra para poderse tomar.

Usos del Carbón activado

Las propiedades de adsorción del carbón activado son muy útiles en la eliminación de contaminantes del aire como de flujos de agua implicados en procesos industriales:

Limpieza de vertidos
Recuperación de aguas superficiales
Tratamiento de agua potable
Purificación de aire
Recogida de compuestos volátiles procedentes de procesos industriales como pintura, limpieza en seco, repostaje de combustible…

Grava

En geología y en construcción se denomina grava a las rocas de tamaño comprendido entre 2 y 64 mm, aunque no existe homogeneidad de criterio para el límite superior. Pueden ser producidas por el hombre, en cuyo caso suele denominarse «piedra partida» o «chancada», y naturales. En este caso, además, suele suceder que el desgaste natural producido por el movimiento en los lechos de ríos ha generado formas redondeadas, pasando a conocerse como canto rodado. Existen también casos de gravas naturales que no son cantos rodados.

Estos áridos son partículas granulares de material pétreo, es decir, piedras, de tamaño variable. Este material se origina por fragmentación de las distintas rocas de la corteza terrestre, ya sea en forma natural o artificial. En este último caso actúan los procesos de chancado o triturado utilizados en las respectivas plantas de áridos. El material que es procesado corresponde principalmente a minerales de caliza, granito, dolomita, basalto, arenisca, cuarzo y cuarcita.

Aplicación

La grava se usa como árido en la fabricación de hormigones (véase Grava (hormigón)). También como lastre y revestimiento protector en cubiertas planas no transitables, y como filtrante en soleras y drenajes

Obtención

Como fuente de abastecimiento se pueden distinguir las siguientes situaciones:

Bancos de sedimentación: son los bancos construidos artificialmente para embancar el material fino-grueso que arrastran los ríos.
Cauce de río: corresponde a la extracción desde el lecho del río, en los cuales se encuentra material arrastrado por el escurrimiento de las aguas.
Pozos secos: zonas de antiguos rellenos aluviales en valles cercanos a ríos.
Canteras: es la explotación de los mantos rocosos o formaciones geológicas, donde los materiales se extraen usualmente desde cerros mediante lo que se denomina tronadura o voladura (rotura mediante explosivos).

Materiales Para la Elaboración del Producto

una botella de agua mineral de 2 litros.
una capa de piedritas de acuario (previamente, lavadas y hervidas).
½ kg de grava para pecera.

Procedimiento

Armar un filtro de carbón activado elemental, es realmente fácil. Sólo es necesario tener en cuenta algunos detalles para tener un sistema apropiado:

-Recipiente: debe ser de uso alimentario y preferentemente rígido ya que si no lo es, con la manipulación la cama de carbón que contenga se romperá creando canales por los que circula el agua sin entrar en contacto con el carbón.
-Soporte para contener la cama de carbón: el sistema que debemos armar es similar al de la cama de filtrado del mash.
Ya que el carbón que vamos a usar es de dimensiones pequeñas, si no usásemos algo similar a un “falso fondo” el carbón se iría arrastrado por el agua, para esto, se pude usar un falso fondo metálico o utilizar una capa de piedritas de acuario
-Carbón activado: No debe ser carbón común. Cuanto menor sea el tamaño de las partículas de carbón, más eficiencia tendrá, aunque el pasaje de agua puede ser muy difícil. Un carbón de un 2 × 3 mm es adecuado. Debe hervirse y lavarse con abundante agua corriente.
Para manipularlo, usar mascarilla (o pañuelo) para protección respiratoria. El carbón activado puede comprarse en Droguerías o Droguerías industriales (siempre debe ser de uso alimenticio).
-Dispersor de agua: Es cualquier medio que haga que el agua que ingresa al recipiente, no desarme la parte superior de la cama de carbón. Para esto se puede usar una capa de piedras de acuario, idéntica a la usada para hacer las veces de falso fondo.

Un filtro elemental y eficiente se puede hacer con una botella de agua mineral de 2 litros a la que se le corta la base y se le hacen perforaciones en la tapa con una mecha de unos 2 – 3 mm.
La cama inferior de piedras se puede hacer con ½ kg de grava para peceras, sobre la que se coloca aproximadamente unos 700 ml de carbón activado y sobre éste, otro ½ kg de grava para pecera.
Básicamente, eso es todo lo que se necesita. Para ir sofisticando el filtro, se pueden usar más elementos armando un sistema con llaves de ingreso y de egreso de agua y otras variantes.

Un filtro con conexiones de entrada y salida, permitirá hacerle lavados en contracorriente, que harán que las capas inferiores del filtro se encuentren periódicamente en contacto con agua de red que contiene cloro, evitando de esta forma, contaminación del filtro en las zonas que estarán en contacto con agua de muy bajo contenido de cloro.

¿Cómo estimar a qué velocidad debe pasar el agua para que el filtro sea eficiente?

Como se mencionó, para la remoción del cloro y de los compuestos orgánicos presentes en el agua puede ser necesario que el agua esté en contacto con el carbón activado de 2 a 30 minutos.

Para asegurar que el tiempo de contacto sea adecuado, lo que se debe hacer es que el agua atraviese el filtro homogéneamente a través del carbón y a una velocidad que permita esos tiempos de contacto. Para esto, se debe regular la velocidad de ingreso del agua al filtro.

Calcular la velocidad de pasaje de agua es fácil, sólo se debe medir cuanto tiempo demora en llenarse un recipiente de volumen conocido (una probeta, una botella, un medidor de líquidos de cocina, etc.).

El tiempo de contacto entre el agua y el carbón activado se conoce como EBCT (Empty Bed Contact Time) (4) y se calcula con la siguiente ecuación:

EBCT = 0,9997 * V / Q

Donde:

V es el volumen aparente del lecho de carbón (en litros)
Q el flujo del agua expresado en litros/min

0,9997 es un factor de multiplicación

Ejemplo:

Si como recipiente usásemos una botella conteniendo 0,7 litros de carbón activado y quisiéramos tener un tiempo de contacto de al menos 2 minutos (el mínimo recomendado), debiéramos dejar pasar agua a un flujo de:

2 = 0,9997 * 0,7 / Q de donde:

Q = 2 / (0,9997 * 0,7) o sea:
Q = 1,3996

Es decir que debiéramos dejar salir agua de nuestro filtro a un flujo de 1,3996 litros por minuto. O sea, que colectar unos 30 litros con ese filtro, nos demandaría unos 20 minutos de filtración.

Esa misma fórmula puede usarse para desarrollar un filtro para nuestras necesidades y por ejemplo, es la que se utiliza para desarrollar filtros de carbón para equipos de diálisis.

Cloro libre. Kit para cuantificarlo

Una de las formas más sencillas de medición del contenido de cloro en agua potable es utilizando un kit de Merck llamado Microquant que poseen escalas de medición de 0,1 – 0,2 – 0,3 – 0,4 – 0,6 – 0,8 – 1,0 – 1,5 – 2,0 mg/l de Cl₂ libre.

Aunque en la literatura disponible no encontré el contenido máximo de cloro que sería admisible en agua para elaborar cerveza la idea es eliminar la mayor cantidad que se pueda, es decir, no detectar Cl₂ en el límite inferior de la escala (concentración de 0,1mg/l).

Con un kit de estos, es posible comprobar que un filtro armado como se mencionó y a los flujos calculados con la fórmula anteriormente citada, no se detecta cloro en el límite inferior de la escala (concentración de 0,1mg/l).

Datos Físicos

§ Apariencia: sólido en forma de balines negros.

§ Olor: Ninguno.

§ Solubilidad: Insoluble en agua.

§ Densidad: 1.5 – 1.8 g/mL

§ Punto de Ebullición: Sublima

§ Punto de Fusión: 3550ºC

Datos De Riesgo De Incendio O Explosión

§ A altas temperaturas es posible que cause un incendio.

§ Medio de extinción: Aspersor de agua o agua

Datos de Reactividad

§ Estabilidad: Estable bajo condiciones normales.

§ Descomposiciones peligrosas: Dióxido y monóxido de carbono

§ Polimerizaciones peligrosas: No ocurren.

§ Incompatibilidades: Oxidantes Fuertes y aire líquido.

Datos De Peligros Para La Salud

* Inhalación: Puede causar pequeñas irritaciones

* Ingestión: No se espera ningún efecto, pero podría causar una muy pequeña irritación en el tracto respiratorio.

* Contacto: Ya sea en ojos o piel, no se esperan efectos adversos.

Procedimientos De Primeros Auxilios

* Contacto: Lavar con suficiente agua y jabón.

* Contacto en ojos: Lavar con suficiente agua, levantando eventualmente los párpados inferiores y superiores.

* Ingestión: Dar a beber suficiente agua.

* Inhalación: Llevar a un lugar ventilado, dar respiración en caso necesario.

Forma De Desecho

No requiere algún mecanismo especial de desecho, puede desecharse junto a las sales orgánicas no tóxicas.

Inconvenientes y dificultades del proyecto

Si hubo un poco de inconveniente a la hora de comprar los materiales ya que la grava para pecera no la vendía mucho debido a su alto costo que esta tiene, y al momento de realizar la primera prueba de nuestro proyecto fue necesario moler el carbón activado debido a que este nos dificultaba un poco en el momento del proceso de la purificación.

Tiempo de fabricación y su caducidad

Bueno en si nuestro producto no tiene tiempo de caducidad debido a que es muy útil en el ámbito de los hogares pero es recomendable siempre cambiarle las piedras ya que estas pueden traer consigo moho que dificultan la purificación.

Su tiempo de fabricación no demora mucho ya que es práctico, rápido y sencillo al momento de realizarlo.

Breve información del blog realizado

Hemos publicado en un blog toda la información acerca de nuestro proyecto para que si a alguien quisiera conocer más sobre nuestro producto pueda informarse adecuadamente y que no dude en visitarnos en la página web www.blog.espol.edu.ec/jaoviedo/ y de esta forma aclare todas sus dudas ya que en este blog consta una página completa en donde hemos publicado los beneficios, toxicidad, procedimiento, tiempo de elaboración y caducidad de nuestro producto, entre otras cosas para que no solo las personas aclaren sus dudad sino también darnos a conocer globalmente.

Experiencia obtenida en el CSECT

El Concurso Semestral de Emprendimiento, Ciencia y Tecnología CSECT es un gran método para hacer que nosotros los estudiantes seamos emprendedores y competitivos para de esta forma poder propulsar el aumento de la calidad de vida y preservar el ambiente.

Esta es una experiencia que estamos seguros de que nunca olvidaremos ya que también aprendimos a trabajar en equipo y apoyarnos unos a otros, de la misma forma pudimos presentar ideas maravillosas que algún día pueden incluso convertirse en una gran oportunidad de trabajo.

Agradecimientos

Agradezco no solo a los organizadores de este concurso sino también a nuestros maestros los cuales nos han sabido guiar y ayudar para poder conseguir nuestros objetivos. Y sobre todo agradecemos al Ing. José Cárdenas por su gran aporte al momento de realizar nuestro proyecto, por sus enseñanzas y por sus valores inculcados día a día

Recomendaciones

Aunque es posible encontrar en el mercado filtros de carbón conteniendo micro-partículas de plata que poseen una acción anti-microbiana para actuar sobre los microorganismos presentes en el agua y para preservar el carbón, no está dentro del alcance de este artículo el análisis de la cantidad de plata y flujos necesarios para alcanzar esos objetivos.

Sugerencias

A partir de lo observado y de la información recopilada se sugiere:

-La geometría de filtro es importante para obtener un adecuado contacto entre el agua y la cama de carbón activado, siendo siempre conveniente que la altura de la cama de carbón sea al menos de 2 veces el diámetro de la misma.

– Aunque es posible reactivar parcialmente la capacidad del carbón para absorber Cl2 libre, los compuestos no volátiles presentes en agua no son fácilmente removibles. Esto, sumado a que en las capas inferiores de la cama están en contacto con muy poco cloro, se recomienda reemplazar la cama de carbón con una frecuencia de aprox. 6 meses.

-Lavar diariamente el filtro dejando pasar un volumen de agua equivalente a 2 o 3 veces el de la cama de carbón. Dejar escurrir bien y mantenerlo tapado.

– Utilizar tiempos de contacto (ver fórmula) no mayores a 10 minutos ya que aunque un mayor tiempo de contacto favorece la eliminación de compuestos clorados orgánicos, la capacidad de eliminar Cl₂ libre disminuye a partir de ese valor (3).