UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN

Transcripción

1 UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN Facultad de Ciencias Químicas Carrera de Ingeniería Química 21 de junio 2010

2 TRABAJO FINAL DE GRADO Carlos Domingo Mendez Gaona

3 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

4 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

5 Súper población de ciudades

6 Nuestro país 60 % del territorio nacional 2% de la población

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8 Chaco paraguayo: Realidad Núcleos de urbanización Heterogeneidad

9 Características del Chaco

10 Recursos Otras tecnologías?

11 Tecnologías-MEMBRANAS

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13 Tecnologías-MEMBRANAS

14 Acuíferos Tamaños Formas Superficies Variedad de sales y concentraciones Tipo de suelo M E D I O A M B I E N T E

15 Ósmosis inversa Configuración de proceso $ Presión aplicada $ Superficie de la membrana $ Características técnicas de las membranas $

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17 Los modelos matemáticos permiten simular escenarios en un computador evitando la utilización de plantas pilotos. Esto permite ahorrar tiempo y dinero.

18 Simulador Interacción Acuífero Ósmosis inversa

19 Súper población Chaco paraguayo Sales en agua Tecnología de membranas Tecnologías Ósmosis inversa Acuífero Plantas piloto Simulación

20 Especial énfasis Comportamiento del acuífero: Determinación de la concentración del permeado, influencia en la membrana (concentración límite-futuros trabajos) y concentración de sales en el acuífero. Comportamiento de los modelos (estabilidad): Una visión de sistemas dinámicos al comportamiento del acuífero.

21 Especial énfasis La concentración en el acuífero influye en: Concentración del permeado. Y en el proceso de separación; si la membrana posee una concentración límite.

22 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

23 Generales Evaluar la influencia del proceso de ósmosis inversa en el acuífero en temporadas de sequía y lluvia, a través del modelado matemático y simulación de un sistema AMT (Acuífero Membrana Tanque de almacenamiento) de una y dos etapas, con y sin recarga del acuífero, de manera a estimar tendencias del comportamiento del mismo.

24 Específicos Desarrollar programas en MatLab que permitan simular los modelos determinados. Realizar un análisis de estabilidad del sistema en condiciones determinadas. Determinar la influencia en el acuífero de la concentración inicial, cantidad de etapas y recarga en función del tiempo.

25 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

26 Originalidad del trabajo SIMULADOR: COMPRENSIÓN DE LA INTERACCIÓN ACUIFERO-ÓSMOSIS INVERSA. ESTABILIDAD: COMPRENSIÓN DEL COMPORTAMIENTO DEL MODELO QUE REPRESENTA AL SISTEMA AMT.

27 Alcance Este trabajo enfoca el estudio del proceso de desalinización de aguas subterráneas, su efecto en la alimentación cuando el rechazo es recirculado al acuífero y el comportamiento de los modelos realizados. Utilizando datos de acuíferos del Chaco paraguayo.

28 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

29 Chaco paraguayo Situación actual Desalinización por membranas Aplicaciones Clima Parámetros del proceso Suelo Transporte en la membrana Caracterísiticas de los acuíferos Principio general de la ósmosis inversa

30 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

31 Casos considerados Una etapa AMT sin recarga del acuífero. AMT con recarga del acuífero. Dos etapas AMT sin recarga del acuífero. AMT con recarga del acuífero.

32 Consideraciones Acuífero reactor de mezcla completa Solución mono componente de NaCl Temperatura constante Transferencia de masa en la membrana se basa en la ley de Darcy Esquema del acuífero Caudal y concentración de recarga constante

33 AMT una etapa sin recarga

34 Balance de masa en los componentes Tanque de almacenamiento del producto Membrana Acuífero Distributiva c i =[kg/m 3 ] v i =[m 3 ] q i =[m 3 /h] Distributiva

35 Sistema cerrado

36 Variables del estado del sistema Relacionar con c f y c a Acuífero Resolver el sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias Tanque de almacenamiento de permeado

37 Relaciones importantes Transferencia de masa en la membrana J i =[kg/m 2 h ] P i =[kg/mh 2 ] π i =[kg/mh 2 ] k w =[h/m ] k s =[m/h ] ψ=[m 2 /h 2 ] Darcy

38 Relaciones importantes Transferencia de masa en la membrana

39 Relaciones importantes Transferencia de masa en la membrana s m =[m 2 ] c w =[kg/m 3 ]

40 Acuífero Balance de masa en el acuífero

41 Modelo AMT una etapa sin recarga del acuífero

42 AMT una etapa con recarga Temporada de lluvia

43 Modelo AMT una etapa con recarga del acuífero Acuífero Tanque

44 AMT dos etapas con recarga Recuperación 2 Recuperación 1

45 Recuperación

46 Modelo AMT dos etapas con recarga del acuífero Recarga Segunda etapa

47 Estabilidad Estable Inestable

48 Estabilidad

49 Estabilidad AMT una etapa con recarga

50 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

51 Resultados numéricos Valores utilizadas para el modelos

52 Constantes de los modelos a 1 = a 2 = m 3 /kg a 3 = m 3 /h a 4 = m 6 /kgh a 5 = 1.45 e7 m 3

53 AMT una etapa temporada seca

54 AMT una etapa temporada de lluvia

55 AMT dos etapas temporada seca

56 AMT una etapa temporada de lluvia

57 Naturaleza del estado crítico

58 CONTENIDO Motivación y planteamiento del problema Objetivos Originalidad y alcance del trabajo Generalidades Modelado matemático Resultados numéricos Conclusiones y perspectivas

59 Conclusiones y perspectivas Durante la seca es preferible un modelo de AMT sin recarga, en contra partida en temporada de lluvia es preferible la utilización del modelo con recarga. Con recarga, el sistema alcanza un equilibrio aun cuando la concentración depende de la recarga y de la cantidad de etapas. Mayor concentración de equilibrio cuando la cantidad de etapas aumentan.

60 Conclusiones y perspectivas El análisis cualitativo (asintótico) (naturaleza del estado crítico) determina un punto del ATM. La visión de sistemas dinámicos permite tener un comportamiento asintótico del acuífero para una determinada configuración del mismo. El comportamiento asintótico, permite conocer la tendencia del comportamiento del acuífero.

61 Conclusiones y perspectivas Prediciendo su comportamiento pueden ser tomadas medidas paliativas y configurar el ATM de forma a mitigar su impacto ambiental y hacerlo sustentable.

62 Trabajos futuros Desarrollo de modelos que consideren temporadas cíclicas de sequía y lluvia combinadas, Sistemas multi-componentes (multifásico) en la alimentación y efectos de la polarización de la concentración en la membrana.

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