UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓNcschaer/desalinizacion-agua-osmosis-inversa.pdf · Transferencia...
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
Facultad de Ciencias Químicas
Carrera de Ingeniería Química
21 de junio 2010
Carlos Domingo Mendez Gaona
TRABAJO FINAL DE GRADO
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
Súper población de ciudades
Nuestro país
60 % del territorio nacional
2% de la población
Chaco paraguayo: Realidad
Núcleos de urbanización
Heterogeneidad
Características del Chaco
RecursosOtras tecnologías?
Tecnologías-MEMBRANAS
Tecnologías-MEMBRANAS
Acuíferos
Tamaños
Formas
Superficies
Variedad de sales y concentraciones
Tipo de suelo
MEDIO
AMBIENTE
Ósmosis inversa
Configuración de proceso $
Presión aplicada $
Superficie de la membrana $
Características técnicas de las membranas $
Los modelos matemáticos permiten simular
escenarios en un computador evitando lautilización de plantas pilotos. Esto permite ahorrartiempo y dinero.
Simulador
Interacción
Ósmosis inversa
Acuífero
Súper población Chaco paraguayo Sales en agua
Tecnología de membranas Tecnologías
Ósmosis inversa Acuífero Plantas piloto
Simulación
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.
La concentración en el acuífero influye en:
Concentración del permeado.
Y en el proceso de separación; si la membrana posee una concentración límite.
Especial énfasis
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
Generales
Evaluar la influencia del proceso de ósmosis inversaen el acuífero en temporadas de sequía y lluvia, através del modelado matemático y simulación deun sistema AMT (Acuífero Membrana Tanque dealmacenamiento) de una y dos etapas, con y sinrecarga del acuífero, de manera a estimartendencias del comportamiento del mismo.
Específicos
Desarrollar programas en MatLab que permitansimular los modelos determinados.
Realizar un análisis de estabilidad del sistema encondiciones determinadas.
Determinar la influencia en el acuífero de laconcentración inicial, cantidad de etapas y recargaen función del tiempo.
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
Originalidad del trabajo
SIMULADOR:
COMPRENSIÓN DE LA INTERACCIÓNACUIFERO-ÓSMOSIS INVERSA.
ESTABILIDAD:
COMPRENSIÓN DEL COMPORTAMIENTO DELMODELO QUE REPRESENTA AL SISTEMAAMT.
Alcance
Este trabajo enfoca el estudio del proceso dedesalinización de aguas subterráneas, su efecto enla alimentación cuando el rechazo es recirculado alacuífero y el comportamiento de los modelosrealizados.
Utilizando datos de acuíferos del Chacoparaguayo.
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
Chaco paraguayo Desalinización por membranas
Situación actual Aplicaciones
Clima Parámetros del proceso
Suelo Transporte en la membrana
Caracterísiticas de los acuíferos Principio general de la ósmosis inversa
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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.
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
Caudal y concentración de recarga constante
Esquema del acuífero
AMT una etapa sin recarga
Balance de masa en los componentes
Tanque de almacenamiento del producto
Membrana
Acuífero
ci=[kg/m3]
vi=[m3]
qi=[m3/h]
Distributiva
Distributiva
Sistema cerrado
Variables del estado del sistema
Acuífero
Tanque de almacenamiento de permeado
Resolver el sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias
Relacionar con cf y ca
Relaciones importantesTransferencia de masa en la
membrana
Darcy
Ji =[kg/m2 h ]
Pi =[kg/mh2 ]
πi =[kg/mh2]
kw =[h/m ]
ks =[m/h ]
ψ=[m2/h2]
Relaciones importantesTransferencia de masa en la
membrana
Relaciones importantesTransferencia de masa en la
membrana sm =[m2]
cw =[kg/m3]
Acuífero
Balance de masa en el acuífero
Modelo AMT una etapa sin recarga del acuífero
Modelo AMT una etapa con recarga del acuífero
Acuífero
Tanque
AMT dos etapas con recarga
Recuperación 1
Recuperación 2
Recuperación
Modelo AMT dos etapas con recarga del acuífero
Recarga Segunda etapa
Estabilidad
Inestable
Estable
Estabilidad
Estabilidad AMT una etapa con recarga
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
Resultados numéricosValores utilizadas para el modelos
Constantes de los modelos
a1= 151.75
a2= 3.825 m3/kg
a3= 16.884 m3/h
a4= 0.4284 m6/kgh
a5= 1.45 e7 m3
AMT una etapa temporada seca
AMT una etapa temporada de lluvia
AMT dos etapas temporada seca
AMT una etapa temporada de lluvia
Naturaleza del estado crítico
CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
Conclusiones y perspectivas
Durante la seca es preferible un modelo de AMTsin recarga, en contra partida en temporada delluvia es preferible la utilización del modelo conrecarga.
Con recarga, el sistema alcanza un equilibrio auncuando la concentración depende de la recarga yde la cantidad de etapas.
Mayor concentración de equilibrio cuando lacantidad de etapas aumentan.
Conclusiones y perspectivas
El análisis cualitativo (asintótico) (naturaleza delestado crítico) determina un punto del ATM.
La visión de sistemas dinámicos permite tener uncomportamiento asintótico del acuífero para unadeterminada configuración del mismo.
El comportamiento asintótico, permite conocer latendencia del comportamiento del acuífero.
Prediciendo su comportamiento pueden sertomadas medidas paliativas y configurar el ATM deforma a mitigar su impacto ambiental y hacerlosustentable.
Conclusiones y perspectivas
Desarrollo de modelos que consideren temporadascíclicas de sequía y lluvia combinadas,
Sistemas multi-componentes (multifásico) en laalimentación y efectos de la polarización de laconcentración en la membrana.
Trabajos futuros