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UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN
Facultad de Ciencias Químicas
Carrera de Ingeniería Química
21 de junio 2010
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Carlos Domingo Mendez Gaona
TRABAJO FINAL DE GRADO
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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Súper población de ciudades
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Nuestro país
60 % del territorio nacional
2% de la población
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Chaco paraguayo: Realidad
Núcleos de urbanización
Heterogeneidad
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Características del Chaco
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Tecnologías-MEMBRANAS
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Acuíferos
Tamaños
Formas
Superficies
Variedad de sales y concentraciones
Tipo de suelo
MEDIO
AMBIENTE
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Ósmosis inversa
Configuración de proceso $
Presión aplicada $
Superficie de la membrana $
Características técnicas de las membranas $
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Los modelos matemáticos permiten simular
escenarios en un computador evitando lautilización de plantas pilotos. Esto permite ahorrartiempo y dinero.
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Simulador
Interacción
Ósmosis inversa
Acuífero
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Súper población Chaco paraguayo Sales en agua
Tecnología de membranas Tecnologías
Ósmosis inversa Acuífero Plantas piloto
Simulación
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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.
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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
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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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.
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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.
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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Originalidad del trabajo
SIMULADOR:
COMPRENSIÓN DE LA INTERACCIÓNACUIFERO-ÓSMOSIS INVERSA.
ESTABILIDAD:
COMPRENSIÓN DEL COMPORTAMIENTO DELMODELO QUE REPRESENTA AL SISTEMAAMT.
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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.
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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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
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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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.
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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
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AMT una etapa sin recarga
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Balance de masa en los componentes
Tanque de almacenamiento del producto
Membrana
Acuífero
ci=[kg/m3]
vi=[m3]
qi=[m3/h]
Distributiva
Distributiva
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Sistema cerrado
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Variables del estado del sistema
Acuífero
Tanque de almacenamiento de permeado
Resolver el sistema de ecuaciones diferenciales ordinarias
Relacionar con cf y ca
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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]
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Relaciones importantesTransferencia de masa en la
membrana
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Relaciones importantesTransferencia de masa en la
membrana sm =[m2]
cw =[kg/m3]
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Acuífero
Balance de masa en el acuífero
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Modelo AMT una etapa sin recarga del acuífero
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Modelo AMT una etapa con recarga del acuífero
Acuífero
Tanque
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AMT dos etapas con recarga
Recuperación 1
Recuperación 2
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Recuperación
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Modelo AMT dos etapas con recarga del acuífero
Recarga Segunda etapa
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Estabilidad
Inestable
Estable
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Estabilidad
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Estabilidad AMT una etapa con recarga
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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Resultados numéricosValores utilizadas para el modelos
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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
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AMT una etapa temporada seca
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AMT una etapa temporada de lluvia
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AMT dos etapas temporada seca
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AMT una etapa temporada de lluvia
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CONTENIDO
Motivación y planteamiento del problema
Objetivos
Originalidad y alcance del trabajo
Generalidades
Modelado matemático
Resultados numéricos
Conclusiones y perspectivas
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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.
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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.
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Prediciendo su comportamiento pueden sertomadas medidas paliativas y configurar el ATM deforma a mitigar su impacto ambiental y hacerlosustentable.
Conclusiones y perspectivas
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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
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