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CENTRO DE ENSEÑANZA TÉCNICA INDUSTRIAL Organismo Público Descentralizado Federal

Plantel Colomos

Energías alternativas

Reutilización del agua de uso doméstico y el hidrógeno como

fuente de combustible para los automóviles

Ingeniería Industrial 3er Semestre Profesor.- Lic. Rincón Castro Shirley Saray Materia.- Gestión Ambiental Alumnos.-

Tgo. Martínez Chávez Hugo Adrián Reg.- 13310211

Tgo. Ortiz Castro Víctor Manuel Reg.- 13310268

Tgo. Ramírez Chávez María Fernanda Reg.- 13310293

Ramírez Govea José Alberto Reg.- 13310295

Tgo.Rosales Díaz Juan Pablo Reg.- 13310338

Tgo. Velázquez Jiménez Pedro Antonio Reg.- 13310391

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Contenido INTRODUCCION .......................................................................................................... 3

MARCO TEORICO ........................................................................................................ 4

CONTAMINACION DEL AGUA .......................................................................................................... 4

GENERACION DE COMBUSTIBLES ............................................................................... 5

LA GASOLINA Y SU DEMANDA ENERGETICA ................................................................................... 5

JUSTIFICACION ............................................................................................................ 6

DESPERDICIO Y CONTAMINACION EL AGUA ................................................................................... 6

CONTAMINACION AMBIENTAL (LOS AUTOMOVILES) ..................................................................... 8

OBJETIVOS ................................................................................................................... 9

DESCRIPCION DEL PROYECTO ..................................................................................... 9

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO .............................................................................. 9

SISTEMA DE RECUPERACION DE AGUA (SRA) ................................................................................. 9

FILTRADO ......................................................................................................................................... 9

FILTRO PASIVO (ARENA) ................................................................................................................ 10

Mallas ........................................................................................................................................ 10

Cama de arena Silica ................................................................................................................. 10

FILTRO ACTIVO (CARBON) ............................................................................................................. 11

RECOLECCION ................................................................................................................................ 11

ELECTROLISIS ................................................................................................................................. 12

HIDROACTIVE ................................................................................................................................ 12

Factibilidad ................................................................................................................ 14

Costos ............................................................................................................................................ 14

Mejora al Medio Ambiente ........................................................................................................... 14

Bibliografía ................................................................................................................ 15

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INTRODUCCION

Existen, gran cantidad de formas con las cuales podemos contaminar y deteriorar

nuestro planeta, gran parte de ellas tiene que ver con la contaminación del agua.

Esto puede ser debido al constante crecimiento de las ciudades donde su

población vierte sus desechos domésticos, industriales y toda clase de basura,

provocando que esta agua no pueda ser reutilizada y por ende desperdiciada.

Actualmente la gran mayoría de las sociedades tenemos la mala costumbre de

desperdiciar el agua que utilizamos en nuestras casas para satisfacer nuestras

necesidades cotidianas, por lo que es necesario implementar un sistema de

aprovechamiento y/o reutilización del agua de uso doméstico.

En nuestro país diariamente se producen miles de toneladas de desechos

industriales, de los cuales un gran porcentaje tiene grave impacto en el medio

ambiente, además de toda la contaminación producida por la quema de

combustibles, la producción de las fábricas, industrias y sobretodo el uso tan alto

de los automóviles.

Este proyecto tiene la finalidad de crear un sistema de limpieza y reaprovechamiento del agua para uso doméstico, así como fuente alternativa de combustible para automóviles reutilizar.

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MARCO TEORICO El agua cubre el 72% de la superficie del planeta Tierra y representa entre el 50%

y el 90% de la composición de los seres vivos. Es una sustancia relativamente

abundante aunque sólo supone el 0.022% de la masa de la Tierra. Se puede

encontrar agua en prácticamente cualquier lugar de la biósfera y en los tres

estados de agregación de la materia: sólido, líquido y gaseoso.

En su forma líquida, se encuentra en los mares, ríos, lagos y océanos. En estado

sólido -nieve o hielo- en los casquetes polares, en las cumbres de las montañas y

en los lugares de la Tierra donde la temperatura es inferior a cero grados Celsius.

Y en forma gaseosa se halla formando parte de la atmósfera terrestre como vapor

de agua.

CONTAMINACION DEL AGUA

Algunos residuos contaminantes que desechan las

industrias y que son muy peligrosos son aquellos que

contienen: Mercurio, plomo, arsénico, fenol, plata,

cromo y plaguicidas, entre otros. También es

altamente contaminante la materia orgánica como

restos de alimentos y animales, detergentes,

pinturas, aceites, etc. Estos propician el desarrollo de

algas, las cuales generan la proliferación de bacterias que van consumiendo el

oxígeno presente en el agua, matando toda forma de vida que pueda existir.

El agua puede contaminarse de muchas maneras, entre ellas, cuando vertimos

aceite, químicos y basura al drenaje. Lamentablemente el agua contaminada llega

a nuestros ríos y mares. El agua es un recurso natural que debemos conservar,

por lo tanto debemos evitar su contaminación y hacer un buen uso de ella.

El agua es un líquido vital, por lo que es un elemento de consumo humano de

primera necesidad en todos los ámbitos, sin embargo no tenemos un control

adecuado del mismo. Se calcula que cada mexicano utiliza diariamente poco

más de 216 litros siendo que la Organización de las Naciones Unidas establece

como límite de 25 a 50 litros diarios por persona.

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En México, en muchas áreas rurales y aún en las ciudades, el agua potable es

cada vez más limitada. Actualmente la cantidad de agua que necesitamos las

personas para satisfacer nuestras necesidades cotidianas crece día con día de

manera exponencial, esto se debe en gran parte al crecimiento de las ciudades,

industrias, pero sobre todo a la demanda de consumo tan alta que exige la

población y a nuestra mala costumbre de desperdiciarla.

Estamos acostumbrados a que el agua es un recurso inagotable y que siempre

estará para nosotros, por lo cual no le damos el uso adecuado. Existen cuatro

causas por las cuales se desperdicia el agua:

Deficiencias en la operación e infraestructura para la captación y

distribución del agua.

Falta de cultura para el aprovechamiento y consumo del agua.

Escasas plantas de tratamiento de agua residual.

GENERACION DE COMBUSTIBLES

LA GASOLINA Y SU DEMANDA ENERGETICA

En México, cerca del 88% de la energía

primaria que se consume proviene del

petróleo. Llega a nosotros cada día en

una gran variedad de formas. Es la

principal fuente de insumos para

generar energía eléctrica, permite la

producción de combustibles para los

sectores de transporte e industrial.

Además, es materia prima de una gran

cantidad de productos como telas,

medicinas o variados objetos de plástico. México cuenta con reservas probadas de

crudo por 12 352 millones de barriles, por ello, ocupa el lugar 14 en el mundo. Con

el nivel de producción actual, se calcula que durarán, aproximadamente, 11 años,

es decir, en 11 años en México no habrá más petróleo. (INEGI).

La gasolina es una mezcla de compuestos de carbono e hidrogeno, cuyas

propiedades brindan altas temperaturas de ebullición y fusión que aumentan en

base al número de carbonos presentes en la mezcla, esta mezcla es usada para

obtener energía térmica, los automóviles utilizan este compuesto para generar

energía mecánica mediante una secuencia de explosiones dentro de una cámara

de combustión.

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JUSTIFICACION La sociedad mexicana lamentablemente no cuenta con la cultura sobre el uso

adecuado y aprovechamiento del agua, gastando cantidades enormes de dicho

recurso en actividades insignificantes, que en comparación con otros países, las

sociedades han comprendido el valor de este recurso, implementando tecnologías

y sistemas de reaprovechamiento de este recurso, de tal manera que no solo sirva

para una sola ocasión, si no que este pueda ser fuente de energía para otras

necesidades no solo vitales para el ser humano.

Cabe destacar que en algunas zonas de la república mexicana no se cuenta con

un sistema potabilizador en excelentes condiciones o el agua de ríos y lagos

cercanos esta potencialmente contaminado, ocasionando enfermedades que

pueden ser fatales a quien las padece. Por este motivo, el implemento de un

prototipo que sirve con el propósito de filtrar y reutilizar el agua de uso doméstico.

DESPERDICIO Y CONTAMINACION EL AGUA

El agua proveniente de los sistemas de agua nacionales, es denominada agua

potable, la cual tiene las características de ser inolora, incolora e insabora, sin

embargo, una vez utilizada, se divide el agua contaminada de acuerdo a los

contaminantes presentes en la misma.

Según el documento elaborado por la comisión nacional del agua (CONAGUA)

“usos del agua en México” edición

del 2013, el uso de agua nacional

se divide en distintos sectores los

cuales son:

Se define como uso consuntivo, aquellas

aguas que son vertidas directamente a ríos,

lagos y mares y no se reutiliza

Lógicamente un recurso no consuntivo es el

que regresa a los medios hídricos (tuberías

del sistema de abastecimiento)

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Nos enfocaremos en el sector de abastecimiento público, específicamente en el

uso doméstico, el cual en comparación con los demás sectores, es el segundo que

más utiliza agua de acuerdo a la siguiente tabla:

Recordemos que este sector lo utiliza consuntivamente por lo que esta agua no se

recupera a las líneas de agua nacionales.

En un estudio realizado por la CONAGUA en 2013 para medir el consumo por

hogar de una familia mexicana determino que el promedio de consumo de una

casa era de 1500 litros por día, o que indica que gastamos el triple del consumo

comparado con ciertos países europeos quienes rondan los 550-600 litros por día.

Tan solo en la ciudad de México, el gasto diario por persona es de alrededor de

300 litros al día y la mayoría de ésta es empleada en la cocina, el jardín, el patio y el

baño.

Aquí algunos datos sobre el consumo de agua en actividades diarias:

- Al abrir la llave de la regadera el agua se tarda en calentar aproximadamente 3 minutos, y por cada minuto que pasa se gastan 10 litros.

- Para cepillarse los dientes se consumen 250 ml. de agua, cada minuto que se deja abierta la llave del lavabo se desperdician 5 litros.

- Cada vez que lavamos el auto con manguera, se desperdician 12 litros por minuto transcurrido.

Estas cifras son trascendentes, ya que de seguir en esta dirección, para 2025 el país necesitará invertir 33,000 mil millones de pesos únicamente para que 3,000 millones de m3 de agua sean suministrados a las ciudades del país.

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Cabe destacar que estas aguas, llamadas

“residuales”, debido a que ya fueron usadas

y desechadas, no reciben el tratamiento

adecuado de limpieza y aprovechamiento y

son vertidas directamente a lagos, ríos y

mares. El problema es la contaminación de

los mismos, los cuales poseen elementos

tóxicos como lo son:

ⴕ Cadmio.

ⴕ Níquel.

ⴕ Cromo.

ⴕ Arsénico.

ⴕ Cianuro.

ⴕ Tolueno.

Según la CONAGUA el 70% de los recursos de agua dulce en México están

afectados por la contaminación siendo de estos el 31% aguas dulces

extremadamente contaminadas. La contaminación de las mismas se debe

principalmente a las descargas y vertimientos de las industrias “permitidas”.

CONTAMINACION AMBIENTAL (LOS AUTOMOVILES)

Otra de las principales problemáticas de contaminación del medio ambiente es la

del aire debida en su mayoría al uso excesivo del automóvil, estos emanan gases

tóxicos que son de efecto invernadero, provocando la retención de los rayos de sol

en el planeta , calentando el mismo y provocando el tan nombrado “calentamiento

global” , el cual provoca cambios climáticos drásticos.

México es un país que está

siendo urbanizado

aceleradamente, datos de

estudio de población del

INEGI, determino que para los

años 1950 el 42.6% de la

población total nacional vivía

en ciudades, y para 2010 el

77.8% de la población total

nacional vivía en ciudades por

lo que el 22.2% de la población aún se encuentra viviendo en zonas rurales. El

traslado de la población a las ciudades es debido a las oportunidades de

crecimiento y de una calidad de vida mejor.

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OBJETIVOS - Filtrar el agua residual de uso doméstico.

- Recolectar el agua filtrada y depositarla en tanques de almacenamiento.

- Reutilizar el agua recolectada para uso doméstico.

- Proponer un vehículo de combustible alternativo.

DESCRIPCION DEL PROYECTO El proyecto consiste en reutilizar el agua

proveniente de la regadera, lavamanos

y lavadora haciéndolas pasar por dos

filtros, uno de arena y otro de carbón

activo. Una vez filtrada se depositan en

tanques acumuladores de distintas

capacidades para reutilizarla en uso

doméstico o como generador de

combustible (Hidrogeno) en el

automóvil.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

SISTEMA DE RECUPERACION DE AGUA (SRA)

Es un sistema ecológico de tuberías implementado en las zonas donde se quiere

recuperar las aguas utilizadas en la residencia. Este se caracteriza por el uso de

tuberías recicladas con materiales reprocesados los cuales nos ayudan a no

fomentar la fabricación de tuberías de drenaje nuevas.

FILTRADO Una vez se utilice el agua se hace pasar por el sistema SRA, el cual direccionada

el agua hacia los filtros, los cuales estarán conformados por dos materiales, uno

pasivo y otro activo.

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FILTRO PASIVO (ARENA)

Este filtro estará conformado por dos secciones de mallas y una cama de arena

encargada de la recolección de partículas. El funcionamiento de los componentes

es:

Mallas

La primer sección de mallas involucra rendijas con

separaciones de alrededor de 1 centímetro de grosor, la

cual tendrá la función de detener las partículas grandes,

como lo son pelusa, hojas, papeles, pelo o cualquier otro

material que pueda encontrarse en el agua.

La segunda sección de mallas reduce el espacio entre las

rendijas alrededor de los 2-3 milímetros de grosor la cual

tendrá como finalidad recolectar los restos o

desprendimientos de las partículas grandes previamente

retenidas por la primera sección.

Cama de arena Silica

La característica principal de la arena es que

es un material fino compuesto a base de

sílice y oxigeno (Si O2) el cual crea una

molécula muy estable y creando finas

moléculas que a grandes escalas forman una

arena. Esta arena al ser un material de

degradación larga pero no contaminante es

un material imprescindible para el filtrado del

agua, la capacidad del filtrado de las

partículas de un filtro de arena es de

partículas de entre 30 y 50 micras

(.000001mt) por lo que es el más efectivo

además de tener una relación de calidad precio muy superior a otros filtros.

La filtración del agua mediante arena de sílice por si sola es capaz de detener los

contaminantes químicos y la grasa humana, sin embargo, los olores se mantienen

en el agua por lo que es necesario dar un segundo tratamiento de filtrado.

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FILTRO ACTIVO (CARBON)

El carbón activo es un mineral cargado

eléctricamente con electrones, lo que lo vuelve un

material de polaridad negativa, la función de este es

atraer todos los compuestos que contengan carbono

en sus moléculas (compuestos orgánicos), así

mismo atrae todas las moléculas de cloro, debido a

esta atracción de los compuestos el carbón activo

retorna al agua sus propiedades:

- Inolora.

- Incolora.

- Insabora

RECOLECCION

El agua filtrada se almacenara en depósitos estos se encontraran bajo tierra

separados del sistema de aguas (aljibe), esto para no involucrar las aguas ya

tratadas con las aguas potables.

Estos tanques de almacenamiento

tienen como fin la utilización del agua

filtrada para fines domésticos sin

acciones de consumo humano, las

cuales pueden ser limpieza de la

casa, riego de jardín y de plantas. Sin

embargo la función de los tanques no

solo la recolección si no la separación

del agua, en sus moléculas elementales (hidrogeno y oxigeno) el cual se realizara

mediante un proceso de electrolisis.

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ELECTROLISIS

La electrolisis es un proceso eléctrico en el cual por medio de dos placas de polo

positivo y negativo tienen la función de hacer una reacción oxido reducción y de

adición.

En el caso del agua el oxígeno se reduce por medio de la electricidad dando paso

a la adición de hidrogeno el cual es liberado por medio de un gas, la manera en

que se puede apreciar es una serie de burbujas que aparecen desde las placas de

metal del generador, por medio de una manguera se canalizara el hidrogeno

generado para dar paso a la siguiente etapa.

HIDROACTIVE

Es un prototipo de implementación de

un sistema de combustible a base de

hidrogeno, la manera en que se

utilizara será mediante la adaptación

de un tanque de hidrogeno que

reemplazara el tanque de gasolina de

un vehículo, cabe destacar que el

tanque de almacenamiento de

hidrogeno tendrá que estar

presurizado debido a que es un gas y

este tiende a mantenerse en un lugar

cerrado mientras no se le aplique

presión. El motor convencional de un automóvil es un motor de combustión interna

o lo que es lo mismo, la combustión (quema o explosión) del combustible se lleva

a cabo dentro de una cámara sellada.

El funcionamiento es el siguiente un embolo se mueve dentro de un cilindro, este

cilindro tiene dos válvulas y un dispositivo generador de chispas llamado bujía.

Cuando el embolo baja genera un vacio dentro del cilindro, este vacío se

complementa con la apertura de una de las válvulas, dejando pasar una mezcla de

aire con gasolina, una vez que el embolo ha recorrido todo el cilindro hasta la

parte inferior , este comienza a subir de nuevo generando ahora una presión, en

donde se reduce el volumen de la mezcla de aire en una relación de 1:12 o lo que

es lo mismo, el volumen inicial de la mezcla se comprime 12 veces, la compresión

total se lleva acabo cuando el embolo ha recorrido todo el cilindro hasta la parte

superior.

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En este momento una bujía, crea una chispa que sirve como un arrancador de

combustión (al igual que la lija de una caja de fósforos) esta chispa genera una

reacción en cadena en la mezcla, generando la combustión de la gasolina, como

la temperatura aumenta el volumen de la mezcla aumenta generando una

contrapresión que dirige el embolo hacia abajo una vez que ha recorrido el embolo

todo el cilindro este vuelve a subir y una segunda válvula en la parte superior del

cilindro se abre, el embolo mientras recorre el cilindro hacia arriba empuja los

gases generados por la combustión de la mezcla. Mismos gases que hoy en día

son conocidos como gases de efecto invernadero:

- Monóxido de Carbono.

- Hidrocarburos.

- Óxido de Nitrógeno.

- Dióxido de Carbono.

Estos gases son tóxicos para el ser humano, así como para el planeta, debido a

que estos atrapan los rayos del sol, que entran a la tierra, ocasionando una

elevación en las temperaturas dando como resultado el ya tan nombrado

“calentamiento global”.

HIDROACTIVE utiliza el hidrogeno producido por las aguas filtradas de las

residencias y lo almacena en el vehículo para su uso alternativo como

combustible, esto debido a que el hidrogeno por si solo es un gas explosivo y no

inflamable generando más energía al momento de su combustión, además de su

utilización como combustible, este tiene una reacción al momento de la explosión

que genera vapor de agua en vez de generar los gases de efecto invernadero.

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Factibilidad Para poder comprobar la factibilidad del prototipo debemos de realizar un análisis,

así como la investigación de costos y la contribución al medio ambiente.

Costos

Los costos pueden variar debido a

los materiales. Tenemos que tener

en cuenta las dimensiones de la

casa a la cual se le implementara

el prototipo y de ahí partir para

poder cotizar precios, ya teniendo

las dimensiones exactas.

Mejora al Medio Ambiente

Estamos conscientes del impacto ambiental que causa los gases generados por la

combustión de los automóviles, sabiendo que la gasolina es su principal fuente de

combustible y es un derivado del Petróleo, enfrentamos una época donde la

demanda de dicho energético va en aumento, al utilizar el Hidrogeno como

combustible solamente genera vapor de agua el cual no repercute en la capa de

ozono. Otro de los aspectos a destacar es el aprovechamiento del agua, se sabe

México es uno de los países que más consume agua sin darle un consumo

adecuado, mediante esta implementación se puede reutilizar el agua, y con esto

ahorrar el gasto familiar, así como la preservación de ríos, lagos y mares que

sufren debido a las descargas de las aguas grises.

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Bibliografía http://platea.pntic.mec.es/~iali/personal/agua/agua/propieda.htm

http://japac.gob.mx/index.php?option=com_content&view=article&id=269:guardianes-del-

agua&catid=18:reportajes&Itemid=35

http://www.ehu.es/biomoleculas/agua/agua.htm

http://www.planetseed.com/es/node/15755

http://www.ref.pemex.com/octanaje/26gas.htm

http://www.durman.com.co/pdf/LDP%20Durman.pdf

http://www.rotoplas.com/

http://www.pds.org.pe/productos/filtros-de-carbon-activado/

http://www.sefiltra.com/filtros-de-arena.php

http://www.fresnovalves.com/pdf/Media%20Book%20Spanish.pdf

http://www.plantas-purificadoras-de-aguas.com.mx/productos/filtros-de-carbon-activado/