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

AMT una etapa con recarga

Temporada de lluvia

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