Reactores en sistemsa ambientales

REACTORES EN SISTEMAS AMBIENTALES

Caso de estudio # 1

En la comunidad de “El Sauce” se solicita tu asesoría como ingeniero ambiental; en dicha comunidad acaba de cerrar una industria de refinación de petrolíferos que ha dejado una seria problemática de contaminación de suelos. En este caso se plantea una remediación por la técnica de “bio-pilas” que es básicamente extraer el suelo contaminado y llevarlo a unos vertederos especialmente acondicionados, para acelerar los procesos de remediación mediante microorganismos mediante el constante mezclado/aireado mecánico. Estos vertederos se basan en la reproducción y desarrollo de microorganismos adaptados a las condiciones de suelo contaminado denominados “degradadores de hidrocarburos”.

[pic 1]

Figura # 1 Preparación de las pilas de tratamiento

Para esto se desarrolla un sistema piloto que trata 1 tonelada de suelo de dónde se obtienen los siguientes resultados:

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Fig. 2 Remediación de suelo contaminado (t1=12000 mg/kg; t5=7000mg/kg; t40=6000 mg/kg; t70=5000 mg/kg; t100=4500 mg/kg; t140=3000 mg/kg)

Con la información proporcionada  resuelve lo siguiente:

1. Determina el valor de constante de desaparición del hidrocarburo (pm=240 g/mol).
2. Si tienes una ecuación de velocidad de primer orden v=k[Hidrocarburo]….; que volumen de reactor será necesario para tratar la tonelada de suelo; tómese el valor de t1; como concentración inicial y el de t140 como final y considere un reactor tipo CSTR.
3. Si la totalidad del suelo es de 70 hectáreas; con una profundidad de 7 metros, que volumen será necesario para tratar todo el suelo contaminado (ρsuelo=2.78 kg/L).

Caso estudio # 2

La empresa circuitos integrados del norte; fabrica componentes eléctricos de alta tecnológica como microprocesadores, memorias, pantallas, etc. Dentro de su producción hay una etapa de vital importancia que consiste en proteger dichos sistemas contra el magnetismo; para lo cual se les aplica una capa de pintura a base de cromo hexavalente. No obstante este proceso conlleva una alta contaminación de sus aguas de desecho; lo cual se busca remediar con un sistema de tratamiento del tipo Filtro auto-catalítico (similar a un PFR). Los datos cinéticos de cada unidad de tratamiento se obtienen de la siguiente ecuación de velocidad:

[pic 3]

                                -rA

Donde tenemos que las concentraciones de hidróxido (OH=2 kg/l) y Zeolita (Z=1kg/l) solo funcionan como catalizadores, y se mantienen constantes.k1=2.36, k2=0.625, k3=0.36.

1. Si tenemos un flujo volumétrico de 500 l/seg y una concentración de 550 ppm de cromo hexavalente, determine el volumen de reactor para reducir esta cantidad hasta lo que permite la NOM-001-SEMARNAT que es de 1 ppm.
2. Si el volumen máximo den reactor de este tipo es de 25 litros, cuantos reactores en paralelo se ocuparían.
3. Si cada reactor solo puede transformar un 20 %; cual sería el volumen combinado de un sistema en serie de 4 unidades (80 %).
4. Si se decide aumentar la concentración de hidróxido a 5, como afectaría el resultado.

Caso de estudio # 3

Un reactor nuclear trabaja en base a la desintegración de un material radioactivo como el uranio, plutonio, torio, cesio, etc. Por lo que se necesita calcular la velocidad a la que se está desintegrando dicho reactor que consume 500 barras (1.1 lbm)  de uranio como fuente de combustible al día. Un sistema de este tipo opera como un reactor completamente agitado (CSTR), donde la velocidad de desintegración depende de la cantidad de neutrones con el que se bombardea dicho núcleo.

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