Desarrollo Del Proyecto AQUAMATIC

1. MARCO TEÓRICO.

1.1 DEFINICIÓN DE AGUA

El agua es una sustancia muy común, pero posee un conjunto de propiedades que la hacen única, que unido a su abundancia, le otorgan una gran importancia en el ciclo biológico del planeta. La misma puede encontrarse en la naturaleza en sus tres estados: sólido, líquido y vapor, y en un momento dado puede estar en equilibrio entre sus tres formas.

1.2 CARACTERÍSTICAS DEL AGUA

La estructura molecular del agua es un dipolo: su constante dieléctrica es muy alta, mayor que para cualquier otro líquido, lo que le confiere la propiedad de disolver cualquier sustancia, aunque sea en cantidades extremadamente pequeñas, esto hace que el agua no sea nunca químicamente pura, llevando siempre diversas sustancias, como gases, sales o grasas, disueltas. El agua es débilmente ionizable, conteniendo siempre algunos iones hidrógeno, dando un pH próximo a 6.

AGUA: Nombre común que se aplica al estado líquido del compuesto de hidrógeno y oxígeno H2O. Abunda en la naturaleza, parcialmente pura, forma la lluvia, los ríos y los mares.

Ilustración 1 Molécula de agua. 

1.3 PROPIEDADES DEL AGUA

El agua pura es un líquido inodoro e insípido. Tiene un matiz azul, que sólo puede detectarse en capas de gran profundidad, el punto de congelación del agua es de 0°C y su punto de ebullición de 100°C. El agua alcanza su densidad máxima a una temperatura de 4°C y se expande al congelarse. Como muchos otros líquidos, el agua puede existir en estado sobre-enfriado, es decir, que puede permanecer en estado líquido aunque su temperatura esté por debajo de su punto de congelación; se puede enfriar fácilmente a unos -25 °C sin que se congele. Sus propiedades físicas se utilizan como patrones para definir, por ejemplo, escalas de temperatura.

1.4 ESTADO NATURAL DEL AGUA

El agua es la única sustancia que existe a temperaturas ordinarias en los tres estados de la materia, o sea, sólido, líquido y gas. Como sólido o hielo se encuentra en los glaciares y los casquetes polares, así como en las superficies de agua en invierno; también en forma de nieve, granizo, escarcha y en las nubes formadas por cristales de hielo. Existe en estado líquido en las nubes de lluvia formadas por gotas de agua, y en forma de rocío en la vegetación. Además, cubre las tres cuartas partes de la superficie terrestre en forma de pantanos, lagos, ríos, mares y océanos. Como gas o vapor de agua, existe en forma de niebla, vapor y nubes. El vapor atmosférico se mide en términos de humedad relativa, que es la relación de la cantidad de vapor de agua en el aire a una temperatura dada respecto a la máxima que puede contener a esa temperatura.

1.5 EL AGUA EN LA VIDA

El agua es el componente principal de la materia viva. Constituye del 50 al 90% de la masa de los organismos vivos. El protoplasma, que es la materia básica de las células vivas, consiste en una disolución de grasas, carbohidratos, proteínas, sales y otros compuestos químicos similares en agua. El agua actúa como disolvente transportando, combinando y descomponiendo químicamente esas sustancias. 

El agua desempeña también un papel importante en la descomposición metabólica de moléculas tan esenciales como las proteínas y los carbohidratos. Este proceso, llamado hidrólisis, se produce continuamente en las células vivas.

1.6 CICLO NATURAL DEL AGUA

El movimiento continuo de agua entre la Tierra y la atmósfera se conoce como ciclo hidrológico. Se produce vapor de agua por evaporación en la superficie terrestre y en las masas de agua, y por transpiración de los seres vivos. Este vapor circula por la atmósfera y precipita en forma de lluvia o nieve. Al llegar a la superficie terrestre, el agua sigue dos trayectorias.

En cantidades determinadas por la intensidad de la lluvia, así como por la porosidad, permeabilidad, grosor y humedad previa del suelo, una parte del agua se vierte directamente en los riachuelos y arroyos, de donde pasa a los océanos y a las masas de agua continentales; el resto se infiltra en el suelo. Una parte del agua infiltrada constituye la humedad del suelo, y puede evaporarse directamente o penetrar en las raíces de las plantas para ser transpirada por las hojas.

1.7 CONTAMINACIÓN DEL AGUA

El agua pura es un recurso renovable, sin embargo puede llegar a estar tan contaminada por las actividades humanas, que ya no puede ser útil, sino más bien nocivo. El agua puede contaminarse a través de:

 Agentes patógenos: Bacterias, virus, protozoarios, parásitos que entran al agua proveniente de desechos orgánicos. Desechos que requieren oxígeno.- Los desechos orgánicos pueden ser descompuestos por bacterias que usan oxígeno para biodegradarlos. Si hay poblaciones grandes de estas bacterias, pueden agotar el oxígeno del agua, matando así las formas de vida acuáticas. 

 Sustancias químicas inorgánicas: Ácidos, compuestos de metales tóxicos (Mercurio, Plomo), envenenan el agua. Los nutrientes vegetales pueden ocasionar el crecimiento excesivo de plantas acuáticas que después mueren y se descomponen, agotando el oxígeno del agua y de este modo causan la muerte de las especies marinas (zona muerta).

 Sustancias químicas orgánicas: Petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes que amenazan la vida.

 Sedimentos o materia suspendida: Partículas insolubles de suelo que enturbian el agua, y que son la mayor fuente de contaminación.

 Sustancias radiactivas: Mismas que pueden causar defectos congénitos y cáncer.

 Calor: Ingresos de agua caliente que disminuyen el contenido de oxígeno y hace a los organismos acuáticos muy vulnerables.

1.8 LA IMPORTANCIA DE PURIFICAR EL AGUA DESTINADA AL CONSUMO HUMANO

Nuestro cuerpo es 70 % agua, nuestra sangre es 90% agua. Por lo tanto gran parte de nuestra calidad de vida depende del agua que se consume.

Hoy, según estudios realizados, muchas personas presentan problemas de salud a causa de la contaminación en el agua. El agua proveniente de la red pública, contiene alta concentración de cloro, éste es necesario para su potabilización. Es el encargado de la eliminación de virus y bacterias, pero actúa en el cuerpo como oxidante, atacando a la parte inteligente de las células de todo el organismo.

Sus consecuencias se manifiestan limitando el tiempo de vida y la reproducción de las células, produciendo envejecimiento prematuro y afectando el metabolismo celular. También se le atribuye ser causal de arterioesclerosis, cáncer, enfermedades del riñón, alergias e incluso el desarrollo de problemas dentales. 

Otros contaminantes pueden encontrarse en el agua, tales como el Arsénico, Cadmio, Plomo, Mercurio, que perjudican nuestro cuerpo, afectando nuestra percepción sensitiva, algunas habilidades motoras, dañando al sistema nervioso central de forma permanente, alterando nuestra digestión y causándonos fuertes dolores de cabeza y estómago, así también, vómitos, insomnio, irritabilidad, cansancio crónico, disminución de la fuerza muscular.

1.9 PROCESO DE PURIFICACIÓN

1.9.1 CLORACIÓN Y DESINFECCIÓN DEL AGUA

La cloración o desinfección del agua se logra mediante la adición de hipoclorito de sodio al 5% (conocido comúnmente como cloro) al agua, el cual elimina la mayoría de bacterias, hongos, virus, esporas y algas presentes en el agua. El cloro debe mantener un residual no mayor a 0.5 partes por millón (ppm) ósea 0.5 mililitros por metro cúbico ó 5 mililitros por 10 metros cúbicos. Generalmente se hace en los tanques cisternas en donde se almacena el agua en el inicio del proceso.

1.9.2 FILTRACIÓN POR CARBÓN ACTIVADO

Filtración por carbón activado, se logra mediante la adsorción de los elementos como el cloro y el mercurio del agua.

La filtración por carbón activado, como su nombre lo dice se logra al pasar el agua por un filtro de carbón activado.

Generalmente el flujo deberá de ser lento para eliminar la mayoría de las impurezas del agua, aproximadamente 5 galones por minuto por pie cuadrado (gpm/ft2) de filtración, pero si solo se usa para eliminar cloro se puede pasar hasta a 15 gpm/ft2. 

Ilustración 2 Vista microscópica del carbón activado.

El carbón activado es carbón poroso que se produce artificialmente de manera que exhiba un elevado grado de porosidad y una alta superficie interna. Estas características junto con la naturaleza química de los átomos de carbono que lo conforman, le dan la propiedad de atraer y atrapar de manera preferencial ciertas moléculas del fluido que lo rodean.

Cabe mencionar que algunos compuestos reaccionan con el carbón, en cuyo caso, los productos de la reacción pueden quedar ligados químicamente a la superficie del carbón.

El carbón activado es un compuesto covalente y por lo tanto, muestra preferencia por moléculas covalentes, es decir por moléculas que tienden a ser no iónicas y poco polares. Tal es el caso de la mayoría de los compuestos orgánicos por lo tanto, el carbón activado se considera un adsorbente casi universal de moléculas orgánicas.

Debido a lo anterior una de las principales aplicaciones del carbón activado es la purificación de líquidos y gases contaminados con alguna molécula orgánica. 

1.9.3 FILTRACIÓN POR CARTUCHO DE 5 MICRAS

La filtración por cartucho es el último paso de filtración para lograr un pulido físico del agua hasta 0.22 micras, aunque en las plantas purificadoras el filtrado típico es de 5 micras

Cuando el cartucho se atasca de materia suspendida solamente se cambia por uno nuevo. Hay fabricantes

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