Separar agua y gasolina

Agua Dura

Se dice que un agua es dura cuando su contenido en iones calcio, magnesio disueltos exceden el tolerado para el uso al que se destina dicha agua. Se comprende pues no hay un único valor máximo de iones calcio, magnesio tolerable para los diferentes usos que se destinan al agua. La dureza del agua se manifiesta por:

A) “cortado” del jabón

El jabón es una sal de sodio de un ácido graso superior (generalmente de 16 a 18 átomos de carbono por molécula). Estos jabones son solubles, al menos dispersables coloidalmente, en agua y se caracterizan por la formación de espuma. En cambio, las sales (“jabones”) de los cationes Ca2+ y Mg2+ son insolubles en agua. Se dice que el agua dura corta el jabón, ya que solo mediante un gran agregado de éste (Superando la cantidad estquiometricamente necesaria para precipitar todo el Ca2+ y Mg2+) se logra espuma y la detergencia de una lejía de jabón.

B) Formación de depósitos (sarro)

Los hidrógeno carbonatos (“bicarbonatos “) de calcio y de magnesio solubles en agua se descompones por calentamiento, se elimina el dióxido de carbono y precipitan los correspondientes carbonatos que son insolubles y se incrustan en las superficies calefactoras.

La dureza del agua se clasifica en:

I) dureza temporaria: Es la que desaparece por calentamiento, es debida a los bicarbonatos de Ca y Mg

II) dureza permanente:

no es eliminada por el calentamiento, es debida a otras sales solubles de Ca y Mg (cloruros, sulfatos etc.)

Las incrustaciones debidas a la dureza permanente son originadas principalmente por  el sulfato de calcio, ya que las otras sales: CaCl2, Mg Cl2 y MgSO4 son muy solubles en agua. El sulfato de calcio, es medianamente soluble, 2g/l a 20 ºC, pero 1,6 g/l a 100ºC. Por eso, cuando el agua de una caldera se calienta y parte se convierte en vapor, se deposita CaSO4 en forma compacta, de modo que redisolución con agua es prácticamente imposible.

Determinación de la dureza de un agua por el método del EDTA

Este método consiste en titular la solución de agua dura por EDTA (etilén –diamino-tetracético) y utilizando como indicador NET (negro de eriocromo T), siguiendo los siguientes pasos:

• Se toma una alícuota de 50, 100 o 200 ml o el volumen que se considere mas adecuado de acuerdo a los valores de dureza esperado de la muestra de agua ha analizar y se le agrega 1 o 2 ml de solución Buffer (pH = 10).
• Se agrega a la muestra de 3 a 5 gotas de indicador NET (según el volumen de la solución a titular).
• La muestra con los reactivos se mezcla por agitación y se titula con la solución de EDTA agitando periódicamente para homogenizar la solución. El termino de la titulación es cuando la solución es de color rosa vino cambia a un color azul intenso.

Limites Aceptables de Dureza

Para calcular la dureza del agua mediante el método de titulación con bureta se utiliza la siguiente ecuación:

Ablandamiento del agua

Las aguas excesivamente duras se condicionan con dispositivos denominados ablandadores de agua.

Los métodos de ablandamiento de agua (reducción de la concentración de Ca y Mg) tiene que permitir el tratamiento de grandes cantidades de agua y ademas ha de resultar económicamente variable.

Para las aguas industriales no destinadas a consumo humano uno de los métodos de ablandamiento empleados es la adhision de fosfato que toma complejos solubles con el Ca evitando su precipitación. No obstante este método esta desaconsejado por los efectos contaminantes.

Ablandamiento con Zeolita

Es el proceso de intercambio iónico que elimina la dureza del agua. La zeolita es un polímero natural poroso, constituido por silico, zodico, aluminato o potasio. Cuando la zeolita se agota, se pueden regerar con facilidad, lavándola con una solución concentrada de cloruro sódico que vuelve a rellenar sus puntos de intercambio iónico, de modo que el tiempo de vida del material es ilimitado si este se regenera apropiadamente cada cierto tiempo.

Espectrometría de Reflectancia

La espectrometría de reflectancia es una técnica analítica utilizada desde principios del Siglo XX por químicos y mineralogistas para la identificación de ciertos compuestos y minerales.

Hoy día, es posible encontrar espectrómetros de campo tales como: GER-IRIS de Geophysical Enviromental Research Inc, ASD-FieldSpec de Analitical Spectral Devises, PIMA y TerraSpec de Integrated Spectronics. Tanto ASD, como GER utilizan una fuente de iluminación solar, mientras que los espectrómetros PIMA y ...

TerrasSpec disponen de una fuente de luz interna que incide sobre la muestra, esto les permite obtener datos de excelente calidad estando en campo o en cualquier lugar.

Fundamentos teóricos

Se trata de una técnica basada en el estudio del comportamiento de las ondas del campo electromagnético que son emitidas, absorbidas, reflectadas o refractadas por un cuerpo sólido, líquido o gas.

Todo cuerpo que sea sometido a efectos de radiación, como un haz de luz, experimenta un fenómeno de reflexión y absorción de energía como se muestra en la figura siguiente, la cual, se manifiesta en forma de ondas electromagnéticas que pueden ser medidas y analizadas en función de su amplitud y longitud, principalmente.

Algunas muestras el comportamiento de un haz de luz al incidir sobre un cuerpo dado, una parte es reflejada, otra se propaga por el medio en forma difusa o transmitida. Los métodos espectrométricos (SWIR) miden las propiedades de aquella que ha sido reflejada.

Tanto la absorción y reflexión de energía de una molécula, son controladas por carácterísticas químicas y físicas de la misma, es decir, su composición, distribución de átomos en la estructura cristalina, propiedades de los átomos en la estructura dada (composición electrónica) y propiedades físicas. Por lo tanto, cada molécula diferente, posee un espectro de absorción y emisión de energía.

El término espectro, y no es más que una gráfica continua con cambios de pendiente en dos dimensiones, donde los valores en el eje horizontal corresponden a la longitud de onda, que puede ser expresada en micrómetros (µm) o nanómetros (nm), y los valores del eje vertical al porcentaje de reflectancia respecto a la referencia de reflectancia del Halón.

Las carácterísticas que deben ser consideradas en cualquier espectro, para la identificación de compuestos son las siguientes: Rasgos de absorción, estos
cambian de forma, profundidad respecto al eje vertical, y posición respecto al eje horizontal (longitud de onda) que nos indica, zonas de energía generada por la vibración de ciertas moléculas y radicales: OH, H2O, NH4 , CO3 y enlaces del catión OH.

En la figura siguiente se muestran las principales zonas de absorción y el enlace iónico que representa.

El campo de detección de los espectrómetros PIMA, abarca de 1300 a 2500 nm donde se pueden identificar patrones espectrales relacionados con la presencia de moléculas y radicales como OH, H2O, AlOH, FeOH, MgOH y CO3.

Los rasgos de absorción según su forma de profundidad, pueden ser agudos, dobleagudos, doble, múltiple, irregular, o abierto.

La Destilación

Es el proceso que se utiliza para llevar a cabo la separación de diferentes líquidos,o sólidos que se encuentren disueltos en líquidos, o incluso gases de una mezcla,gracias al aprovechamiento de los diversos puntos de ebulliciónde cada sustancia partícipe, mediante lavaporización y la condensación.Los puntos de ebullición delas sustancias son una propiedad de tipo intensiva,lo que significa que no cambiaen función de la masa o el volumen de las sustancias, aunque sí de la presión.Cuando la diferencia entre las temperaturas de ebullición o volatilidad de lassustancias son grandes, se puede realizar fácilmente la separación completa enuna sola destilación. En ocasiones, los puntos de ebullición de todos o algunos delos componentes de una mezcla difieren un poco entre sí ya que no es posible obtener la separación completa en una sola operación y se suelen realizar en doso más etapas.......

Así el ejemplo del alcohol etílico y el agua. El primero tiene unpunto de ebullición de 78,5 °C y el segundo de 100 °C por lo que al hervir estamezcla se producen unos vapores con ambas sustancias aunque diferentes concentraciones y más ricos en alcohol.Para conseguir alcohol industrial es necesario realizar varias destilaciones.

Teoría de la destilación

En la mezcla simple de dos líquidos solubles entre sí, la volatilidad de cada uno esperturbada por la presencia del otro. En este caso, el punto de ebullición de unamezcla al 50%, por ejemplo, estaría a mitad de camino entre los puntos deebullición de las sustancias puras, y el grado de separación producido por unadestilación individual dependería solamente de la presión de vapor, o volatilidad delos componentes separados a esa temperatura. Esta sencilla relación se llama ley de Raoult. Esta ley sólo se aplica a mezclas de líquidos muy similares en su estructura química, como el benceno y el tolveno.

Destilación simple

La destilación simple consiste en la separación de uno o varios componentes de una mezcla líquida cuyos puntos de ebullición difieren entre sí en un rango suficientemente marcado (al menos 25°C) y deben ser inferiores a 150°C. El líquido a destilar se coloca en un matraz, para después, mediante la adición de calor, impulsar la vaporización. Una vez establecido el equilibrio líquido-vapor, una pequeña parte del vapor se condensa en las paredes del matraz, pero el resto, en cambio, pasa por la salida lateral, para posteriormente condensarse por efecto del enfriamiento ocasionado por agua fría que circula por un tubo refrigerante que forma parte del equipo en esta operación. Al producto se le conoce como destilado, mientras la porción que queda dentro del matraz se denomina residuo. Con la finalidad de evitar el sobrecalentamiento de los líquidos y ocasionar el posible craqueo de compuestos de interés en la solución, es importante adicionar núcleos de ebullición, que son partículas físicas, inertes (generalmente perlas de vidrio), utilizadas para fomentar la homogeneidad de la mezcla y mantener constante el ritmo de destilación.

Destilación fraccionada

La destilación fraccionada es un proceso físico utilizado para separar mezclas de líquidos mediante el calor, y con un amplio intercambio calórico y másico entre vapores y líquidos. Se emplea principalmente cuando es necesario separar compuestos de sustancias con puntos de ebullición distintos pero cercanos. La principal diferencia que tiene con la destilación simple es el uso de una columna de fraccionamiento. Ésta permite un mayor contacto entre los vapores que ascienden y el líquido condensado que desciende, por la utilización de diferentes bandejas o platos. Esto facilita el intercambio de calor entre los vapores y los líquidos. Ese intercambio de calor provoca que los líquidos con menor punto de ebullición se conviertan en vapor y los vapores de sustancias con mayor punto de ebullición pasan al estado líquido.

Un ejemplo importante es la separación de agua, que hierve a 100 °C, y alcohol, que hierve a 78,5 °C. Si se hierve una mezcla de estos dos líquidos, el vapor que sale es más rico en alcohol y más pobre en agua que el líquido del que procede, pero no es alcohol puro. Con el fin de concentrar una disolución que contenga un 10% de alcohol para conseguir una disolución que contenga un 50% de alcohol, el destilado ha de volver a destilarse una o dos veces más, y si se desea alcohol industrial (95%) son necesarias varias destilaciones.