II. Materiales y métodos
2.1. Material de estudio
2.3.3. Determinación de la densidad de corriente y el tiempo óptimo para el
En este proyecto de investigación se trabajó con cuatro niveles de densidades de corriente (5,23; 10,45; 15,66 y 20,90 mA/cm2), dichas densidades se determinaron a partir de intensidades de corriente de 1, 2, 3 y 4 Amperios, con la finalidad de conocer cuál es el valor más óptimo de densidad de corriente para una adecuada remoción de DBO5 y turbidez. Se determinó con la siguiente ecuación:
Biblioteca
de Ing.
ρ
c = I(
A)
2 ∗ Selectrodo
(
m2)
[Ec. 13]Donde:
I: La intensidad de corriente en amperios.
𝜌
𝑐: La densidad de corriente en (mA/cm2). S: Es el área del electrodo de todas sus caras.Se utilizó una fuente de corriente continua, la cual nos permitió regular la corriente que ingresaba a la celda para el proceso de electrocoagulación, con un alcance de 0-10 A y un voltaje de 0 - 28 V, además se utilizaron dos reóstatos adicionales para regular los valores de intensidad de corriente que ingresaban a la celda tipo batch en el proceso de electrocoagulación. Se utilizó un multitéster para verificar el voltaje que ingresaba al reactor. Se tomaron tres niveles de tiempos de 40, 60 y 80 min con la finalidad de conocer el tiempo más adecuado para la mayor remoción de DBO5 y turbidez.
Finalmente, se empleó un cronómetro para verificar el tiempo a tratar y se modificó el pH del efluente original (pH 6,02) hasta llegar a un pH óptimo (pH 5) para obtener mejores resultados.
Biblioteca
de Ing.
2.3.4 Procedimiento experimental
Figura 10. Diagrama de bloques del procedimiento experimental. Fuente: Elaboración propia.
2.3.4.1 Preparación de electrodos
Se utilizaron 3 electrodos de aluminio (ánodo) y 3 de hierro (cátodo) en forma de placas rectangulares cuyas las dimensiones fueron de 10 cm de largo, 9 cm de ancho y 3 mm de espesor.
Los electrodos se lijaron, se lavaron con detergente, luego se enjuagaron con agua destilada para eliminar la grasa que tenían y se secaron con un paño de tela.
Figura 11. Electrodos de fierro (izquierda) y electrodos de aluminio (derecha).
Fuente. Elaboración Propia
Proceso de electrocoagulación Celda de electrocoagulación
Preparación de electrodos
Sedimentación y filtrado del efluente tratado
Caracterización final del efluente tratado
Toma de datos y Análisis de resultados
Biblioteca
de Ing.
2.3.4.2 Celda de electrocoagulación
Se diseñó una celda de electrocoagulación (tipo batch) construida de material de vidrio transparente la cual nos permitió apreciar con visibilidad el proceso de electrocoagulación. Sus dimensiones de la celda fueron de 14,1 cm de largo x 10,5 cm de ancho x 18 cm altura, y un volumen de 2,6 L aproximadamente. Además se colocó una válvula de salida (caño de plástico ½”) ubicada a 4,5 cm del fondo como un sistema de evacuación del agua tratada. En su interior se colocó una estructura hecha de acrílico, la cual sirvió de soporte para los electrodos. Para cada prueba, se utilizó 1,6 L muestra de agua procedente de la máquina papelera.
Figura 12.Celda de electrocoagulación con electrodos de aluminio y hierro conectados en paralelo.
Fuente. Elaboración Propia
2.3.4.3Proceso de electrocoagulación
Se colocaron los electrodos dentro de la celda (3 electrodos de aluminio y 3 electrodos de hierro) intercalados y en paralelo. Los electrodos estuvieron conectados con conductores los cuales permitieron suministrar la corriente para el proceso de electrocoagulación. Se empleó una fuente de poder con amperaje y voltaje regulable,
Biblioteca
de Ing.
esto nos ayudó a modificar el valor necesario de la corriente, junto los reóstatos, para el tratamiento.
Todas las muestras se trabajaron con un pH inicial óptimo de 5. El efluente a tratar (máquina papelera) fue vertido con un volumen de 1,6 L en la celda de electrocoagulación.
Se trabajó con densidades de corriente de 5,23; 10,45; 15,66 y 20,90 mA/cm2 a tres tiempos de 40, 60 y 80 min. Se empleó un agitador magnético para impedir la polarización de la muestra dentro de la celda. Durante el proceso de electrocoagulación se tomaron datos de los voltajes presentes en la celda a diferentes intensidades de corriente con un multitéster y se midió el tiempo de tratamiento con un cronómetro.
2.3.4.4 Sedimentación y filtrado del efluente tratado de la máquina papelera
Después de haber transcurrido el tiempo de tratamiento, se tomó 1 litro de muestra del efluente tratado en un vaso de precipitación y se dejó sedimentar de 1 a 2 horas. Luego la muestra tratada fue filtrada en la bomba al vacío.
2.3.4.5 Caracterización final del efluente tratado de la máquina papelera
Las muestras filtradas sé llenaron en botellas blancas de 500 mL para análisis de DBO5 (totalmente llenas, sin aire), 100 mL para análisis de DQO preservada con H2SO4
diluido (10 gotas aproximadamente) y 1000 mL para análisis de SST y se envió al laboratorio Servicios Analíticos Generales para realizar los análisis correspondientes.
Para análisis de turbidez se tomó 100 mL de muestra tratada y filtrada fue analizado con el turbidímetro en el Laboratorio de Investigación de Tecnologías Limpias y Emergentes de la Escuela de Ingeniería Ambiental por los propios tesistas. La temperatura de las muestras finales estuvo entre 25 – 45 °C esto debido al incremento de densidad de corriente en el proceso de electrocoagulación.
Biblioteca
de Ing.
2.3.4.6 Diseño Experimental
En la presente investigación utilizamos al tiempo y densidad de corriente como variables independientes, el porcentaje de remoción DBO5 y de turbidez como variables
dependientes de la investigación, tabla 3 se muestra la matriz de diseño experimental.
Tabla 3. Matriz de diseño experimental para las variables de estudio de porcentaje de remoción de DBO5 y turbidez presente en efluente de máquina papelera.
Densidad de corriente mA/cm2 (A)
Remoción de DBO5 y Turbidez
A1=5,23 A2=10,45 A3=15,66 A4 =20,90 Ti emp o (mi n ) (B ) B1=40 B1A1 B1A2 B1A3 B1A4 B1A1 B1A2 B1A3 B1A4 B1A1 B1A2 B1A3 B1A4 B1A1 B1A2 B1A3 B1A4 B2=60 B2A1 B2A2 B2A3 B2A4 B2A1 B2A2 B2A3 B2A4 B2A1 B2A2 B2A3 B2A4 B2A1 B2A2 B2A3 B2A4 B3=80 B3A1 B3A2 B3A3 B3A4 B3A1 B3A2 B3A3 B3A4 B3A1 B3A2 B3A3 B3A4 B3A1 B3A2 B3A3 B3A4
Fuente. Elaboración Propia
N° total de pruebas = (N° de la matriz) * (N° de réplicas) + Blanco = 12*3 +1
= 37 pruebas
Biblioteca
de Ing.
2.3.4.7 Análisis de datos
En esta investigación realizamos el análisis de varianza (ANOVA) para todos los datos promedios finales de DBO5 y turbidez para determinar la influencia que tiene la
densidad de corriente y el tiempo de tratamiento sobre el porcentaje de remoción de la DBO5 y turbidez.