PARTE EXPERIMENTAL
2.4. Procedimientos de la investigación
2.4.1. Procedimiento para la construcción del modulo
El sistema empleado para la presente investigación se diseñó y construyó en la Laboratorio de Operaciones de Procesos Unitarios (LOPU) de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Centro del Perú. Se construyó un soporte de acero inoxidable de ¾” anexo 3, sobre el cual se instaló todo el sistema. se colocó una cubeta de acrílico de capacidad de 35 L anexo 4, en donde se puso el agua residual sintética y ubico los discos rotativos. Los discos rotativos fueron sostenidos por la barra de acero inoxidable sólido y este por dos chumaceras ubicadas en los extremos de la cubeta anexo 5, en un extremo de la barra se colocó una polea, la otra polea se adoptó
32 al motorreductor trifásico y ambas se conectaron mediante la faja. En la base de la cubeta se adaptó la válvula de paso, para la descarga del líquido. En zona lateral se colocó un soporte para medidor de OD y se perforo dos orificios para introducir los sensores de temperatura. El ventilador se ubicó paralelamente a la cubeta a una distancia de 80 cm.
En la figura 2.1 se visualiza en el módulo mencionado.
Figura 2.1. Módulo de discos rotativos Fuente: Elaboración propia.
2.4.2. Procedimiento para la instalación eléctrica
El motorreductor trifásico, el regulador de frecuencia y el FieldLogger fueron conectados a tres fuentes de alimentación de 220 V indistintamente, el ventilador se conectó al variador de frecuencia desde el cual se regularon las velocidades del mismo.
El medidor de oxígeno disuelto y los sensores de temperatura fueron conectados al FieldLogger y a la fuente de tensión eléctrica el cual suministró los 24 V requeridos por estos instrumentos para el funcionamiento adecuado. Cabe mencionar que las señales eléctricas de los instrumentos deben estar aisladas con el fin de no generar algún tipo de contacto a tierra, lo cual podría generar alteraciones en las lecturas de las variables.
En la siguiente figura 2.2, se visualiza el módulo de aireación
33 Figura 2.2. Módulo de discos rotativos con sus respectivas conexiones.
Fuente: Elaboración propia
2.4.3. Procedimiento para la preparación del agua residual sintética
1. Se utilizó un recipiente de 20 L de capacidad el cual se llenó con agua potable, para preparar el ARS.
2. Se pesaron los componentes del agua residual sintética en la balanza digital (anexo 10), los pesos se indican en la tabla 2.2.
3. Seguidamente los componentes fueron vertidos al recipiente, y se agitaron a 60 RPM durante 5 minutos para prevenir la presencia de grumos.
4. Se vertieron los 20 L preparados anteriormente a la cubeta, con sumo cuidado para prevenir algún derrame o accidente de perdida de muestra, al finalizar el vertido se lavó el recipiente.
5. La caracterización del ARS se realizó en el laboratorio de análisis químico de la Facultad de Ingeniería Química – UNCP, para lo cual se tomó una muestra de 150 mL de ARS extraído de 20 L de ARS preparados con antelación a los experimentos, con el fin de definir la cantidad de componentes de esta, para las posteriores preparaciones del ARS, los resultados se muestran el anexo 1.
34 2.4.4. Procedimiento para recolección de datos
Se determinó la transferencia de oxígeno de agua corriente y agua residual sintética. Para lo cual se sigue el procedimiento descrito:
1. Una vez preparada la muestra de ARS y antes de vaciar a la
2. cubeta, se agregó el sulfito sódico 𝑁𝑎2𝑆𝑂3, y el catalizador cloruro de cobalto 𝐶𝑜𝐶𝑙2, en las cantidades mostradas en la tabla 2.1. Esto con la finalidad de bajar la concentración de OD a valores cercanos a cero.
3. Comienza la agitación a 60 RPM durante 3 minutos, para que se disuelvan los reactivos en el ARS, luego se vierte el ARS a la cubeta de acrílico anexo 12.
4. Posteriormente se encendió el registrador de datos, conectado con el medidor de OD y los sensores de temperatura, se esperaba 10 minutos en promedio. hasta que el registrador nos muestre el valor más bajo alcanzado que fue de 1.2 mg/L, una vez obtenido este valor se procedió a encender el motorreductor, haciendo girar los discos a 60 RPM, al mismo tiempo se enciende el regulador de frecuencia para dar funcionamiento al ventilador, las frecuencias suministradas fueron de: 17 Hz, 32 Hz y 45 Hz con las que se obtuvieron velocidades de: 1 𝑚
⁄𝑠, 2.5 𝑚
⁄𝑠 y 4 𝑚
⁄𝑠 respectivamente. Finalmente se encendió el anemómetro y se dio las lecturas de la velocidad.
5. Se registra la hora de inicio el cual será el tiempo referencial cero, se aguarda hasta que la concentración de OD alcance el equilibrio (60 minutos aproximadamente.), acto seguido se utiliza un USB para extraer las mediciones almacenadas en el FieldLogger.
6. Al terminar la extracción de datos, se descarga el ARS por la válvula, en seguida se lavó la cubeta de acrílico. Para el agua potable se siguió el mismo procedimiento.
2.4.5. Procedimiento para determinar el 𝒌𝑳𝙖𝒓.
1. Organizar los datos obtenidos para el ARS, considerando el tiempo (minutos) con su respectivo valor de concentración de OD (mg/L).
2. Determinar el máximo valor de concentración de oxígeno disuelto para cada velocidad del aire, que pasara a ser el valor de saturación de OD.
35 3. Realizar una diferencia entre el valor de saturación de OD y el oxígeno disuelto
medido cada minuto, ambos valores para la velocidad de aire seleccionada.
4. Utilizar la ecuación 1.6 para realizar un gráfico de 𝑙𝑛(𝐶𝑠𝑟− 𝐶𝑟) con respecto al tiempo, donde la pendiente es el valor del 𝑘𝐿𝘢𝑟.
5. Para obtener el 𝑘𝐿𝘢𝑟 del agua potable se siguió el mismo procedimiento detallado, únicamente cambia 𝐶𝑠𝑟 por 𝐶𝑠 y 𝐶𝑟 por 𝐶.
2.4.6. Procedimiento para corregir el 𝒌𝑳𝙖𝒓 a condiciones estándar.
1. Para corregir el valor de 𝐶𝑠𝑟, hallado experimentalmente a una presión barométrica de 520 mm Hg y determinar el valor de 𝐶𝑠𝑟 a una presión de 760 mm Hg utilizamos la ecuación 1.15.
2. Determinamos la presión de vapor de agua (𝑃𝑉) interpolando los datos de la tabla 1.7.
3. Reemplazamos los valores de 𝐶𝑠𝑟 a una presión de 520 mm Hg, la presión de vapor de agua (𝑃𝑉) y la presión de vapor de agua (𝑃𝑉) en la ecuación 1.15 para determinar 𝐶𝑠𝑟 a una presión de 760 mm Hg.
4. Se reemplazó el valor de 𝐶𝑠𝑟 a una presión de 760 mm Hg en la ecuación 1.6 y con los procedimientos de 2.4.5 se calculó el 𝑘𝐿𝘢𝑟 a una presión de 760 mm Hg.
5. Finalmente se realizó la corrección por temperatura de los valores de 𝑘𝐿𝘢𝑟 a una presión de 760 mm Hg con la ecuación 1.12, y se obtuvo el valor del 𝑘𝐿𝘢𝑟 a condiciones estándar (𝑘𝐿𝘢𝑐).
2.4.7. Procedimiento para obtener los factores α y β para el agua residual sintética.
1. Seleccionar el valor promedio del (𝑘𝐿𝘢)𝑟 y 𝑘𝐿𝘢 para la velocidad escogida.
2. Reemplazar los valores seleccionados en la ecuación 1.19 para determinar α.
3. Seleccionar el valor de la 𝐶𝑠𝑟 y 𝐶𝑠 para la velocidad escogida.
4. Reemplazar los valores seleccionados en la ecuación 1.16 para determinar β.
2.4.8. Procedimiento para el análisis de varianza del 𝒌𝑳𝙖𝒓.
1. Ordenar los valores obtenidos del 𝑘𝐿𝘢𝑟 para cada velocidad del aire.
36 2. Se reemplazaron los valores de 𝑘𝐿𝘢𝑟 en la tabla de análisis de varianza mostrada en la libro “Diseño y análisis de experimentos”, (Montgomery, 2004)(p.70), donde se obtuvo el valor del estadístico de prueba (𝐹0).
3. Calcular el estadístico de prueba para un nivel de confianza del 95 % (𝐹).
4. Comparar los valores de 𝐹0 y 𝐹 con el fin de probar la igualdad de las medias en los tratamientos.