Tecnolgico de Estudios Superiores de Ecatepec
Divisin de Ingeniera Qumica y Bioqumica
Taller de investigacin
Tema Agua en polvoIntegrantes:
Castaeda Dimas Sara Paulina
Cabrera Prez Luis ngel
Hernndez Villegas Priscila
Lara Chavero Zaida Zuleica
Torres Bravo Ana Michelle
Fecha: 24/09/2013
Grupo: 3501
2.1.1INTRODUCCION:
Desde la escuela primaria nos ensean los tres estados en que se
encuentra el agua en la naturaleza, que son: solido, liquido, y
gaseoso, pero ahora la tecnologa ha permitido desarrollar una nueva
forma de utilizar los estados fsicos del agua. El estado seco o en
polvo.
El cambio climtico, la contaminacin y la enorme densidad de
poblacin en el mundo estn agravando la crisis de escases de agua;
por lo cual el agua seca es una alternativa eficaz para combatir
este problema, al menos, por ahora, en el ramo de la
agricultura.
El producto est basado en uno desarrollado en los aos 70 por el
Departamento de Agricultura de los Estados Unidos. Aquel material
sper absorbente estaba compuesto de un tipo de almidn y se uso
comercialmente para paales desechables.
Actualmente, el proyecto de agua en polvo del Ing. Mexicano
Sergio Rico est elaborado por granos de un polmero modificado para
atrapar agua, este estado seco est formado por pequeas partculas de
agua cubiertas de una capa de slice que previene la combinacin de
las gotas para formar un liquido, dando como resultado una
sustancia capaz de absorber lquidos y gases, que se unen
qumicamente a las partculas de agua para formar un hidrato, el cual
al mezclarse con la tierra de cultivo puede retener el liquido
vital para despus proveer de agua racionada a la planta.2.1.2 Marco
tericoEl proyecto del qumico Sergio Rico Velasco permite a las
plantassobrevivir y reproducirseen los perodos de lluvias
escasas.
El producto est basado en unodesarrollado en la dcada de 1970
por el Departamento de Agricultura de Estados Unidos.
Lluvia slida con base en la frmula de poliacrilato de potasio,
que permite gelatinizar los lquidos y rehidratarlos repetidas veces
durante su vida til, que va de 8 a 10 aos.
Las molculas del agua se adhieren al poliacrilato de potasio que
es un polvo blanco tipo azcar, al que el investigador denomin Silos
de Agua-, y el lquido se gelatiniza. Por cada kilo de esta frmula
se solidifican 500 litros de agua, lo que equivale a media tonelada
de Lluvia slida. El agua de lluvia se adhiere al gel localizado en
las races de las plantas y este se humedece lo suficiente para que
aproveche el agua necesaria, por tanto no hay desperdicio ya que el
agua no se infiltra al subsuelo, ni se evapora. La cualidad de la
Lluvia slida de no perderse por filtracin al subsuelo la hace ideal
para sembrar en zonas ridas, reas de baja precipitacin y en
parcelas sin riego La lluvia es capturada de los techos y otros
medios, posteriormente es dirigida y almacenada en cualquier tipo
de recipiente, una vez que la lluvia lquida est en contenedores,
los Silos de Agua son agregados en proporcin de una tapa rosca por
cada litro de agua, con esto se inicia el proceso de solidificacin
de la lluvia.
El agua seca en realidad est formada por partculas que contienen
una gota de agua minscula rodeada de una nanocapa de slice
hidrfobo. Algo as como si rebozramos una croqueta, donde la masa
interior sera el agua y la exterior, la que le proporciona la
consistencia, sera el slice (que en el fondo no es ms que arena).
El resultado de este smil gastronmico es un compuesto con aspecto
muy similar a la harina, tanto en color como en textura.
Carter asegura que el agua seca posee la propiedad de absorber y
retener hasta tres veces ms dixido de carbono que el agua
ordinaria.
Adems, el agua seca muestra una ltima propiedad que favorecer a
la industria por laenergaque puede ahorrar en la fabricacin de
cientos de productos de consumo. Se trata de su capacidad de actuar
como catalizador en la reaccin entre el hidrgeno y el cido maleico.
Lo que se obtiene es cido succnico, un producto muy usado en la
industria alimentaria y farmacutica.
Se planean muchos usos para el agua seca pero el ms prometedor
es usarla como absorbente de dixido de carbono, lo que ayudara a
reducir los efectos del calentamiento global.El calentamiento
global es provocado por la acumulacin de gases de efecto
invernadero (dixido de carbono, xido nitroso, metano, vapor de
agua, etc.) en la atmsfera.
Por fortuna, en el 2006 cientficos del Reino Unido
redescubrieron una sustancia polvosa conformada por un 95% de agua
y 5% de xido de silicio, llamado por algunos slice, es uno de los
elementos de forman la arena de las playas y de los desiertos.
El agua seca contra el calentamiento globalEl agua en polvo est
formado por pequeas partculas de agua cubiertas de una capa de
slice, que previene que las gotas se combinen y formen un lquido.
Lo que resulta es una sustancia capaz de absorber lquidos y gases,
que se unen qumicamente a las partculas de agua para formar un
hidrato.
Este hallazgo es muy importante porque el agua seca funciona
como una unidad de almacenamiento para todo tipo de lquidos y
gases, incluyendo el dixido de carbono.
Esta habilidad de absorber grandes cantidades de dixido de
carbono y neutralizarlo puede ser aprovechada para ayudar a reducir
el calentamiento global.
Por otro lado, el agua seca tambin es capaz de absorber metano,
lo que significa que en un futuro cercano esta sustancia puede ser
usada como una fuente de energa. Segn algunos estudios, el agua en
polvo hasta podra llegar a aumentar la capacidad de energa del gas
natural.
Por el momento, uno de los posibles usos para el agua seca es
ser el elemento clave para algunos medicamentos, alimentos,
cosmticos y otros productos. Normalmente para crear estos productos
es necesario someter a algunas sustancias a procesos complicados
que consumen grandes cantidades de energa. Por eso, al simplificar
los procesos con el agua seca se hace con un mtodo energticamente
eficiente.
Otro uso que se le podra dar a este polvo es como instrumento en
laboratorios. Debido a que puede absorber gases y lquidos, los
cientficos demostraron que puede usarse para convertir ciertos
qumicos peligrosos en polvo para transportarlos sin riesgos.
El futuro del agua en polvoLas aplicaciones del agua en polvo
parecen ilimitadas pero dentro de este hallazgo existen algunos
problemas que resolver como por ejemplo, debido a que el agua seca
al estar junto a una fuente de energa se evapora a causa del calor,
hace que pierda su capacidad de absorcin.
Existe otro posible uso para el agua en polvo: encender carros.
En pocas palabras, los nuevos modelos podran tener integrado un
tanque lleno de agua seca, y esta almacenara metano y echara a
andar al carro de una manera ms segura. Adems de que se reducen las
emisiones de gases, se ayuda al bolsillo del conductor y en caso de
accidente se reducen las probabilidades de explosin.2.1.3
Planteamiento del problema.
La crisis de escases de agua en la actualidad es una de las
mayores preocupaciones en todos los sectores de la vida. La
industria agrcola est siendo afectada no solo por el hecho de tener
el liquido para regar sino el hecho de la perdida de las cosechas
causada por las sequias. Es por tanto que el agua en polvo se
muestra como una respuesta eficaz para saciar esta
problemtica.2.1.4 Hiptesis.
Ya que 10 g de agua en polvo pueden absorber hasta un litro de
agua la aplicacin de este estado seco se muestra como un suministro
racional para la planta sin prdida de cultivos durante el tiempo de
sequia.2.1.5 Objetivo.
Se pretende investigar los beneficios que el agua en polvo
proporciona a la agricultura, al riego y cosecha de cultivo, con el
principal motivo de ahorrar agua y minimizar su uso y desperdicio
en la agricultura.
2.1.6 Justificacin.El cambio climtico, la contaminacin y la
enorme densidad de poblacin en el mundo, estn agravando la crisis e
escasez de agua; por lo cual el agua seca s una alternativa eficaz
para combatir estos problemas.
El continuo crecimiento de los desiertos, la incertidumbre de la
temporada de lluvias, son problemas que se superan con la
instalacin del agua slida en la raz de las plantas. La humedad
permite la siembra, cosecha y sobrevivencia an en temporada de
sequa.
Como una alternativa al problema de la sequa que padecen algunos
estados del norte del pas y a fin de mejorar la eficiencia agrcola
mediante sistemas de irrigacin ptimos se desarroll una metodologa
para implantar agua solidificada en los campos agrcolas con el
objeto de que las races de las plantas aprovechen la humedad y
crezcan sanas y fuertes.
El agua seca funciona como una unidad de almacenamiento para
todo tipo de lquidos y gases, incluyendo en dixido de carbono. Esta
habilidad de absorber grandes cantidades de dixido de carbono y
neutralizarlo puede ser aprovechada para ayudar a reducir el
calentamiento global. Tambin es capaz de absorber metano, lo que
significa que en un futuro esta sustancia puede ser usada como
fuente de energa
http://www.ccs.ipn.mx/COM-004-2012.pdf2.1.7 Delimitacin.
Se pretende investigar acerca del proyecto de agua en polvo ya
que este beneficia a la industria agrcola y al medio ambiente, los
alcances que ofrece este proyecto es reducir el uso innecesario del
agua y la mejora de cultivos.
2.1.8 Impacto tico, social, tecnolgico, econmico y
ambiental.
Al desarrollar esta investigacin tendremos un impacto social,
dirigido hacia las poblaciones agrcolas, que se encargar de riego
constante de cultivo, ayudando a evitar las perdidas siembre y
cultivo por escases y desperdicio de agua.
En el aspecto econmico, Se ayudara a reducir perdidas de
cultivo, aumentan las ganancias econmicamente hablando pese a que
no hay perdida de cultivo. Tambin disminuye el gasto en pipas de
agua y otros mtodos para adquirirla misma. El producto final que
estas ofrezcan ser de gran ayuda para la poblacin ya que todos los
mecanismos sern ms seguros y con mayor durabilidad.
En lo ambiental, no sern muchos los cambios a plazos cortos pero
a largo plazo mejorara y beneficiara al medio ambiente pese a que
se reducir el desperdicio de agua, por lo tanto la obtencin de
mejores cultivos.
Este proyecto beneficia ya que no afecta al medio ambiente de
ninguna manera con los altos mrgenes de precisin de tolerancias,
sern productos ms perecederos y con un alto grado de
calidadcomercial siempre y cuando este lo requiera.
2.1.9 Metodologa a utilizar
Reactivos. cido acrlico (Arkema Mxico, S.A. de C.V.), persulfato
de potasio, persulfato de sodio, sulfato ferroso, bisulfito de
sodio y perxido de hidrgeno al 50% (grado reactivo, Fisher
Scientific), 2-mercaptoetanol (grado reactivo, Sigma Aldrich) y
agua destilada (Karal S.A. de C.V.) fueron usados sin purificacin.
El cido (poliacrlico) fue neutralizado con hidrxido de sodio (grado
reactivo, CTR Scientific). Los polielectrolitos fueron precipitados
en acetona (grado reactivo, CTR Scientific), filtrados, lavados con
acetona y secados en una estufa de vaco a 40C.
Sntesis de poliacrilatos de sodio a nivel de laboratorio
mediante un proceso en lotes (batch).
Las polimerizaciones fueron realizadas en un reactor Buchi
modelo BEP 280 de un litro con cuerpo de vidrio, provisto de sello
magntico BMD 300, camisa de enfriamiento/calentamiento, vlvula de
muestreo/descarga, motor elctrico de agitacin variable de 0,18 kW a
prueba de explosin, una sonda de temperatura tipo Pt-100 y varias
entradas en la parte superior del reactor en donde se introducen
los reactantes y el nitrgeno de alta pureza a baja presin. 1. Se
introdujo el persulfato de potasio previamente disuelto en agua
destilada en porciones de dos ml de esta solucin por espacio de 100
minutos.
2. El calentamiento y/o enfriamiento del reactor son
proporcionados por un bao de temperatura constante marca Phoenix II
modelo C25P.3. Al reactor se introducen agua destilada, el cido
acrlico y el agente de transferencia de cadena (bisulfito de sodio
o 2-mercaptoetanol) en la proporcin mostrada en la Tabla 1 a
temperatura ambiente. Tabla 1. Formulacin de los experimentos
realizados mediante el proceso en lotes.
4. Debido a los altos tiempos de induccin observados, la mezcla
de reactantes fue degasificada con nitrgeno por espacio de 30
minutos antes de la introduccin de la primera porcin de persulfato
de potasio. Este proceso sigue un perfil semi-adiabtico debido al
alto calor de polimerizacin del cido acrlico.
5. Despus de alcanzar la temperatura pico, la solucin polimrica
se deja enfriar y se descarga del reactor. El pH se ajusta entre
4,2 y 4,5 con una solucin de hidrxido de sodio al 50% y la cantidad
de material activo se ajusta a 40% con agua destiladaSntesis de
poliacrilatos de sodio a nivel de laboratorio mediante el proceso
semi-continuo-1.
1. Con el objeto de reducir las elevadas temperaturas de
polimerizacin se redise el proceso de polimerizacin y se us
2-mercaptoetanol en lugar de bisulfito de sodio en diferentes
concentraciones. Las cantidades de los reactivos de las
polimerizaciones realizadas mediante este proceso se indican en la
Tabla. 2. En un vaso de precipitados de un litro se mezcla el cido
acrlico glacial con el 2-mercaptoetanol en un agitador magntico
durante tres minutos. 3. Una vez que la mezcla es homognea, la
mezcla se divide en cuatro porciones iguales y una de ellas se
carga al reactor Buchi de un litro mencionado en la seccin anterior
junto con el agua destilada. 4. La temperatura se fija en 25C y los
reactantes son desgasificados durante veinte minutos. 5. A
continuacin, se introducen dos mililitros de la solucin de
persulfato de potasio al reactor mediante una jeringa de 5 mL. 6.
Posteriormente, se hace la misma adicin cada cinco minutos hasta
finalizar con la solucin de iniciador. Las tres partes restantes de
la mezcla de cido acrlico glacial y 2-mercaptoetanol se adicionan
al reactor cada veinte minutos. La temperatura de la reaccin se
mantuvo por debajo de los 70C. Al terminar la reaccin, se enfra la
solucin polimrica y se descarga el reactor.7. Finalmente, la
solucin polimrica se ajusta a un pH de entre 3,6 y 4,2 con una
solucin de hidrxido de sodio al 50% y se ajusta la cantidad de
material activo a 40% con agua destilada.
1. En primer lugar se increment la temperatura inicial de
reaccin de 25 a 68-70C para reducir el peso molecular y eliminar el
uso de nitrgeno como atmsfera inerte. 2. Adems, se adicion en forma
continua e independiente el iniciador (persulfato de sodio), el
agente de transferencia de cadena (2-mercaptoetanol) y el monmero
(cido acrlico). Tambin, se redujo la concentracin de cido acrlico
de 50 a 41% y se us persulfato de sodio en lugar de persulfato de
potasio. Esto resultara en una reduccin de costos, si el proceso
fuera escalado a nivel industrial.3. Las polimerizaciones usando
este proceso se realizaron en un reactor marca Schmizo de un litro
de cinco bocas, provisto de chaqueta de calentamiento/enfriamiento,
vlvula de muestreo/descarga, agitacin mecnica, una sonda de
temperatura Pt-100. El calentamiento y/o enfriamiento son
proporcionados por un bao de temperatura constante marca Phoenix II
modelo C25P. 4. Las cantidades de los reactivos se indican en la
Tabla 3.
5. Se comienza adicionando agua destilada, una porcin de cido
acrlico y la solucin del sulfato ferroso al reactor.6. Se colocan
tres embudos de adicin de vidrio para adicionar el cido acrlico, el
agente de transferencia de cadena (2-mercaptoetanol) y una solucin
acuosa de persulfato de sodio. 7. Las adiciones comienzan cuando se
alcanza 68C en el reactor. La velocidad de adicin del cido acrlico
fue de 2,68 g/min, la del 2-mercaptoetanol fue de 1,05 g/min y la
del iniciador fue de 0,22 g/min. Bajo estas condiciones, la
temperatura del sistema reaccionante se mantuvo entre 68-70C. 8. La
reaccin de polimerizacin se lleva a cabo durante dos horas y media.
Posteriormente, se enfra la solucin polimrica a 40C y se agrega
gota a gota una solucin de hidrxido de sodio al 50% para ajustar el
pH entre 3,5 y 4,2. Luego, se permite que la temperatura baje otra
vez a 40C y se agrega una solucin de perxido de hidrgeno al 50% y
la cantidad de material activo se ajusta al 40%.
Metodologa de AplicacinFuncin de los reactivosBibliografa
