Ingeniería del medio ambiente - Editorial Club … · ... solar de tejido de aluminio o de capa de...

Ingeniería del medio ambiente

Antonio Pérez Gisbert


© Antonio Pérez Gisbert

ISBN: 978-84-8454-801-0Depósito legal: A-54-2010

Edita: Editorial Club Universitario. Telf.: 96 567 61 33C/ Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante)www.ecu.fm

Printed in SpainImprime: Imprenta Gamma. Telf.: 965 67 19 87C/ Cottolengo, 25 – San Vicente (Alicante)[email protected]

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A mi hija Inmaculada

ÍNDICE

1.- Diseño de automóviles solares organizando la captación solar por efecto fotovoltaico sobre superconductores ...............................................72.- Reciclado de aguas residuales por electrólisis ..........................................153.- Estudio de lámparas de bajo consumo solucionadas con descarga de

gases y superconductores ..........................................................................214.- Sistemas para restaurar la capa de ozono y la composición centesimal

del aire.........................................................................................................255.- Sistema para la obtención de gasolina a partir de residuos sólidos

urbanos por un método de alto rendimiento y elevada rentabilidad ......396.- Sistema para el abastecimiento de aguas potables por electrolisis del

agua de mar ................................................................................................537.- Abastecimiento de agua potable por evaporación de agua de mar con

energía solar................................................................................................698.- Estudio tecnológico del empleo de metano como combustible de

vehículos automóviles ...............................................................................799.- Sistema para la fabricación de carbonato de magnesio a partir de

magnesio obtenido por electrolisis de agua de mar y dióxido de carbono extraído del aire contaminado .....................................................8310.- Sistema híbrido de automoción basado en turbomáquina accionada por agua a presión y dinamos de disco de Faraday ..................................8711.- Análisis del ahorro energético de sistemas de calefacción eléctrica

solucionada con distintos metales conductores y polímeros superconductores........................................................................................97

12.- Instalacióntermosolarparaedificios .......................................................10513.- Análisis de la captación de energía solar por efecto termoeléctrico con la disposición de metales con diferente número de electrones de

valencia .....................................................................................................11314.- Sistema para la fabricación de automóviles accionados por aire

comprimido ..............................................................................................11915.- Cámaras de congelación para centrales hortofrutícolas y pesqueros ....123

16.-Análisisyestudiotécnico-económicodefabricacióndefibrade carbonoporgrafitizacióndelcarbóndehullaoantracitaprocesado para la obtención de carbono puro ..........................................................12917. Sistema para la fabricación de tejido de aluminio y su aplicación en la captación de energía solar en instalaciones termosolares para

edificios .....................................................................................................14918.- Sistema para neutralizar el dióxido de carbono de vehículos automóviles ...............................................................................................15319.- Reciclado de residuos sólidos urbanos con separación de los 20

aminoácidos esenciales del código genético ..........................................15920.-Balanceenergéticodeinstalacióntermosolarparaedificios consistente en colector de captación de energía solar de tejido de

aluminio o de capa de polvo de cobre y pintura ....................................19721.- Sistema para la construcción de piscinas, embalses y presas de pantanos con geotextiles de poliéster de alta resistencia mecánica y alta rigidez .............................................................................................20322.- Análisis de aerogeneradores de energía eólica solucionados con fibradevidrio,fibradecarbono,poliésteraromáticoypolibenceno ....20923.- Sistema aéreo electromagnético para eliminar las partículas de polvo doméstico .......................................................................................21724.-Sistemaparalafabricacióndemármolartificial ....................................22725.- Estudio geotécnico y morfológico de estabilidad dimensional y

capacidad de drenaje de autovías y autopistas solucionado con tejido o composite de poliéster aromático polihidroxi sustituido..........23526.- Síntesis de gas natural a partir de aire .....................................................24127.- Sistema para la fabricación de secadoras que funcionen con energía solar, el sistema eléctrico y el térmico .......................................25928.- Estudio de automóvil movido por motor eléctrico con dinamos de disco de Faraday y corrientes aerodinámicas que accionan turbinas de aire .........................................................................................26529.- Estudio del aumento de rendimiento de paneles fotovoltaicos con la temperatura ...........................................................................................273Bibliografía .......................................................................................................283

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1.- Diseño de automóviles solares organizando la captación solar por efecto fotovoltaico sobre superconductores

Describiré la composición química de los superconductores, su coste y su aplicación a la carrocería y chasis del vehículo automóvil calculando su autonomía así como el diseño y presupuesto del automóvil.

Energía solar captada por unidad de tiempo

Se parte de los siguientes datos:a) VehículoPeugeot406Coupéconsuperficiedecaptación14m2

b) Intensidad de la luz del Sol 1400 W/m2

c) Energíacaptadaporunidaddetiempoysuperficie1400J/s.m2

d) Energíasolarcaptadaporelvehículoenunahora7.056.000J/h

Carga del electrón y corriente inducida

Los datos de base son:a) Carga del electrón ......................................................1,602x10-19 Cb) Número de Avogadro................................ 6,0222x1023 átomos/molc) Polímero 2,3 dioxiparabenzodifenilo con átomos de seleniod) 2 moles de selenio por trimeroe) Grado de polimerización 70f) Moles de selenio 140g) Electrones de valencia 6h) Electrones de enlace coordinado 4i) Electrones libres 2j) N.º de átomos de selenio 8,43x1025

k) N.º de electrones desprendidos igual al número de fotones 4,38x1017 foto-nes por cm2 y segundo

l) N.º de electrones desprendidos en la superficie del vehículo porsegundo 6,13x1022 electrones por segundo

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m)Cargaeléctricaproducidaen la superficiedelvehículopor segundo3.826 culombios/s

n) Intensidad de corriente producida haciendo circular una corriente de 50 voltiosquebarralasuperficiedelacarroceríadelvehículo3.826A

o) Potencia generada por captación solar 191 kw

Observación.-No se ha considerado la estructura altamente resonante del polímeroqueproduceunaenergíaresonantequeaumentaelflujoelectrónico,dejando este aspecto a la investigación preliminar.

Energía de un fotón y n.º de fotones en función de la carga solar

a) Energía de un fotón ................................................................. 3,10 e Vb) N.º de fotones para una intensidad de la luz del Sol de 1400w/m2 ...............................................................................4,38x1017

Descripción química del superconductor elegido

La macromolécula que se diseña se obtiene por polimerización de adición con catalizadores Ziegler del monómero elemental formado por la sustitución bencénica de dos moléculas de butadieno en las posiciones 2 y 3 y por dos grupos OH en las posiciones 5 y 6.

Esta macromolécula presenta dos propiedades:1.- Elevada resonancia por la posición alternante de dobles enlaces del

butadieno y benceno.2.- Capacidad de formar enlaces coordinados con átomos de selenio u

otro metal altamente conductor, preferiblemente de los grupos 5, 6 y 7 por el número de electrones en la última capa.

La relación centesimal o molar del polímero reticulado con selenio es la siguiente:

Compuesto N.º de moles Peso molecular Peso del compuesto %Butadieno 2 53 106 48,6OH hidróxilo 2 17 34 6,56Benceno 1 78 78 35,7Selenio ½ 79 40 2,5Polimero gdp 135 135 20.000 20

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El cálculo de costes es el siguiente:

Compuesto % Coste industrial euros/kg Coste euros**Butadieno 48,6 2,1 1,02OH hidróxilo * 6,56 2 0,131Benceno 35,7 1 0,357Selenio 2,5 9 0,225

• Precioreferidoalacloracióndelanilloyformacióndelgrupohidróxilocon NaOH *

• Costeeneurosreferidoalpesodelmonómero• Precio6,7euros/kg

Configuración del composite del chasis y carrocería

El composite del chasis y carrocería se estructura del siguiente modo:

70% de polímero ..................................................................4,69 euros30% de resina epoxi .............................................................0,54 eurosCoste total .............................................................................5,23 euros/kg

Se organiza un tejido de 30 hilos y 30 pasadas por centímetro. La masa laminar para ancho 160 es para el número métrico 1/10.000 960 gramos y la masa laminar por m2 600 g/m2elpesoespecíficodelpolímeroes1,1g/cm3 y el espesor de tejido 0,545 mm. Se dispone un composite de 10 capas de tejido con un espesor de 5,45 mm.

Estado de mediciones y presupuesto

*Chasis 1,6x4 m .............................................................................38,4 kg**Carrocería 14 m2 ............................................................................84 kgCoste de chasis+carrocería ......................................................... 640 euros

Partiendo de la hipótesis de la potencia del vehículo de 191 kw y una velocidad de crucero de 120 km/h simulo un choque frontal entre dos vehículos de las mismas características. Por la fórmula física de la potencia P=Fxv F=2P/v=362.000w/33=10.969 Nw ó 1096 kg.

Esta fuerza se reparte en la parte delantera del vehículo (spoiler) de 0,3x1,6m de superficie pero como el choque central es puntual se reducelasuperficieal50%porloquelapresiónqueactúasobrelacarroceríadel

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vehículo es P = F/S = 1096Kg/0,24m2 = 4.566kg/m2 y el peso por unidad de longitud o carga uniformemente repartida es p = 1.369 kg.m.

Lafórmulagenéricadelaflechaesf=5pl4/384EI=5x1.369kg.mx(1,6)4/384(1,34 x 1010 x 2 x 0,152 x 0,15 x 0.005) = 0,0,49 mm lo cual nos da una idea de la estabilidad dimensional de la estructura.

Estado de mediciones de carrocería y chasis

Cálculo del presupuesto según epígrafe.

Cálculo diseño y descripción del equipo eléctrico del automóvil

El equipo eléctrico del automóvil solar consta de los siguientes elementos:

a) Colector solar constituido por composite descrito en epígrafe.

b) Pletinas de 1,6x0,05m2 colocadas estratégicamente en las fronteras de carrocería para recoger la corriente producida por el superconductor en la captación solar. Se reparten los 3.826 A en cuatro pletinas lo que da una densidad de corriente de 0,0119 A/mm2.

c) Motor eléctrico de 250 kw en corriente continua, alimentado por la corriente eléctrica recogida en las pletinas.

Determino el volumen prismático del inducido para un motor de 250 kw de corriente continua:

V = D2L = 250 kw/3.400 rpm:1000/2,95 = 24,92 dm3, se trata de un motor de D = 60 cm y L = 36 cm dimensiones correctas para su instalación en el automóvil.

d) Batería. Se escogen tres tipos de baterías con las siguientes carac-terísticas:

Batería Dimensiones Tensión Energía Autonomía PrecioPlomo 20x30x30 12 V 38.121.368j 10,68 km 300 euros*Agua 20x30x30 14 V 643.333.333j 178 “ 150 “Litio 20x20x30 18 V 326.295.450j 89 “ 6.000 euros*

Los costes en que me he basado para determinar el presupuesto de la bateria son:

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-Sulfuro de titanio.......................................................................... 50 euros/kg-Litio metal ............................................................................ 1.491,8 euros/kg-Grafitoparaelectrodosdebateríadeagua ............................... 2,80 euros/kg

Se elige la batería de agua de mi exposición sobre baterías por la autonomía del vehículo y precio. La batería se cargará con la potencia residual del colector solar superconductor y con la potencia residual de cuatro dinamos de Faraday instaladas en las ruedas del vehículo.

e) Dinamos de disco de Faraday.Determino la fuerza electromotriz inducida en la dinamo de disco de Faraday.

Según la formula E = 1/2 w.B.r2 = 2x3,1416x3.400x0,15x100x0,15x0,15 = 7,209,97 voltios por minuto y como hay cuatro dinamos de disco de Faraday instaladas en serie una en cada una de las ruedas del vehículo, esto representa una fuerza electromotriz total de 28.839,88 voltios por minuto o 480 voltios por segundo y por la ley de Ohm I = V/R = 480/0,1575 = 3.047,6 A/s o 10.971.428 Culombios por hora es decir 113,69 moles de hidrógeno o de oxígeno con lo que el trabajo o energía acumulada en la batería sería 223.817.142 julios, este trabajo corresponde a una autonomía de 62 km y sería la distancia que recorrería el vehículo con la carga continua de las dinamos de Faraday, distancia que se debe duplicar si consideramos que partimos de una batería cargada y entonces la autonomía real del vehículo en ausencia de aporte solar sería de 124 km pero esta distancia considero que es el impulso de iniciación entrando después el sistema en un suministro continuo de energía por parte de las dinamos de disco de Faraday por lo que el recorrido es ilimitado.

Por otra parte debemos tener en cuenta que la descarga de la segunda batería se debe inducir por el suministro de cierta energía que inicialmente sea capaz de ionizar los gases hidrógeno y oxígeno que son los gases que acumulan la energía química del sistema para convertirla en energía eléctrica. Este aporte de energía se hará desde las dinamos de disco de Faraday o desde la batería cargada.

Descripción de todas las partes del automóvil, estado de mediciones y presupuesto

*Cuatro dinamos de disco de Faraday de aluminio 4x3,1416x0,15x0,15x0,005m3x2.600kg/m3 = 3,67kg

3,67kgx10euros/kg ....................................................................... 40 euros**2 Cuba electrolítica de 50x30x30 y 1cm de espesor en polipropileno reciclado

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0,045 m3x1000kg/m3x2euros/kg ................................................ 180 euros***1 Campana de gases sobre la cuba electrolítica para separar el gas hidrógeno del cátodo y el oxígeno del ánodo .............. 60 euros****1 Compresor para canalizar el hidrógeno catódico a un depósito de gas ............................................................................. 30 euros*****1 Compresor para canalizar el hidrógeno catódico a un depósito de gas ...................................................................... 150 euros******1 Sonda detectora de gas hidrógeno para detectar lacantidad de hidrógeno en el depósito ........................................... 30 euros*******1 Servomecanismo de accionamiento de las dinamos de disco de Faraday según el hidrógeno contenido en el depósito ...................................................................................... 100 euros********1 Amperímetro para indicar la corriente producidaen las dinamos de disco de Faraday ........................................... 100 euros*********1 Voltímetro para indicar la fuerza electromotriz producida en las dinamos de disco de Faraday .......................... 100 euros**********Depósito de agua de 100 litros de capacidad ......... 100 euros**********Faros antidislumbrantes .......................................... 350 euros***********Instalación de pilotos de alta resolución basadosen la difracción de Fraunhofer ................................................... 300 euros************Instalación de aire acondicionado .................... 1000 euros*************Salpicadero de madera de caoba ...................... 600 euros**************Ruedas y neumáticos ...................................... 700 euros***************Sistemas electrónicos de control y panel de mandos gobernado por ordenador de a bordo ..................... 1000 euros****************Asientos y tapicería de cuero ..................... 600 euros*****************Vidrios de seguridad y parabrisas con detector de lluvia ........................................................................ 600 euros******************Cierre centralizado de puertas con mando a distancia ...........................................................................600 euros****Motor eléctrico ................................................................... 600 eurosTotal ......................................................................................... 7.840 euros

Mano de obra para montaje de automóvil ............................... 1.568 eurosValor añadido 30% .................................................................. 2.822 eurosPrecio de venta al público ..................................................... 12.230 euros

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Cálculo de la autonomía del vehículo

En un estado de carga solar normal el vehículo puede funcionar sin interrupción y además genera energía continuamente en las dinamos de disco de Faraday y la almacena en la batería de agua por lo que es previsible que la autonomía sea total.

Conclusiones

1.- El ahorro energético producido por la circulación de 2.000.000 de vehículosqueeslaproducciónprevisibleesparauntráficorodadode100 km diarios con un consumo de 10 litros de gasolina a los 100 km el siguiente:

*Ahorro de combustible ................................20.000.000 litros diarios **Ahorro energético .................................... 200.000.000.000 kcal/día2.- La eliminación de vertidos atmosféricos de CO2........64.186 Tn/día.3.- El ahorro económico total para los usuarios de este tipo de vehículos

es diariamente de 20.000.000 euros.4.- Los únicos gastos que se atribuyen a la circulación son de mantenimien-

to que es bajo por tratarse de un automóvil eléctrico.5.- El empleo estable es de 2000 puestos de trabajo para la cadena de

montaje más el empleo de la industria auxiliar.6.- El precio de venta del vehículo es de 12.230 euros.

Plan de investigacion y ejecución

1.- Sintetizar1000kgdepolímerosegúnlasespecificaciones técnicas de esta exposición utilizando catalizadores Ziegler ........1 semana2.- Reticular el polímero con selenio formando enlaces coordinados con los grupos OH de la macromolécula siguiendolasespecificacionestécnicasdeestaexposición en hilatura por fusión ............................................................1 semana3.- Tejer 1500 m2 de tejido del polímero en telar de pinzas o telar convencional .................................................................... 3 días4.- Impregnar el tejido con resina epoxi en proporción 70/30 en foulard ......................................................................................1 día5.- Construir la carrocería y chasis monobloque de un apilamiento de 10 capas de tejido impregnado con resina epoxi .............................................................................................1 día

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6.- Construir o comprar motor eléctrico de 250 kW ..................1 semana7.- Construir o comprar batería eligiendo entre las expuestas en esta exposición ................................................................1 semana8.- Montaje del vehículo ............................................................1 semana9.- Montaje de dinamos de Faraday y equipo eléctrico .............1 semana10.- Análisis y control del tejido y composite:

*Medir la conductividad del tejido y composite sometiéndolo a una tensión en bornes de 50 voltios.**Espectros IR del polímero reticulado .....................................1 día**Espectro de absorción atómica determinando ppm de selenio en la macromolécula del polímero .................................1 día***Roentgenograma del polímero reticulado con selenio y sin reticular .............................................................................1 día****Medir en un amperímetro la corriente del colector construido en composite de superconductor (polímero reticulado con selenio) después de someterlo a una tensión en bornes de 50 voltios y exponerlo a una intensidad luminosa de 1400w/m2 con lámparas de luz artificialyexpuestoalaradiaciónsolar .....................................1 día*****Determinar en banco de pruebas la potencia del motor y par de arranque ............................................................ 2 días******Determinar conectando el ordenador de a bordo las características de circulación reseñadas en esta exposición siguiendo un programa informático de ajuste por mínimos cuadrados en circuito urbano e interurbano ...........1 semana

Tiempo total de investigación y ejecución .............................. 12 semanas

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2.- Reciclado de aguas residuales por electrólisis

La depuración de aguas residuales es una operación química que resuelve losproblemasdecontaminacióndeefluentes.Elrecicladodeaguasresidualesentra dentro de los propósitos del desarrollo sostenible. Por medio de la electrólisis se pretende eliminar completamente los metales que en una cuba electrolítica aparecen como cationes y los aniones en forma de iones sulfato, nitrato,nitrito,cloruro,fluoruro,etc.

Al utilizarse como electrolito el ácido sulfúrico se obtiene ozono en el ánodo e hidrógeno en el cátodo que se evacua a la atmósfera para paliar los problemas derivados de la destrucción de la capa de ozono. El ozono obtenido en el ánodo destruye los siguientes productos orgánicos:

A)Productosfitosanitariosporozonolisisdelosnúcleosbencenosdesumolécula.

B) Colorantes por ozonolisis de núcleos bencénicos.C) Detergentes derivados del benceno como el nonilfenol.D) En general productos orgánicos que presenten doble enlace pues se

destruyen por ozonolisis.E) Bacterias por destrucción de los polinucleótidos por ozonolisis.F) Microorganismos y virus por destrucción de los polinucleótidos por

ozonolisis.

Organizo esta exposición haciendo un balance de materia y energía de un supuesto caso real de aguas residuales. Se determinan los pesos de metal obtenido por hora de electrolisis y tambien se determinan los moles de ozono y de hidrógeno obtenido por hora de electrolisis. Con estas bases paso a hacer un balance de materia y energía de una unidad de tratamiento de 1000.000 litros de agua para reciclar. Se parte de una prescripción del Ayuntamiento deCórdobaenlaqueseespecificanloslímitesdeemisióndecontaminantesindustriales admitidos al alcantarillado de la OVI de Córdoba

DBO5 ...............................................................................700 mg por litroTemperatura ........................................................................................ 40 C

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Color ....................................................................Biodegradable en plantaPh ................................................................................................... 5,5 a 10Cloruros ..........................................................................1600 mg por litroSulfatos ...........................................................................1500 mg por litroCd, As, Se .............................................................................1 mg por litroFe, Zn .................................................................................10 mg por litroMn .....................................................................................1,5 mg por litroPb ..........................................................................................2 mg por litroCu .........................................................................................6 mg por litroNi ..........................................................................................4 mg por litroHg ......................................................................................0,1 mg por litroCr ..........................................................................................8 mg por litroAceites y grasas ................................................................250 mg por litroDetergentes biodegradables ................................................30 mg por litroRadiactividad ............................................................................... Negativa

Para el balance de materia se elige el máximo nivel de vertido de metales que corresponde al hierro Fe con 10 mg por litro que para 1000.000 de litros representa 10 kilos de metal por hora obtenidos en el cátodo y esto representa aproximadamente 190 equivalentes gramo de metal. Como hay varios metales se hace una aproximación de 40 kilos de metal por hora en la unidad de electrolisis de 1000.000 de litros por hora lo que representa aproximadamente 760 equivalentes gramo por hora que expresado en términos electroquímicos representan 760 x 96500 culombios. Es decir, haría falta una cuba electrolítica a la que se le suministraran 2035 amperios que para una tensión de corriente continua de 24 voltios representa una potencia instalada de 48.840 vatios.

Todos los datos aquí expresados son extrapolables linealmente según el caudal y nivel de vertido real. Es decir que considerando que el nivel de vertido expresado de 1.000.000 de litros por hora sería aproximadamente el nivel de vertido de una población como Valencia (es una estimación aproximada por carecer de datos administrativos) referido a toda España serían 40.000.000 de litros tratados por hora, una potencia instalada de 2000 kVA.

Paso ahora a determinar el suministro de ácido sulfúrico como electrolito y como producto químico del que se parte para la generación de ozono para desinfectar el agua residual, decolorar colorantes y destruir productos químicos orgánicos nocivos para el medioambiente, por ozonolisis. Se estima unacantidadde1gramoporlitrodeozonoparapurificarelaguacantidad

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suficiente para dejar completamente desinfectada el agua residual paradestinarla a reutilización en regadíos y en la industria y según los resultados obtenidos después del tratamiento para su uso como agua potable.

Hacen falta pues 2 gramos por litro de ácido sulfúrico lo que representa por hora un consumo de 80.000 litros de ácido sulfúrico por hora en toda España. Lacantidaddeozonoexpresadaessuficienteparadesinfectarelaguayporlotantotambiénladeácidosulfúricoasícomotambiénessuficientelacantidadde 2 gramos por litro de ácido sulfúrico para actuar como electrolito.

*Tabla resumen de las características de la instalación y subproductos obtenidos en el tratamiento y reciclado de aguas residuales en toda España expresados en cantidades por hora de reciclado de aguas residuales.

* Cantidad de electricidad necesaria ...................... 73.340.000 culombios• Intensidaddecorrientenecesaria ............................. 203.400 amperios• Potenciainstaladaparaunatensiónde 24 voltios ..........................................................................4.881,6 kVA• Consumodeenergía ............................................4.881,6 kW-hora por hora• Costedeenergíaeléctricaporhora ................... 73.224 pts por hora en toda España• Dimensionestotalesenm3 de cubas electrolíticas ..........................................................................40.000 m3

• Ozonoobtenido ..................................................... 40.000 kg de ozono• Hidrógenoobtenido ...........................................1600 kg de hidrógeno• Costedelácidosulfúrico .....................................800.000 pts por hora• Metalesobtenidos .................................................... 1.600 kg por hora• Relaciónponderaldemetalesobtenidos según los vertidos admisibles

Cd.................................................................................. 40 kg por horaSe .................................................................................. 40 kg por horaFe ................................................................................ 400 kg por horaZn ................................................................................ 400 kg por horaMn ................................................................................. 60 kg por horaPb .................................................................................. 80 kg por horaCu................................................................................ 240 kg por horaNi ................................................................................ 160 kg por horaHg ................................................................................... 4 kg por horaCr ................................................................................ 320 kg por hora

Total .......................................................................... 1744 kg por hora

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La relación de productos obtenidos es extrapolable linealmente y depende de las condiciones del vertido obtenidas por análisis químico del agua a reciclar y del caudal real del vertido a los alcantarillados.

Elbeneficio industrialpor la recuperacióndemetalesseponderacomomedia a 500 pts por kilogramo de metal recuperado en el cátodo.

1744 kg de metal a 500 pts por kilo ..........................872.000 pts por hora

**Presupuesto de las instalaciones41.000 m2 de chapa de acero 18/8 de 5mm de espesor 2.050 m3 a 7 Tn/m3 14.350 Tna 300 pts /kg .................................................................. 4.305.000.000 ptsHorno de inducción con capacidad de producción de 10.000.000 kg/h ............................................................. 30.000.000 ptsElectrodos de electrolisis en acero 18(8) ....................... 2.500.000.000 ptsEquipos hidráulicos .......................................................... 200.000.000 ptsLaboratorios de análisis e investigación ......................... 2000.000.000 ptsDepósitos reguladores para almacenar agua tratada............2.000.000.000 ptsEquipos de suministro y tuberías ..................................... 200.000.000 ptsTransformadores y líneas eléctricas ................................. 500.000.000 ptsProyectos técnicos de instalación ..................................... 400.000.000 ptsImprevistos .................................................................... 1.000.000.000 ptsIntangibles ........................................................................ 100.000.000 pts

Total ............................................................................. 11.735.000.000 pts

Se estima un periodo de amortización de 4 años lo que representa una amortización de 2.934.000.000 pts por año.

*Mano de obra100oficialesa3.000.000ptsporañotrabajandoatresturnos ......................................................................................300.000.00040 encargados a 4.000.000 pts.......................................... 160.000.000 pts40 ingenieros químicos a 14.000.000 pts ......................... 560.000.000 pts80 auxiliares de laboratorio a 4.000.000 pts ..................... 320.000.000 pts

Total mano de obra ........................................................ 1.340.000.000 pts

Se estipula una jornada laboral de 250 días con 3 turnos de 8 horas.

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**Gastos de administración y representación ....................... 500.000.000 pts

***Determinación del coste industrial de reciclado de aguas por electrolisisa) Amortización ............................................................................... 10 pts/m3

b) Mano de obra .............................................................................. 4,3 pts/m3

c) Gastos de administración y representación ............................... 1,6 pts/m3

d) Coste del ácido sulfúrico ............................................................. 10 pts/m3

e) Coste de energía eléctrica ........................................................ 1,83 pts/m3

Coste industrial total ....................................................................27,73 pts/m3

A este coste habría que hacerle una bonificación por la repercusión querepresenta el emitir hidrógeno a la atmósfera para restaurar el agujero de ozono.

****Cálculo de la rentabilidadSe parte de los resultados de ingresos menos gastos y se divide por la inversión

expresando la rentabilidad en tanto por cien.Ingresos derivados de reciclado de metales872.000 pts/horax3x1800 horas .......................................... 4.708.800.000 ptsIngresos derivados de reciclado de agua, se estima un precio de 30 pts/m3

30x40.000x3x1800 ............................................................... 6480.000.000 pts

Total ingresos .................................................................... 12.188.000.000 pts

Gastos27,73x40.000x3x1800 ........................................................ 5.953.000.000 pts

Ingresos – Gastos ................................................................. 6235.000.000 pts

Inversión ............................................................................ 11.735.000.000 pts

RentabilidadIngresos – Gastos/Inversión x 100 ...........................................53,14 por cien

****Comentario FinalLos resultados obtenidos son extrapolables linealmente según las condiciones

delanálisisquímicodelvertidoyelcaudalrealdelvertido.Elbeneficioreal

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depende de las cotizaciones actuales de los metales que a mi criterio deben ser superiores a las 500 pts/kg estimadas. El proyecto es muy interesante para el medio ambiente pues resuelve el problema de los vertidos industriales y de la capa de ozono y obtiene una aceptable rentabilidad. Se fomenta la siderurgia integral y se obtiene un empleo de calidad con una inversión relativamente importante para todo el país. La obtención de metales recogidos en el cátodo se hará mediante un horno de inducción accionado por un procesador que recogerá las órdenes de un programa informático secuencial y alternativo de los puntos de fusión escalonados correspondientes a cada uno y a todos los metales.

Conclusiones

1) El proyecto entra dentro de las previsiones del desarrollo sostenible y soluciona el problema de los vertidos industriales y la restauración de la capa de ozono.

2) Fomenta el desarrollo de la siderurgia integral al obtenerse una gran variedad de metales electrolíticos.

3) El precio del agua reciclada es de 30 pts/m3.4) La inversión es de 11.735.000.000 pts.5) La rentabilidad es del 53,14 por cien.6) Los resultados son extrapolables según el análisis químico del vertido y

elcaudalrealdelosefluentes.

Plan de actuacióna) Efectuarelinventariodetodoslosefluentes.b) Medirelcaudaldetodoslosefluentes.c) Redactar el proyecto de las instalaciones.d) Ejecutar el proyecto de las instalaciones.e) Obtener el agua reciclada por electrolisis.f) Desinfectar biológicamente el agua con ozono.g) Emitir 1600 kg de hidrógeno por hora a la atmósfera para restaurar la

capa de ozono.h) Fundir los restos catódicos obtenidos en las cubas electrolíticas utilizando

un horno de inducción programado informáticamente para cada punto de fusión.

i) Suministrar el agua reciclada para su uso industrial y de regadíos y según el resultado del análisis posiblemente para agua potable.

j) Suministrar los metales electrolíticos obtenidos para su uso en la siderurgia integral.

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3.- Estudio de lámparas de bajo consumo solucionadas con descarga de gases y superconductores

La energía de Fermi es una medida cuántica del estado molecular de un compuesto. También es un exponente de la capacidad de descarga de una fuente de alimentación. Cuanto menor sea la energía de Fermi menor será el consumo eléctrico de una lámpara de descarga. En esta exposición analizaré la energía de Fermi de distintos metales y de polímeros superconductores como polimerizados de 2,3, butadieno en núcleos bencénicos. El polímero presenta grupos OH en posición orto para establecer un enlace coordinado 4 grupos OH por átomo de selenio.

Teoría cuántica de la conducción eléctrica

En función del recorrido libre medio y la velocidad media, la resistividad es r=me.vm/ne.e2. La resistividad es independiente del campo eléctrico, ne es el número de electrones, de la masa del electrón, es la carga del electrón y las tres constantes son independientes de E por lo que las magnitudes que dependen de E son la velocidad media vm y el recorrido libre medio l. Analizaremos estas magnitudes para ver si se cumplen estas dependencias.

Interpretación clásica del recorrido libre medio y de la velocidad media

El número de iones por unidad de volumen está en relación directa con la densidad del gas para lo que construyo una tabla para distintos gases nobles y halógenos:

Gas Pesoespecíficog/cm3 Peso molecular N.º de iones por cm3

Argón 1,378 4 2,07x1023* Helio 0,1785 39,94 26x1020

Neón 1,20 20,183 35,79x1021

Kriptón 2,80 83,8 20,11x1021

Xenón 3,08 131,3 14,12x1021

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Sodio 0,97 22,9 25,5x1021

Mercurio 13,6 200 40,9x1021

Fluor 1,508 18,9 48,03x1021

Yodo 4,94 126 23,6x1021

*Según el número de iones por unidad de volumen el Argón es el elemento más prometedor en cuanto a colisiones de electrones con iones y por lo tanto en cuanto energía lumínica. Por orden de interés le siguen el Fluor, Mercurio y Neón.

Conclusiones

1.- La energía de Fermi es un exponente del consumo de energía eléctrica para un determinado compuesto. Para el cobre vale 7,04 e V y para el superconductor diseñado químicamente 0,58 e V.

2.- El consumo de energía eléctrica empleando un superconductor se reduce al 8,2%.

3.- El gas más adecuado, para obtener el plasma, en cuanto a colisiones de los electrones con los iones es el Argón seguido de Fluor, vapor de Mercurio y Neón.

4.- El gas Argón se puede obtener químicamente por licuación del aire.

Análisis de costes

Partodeunaconfiguracióndelámparasimilaralaestructuradelámparashalógenasyalostubosfluorescentes.Analizolosdossistemas:

a)Lámparas halógenas.*Electrodos de 2,3 butadienbenceno reticulado con selenio-Electrodos peso estimado 1 gramo de polímero reticulado-Coste del polímero reticulado 12 euros/kg**Cuerpo troncocónico de aluminio:-SuperficielateralS=2x3,1416rh/2=2x3,1416x3x7/2=66cm2

-Espesor de metal 2 mm-Volumen de metal 13,19 cm3

-Densidad del aluminio 2,5 g/cm3

-Peso de aluminio 33 gramos-Coste del aluminio 10 euros/kg***Garras y mecanismos metálicos de ensamblaje-Mecanismos de ensamblaje 5 g de metal-Coste del metal 6 euros/kg

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****Vidrio empleado en la lámpara -Vidrio de electrodo 2 gramos-Vidrio de estancamiento y cierre de la válvula-Placa plana de 6 cm de diámetro y 2 mm de espesor 5,65 cm3

-Vidrio de electrodo 1 cm3

-Densidad del vidrio 2,4 g/cm3

-Peso de vidrio empleado 15,96 gramos-Coste del vidrio empleado 12 euros/kg****Argón.- Se someterá en el interior de la lámpara a una presión de 100

milibares y utilizando la ecuación de Boyle-Mariot deduzco el número de moles de gas argón empleado PV = n RT 0,1 kg/cm2 x 98,96 cm3 x 1l/1000 cm3 = 0,082 x 273º kxn (moles)

Número de moles de gas argón empleados ........................ 0,00042 moles-Gramos de gas argón empleados ..................................... 0,00176 gramos-Coste del gas argón .............................................................. 100 euros/kg

A continuación construyo una tabla de estado de mediciones y presupuesto

Material Peso en gramos Coste en euros/kg Presupuesto en eurosPolímero 1 12 0,012Portalámparas 33 10 0,396Vidrio 17,96 12 0,215Metal 5 12 0,060Argón 0,00176 100 0,000176

Total ........................................................................... 0,683 euros/lámpara

Mano de obra 40% sobre precio de materia prima .... 0,273 euros/lámpara

Costes de amortización de maquinaria, construcción y terreno ............................................... 0,150 euros/lámpara

Total ......................................................................... 1,1062 euros/lámpara

Análisis del ahorro energético

Partiendo de la energía consumida en una vivienda, reflejado en unafactura de electricidad de Iberdrola y de que el consumo energético por lámparas representa el 50% de la facturación, analizo el ahorro energético en base a un consumo de 417 kwh en dos meses y de que el consumo

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energético empleando los superconductores descritos en esta exposición es de 8,2%.

Entonces el consumo energético anual para España para los dos supuestos, esdecir,consumonormalybajoconsumo,sereflejanenlasiguientetabla:

Método de iluminación Consumo kwh Coste de energía Coste total Normal 41.700.000.000 0,08742 € 3.645.414.000 € Superconductor 3.419.400.000 0,08742 € 298.923.948 €

El ahorro económico se deduce de la anterior tabla y es de 3.346.490.052 €.Elpreciodeventaalpúblicodelalámparadesuperconductorsefijaen

10 euros por lo que la inversión se determina en base a una instalación de 20 lámparas por vivienda y entonces la inversión en España es de 3.333.333.333 euros y la rentabilidad de la inversión es de 100,394%.

El número de lámparas a instalar en España es de 333.333.333 lámparas y por lo tanto la facturación es de 3.333.333.333 euros y el valor añadido de 29.460.000.000 euros.

*Plan de Investigación y Ejecución.1.- Sintetizar el polímero en laboratorio de investigación ............... 3 días2.- Construir una lámpara en laboratorio de investigación .............. 6 días3.- Determinar las características físicas de la lámpara: -Flujo luminoso en lumen -Intensidad luminosa en lux -Intensidad de corriente suministrada en amperios -Tensión entre bordes de electrodo en voltios -Potencia instalada en cada lámpara medida en un vatímetro en vatios -Energía de Fermi del electrodo en e V -Consumo de energía en wh Tiempo ........................................................................................ 6 días4.- Diseño industrial de unidad de montaje para iniciar producción.

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4.- Sistemas para restaurar la capa de ozono y la composición centesimal del aire

La degradación de la capa de ozono es causa de catástrofes meteorológicas debido al cambio climático.

La presencia elevada de dióxido de carbono en la atmósfera también es causa de cambio climático por efecto invernadero.

Propongo varios sistemas para restaurar la capa de ozono y equilibrar la composición centesimal del aire.

A) Electrolisis del ácido sulfúrico con formación de ozono en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.

B) Electrolisis del agua con formación de oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.

C) Síntesis de gas natural a partir de aire, coadyuvada por la electrolisis del agua con formación de oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.

D) Síntesis de gasolina a partir de residuos sólidos urbanos, coadyuvada por la formación de oxígeno en el ánodo e hidrógeno en el cátodo.

E) Estimación de la función clorofílica de los árboles y plantas con absorción de dióxido de carbono y emisión de oxígeno.

F) Síntesis de carbonato de magnesio por corriente de aire con alto contenido en dióxido de carbono a través de una solución de hidróxido de magnesio. El carbonato de magnesio es muy apreciado en las terapias de regeneración celular,influyendocatalíticamenteenlasíntesisdelRNAmensajeroquesoluciona muchos problemas de desequilibrios y enfermedades del cuerpo humano. Por la ingestión de los 20 aminoácidos del código genético se sintetizan proteínas actuando el RNA mensajero como transmisor del código genético logrando una regeneración celular incluso de la piel y del cabello y alcanzando un estado de equilibrio total.

G) Obtención de dióxido de carbono líquido, por licuación del aire, para su empleo en nieves carbónicas para extinción de incendios.

H) Medidas correctoras para neutralizar las emisiones de dióxido de carbono de los motores de combustión interna y en general de los vehículos automóviles.

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I) Medidas correctoras para anular las emisiones de dióxido de carbono de las centrales térmicas.

J) Implantacióndeenergíasrenovablescomolaenergíasolarylaenergíaeólica.

Haré un balance del dióxido de carbono reciclado anualmente en el mundo utilizando las tecnologías anteriores y estableceré un inventario del mismo corrigiendo la cantidad del dióxido de carbono en la atmósfera así como restableciendo la composición centesimal del aire para depurarlo.

A) Electrolisis del ácido sulfúrico

Es importante elegir la unidad de producción para luego extrapolarla a todo el planeta. Por mol de ácido sulfúrico, se obtiene un mol de hidrógeno que se destina a su venta como combustible.

Imaginemos que el 20% de los vehículos del mundo circularan con hidró-geno, esto ahorraría el 20% de emisiones de dióxido de carbono a la atmós-fera.

SegúnParkerAirJournalelconsumodecombustiblesenelmundoduranteel año 1991 fue el siguiente:

Gasolina .................................................................................... 16.489.000 TnGasóleo ....................................................................................... 5.520.000 Tn

Fijando una tasa anual de crecimiento de la economía del 3% en el año 2005 el consumo de combustibles será:

Gasolina .................................................................................... 23.084.600 TnGasóleo ....................................................................................... 7.728.000 Tn

Fijandoelpodercaloríficomediodeloscombustiblesfósilesen11.000kcal/kg, el consumo energético mundial anual será de 338.938.600.000.000 kcal.

Asumiendo que el 20% de los vehículos automóviles circule con hidrógeno esto representaría un gasto de 67.787.720.000.000 kcal que para una potencia caloríficadelhidrógenode33.000kcal/kgrepresenta2.054.173.333Kg,esdecir,1.027.086.667 kmoles de hidrógeno. Para obtener este hidrógeno por electrolisis del ácido sulfúrico hacen falta:

1.027.086.667 kmoles de ácido sulfúrico.

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3.053.500.800 kwh de energía eléctrica.Lo que representa un coste de 2.013.089.867.000 pts de ácido sulfúrico y

36.642.009.600 pts de consumo eléctrico.Se obtendrían 2.054.173.334 kg de hidrógeno. Estimando un precio de 100

pts/kg, esto representa 205.417.333.400 pts.El proyecto económicamente no es viable a menos que se considere el valor

económico del ozono producido que es de 1.027.086.667 kmoles de ozono, es decir, 49.300.160.020 kg de ozono a 300 pts/kg o sea 14.790.048.010.000 pts. El ozono se emplearía para ozonizar aguas potables y ríos.

*Diseño de la planta de producción:**Cubas electrolíticas-Volumen de ácido sulfúrico 1.027.086.667 kmoles de ácido sulfúrico que

representan 100.654.493.400 kg de ácido sulfúrico que a una densidad de 1800 kg/m3 representa 55.919.162 m3.

Este volumen es referido a la producción anual de hidrógeno y oxígeno, por lo tanto estableciendo una jornada laboral de 16 horas en 250 días/año, la producción horaria debe ser:

-Ácido sulfúrico procesado 13.979 m3.-Ozono obtenido por hora 12.325.040 kg de ozono por hora de electrolisis.-Hidrógeno obtenido por hora 513.543,33 kg de hidrógeno por hora de

electrolisis.-Energía eléctrica necesaria para la electrolisis:O3 12.325.040.000 gramos/0,3 x 1/3600 = 11.412.074,07Ah para

una tensión de 50 voltios, necesitamos 570.603,7 kwh/h lo que representa 2.282.414.800 kwh/año.

H2 513.543.330 gramos/0,037 x 1/3600 = 3.855.430,405Ah para una tensión de 50 voltios, necesitamos 192.771,5 kwh/h lo que representa 771.086.000 kwh/año.

Para obtener estos gases es necesario procesar 13.979 m3 de ácido sulfúrico por hora, lo cual para una altura de cuba electrolítica de 1,4 m hace falta una superficiede9.985m2,seestableceunasuperficiede10.000m2 y una altura de 1,5 m de cuba electrolitica, repartida en 500 módulos de 2x10 m x 1,5 y 5 mm de espesor, lo cual representa un volumen de 140 m3 de polipropileno reciclado a 1000 kg/m3, representa un peso de 140.000 kg de polipropileno reciclado a 500 pts/kg, 70.000.000 pts.

Ahoranosquedapordeterminarelcostedeloselectrodosdegrafito:tenemos10 electrodos de 2 x 1,5 m2 5000 electrodos, es decir, 15000 m2 a 5 mm de espesor 75 m3degrafitoa2500kg/m3187.500kgdegrafitoa393pts/kg73.687.500.

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