Balance ENERGIA...!!!

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U N I V E R S I D A D A L A S P E R U A N A SDirección Universitaria de Educación a Distancia

2403-Escuela Académico Profesional de Ingeniería Ambiental

2403-24303 | BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA

2012-III Docente:

Nota:Ciclo: 5 Módulo II

Datos de l alum no: FECHA DE ENVIO:

HASTA EL DOM. 02 DICIEMBREApellidos y nombres: 2012 a las 23.59 PM

FORMA DE ENVIO:

Comprimir el archivo original de su trabajo académico en WINZIP y publicarlo en elCAMPUS VIRTUAL, mediante la opción:

Código de matricula:TAMAÑO DEL ARCHIVO:

Capacidad Máxima del archivo comprimido: 4 MBUded de matricula:

Recomendaciones:1. Recuerde verificar la correcta publicación de su Trabajo Académico en

el Campus Virtual.Revisar la opción:

2. No se aceptará el Trabajo Académico después del 02 de Diciembre del 2012.

3. Las actividades que se encuentran en el libro servirán para su autoaprendizaje mas no para la calificación, por lo que no deberán ser remitidas. Usted sólo deberá realizar y remitir obligatoriamente el Trabajo Académico que adjuntamos aquí.

Guía delTrabajo Académico

4. Recuerde: NO DEBE COPIAR DEL INTERNET, el Internet es únicamente una fuente de consulta. Los trabajos copias de internet serán calificados con “00” (cero).

Estimado alumno:El presente trabajo académico tiene por finalidad medir los logros alcanzados en el desarrollo del curso.Para el e x a m e n p a r c i a l Ud. debe haber logrado desarrollar has ta el TE M Nº 0 5 y para el e x a m e n f i na l debe haber desarrollado el trabajo completo.

Criterios de evaluación del trabajo académico:

1 Presentación adecuada del trabajo

Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato. Valor: 2 ptos

2 Investigación bibliográfica:Considera la consulta de libros virtuales, a través de la Biblioteca virtualDUED UAP, entre otras fuentes. Valor: 3 ptos

3 Situación problemática o caso práctico:

Considera el análisis de casos o la solución de situaciones problematizadoras por parte del alumno. Valor: 5 ptos

4Otros contenidos considerando los niveles cognitivos de orden superior:

Valor: 10 ptos

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T R A B A J O A C A DE M I C O

Desarrolla un proceso sostenible de Biorremediación de derrames de petróleo en el

mar o biorremediación de un cuerpo de agua dulce contaminado con Diesel, utilizando

bacterias, hongos y/o levaduras naturales cuyas cepas han sido aislados con muy

buenos resultados como por ejemplo géneros del Complejo Burkholderia cepacia

utilizados actualmente en Proyectos de Biofilm. Puede estudiar y analizar un caso

real, desarrollar el flujo de proceso, balance de masa y energía, elegir el tipo de

sistema, discutir ventajas y desventajas del método.

Para la preparación del Trabajo Académico deberá tener en cuenta los siguientes

ítems:

I. Introducción 1 punto

II. Fundamento teórico del tipo de tratamiento de

Descontaminación por Biorremediación 1 punto

III. Factores que determinan la eficacia del Proyecto de Investigación.1 punto

IV. Diseño y Aplicación de los sistemas de Biotratamiento 2 puntos

V. Balance de Materia y Energía. 3 puntos

VI. Evaluación del sistema. 2 puntos

VII. Análisis e Interpretación de resultados. 3 puntos

VIII. Conclusiones 2 puntos

IX. Recomendaciones 1 punto

X. Bibliografía 1 punto

XI. Anexos (Cuadros, Tablas, Diagramas, Fotos, mapas

Conceptuales, otros). 1 punto

XII. Glosario

1 Presentación adecuada del trabajo

Considera la evaluación de la redacción, ortografía, y presentación del trabajo en este formato. Valor: 2 ptos

No debemos olvidar un antiguo proverbio chino que dice:

“NINGUN SECRETO PARA EL ÉXITO FUNCIONA SI USTED NO

TRABAJA”

LES DESEO EXITOS!

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Guía del Trabajo Académico

Estimado alumno:

El trabajo de este curso tiene por finalidad poner en práctica los conocimientos adquiridos durante su formación académica.

Características del trabajo académico.

1. Desarrollar en formato Word. Arial 122. Todo archivo cargado deberá ser etiquetado de la siguiente manera:

DUED- APELLIDOS Nombre.Ejemplo: LIMA – FERNADEZ GOMEZ Juan Pedro.

3. La referencia bibliográfica estará de acuerdo a la norma APAhttp://www.suagm.edu/umet/biblioteca/pdf/guia_apa_6ta.pdf

Metodología aconsejada para la redacción

1. Construya las gráficas (si es necesario)2. Redacte el texto (claro y preciso).

Algunos parámetros críticos para la redacción

Parámetros sobre el fondo

La profundidad de la reflexión. La mirada crítica hacia el tema desarrollado. Conclusiones obtenidas y pasos seguidos.

Parámetros sobre la forma

Estructura general: la estructura de las diferentes partes del Trabajo Académico. Concreción en la redacción. Ortografía y sintaxis. Concordancia en los tiempos verbales. Rigor de estilo: Evitar, yo, nosotros, él, se escribe de manera impersonal.

Ing. Octavia Girón MolinaDocente DUED UAP

B i b l i o g r a f í a S ug e r i d a :

1. Iniciativa de Limpieza de Derrame de Petróleo h t t p : / / w w w . r e s t o r e t h e g u l f . g o v / s i t e s / d e f a u lt / f i l e s / d o c u m e n t s / ...

2. Remediación de Suelos Afectados por Hidrocarburos.Hildebrando Calle

h t t p : / / e s . sc r i b d . c o m / d o c/ 2 0 3 00 0 2 6 / R e m e d i a c i o n - d e - S u e l o s - A f e c ... h t t p : / / w w w . u a e m e x . m x / Re d _ A m b i e n t a le s / d o cs / c on g r e s o s / T L A X CA L A h t t p : / / w w w . i n g e n i e ro s d e m i n a s . o r g / p u b l i c a / I M / I M - 3 5 1 - E x t r a h t t p : / / w w w . m o n o g r a f i a s . c o m / t r a b a j o s 1 5 /de r r a m e s - p e t r o l e r o s / de ... h t t p : / / f a cia s w e b . u n c o m a . e d u . a r / a ca d e m i c a / m a t e r i a s / m i c r o b i o l o ... h t t p : / / w w w . d s p a c e . e s p o l. e d u . e c / b i t st r e a m / 1 2 3 4 5 6 7 8 9 / 1 3 7 3 0 / 1 / D ... h t t p : / / i n d e p e n d e n t . a c a de m i a . e d u / A lva r o Q u i r o z / P a p er s / 1 0 6 2 0 4 7 / ... h t t p : / / a m c a t h . c c a de t .un a m . m x / a r c h i v o s/ M e m o r i a s P ro c e e d i n g s 1 1 N h t t p : / / w w w . i n e . g o b . m x / de s c a r g a s / s q r e / 2 0 0 5 _ i n f _ f in a l _ p r u e b a s_ ... h t t p : / / w w w . c a s a d e l ib r o . c o m .m x /

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Desarrolla un proceso sostenible de Biorremediación de derrames de petróleo en el

mar o biorremediación de un cuerpo de agua dulce contaminado con Diesel, utilizando

bacterias, hongos y/o levaduras naturales cuyas cepas han sido aislados con muy

buenos resultados como por ejemplo géneros del Complejo Burkholderia cepacia

utilizados actualmente en Proyectos de Biofilm. Puede estudiar y analizar un caso

real, desarrollar el flujo de proceso, balance de masa y energía, elegir el tipo de

sistema, discutir ventajas y desventajas del método.

Para la preparación del Trabajo Académico deberá tener en cuenta los siguientes

ítems:

I. Introducción

Es una tecnología en la cual se aprovecha el potencial metabólico de los microorganismos (bacterias, hongos y levaduras) para transformar contaminantes orgánicos en compuestos más simples poco o nada contaminantes, y, por tanto, se puede utilizar para limpiar terrenos o aguas contaminadas (Glazer y Nikaido, 1995).Su ámbito de aplicabilidad es muy amplio, pudiendo considerarse como objeto cada uno de los estados de la materia (Atlas y Unterman, 1999):

Sólido. Con aplicaciones sobre medios contaminados como suelos o sedimentos, o bien directamente en lodos, residuos, etc.

Líquido. Aguas superficiales y subterráneas, aguas residuales. Gases. Emisiones industriales, así como productos derivados del

tratamiento de aguas o suelos.

También se puede realizar una clasificación en función de los contaminantes con los que se puede trabajar (Alexander, 1999; Eweis et al., 1999):

Hidrocarburos de todo tipo (alifáticos, aromáticos, BTEX, PAHs). Hidrocarburos clorados (PCBs, TCE, PCE, pesticidas, herbicidas). Compuestos nitro aromáticos (TNT y otros). Metales pesados. Estos no se metabolizan por los microorganismos de

manera apreciable, pero pueden ser inmovilizados o precipitados. Otros contaminantes. Compuestos organofosforados, cianuros, fenoles,

etc.

Los microorganismos transforman y metabolizan aeróbicamente los hidrocarburos y otros compuestos orgánicos hasta dióxido de carbono, agua y fuentes de alimento para sustentar su crecimiento y reproducción, es decir, la biodegradación ocurre naturalmente. Es conocido que los microorganismos indígenas tienen la capacidad de adaptarse y eventualmente degradar cualquier compuesto orgánico natural sin asistencia del hombre; sin embargo, esta adaptación requiere la presencia de condiciones ambientales apropiadas tales como el pH, temperatura, el aceptor final de electrones (que en procesos aeróbicos es el oxígeno), concentraciones de contaminante no tóxicas para los microorganismos y adecuadas condiciones de humedad y conductividad del medio, entre las más importantes. La ausencia de alguna o varias de las

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anteriores condiciones puede limitar parcial o totalmente la actividad biológica y es cuando la mano del hombre juega un papel fundamental en la optimización del proceso, ya sea mejorando estas condiciones para aumentar la población de microorganismos (bioaumentación) y/o manipulando genéticamente los microorganismos para la degradación específica de algunos compuestos químicos.

II. Fundamento teórico del tipo de tratamiento de Descontaminación por Biorremediación

El fundamento bioquímico de la biorremediación se basa, principalmente, en la serie de reacciones de óxido-reducción (cuyo fin es la obtención de energía) que se producen en la cadena respiratoria, o transportadora de electrones de las células. La cadena la inicia un sustrato orgánico (compuestos hidrocarburados) que es externo a la célula y que actúa como dador de electrones, de modo que la actividad metabólica de la célula acaba degradando y consumiendo dicha sustancia.Los aceptores más comúnmente utilizados por los microorganismos son el oxígeno, los nitratos, el hierro (III), los sulfatos y el dióxido de carbono. Cuando el oxígeno es utilizado como aceptor de electrones la respiración microbiana se produce en condiciones aerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo aerobio; sin embargo, si utiliza los sulfatos o el dióxido de carbono se produce en condiciones reductoras o anaerobias, y los procesos de biodegradación serán de tipo anaerobio.

Degradación aeróbica

Sustrato+O2→CO2+H 2O

Degradación Anaeróbica

Sustrato+¿¿

III. Factores que determinan la eficacia del Proyecto de Investigación.

Se deben considerar los siguientes aspectos: 1. Cambios cualitativos en la composición de los hidrocarburos que son

indicativos de procesos biológicos. Se realiza la cromatografía gaseosa, teniendo en cuenta los procesos de los factores ambientales (fotólisis, disolución física, lavado químico, volatilidad, etc.) que pueden contribuir a la desaparición del petróleo.

2. Los grupos indicadores de la degradación son los hidrocarburos aromáticos seleccionados ya que sí estos se degradan, los hidrocarburos alifáticos serán siempre también intensamente degradados.

3. Disminución del porcentaje de la masa de petróleo que son también indicativos de procesos biológicos.

4. Reducción del peso total del petróleo, determinando la pérdida de peso en las distintas fracciones de hidrocarburos del petróleo

5. La medición del número de microorganismos degradadores de petróleo es un indicador inicial de la factibilidad de la biorremediación.

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6. Estudio de la mineralización (mediciones de la producción de CO2 total). 7. Efecto de la acción del nitrógeno

IV. Diseño y Aplicación de los sistemas de Biotratamiento

V. Balance de Materia y Energía.

Balance de masa

Balance de energía

INVESTIGACIÓN Y CARACTERIZACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN Y DEL EMPLAZAMIENTO

ANÁLISIS Y ELECCIÓN DE LAS MEDIDAS BIOCORRECTIVAS

EVALUACIÓN DE LA EFECTIVIDAD DEL SISTEMA ELEGIDO

DISEÑO Y EVALUACIÓN DEL SISTEMA

EVALUACIÓN DEL CONTROL Y SEGUIMIENTO

ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS

dCNO 3,1

dt=−[Q0

VI×(CNO3,1

−CNO3,0 )]+[αNO3 ,R

I , snαNH 4 ,R

I , sn

×qsn

×(Γ )RI , sn]+

[ϑ×αNO 3 , RI ,en

αNH 4 , R

I ,en

×qsn

×(Γ )RI , sn ]+[αNO3 , R

I ,rhαbh , RI ,rh

×(Γ )RI , rh]−[αNO3 ,R

I ,sαs, R I ,s

×qs×( Γ )R

I ,s]

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Balance de transporte

Ecuaciones adicionales

VI. Evaluación del sistema.

Para el diseño de un sistema de biorrecuperación es necesario establecer unas etapas

de trabajo, en las cuales se determinan y evalúan los parámetros fundamentales

necesarios para su eficacia.

Las etapas a seguir en el diseño de un sistema de biotratamiento son:

1. Evaluación de la viabilidad de la técnica. Se estudiarán los parámetros de evaluación

que definen el sistema elegido, así como se evaluará las condiciones de biotratabilidad,

los objetivos de limpieza exigidos y los costes de tratamiento necesarios.

2. Evaluación del diseño. Se estudiarán los factores que afectan la eficacia de la técnica

y las posibles mejores o acondicionamientos a aplicar.

3. Evaluación del control y seguimiento

VII. Análisis e Interpretación de resultados.

dTdt

=¿

[Q0×ρ0×CP×T o ]−[Q0×ρ0×CP×T ]−[Q0×(CS ,0−CS ,1)×(Δ~H )R

I ,e ]+ ¿

[U×Ac×(Ta−T )]−[Cp×V I×T×dρdt ] ¿

[Cp× ρ×V I ]

(∂CS

∂ t )=[DZ

R×∂

∂ z (∂CS

∂ z )]−[V Z

R (∂CS

∂ z )]+[((KL×a

Θ×R )−K N)×Cs]−

[(1R ×qe×CO2

K O2+CO2)×CS ]−(K L×a

Θ×R )×C SE

[Γ ]RI , e

=( C02 ,1

KO2,1+CO2,1)×CS ,1

KO 2,1=KO 2,1(T )=KO 2,1(200C )×θT−20

R=( KSD×ρbΘ

+1)

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Tabla N° 1

N° de Análisis Concentración (mg/kg)1 234 508.002 36 756.783 25 520.474 6 981.15

Como se muestra en los resultados de laboratorio, se realizaron todas las aplicaciones de microorganismos al agua contaminada, con lo que se obtuvieron muy buenos resultados.Como se puede observar en la tabla 1, la concentración de THP inicial fue de 234508 mg/kg, pero en las primeras aplicaciones la concentración bajo considerablemente a 36 756,78, ya que el clima (temperatura y humedad) favoreció a la dinámica bacteriana. Se observa que a partir del segundo análisis, la concentración de THP disminuye muy poco, ya que las condiciones cambiaron en la zona de tratamiento, es decir, las temperaturas descendieron y la humedad aumentó, dificultándose la actividad de las bacterias y demorando más el proceso de consumo de materia orgánica.Al conocer los resultados del cuarto análisis, se observó que la concentración de hidrocarburos estaba por debajo de la norma referencial, ya que no existe una norma peruana que regule este tipo de contaminación.Se tomó como norma referencial la norma canadiense, ya que las otras normas (mexicana, holandesa y boliviana) son tomadas en cuenta cuando el agua va a tener contacto directo con las personas. En el caso de la norma canadiense, se aplica a agua que va a ser utilizada en cultivos o en cualquier otro fin parecido.

VIII. Conclusiones

Se desarrolló un modelo que predice el comportamiento en el tiempo de las dinámicas principales, oxígeno y biomasa, establece un perfil en el tiempo y en el espacio para derrames de petróleo y permite la interconexión entre variables de estado (concentraciones), variables de entrada (perturbaciones), parámetros bioquímicos (máximas tasas de crecimiento de biomasa, máximas tasa de consumo de sustrato, tasas de muerte celular y coeficientes de saturación), constantes y cinéticas a través de balances de masa, energía y cantidad de movimiento para un proceso de biorremediación in situ con atenuación natural estimulada.El modelo es flexible a cambios en las variables de entrada y puede aplicarse a todo tipo de agua dulce caracterizado desde un ensayo en laboratorio hasta pruebas en campo.Se considera la temperatura como variable importante en la ejecución de los procesos físico-químicos y biológicos. El perfil de temperatura permite relacionar los parámetros y variables que propician los cambios energéticos y que pueden ocasionar decrecimiento o crecimiento biológico, lo cual incide en una óptima o no atenuación natural estimulada.

IX. Recomendaciones

En general, la contaminación de aguas por productos, compuestos o desechos orgánicos de la industria petrolera pueden ser tratados y recuperados ecológicamente con la biorremediación, basada en la estimulación de los microorganismos para adecuación de los factores abióticos..Tanto los tratamientos ex-situ como in-situ son una buena alternativa para

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conseguir degradar el contaminante, siendo los tratamiento ex-situ los que mejores resultados presentan, ya que las variables pueden ser mejor controladas, es un tratamiento costoso a causa del transporte del terreno contaminado a la zona de tratamientoEn cualquier tratamiento de biorremediación la velocidad de descomposición por los organismos va a depender de su concentración, de determinadas características del suelo (disponibilidades de oxígeno y de nutrientes, pH, humedad y temperatura) y de la estabilidad del contaminante. Para definir el tratamiento más apropiado es necesario un estudio previo de las características del agua y el nivel de contaminación que presenta, con el fin recuperar sus características biológicas y morfológicas.

X. Bibliografía http://ama.redciencia.cu/articulos/19.02.pdf http://oceandocs.net/bitstream/1834/3650/1/Biorrremediaci%C3%B3n%20de

%20suelos%20contaminados%5B1%5D.............pdf http://redalyc.uaemex.mx/pdf/370/37023304.pdf http://dspace.espoch.edu.ec/bitstream/123456789/225/1/236T0009.pdf Abalos, A. (2001). “Producción de ramnolípidos por Pseudomonas aeruginosa

AT10 aplicando la Metodología de Superficie de Respuesta. Caracterización y aplicación del producto”. Tesis de Doctorado. gFacultad de Farmacia. Departamento de Microbiología y Parasitología Sanitarias. Universidad de Barcelona

XI. Anexos (Cuadros, Tablas, Diagramas, Fotos, mapas Conceptuales, otros).

Fig. Evolución de los hidrocarburos en el tiempo para

cada variante estudiada

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Porcentaje de remoción de hidrocarburos en sedimentos de biorremediación por bioestimulación y

bioaumentación (Duncan, p<0,05).

XII. Glosario

Conservación: La gestión de los recursos ambientales, aire, agua, suelo y organismos vivos, para obtener su permanencia y conseguir el nivel más alto en la calidad de vida; la gestión en este contexto incluye estudios, investigación, legislación, administración, preservación, utilización, y supone educación y formación

Contaminación: La introducción al ambiente de un compuesto en cantidad tal que incrementa su concentración natural, y que excede la capacidad de la naturaleza para degradarlo y reincorporarlo a los ciclos de transformación de materia y energía, provocando con ello una intervención negativa en el bienestar y la salud de los organismos vivos.

Contaminante: Toda materia o energía que al incorporarse al ambiente resulte nociva para los organismos vivos que lo habitan, y para los bienes materiales del individuo

Residuos peligrosos: Todos aquellos residuos en cualquier estado físico que por sus características corrosivas, tóxicas, venenosas, reactivas, explosivas, inflamables, biológico-infecciosas, irritantes o mutagénicas, representan un peligro para el equilibrio ecológico o el ambiente

Ambiente: El conjunto de elementos naturales o inducidos por el ser humano, que hacen posible la existencia y desarrollo de los seres vivos que interactúan en un espacio y tiempo determinados