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Universidad de La Salle Universidad de La Salle
Ciencia Unisalle Ciencia Unisalle
Ingeniería Ambiental y Sanitaria Facultad de Ingeniería
2020
Diseño y construcción de un prototipo de columna de lavado Diseño y construcción de un prototipo de columna de lavado
destinado al control de material particulado para una vivienda destinado al control de material particulado para una vivienda
María Paula Gil Carvajal Universidad de La Salle, Bogotá
Angie Carolina Molina Castellanos Universidad de La Salle, Bogotá
Follow this and additional works at: https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria
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Citación recomendada Citación recomendada Gil Carvajal, M. P., & Molina Castellanos, A. C. (2020). Diseño y construcción de un prototipo de columna de lavado destinado al control de material particulado para una vivienda. Retrieved from https://ciencia.lasalle.edu.co/ing_ambiental_sanitaria/1843
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Diseño y construcción de un prototipo de columna de lavado destinado al
control de material particulado para una vivienda.
Una Tesis Presentada Para Obtener El Título De
Ingeniero(a) Ambiental y Sanitario(a)
Universidad de La Salle, Bogotá
María Paula Gil Carvajal & Angie Carolina Molina Castellanos.
Febrero, 2020.
ii Diseño y construcción de un prototipo de columna de lavado destinado
al control de material particulado para una vivienda.
Director del proyecto
Boris René Galvis Remolina
Ingeniero Químico
María Paula Gil Carvajal & Angie Carolina Molina Castellanos.
Febrero, 2020.
iii
Dedicatoria
Principalmente a Dios, por darme el privilegio de culminar esta etapa, a mis
padres y hermana por hacer parte de este proceso académico y ser de apoyo incondicional
durante el mismo, a mi familia y pareja por ser voz de aliento y cariño, a mis compañeros y
amigos por aportar experiencias enriquecedoras durante la época de estudio.
Angie Carolina Molina Castellanos
A Dios, por darme una vida increíble llena de experiencias y hermosos recuerdos, a mis padres
por todos los esfuerzos que han hecho por mí, por impulsarme a ser siempre mejor y apoyarme
incondicionalmente; a mi hermano, novio, familia y amigos por llenar mi vida de felicidad, por
los consejos y por tanto cariño, y a mis compañeros y profesores de pregrado por cada momento
de aprendizaje y crecimiento durante estos años.
María Paula Gil Carvajal
iv Agradecimientos
A nuestro director, el Ingeniero Boris René Galvis Remolina por su paciencia e interés
durante todo el desarrollo del proyecto, por su acompañamiento y aporte académico que influyó
en el éxito del mismo.
A la empresa ‘Biolam Colombia’ quienes participaron activamente en la donación de los
empaques ‘Pall rings’ de 38 mm desde la ciudad de Barranquilla, Colombia.
A la facultad de Ingeniería, el CTAS y sus monitores, quienes nos facilitaron las instalaciones de
laboratorio y los equipos Dust Trak en diferentes ocasiones para el desarrollo de las pruebas de
mediciones de concentraciones.
A Viviana García Echeverría, ‘Team leader’ del equipo participante del concurso ‘Solar
Decathlon 2019’ quien nos brindó apoyo, y nos permitió incluir nuestro proyecto dentro de la
casa solar.
A todos nuestras más sinceras Gracias.
v Tabla de Contenidos
Glosario ........................................................................................................................................... 1 Resumen .......................................................................................................................................... 6 Introducción .................................................................................................................................. 10 Objetivos ....................................................................................................................................... 13
Objetivo general ........................................................................................................................ 13 Objetivos específicos ................................................................................................................ 13
Capítulo 1 Marco de referencia ..................................................................................................... 14 Marco conceptual ...................................................................................................................... 14 Marco teórico ............................................................................................................................ 16
Fuentes de contaminación y contaminantes del aire interior. ............................................... 19 Marco legal ............................................................................................................................... 32
Capítulo 2 Metodología ................................................................................................................ 34 Desarrollo metodológico ........................................................................................................... 34
Fase I. Preliminar. ................................................................................................................. 37 Fase II. Diseño. ..................................................................................................................... 38 Fase III. Construcción. .......................................................................................................... 52 Fase IV. Experimental. ......................................................................................................... 56
Capítulo 3 Resultados y discusión ................................................................................................ 73 Pruebas de caída de presión. ..................................................................................................... 73 Pruebas de mediciones de PM. ................................................................................................. 73
Criterio 1. Eliminación de datos negativos. .......................................................................... 74 Criterio 2. Desviación estándar. ............................................................................................ 74
Prueba 1. ................................................................................................................................... 75 Calibración. ........................................................................................................................... 75 Pruebas con flujo de agua continuo. ..................................................................................... 78 Pruebas sin flujo de agua. ..................................................................................................... 81 Eficiencias. ............................................................................................................................ 83
Prueba 2. ................................................................................................................................... 85 Calibración. ........................................................................................................................... 85 Pruebas con flujo de agua continuo. ..................................................................................... 88 Pruebas sin flujo de agua. ..................................................................................................... 93 Eficiencias. ............................................................................................................................ 96
Diseño básico de columna de lavado para una vivienda ........................................................... 99 Seguimiento y monitoreo ............................................................................................................ 102 Conclusiones ............................................................................................................................... 104 Recomendaciones ....................................................................................................................... 107 Lista de referencias ..................................................................................................................... 109 Apéndice ..................................................................................................................................... 114
vi Lista de tablas
Tabla 1. Niveles máximos permisibles de PM por tiempo de exposición. ................................... 17 Tabla 2. Factores que inciden sobre la calidad de aire en interiores............................................. 24 Tabla 3. Afectaciones a la salud por contaminación intramural. .................................................. 25 Tabla 4. Materiales de los rellenos o empaques. .......................................................................... 31 Tabla 5. Marco legal ..................................................................................................................... 32 Tabla 6. Desarrollo metodológico................................................................................................. 35 Tabla 7. Parámetros de diseño de la columna. .............................................................................. 41 Tabla 8. Memoria de cálculo de la columna. ................................................................................ 45 Tabla 9. Parámetros de diseño de caída de presión. ..................................................................... 46 Tabla 10.Memoria de cálculo de caída de presión. ....................................................................... 47 Tabla 11. Eficiencias con flujo de agua contínuo. (Prueba 1). ..................................................... 84 Tabla 12. Eficiencias sin flujo de agua. (Prueba 1). ..................................................................... 84 Tabla 13. Eficiencias con flujo de agua contínuo. (Prueba 2). ..................................................... 96 Tabla 14. Eficiencias sin flujo de agua. (Prueba 2). ..................................................................... 97 Tabla 15. Eficiencias con incienso. (Prueba 2). ............................................................................ 98
vii Lista de figuras
Figura 1. Diferentes fuentes de contaminación interior y exterior que afectan una edificación. . 21 Figura 2. Funcionamiento de un ciclón......................................................................................... 26 Figura 3. Funcionamiento de un lavador venturi. ......................................................................... 27 Figura 4. Funcionamiento de un filtro de mangas. ....................................................................... 28 Figura 5. Diagrama esquemático de una torre de lavado común. ................................................. 29 Figura 6. Esquema de una columna de lavado a contraflujo. ....................................................... 30 Figura 7. Diagrama de flujo de metodología. Elaboración propia. ............................................... 34 Figura 8. Características de las partículas y los dispersoides. ...................................................... 39 Figura 9. Flujo curvilíneo de las partículas a través de los empaques. ......................................... 43 Figura 10. Placa de soporte de empaques (medidas). Elaboración propia. ................................... 48 Figura 11. Tiburón peregrino (a.) Mandibula (b.) Paso del agua a través de branquias .............. 49 Figura 12. Empaques comerciales. ............................................................................................... 50 Figura 13. Diseño de empaque propio ‘Peregrino’. (Vista frontal) .............................................. 50 Figura 14. Diseño de empaque propio ‘Peregrino’. (Vista superior). ........................................... 51 Figura 15. Diseño de empaque propio ‘Peregrino’. (Vista 3D). ................................................... 51 Figura 16. Columna en acrílico dimensionada. ............................................................................ 52 Figura 17. Columna de lavado. (Vista 3D). .................................................................................. 54 Figura 18. Tapas perforadas. ......................................................................................................... 55 Figura 19. Diagrama de flujo de pruebas. ..................................................................................... 56 Figura 20. Ángulos de apertura de la válvula. .............................................................................. 58 Figura 21. Dust Trak 8535. ........................................................................................................... 60 Figura 22. Diagrama set up experimental (Conexión de equipos y flujos). ................................. 61 Figura 23. Pantalla de inicio Dust Trak 8535. .............................................................................. 62 Figura 24. Pantalla de configuraciones de Dust Trak 8535. ......................................................... 63 Figura 25. Pantalla de intervalo de registro Dust Trak 8535. ....................................................... 64 Figura 26. Regiones de la pantalla durante monitoreo Dust Trak 8535. ...................................... 65 Figura 27. Ventana de inicio software 'Trak Pro'. ......................................................................... 67 Figura 28. Ventana ‘NDIS Communications’ Trak Pro. .............................................................. 68 Figura 29. Ventana ‘Receive Test From Instrument’ Trak Pro. ................................................... 69 Figura 30. Ventana ‘Download Test Data’ Trak Pro. ................................................................... 69 Figura 31. Exportar datos desde Trak Pro. ................................................................................... 70 Figura 32. Ventana ‘Export Test Data’ Trak Pro. ......................................................................... 71 Figura 33. Calibración 'PM2.5 vs Tiempo' (Prueba 1). ................................................................ 76 Figura 34. Calibración ‘Dispersión de datos’ (Prueba 1). ............................................................ 77 Figura 35. Calibración 'Dispersión de datos corregida' (Prueba 1)............................................... 78 Figura 36. Pruebas con flujo de agua continuo - Aire ambiente. .................................................. 79 Figura 37. Pruebas con flujo de agua continuo - Incienso. (Prueba 2). ........................................ 80 Figura 38. Fotografía del esquema de monitoreo de remoción de PM con columna de lavado y
Pall Rings – Ubicación de incienso (PRUEBA 1). ............................................................... 81 Figura 39. Pruebas de empaques húmedos sin flujo de agua - Aire ambiente. (Prueba 1). .......... 82 Figura 40. Pruebas sin flujo de agua con empaques húmedos - humo de combustión de incienso.
(Prueba 1). ............................................................................................................................. 83 Figura 41. Calibración 'PM2.5 vs Tiempo'. (Prueba 2). ............................................................... 86
viii Figura 42. Calibración ' Dispersión de datos'. (Prueba 2). ....................................................... 86
Figura 43. Fotografía de prueba de remoción de PM con columna de lavado y Pall rings -
Ubicación de incienso (PRUEBA 2)..................................................................................... 88 Figura 44. Pruebas con flujo de agua continuo - Aire ambiente 1h. ............................................. 89 Figura 45. Pruebas con flujo de agua continuo - Incienso 1h. (Prueba 2). ................................... 90 Figura 46. Pruebas con flujo de agua continuo - Aire ambiente 1/2 h. (Prueba 2) ....................... 91 Figura 47. Pruebas con flujo de agua continuo - Incienso 1/2 h. .................................................. 93 Figura 48. Pruebas sin flujo de agua con empaques húmedos - Incienso 1/2 h. (Prueba 2). ........ 94 Figura 49. Pruebas sin flujo de agua con empaques húmedos - Aire ambiente 1/2h. (Prueba 2). 95 Figura 50. Imagen en 3D de columna diseñada con mejoras. .................................................... 101 Figura 51. Diagrama de flujo 'Seguimiento y monitoreo'. .......................................................... 102
1
Glosario
Abrasivo. Acción y efecto mediante los cuales se produce el desgaste de algo por
el método de la fricción. Producto que se emplea de manera habitual para llevar a cabo el
desgaste o el pulimento de una sustancia dura mediante la fricción o el bruñido. Los
productos abrasivos actúan sobre otros materiales para pulir, amolar, desbastar y acabar
(SGA-PE Marketing, 2017).
Biocompatible. Capacidad de un material para no interferir ni degradar el medio
biológico en el cual son utilizados. También llamados biomateriales. La
biocompatibilidad se aplica principalmente a los materiales médicos en contacto directo,
breve o prolongado, con los tejidos y fluidos internos del cuerpo (Estudio de la
biocompatibilidad, 2019).
Biodegradable. Elemento con capacidad de descomponerse de forma natural y
ecológica (Redondo, 2018). Producto que se descompone o desintegra con relativa
rapidez en sus elementos químicos que lo conforman dejando compuestos simples. Las
formas de descomposición pueden ser abióticas, mediante proceso físico o químico, o
bióticas, por organismos vivos, siempre y cuando se den las circunstancias ambientales
indicadas de temperatura, humedad, luz, oxígeno, etc. (Caurin, 2018).
Caída de presión. Es la disminución de la presión de un fluido, dentro de un
conducto, que tiene lugar cada vez que dicho fluido atraviesa un estrangulamiento o un
elemento de utilización (Motorgiga, 2019).
Calibración. Conjunto de operaciones que establecen, en condiciones
especificadas, la relación entre los valores de una magnitud indicados por un instrumento
2
o un sistema de medida, o los valores representados por una medida materializada o por
un material de referencia, y los valores correspondientes de esa magnitud realizados por
patrones. Permite comprobar las desviaciones de indicación de instrumentos y equipos de
medida por comparación con patrones con trazabilidad nacional o internacional. Con los
resultados de calibración se puede determinar las correcciones a aplicar en las
indicaciones de los instrumentos (Alpe, 2018).
Calidad del aire en interiores (IAQ). Se refiere a la calidad del aire dentro y
alrededor de los edificios y estructuras, especialmente en lo que respecta a la salud y la
comodidad de los ocupantes que hacen parte del espacio intramural (EPA, 2018). Ésta, la
determinan los niveles de contaminantes presentes en el aire que respiramos. Es el
conocimiento de la exposición total (acumulada a lo largo de un día en nuestras muchas
actividades) lo que es importante en términos de salud (Instituto Valenciano de la
Edificación, 2018).
Columna de lavado o columna empacada. Instalación cuyo objetivo principal
es limpiar una emisión gaseosa de los contaminantes que contiene. Habitualmente, las
moléculas de contaminante del aire son separadas del flujo gaseoso al entrar en contacto
con un líquido (que puede ser agua, un reactivo químico o una combinación de éstos) por
medio de una superficie de contacto conocida con el nombre de empaque (Condorchem
envitech, 2019).
Contaminación atmosférica. Es el fenómeno de acumulación o de concentración
de contaminantes en el aire (Minambiente, 2010).
3
Contaminantes. Fenómenos físicos o sustancias, o elementos en estado sólido,
líquido o gaseoso, causantes de efectos adversos en el medio ambiente, los recursos
naturales renovables y la salud humana que, solos o en combinación, o como productos
de reacción, se emiten al aire como resultado de actividades humanas, de causas
naturales, o de una combinación de éstas (Minambiente, 2010).
Corrosivo. Material que se altera y destruye químicamente al ser expuesto a
sustancias con esta propiedad. Llegan a presentar el deterioro de la superficie hasta
generar daños irreversibles debido a la desintegración del material en sus átomos
constitutivos (Federación de enseñanza, 2011).
Desviación estándar. Índice numérico que mide el grado de dispersión o
variabilidad de un conjunto de datos (o población). Es un promedio de las desviaciones
individuales de cada observación con respecto a la media de una distribución. Mientras
mayor es la desviación estándar, mayor es la dispersión de la población. Se halla
midiendo la diferencia entre cada valor del conjunto de datos y la media del conjunto de
datos como primera instancia. Luego, se suma todas estas diferencias individuales para
dar el total de todas las diferencias. Por último, se divide el resultado por el número total
de observaciones para llegar a un promedio de las distancias entre cada observación
individual y la media ( Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey ,
2019).
Lecho empacado. Lecho conformado por empaque vaciado dentro de una
columna permitiendo un arreglo al azar, que sirve como superficie de contacto entre la
fase líquida y la fase gaseosa de una columna de lavado para adsorber el contaminante
4
del flujo de gas. Se usan de materiales como madera, metal, vidrio, carbono y plástico
(Salazar, 2012)
Maleable. Material que permite deformarse para ser moldeado y trabajado con
facilidad al ser sometido a altas temperaturas, sin necesidad de quebrarlo o romperlo
(Federación de enseñanza, 2011).
Material particulado (PM). Es una mezcla de partículas líquidas y sólidas, de
sustancias orgánicas e inorgánicas, que se encuentran en suspensión en el aire
produciendo reacciones químicas en este. Su composición es muy variada, sus principales
componentes son los sulfatos, nitratos, el amoníaco, el cloruro sódico, el carbón, polvos
de minerales, cenizas metálicas y agua (Organización Mundial de la salud, 2018).
Media aritmética. Medida de posición central más utilizada que se determina con
la suma de todos los valores observados, dividido por el número total de observaciones
(Martínez, 2015).
Pall ring. El anillo Pall, es un cilindro con paredes ranuradas y lenguas o
costillas internas, siendo el diámetro y la altura del anillo iguales. Son fabricados en
Polipropileno (PP) y una gran variedad de metales (AISI 304, AISI 304 L, AISI 316,
AISI 316 L, SAE 1010, Aluminio, Cobre, etc.); y están disponibles en las siguientes
medidas standard: Plásticos 5/8”,1”,1½”,2”y 3”; Metálicos 1”, 1½”, 2” y 3½” (Besora,
2019).
PM 10. Material particulado con un diámetro aerodinámico menor o igual a 10
micrómetros nominales (Minambiente, 2010).
5
PM 2,5. Material particulado con un diámetro aerodinámico menor o igual a 2,5
micrómetros nominales (Minambiente, 2010).
Poliácido láctico (PLA). Poliéster alifático termoplástico derivado del ácido
láctico. Material altamente versátil, que se hace a partir de recursos renovables al 100%,
productos tales como almidón de maíz (en los Estados Unidos), tapioca (raíces, o
almidón principalmente en Asia) o caña de azúcar (en el resto de mundo). Este ácido
tiene muchas características equivalentes e incluso mejores que muchos plásticos
derivados del petróleo, lo que hace que sea eficaz para una gran variedad de usos. Se
pueden biodegradar bajo ciertas condiciones, tales como la presencia de oxígeno
(Chemical Market Reporter, 2011).
Porosidad. Capacidad que tienen determinados materiales de absorber o dejar
pasar a través de sí ciertas sustancias en fase líquida o gaseosa, por medio de espacios
vacíos presentes en su estructura. Describe la porción de espacios “huecos” o vacíos en
determinado material. Se representa por medio de la porción del volumen de estas
cavidades dividido entre el volumen de la totalidad del material estudiado (Muhye, 2018).
Termoplástico. Corresponde al conjunto de materiales que están formados por
polímeros que se encuentran unidos mediante fuerzas intermoleculares, formando
estructuras lineales o ramificadas. Permiten una deformación plástica al ser calentados,
son solubles en ciertos solventes, varían sus propiedades de resistencia y elasticidad
dependiendo de la concentración de polímeros y de la estructura que presenten (amorfas
y cristalinas) (Los Adhesivos, 2013).
6
Resumen
La contaminación del aire intramural es un fenómeno que se encuentra en
incremento constante debido al crecimiento poblacional acelerado y el estilo de vida que
se lleva en los centros urbanos. En Colombia anualmente ocurren unas 6.000 muertes por
causa de la contaminación del aire y cerca del 20% están asociadas con la exposición a
elevados niveles de contaminación del aire en espacios cerrados (Banco Mundial, 2007).
Adicionalmente, los costos por muertes y enfermedades asociadas a la degradación
ambiental en Colombia ascienden a los $20,7 billones de pesos equivalentes al 2,6% del
PIB del año 2015, y específicamente para el componente de contaminación del aire
interior expresados en un estudio realizado por el Departamento Nacional de Planeación,
presentan que se le atribuyen 2.286 muertes y 1,2 millones de enfermedades, de los que
resultan costos por mortalidad prematura y atención de enfermedades que superan los $3
billones de pesos, equivalentes al 0,38% del PIB del año 2015 (Departamento Nacional
de Planeación, 2015).
Por esta razón al ser considerado como un aspecto de interés y de importancia por
ser un problema de salud pública, se llevó a cabo el proyecto de “Diseño y construcción
de un prototipo de columna de lavado destinado al control de material particulado para
una vivienda”, con el fin de buscar soluciones al problema de contaminación intramural y
aportar hacia el cumplimiento de la normatividad colombiana en materia de calidad del
aire al disminuir las concentraciones del contaminante en espacios intramurales con el
lavado de partículas por medio del dispositivo.
7
El proyecto se realizó en cinco fases (preliminar, diseño, construcción,
experimental, aplicación). En la fase preliminar se llevó acabo la revisión de antecedentes
y bibliografía correspondiente a diseño de columnas de lavado de material particulado,
tipos y materiales de empaques, materiales de construcción y eficiencias teóricas
esperadas. Para la fase de diseño se realizaron los cálculos pertinentes teniendo en cuenta
la revisión bibliográfica de la fase anterior y usando una hoja de cálculo de Excel para
obtener las dimensiones del dispositivo aplicables a un prototipo para una vivienda.
Tomando un caudal de aire de 2,4 m 3 /min, el aportado por el extractor usado en
el dispositivo, las dimensiones resultantes para la columna fueron de 15 cm de diámetro
por 65 cm de alto, de los cuales 38 cm corresponden a la zona para el lecho empacado,
teniendo en cuenta la elección de empaques de 38 mm. En esta misma fase se desarrolló
el diseñó del empaque por medio de la herramienta AutoCAD, con el fin de generar
innovación en la gama de empaques comerciales existentes. Se fundamentó en la
estructura de las hendiduras branquiales del tiburón peregrino, que posee ranuras con un
eje central en forma de paralelogramo, debido a que este utiliza el mecanismo de
adsorción y absorción de partículas para alimentarse. El empaque modular creado, se
diseñó en forma de pirámide cuadrangular con una dimensión de 38mm.
En la etapa de construcción se usó acrílico como material para el prototipo
experimental de la columna de lavado, cumpliendo con las especificaciones de diseño.
Durante la fase experimental, se usaron tres tipos de empaques en el dispositivo: uno
artesanal (tapas de gaseosa), uno comercial (pall rings) y otro de diseño propio (empaque
peregrino), los cuales fueron evaluados con pruebas de caída de presión y eficiencia de
8
remoción de material particulado con ayuda del equipo DUSTTRAK DRX (Modelo
8537).
La caída de presión experimental, se midió por medio de un manómetro durante
las pruebas en condiciones de laboratorio, y para este se establecieron ángulos de apertura
de la válvula de 0°, 15°, 30°, 45° y 60°, con los cuales se obtuvieron cinco flujos de agua,
entre los que se eligió el de menor caída de presión. Se determinó una caída de presión de
0,05 kPa para los ‘Pall rings’, 0,037 kPa para las ‘Tapas perforadas’ y 0,05 kPa para los
empaques ‘Peregrinos’, valores que se obtuvieron en la apertura del ángulo de 60°, por lo
cual se determina dicha apertura con un caudal de agua de 3 l/s aproximadamente, como
permanente en la realización de las pruebas de eficiencia. Adicionalmente, se obtuvo que
la caída de presión teórica usada para el diseño, fue de 0,31 kPa.
Por otro lado, se presentaron eficiencias altas de remoción de material particulado
en las pruebas con incienso en comparación a las pruebas con aire ambiente, por
consiguiente, el equipo es más eficiente con concentraciones altas de material
particulado. La remoción de los empaques para la prueba de flujo de agua continuo e
incienso osciló entre el 70 y 90%, mientras que para la prueba sin flujo de agua e incienso
se evidenciaron eficiencias entre el 85 y 98% de remoción de partículas, concluyendo así,
que la columna tiende a ser más eficiente sin flujo de agua continuo por disminuir la
resistencia del paso del aire por la columna de lavado. Los empaques artesanales (tapas
perforadas) arrojan valores de eficiencia favorables, del 90% al 94% con presencia de
incienso y flujo de agua continuo, y del 97% con incienso y sin flujo de agua con
9
empaques húmedos, por ende, se recomienda el uso de estos como lecho de empacado del
dispositivo pues adicionalmente es fácil y económicamente reemplazable.
Finalmente, en la etapa de aplicabilidad, teniendo en cuenta los resultados se
establecieron modificaciones en el diseño de la columna, con el fin de corregir las fallas
presentadas en el prototipo y adecuándola a escala real para una incorporación a futuro en
viviendas.
Adicionalmente, los resultados de este proyecto suplieron la necesidad, en
compromiso con el Programa de Ingeniería Ambiental y Sanitaria de la Universidad de
La Salle, con la participación en el concurso ‘Solar Decathlon 2019’, el cual fue llevado a
cabo en el campus de la Universidad del Valle, en la ciudad de Cali, Colombia, durante
los días del 2 al 15 de Diciembre de 2019. Teniendo en cuenta las pautas de calificación
para el concurso y de acuerdo a los criterios de sostenibilidad e innovación, con
Innonativo, grupo representante de la universidad, se implementó la columna de lavado
en la vivienda, en busca de aportar aire más limpio a una de las zonas comunes de la casa
(sala-comedor). Se instaló en el área de lavado, permitiendo reutilizar el agua empleada
para el funcionamiento del dispositivo, dándole uso doméstico. Posteriormente, se
pretende trasladar la construcción para el municipio de Yopal, Casanare, en las
instalaciones de la Universidad de La Salle sede Utopía, donde se encontrará en
funcionamiento continuo y se exhibirá a la comunidad.
Palabras clave: material particulado, columna de lavado, adsorción de partículas,
contaminación intramural.
10
Introducción
Actualmente, enfrentamos un creciente deterioro de la calidad del aire, debido a
diferentes factores que involucran también los ambientes intramurales, esto ha generado
gran preocupación por parte tanto de los gobiernos como de las entidades ambientales y
de salud. En los espacios interiores las personas pasan del 80 al 90% de su tiempo diario,
según lo informa la Organización Mundial de la Salud (OMS), lo que representa tiempos
prolongados de exposición a los contaminantes y por ende, afectación progresiva de la
salud (Organización Mundial de la Salud, 2015). Este factor es el responsable a nivel
mundial de la muerte de aproximadamente 1.6 millones de personas (Secretaria de Salud,
2012), de las cuales más del 50% fueron por neumonía en menores de 5 años,
enfermedad causada por partículas inhaladas en interiores con aire contaminado
(Organización Mundial de la Salud, 2018).
El Instituto Nacional de Salud -INS- en el informe final de IRA para el año 2017, notificó
6.955.075 casos de consulta externa y urgencias por infección respiratoria aguda en
Colombia, de los cuales el 25% ocurrieron en la ciudad de Bogotá, constituyéndose como
la ciudad que más presenta casos de enfermedades relacionadas con la contaminación
atmosférica en el país (Observatorio Ambiental de Bogotá, 2019).
Por consiguiente, el deterioro de la calidad del aire en espacios intramurales como
la vivienda, el trabajo, el transporte y otros espacios públicos y privados, puede constituir
un riesgo al incrementar las tasas de morbilidad y mortalidad. Así lo demuestran estudios
de la Organización Mundial de la Salud donde la mortalidad en ciudades con niveles
11
elevados de contaminación, supera entre un 15% y un 20% a la registrada en ciudades
más limpias (Organización Mundial de la Salud, 2005).
Los efectos del material particulado sobre la salud, dependen de los niveles de
exposición a los que está sometida la población. . La exposición crónica a las partículas,
aumenta las tasas de hospitalización por exacerbación de enfermedades respiratorias, la
prevalencia de uso del broncodilatador, la mortalidad diaria, y adicionalmente el riesgo
de sufrir enfermedades cardiovasculares y respiratorias como obstrucción pulmonar
crónica, tos, reducción de la función pulmonar y el cáncer de pulmón (Organización
Mundial de la Salud, 2005).
Este tipo de enfermedades se asocian a la exposición a contaminantes derivados
de la combustión de carburantes sólidos en fuegos abiertos, cocinas tradicionales en
espacios cerrados y combustión de biomasa usada para calefacción (World Health
Organization , 2016). Pero no solo la contaminación del aire interior proviene del uso de
combustibles sólidos, también influyen las condiciones del aire exterior circundante a las
viviendas. En este caso, la cercanía de la vivienda (o establecimiento) a fuentes de
emisión fijas como industrias, vías en mal estado o con movilidad constante de vehículos
de cualquier tipo o la presencia de polvo o tierra dentro del espacio intramural, favorecen
la exposición a partículas respirables (PM10 y PM2.5) (Vargas & Gallego, 2005).
Sin embargo, pocas soluciones se han desarrollado para disminuir y controlar la
calidad del aire intramural, pues son escasos los estudios respecto al tema. Por ende,
pocos se encaminan hacia el desarrollo de prototipos basados en equipos industriales, que
suplan la necesidad de disminuir la concentración de los contaminantes en espacios
12
intramurales, y que además, puedan ser adecuados e implementados en el interior de
viviendas.
Este proyecto busca aportar una solución ante la problemática de contaminación
intramural, a partir del diseño de una columna de lavado como equipo de control de
material particulado; que sea de fácil implementación y manejo, para así, mejorar la
calidad del aire de espacios intramurales.
El diseñar el dispositivo con vida útil prolongada, con un proceso fácil de
limpieza, uso y mantenimiento, de bajo costo y alta eficiencia, que evidencie la
disminución del material particulado en el aire circundante y aporte una solución ante la
problemática de contaminación intramural, garantizará la viabilidad del proyecto. Por
consiguiente, el documento presentará el desarrollo de la columna de lavado a partir de
las etapas de: diseño de la columna y un empaque modular; la construcción del prototipo
teniendo en cuenta la primera etapa; la experimentación en condiciones de laboratorio,
con la ejecución de diferentes variables como la exposición al aire ambiente o incienso, al
uso de flujo de agua continuo o en ausencia de agua manteniendo los empaques húmedos,
y el uso de tres tipos de empaques. Finalmente, se incluirá la propuesta de aplicabilidad
del dispositivo, por medio de un diseño básico de la columna de lavado con mejoras, para
implementar dentro de una vivienda.
13
Objetivos
Objetivo general
Diseñar y construir un prototipo de una columna de lavado como sistema de
control de la contaminación por material particulado para una vivienda, que permita ser
lavado y regenerado con la finalidad de garantizar una vida útil prolongada del
dispositivo.
Objetivos específicos
1. Diseñar y construir un prototipo de columna de lavado con agua y un empaque
modular fácilmente reemplazable, que aproveche el flujo de ventilación de una
vivienda para controlar las concentraciones de material particulado ambiental.
2. Evaluar la eficiencia de remoción de material particulado del prototipo
experimental con tres empaques diferentes en ambiente de laboratorio, a partir de
condiciones de adsorción y porosidad presentes en cada uno de estos.
3. Proponer el diseño básico de una columna de lavado como sistema de control de
material particulado para una vivienda que se encuentre afectada por el deterioro
de la calidad de aire.
14
Capítulo 1
Marco de referencia
Marco conceptual
La contaminación atmosférica es un problema ambiental debido a las actividades
antrópicas el cual afecta el componente aire y genera afectaciones sobre la salud y calidad
de vida (Isglobal.org, 2019). En cuanto a la calidad de vida y salud humana, la exposición
a partículas suspendidas se ha relacionado con enfermedades respiratorias. Algunos
estudios han demostrado que las consultas médicas relacionadas a enfermedades
respiratorias como asma ha aumentado conforme aumenta la concentración de PM10 y
PM2.5 (WHO, 2018).
Se ha demostrado que la calidad del aire en interiores en ocasiones es igual o peor
que en exteriores, lo cual implicaría un grave riesgo para la salud humana teniendo en
cuenta que gran parte de la población se encuentra entre 75% y 90% del tiempo en
interiores. Y acercándose al 100% en los grupos vulnerables (Enfermos, ancianos y
lactantes), además, aproximadamente 3000 millones de personas en el mundo calientan
sus hogares con fuegos abiertos y poseen cocinas en los que queman biomasa
(excrementos, madera, residuos agrícolas, etc.) y carbón. (WHO, 2018).
La calidad del aire en interiores (IAQ) se refiere a la calidad del aire dentro y alrededor
de edificaciones y estructuras, especialmente a lo que se refiere con comodidad y salud.
Comprender y controlar la IAQ puede ayudar a reducir enfermedades y afectaciones
sobre la salud humana (EPA, 2018).
15
Se aplica el término de ambientes interiores a aquellos espacios intramurales no
industriales: edificios de oficinas, edificios públicos (colegios, hospitales, teatros,
restaurantes, etc.) y viviendas particulares. Las concentraciones de contaminantes en el
aire interior de estas estructuras suelen ser similares a las encontradas habitualmente al
aire exterior, y mucho menores que las existentes en el medio ambiente industrial (Solá,
1998).
Existen diferentes tipos de contaminantes de origen antrópico los cuales son
generados principalmente en actividades de combustión, ya sea de fuentes móviles
(vehículos) o fuentes fijas (industrias) (Aránguez, Ordoñez, Serrano, Aragonés, &
Fernández, 2009). Estos se clasifican en contaminantes primarios y secundarios, los
primeros proviene directamente de una fuente de emisión y los segundos son producidos
por diferentes reacciones que sufren los contaminantes primarios en la atmósfera
(Ballester, 2005).
El material particulado es el conjunto de partículas sólidas o líquidas que son
emitidas a la atmósfera, dentro de este se encuentran partículas provenientes de
combustión, material resuspendido de vías, entre otros (Arciniegas, 2011).
El PM está compuesto por partículas suspendidas en el aire y por lo general se
monitorea como PM10 y PM2.5 que comprende las partículas cuyo diámetro aerodinámico
es menor a 10 micrómetros y menor a 2.5 micrómetros respectivamente (Ministerio de
Ambiente, 2010).
Existen diversos dispositivos usados para reducir las emisiones atmosféricas
como ciclones, multiciclones, lavadores venturi, precipitadores electrostáticos, filtro de
16
mangas y filtros de carbón activado (Suárez, 2012). Uno de los más sencillos es una
columna empacada que usualmente es utilizada con el fin de absorber gases y partículas,
su fundamento se encuentra en la transferencia de la fase gaseosa a la fase líquida por
medio de una superficie de contacto provista por un empaque. La característica principal
de estos materiales de empaque es la alta relación entre la superficie y el volumen (gran
superficie en poco volumen), la cual permite mayor contacto entre las dos fases y facilita
la trasferencia de gases hacia el líquido. Este dispositivo opera separando componentes
de una fase gaseosa por medio de una fase líquida, en este caso agua; este procedimiento
permite la remoción de PM proveniente del aire de la vivienda. Los beneficios de la
adecuación de uno de estos dispositivos en una vivienda son principalmente, su tamaño
compacto sin un peso excesivo, la facilidad de adecuación en cualquier parte de la
vivienda, no retiene prolongadamente el líquido o el gas, proporciona buen contacto entre
el líquido y el gas, no se usa mayor espacio y su costo es razonable, lo cual lo hace
accesible y de uso fácil (Espinola, 2011).
Marco teórico
Entendiendo la naturaleza de la investigación se construye el siguiente marco
teórico que incluye datos e información que evidencian la problemática que genera la
contaminación intramural, adicional a esto se identifican las principales fuentes de
contaminación y contaminantes del aire interior, los efectos en la salud del hombre y las
generalidades de la columna de lavado como dispositivo que podrá disminuir los niveles
de contaminación por PM en interiores.
17
Para empezar, según la Organización Mundial de la Salud en el 2012 se perdieron
12,6 millones de vidas debido a condiciones ambientales poco saludables,
aproximadamente una cuarta parte del total mundial de muertes. Estas son asociadas a
factores que se encuentran relacionados principalmente con la contaminación de recursos
esenciales como el aire, agua y el suelo (OMS, 2016). La contaminación atmosférica es el
principal riesgo ambiental en cuanto a la salud de las personas. La OMS estimó que una
de cada nueve muertes en el mundo se encuentra asociadas a la contaminación
atmosférica (OMS, 2016).
El PM con un diámetro de 10 micras o inferior se reconoce como uno de los
contaminantes atmosféricos de mayor importancia para la salud humana. Este
contaminante puede ingresar en los pulmones e inducir reacciones en la superficie
pulmonar y alterar las células de defensa del organismo. En la Tabla 1 se presenta la
exposición máxima de PM que la OMS recomienda:
Tabla 1. Niveles recomendados para material particulado ambiental.
PM 10 PM 2.5
Anual 20 μg/m3 10 μg/m3
24h 50 μg/m3 25 μg/m3
Nota: Recuperado de: “Calidad de aire y salud”, de OMS. 2018.
La contaminación atmosférica en los centros urbanos es un fenómeno que se
encuentra en constante crecimiento debido al incremento acelerado de la población y así
mismo de vehículos y actividad industrial, convirtiéndose en una problemática de salud
18
pública relevante tanto así que los gobernantes de las principales ciudades del mundo han
llegado a reconocer a la contaminación atmosférica como uno de los desafíos a resolver
más importantes en la actualidad (Siemens A.G., 2008).
Esta problemática ambiental se considera de gran trascendencia debido a que
afecta la salud y la calidad de vida de los habitantes de grandes ciudades como es el caso
de Bogotá y Medellín, las ciudades de Colombia que más se ven afectadas por este
acontecimiento. Con la reducción de la contaminación atmosférica, las grandes ciudades
pueden reducir la morbilidad derivada de cáncer de pulmón, accidentes
cerebrovasculares, asma y otras enfermedades respiratorias (OMS, 2018).
A la contaminación del aire en interiores, se le atribuye un impacto muy superior
debido a la exposición de contaminantes, esto se encuentra evidenciado tanto en la
morbilidad como en la mortalidad de la población mundial. Así mismo, teniendo en
cuenta que los problemas predominantes en cada región dependen de aspectos climáticos,
socioeconómicos y culturales, se determina una afectación mayor sobre todo en los países
subdesarrollados y principalmente en las zonas rurales. (Esquivel & Valdés, 2006).
Por lo anterior, la deficiencia en la calidad del aire en ambientes urbanos no es
una problemática que afecta únicamente ambientes extramurales, debido a que también se
presenta en espacios cerrados tales como viviendas, oficinas y medios de transporte. La
calidad del aire exterior determina en cierta medida la calidad del aire intramural. Las
concentraciones de contaminantes pueden ser entre 2 y 5 veces mayores en ambientes
intramurales que en ambientes exteriores y representa un riesgo más significativo para la
19
salud humana, debido a que las personas pasan del 70% al 90 % de tiempo en ambientes
interiores (Organización Mundial de la Salud, 2015).
Según la EPA (Environmental Protection Agency) se estima que de la exposición
total a químicos en las personas se presenta el 72% en ambientes interiores y de acuerdo a
un análisis del Banco Mundial en Colombia anualmente ocurren unas 6.000 muertes por
causa de la contaminación del aire y cerca del 20% de estas muertes están asociadas con
la exposición a elevados niveles de contaminación del aire en espacios cerrados (Banco
Mundial, 2007). En vista de que se ha demostrado la relación entre la contaminación del
aire en espacios interiores y la afectación a la salud humana, en los últimos años esta
problemática se ha vuelto relevante para las autoridades ambientales y de salud pública
(Franco, 2012).
Fuentes de contaminación y contaminantes del aire interior. A continuación,
se presentan las generalidades de las posibles fuentes de contaminación de PM y los tipos
de contaminantes en microambientes.
La incidencia del diseño arquitectónico es el primer factor de contaminación del aire
intramural. Unificar sostenibilidad y eficiencia energética, con los edificios y las ciudades
inteligentes, forma parte de los retos actuales en el campo del urbanismo, la arquitectura
y la construcción, debido a que dichos requerimientos no deben implicar una pérdida de
la calidad del ambiente interior y deben incluir el máximo aislamiento térmico, conseguir
una alta ventilación y apostar por las nuevas tecnologías. La elección de los materiales de
construcción, técnicas constructivas, instalaciones, acabados, etc., deben primar el
conseguir un espacio interior que garantice el bienestar y una mejor calidad ambiental.
20
Una considerable cantidad de las edificaciones en la actualidad, poseen varias de las
generalidades de posibles fuentes de contaminación mencionadas, la construcción de
edificios diseñados para ser herméticos que reciclan el aire con una proporción menor de
aire fresco procedente del exterior con el fin de aumentar su rentabilidad energética, traen
problemas agravados en la calidad del aire de interiores (Figura 1). Actualmente se acepta
de forma general que los edificios que carecen de ventilación natural presentan riesgo de
exposición a contaminantes (Solá, 1998).
Por otro lado, tanto los materiales de construcción, muebles y sistemas de
ventilación convencionales, donde predominan el ladrillo, la madera y el acero, como los
materiales modernos, generan contaminación, unos en pequeña y otros en gran cantidad,
pero juntos contribuyen al deterioro de la calidad del aire interior (Solá, 1998).
21
Figura 1. Diferentes fuentes de contaminación interior y exterior que afectan una
edificación.
Fuente: (Solá, 1998)
Otro factor de incidencia en la calidad del aire interior es la ventilación. Es
importante mencionarlo porque las características y funcionamiento del sistema de
ventilación serán cruciales pues influirán considerablemente en la calidad del aire
interior, debido a que esta debe proporcionar la cantidad de aire suficiente para permitir
la dilución de sustancias contaminantes y mantener su concentración por debajo de los
niveles nocivos para la salud (Carazo, Fernández , González, & Rodríguez , 2013),
además de conservar las condiciones de temperatura al interior (Venegas, 2010). Se ha
demostrado en estudios que practicas inadecuadas de ventilación natural pueden
22
deteriorar la calidad del aire en espacios interiores (Tong, Chen, Malkawi, & Kiewicz,
2016) .
La ventilación puede ser inadecuada debido a que el volumen de aire que ingresa
es insuficiente, a altos niveles de recirculación, por una distribución inadecuada de los
puntos de ventilación que generan puntos sin flujo de aire dentro de la edificación y
además por falta de mantenimiento o un diseño incorrecto en el sistema de filtrado. Tal es
su importancia que se ha encontrado una relación clara entre el estado de los diferentes
sistemas de ventilación (natural, aire acondicionado o mixto) y la concentración de
contaminantes en espacios interiores (Carazo, Fernández , González, & Rodríguez ,
2013).
La calidad del aire interior depende fundamentalmente de la calidad del aire
exterior, ya que los tipos de contaminantes de los ambientes interiores no difieren de los
contaminantes en el ambiente exterior, por tanto, este es el tercer factor de mayor
incidencia en ambientes intramurales (Vargas & Gallego, 2005) .
La calidad del aire en estos ambientes está influenciada por las fuentes de
contaminación ubicadas en el área de influencia de la edificación, puesto que este aire
ingresa a los espacios interiores y dependiendo de las fuentes de contaminación cercanas
se presentan diferentes sustancias contaminantes, en el caso de lugares cercanos al paso
de vehículos debido a la combustión del motor se genera la presencia de CO,
hidrocarburos y óxidos de nitrógeno (Carazo, Fernández , González, & Rodríguez ,
2013).
23
El PM es un contaminante primario generado por la combustión ineficiente de
combustibles fósiles, en espacios interiores tiene efectos para la salud al depositarse de
manera irreversible en el tracto respiratorio (Gaviria, Benavides, & Tangarife, 2011), en
cuanto a la fracción respirable se divide en dos grupos con base en su tamaño, PM10 y
PM2.5, para el caso del menor de 10 micrómetros (pm10), la fuente principal es la
combustión de diesel (Carazo, Fernández , González, & Rodríguez , 2013).
Las partículas de tamaño PM2.5 son partículas que contienen hollín y son
introducidas a la atmósfera mediante las emisiones vehiculares e industriales (Quijano,
Quijano, & Henao, 2010).
Ambos contaminantes tienen efectos sobre la salud, principalmente el material
particulado PM2.5 debido a que es respirable un 100% generando mayor impacto para la
salud humana puesto que ingresa directamente al sistema respiratorio asentándose en los
alvéolos de los pulmones. Una vez llegan al torrente sanguíneo aumentan el riesgo de
enfermedades respiratorias y cardiacas, asma, bronquitis, enfisema, cáncer pulmonar, y
disminución del funcionamiento pulmonar (Quijano, Quijano, & Henao, 2010).
Las tres fuentes principales de contaminación del aire, provenientes de la
actividad humana, son: la combustión en fuentes estacionarias (centrales energéticas), la
combustión en fuentes móviles (vehículos) y los procesos industriales. De estas, los
procesos industriales y las fuentes estacionarias de combustión son las generadoras de
más de la mitad de las partículas emitidas al aire (Solá, 1998).
La contaminación del aire interior se conoce como fuente primaria, por ser
actividades que tienen lugar en el interior del inmueble, tales como: el humo de tabaco
24
(tabaquismo pasivo); productos de la combustión para cocina y calefacción; el uso de
biomasa como combustible doméstico; inadecuado funcionamiento de dispositivos de
combustión; ventilación inadecuada o insuficiente renovación del volumen de aire;
compuestos orgánicos volátiles originados principalmente en el mobiliario; productos de
uso doméstico como fuentes de metales pesados (plomo y mercurio), polvo de plomo
proveniente de pinturas viejas, así como el denominado síndrome del edificio enfermo
(Esquivel & Valdés, 2006). Adicionalmente, las pinturas sintéticas, pegamentos,
barnices, ceras, plaguicidas, materiales de construcción, son otras de las fuentes de
contaminación del aire interior (AI) (OSMAN, 2011).
En la Tabla 2 se presentan los factores de contaminación intramural según sus
procedencias, estas pueden ser químicas, biológicas y físicas.
Tabla 2. Factores que inciden sobre la calidad de aire en interiores.
FACTORES QUÍMICOS FACTORES BIOLÓGICOS FACTORES FÍSICOS
Monóxido de carbono Moho Temperatura
Compuestos orgánicos
volátiles (COVs)
Bacterias Humedad relativa
Hongos Ventilación
Humos Levaduras Acústica
Iluminación
Gases Ácaros Gas radón
Electricidad estática
25
Olores Virus Campo eléctrico alterno
Campo
electromagnético
Nota: Recuperado de “Guía de calidad de aire interior” de Fenercom. 2016. Madrid,
Fundación de la energía de la comunidad de Madrid.
A partir de los anteriores factores de incidencia en ambientes intramurales se hace
necesario presentar algunas afectaciones a la salud generadas por dichos contaminantes
(Ver Tabla 3).
Tabla 3. Afectaciones a la salud por contaminación intramural.
Afectaciones a la salud por contaminación intramural
Irritación ojos, nariz, garganta,
piel
Cefaleas
Picor ojos, nariz, garganta, piel Dificultad concentración
Sequedad ojos, piel Fatiga
Rinitis Irritabilidad
Congestión nasal Bajo rendimiento
Resfriados Falta de concentración
Tos Alergias
Disnea Hipersensibilidad ambiental
Problemas respiratorios Lipoatrofia semicircular
Nota: Recuperado de “Guía de calidad de aire interior” de Fenercom. 2016. Madrid,
Fundación de la energía de la comunidad de Madrid.
26
Por otro lado, y para finalizar, teniendo en cuenta las generalidades del
funcionamiento de los equipos destinados al control del PM mencionados en el Marco
Conceptual, se presentarán a continuación las características principales de los
dispositivo usado comúnmente.
Los ciclones son equipos de recolección de partículas que remueven el PM
directamente de la corriente gaseosa basado en el principio de impactación inercial
generado por la fuerza centrífuga tal como se puede observar en la figura 2, separan
partículas con diámetros mayores a 5 µm (Echeverri, 2006).
Figura 2. Funcionamiento de un ciclón.
Recuperado de: (Echeverri, 2006)
27
Los lavadores venturi funcionan mediante inyección fina de líquido a alta
velocidad, el líquido se atomiza y se mezcla con la corriente de gases en la zona de
expansión (Figura 3) (Suárez, 2012).
Figura 3. Funcionamiento de un lavador venturi.
Recuperado de: Loplast.com
El filtro de mangas recoge las partículas sólidas que arrastra una corriente gaseosa
y las hace pasar a través de un tejido poroso, compuesto de material fibroso llamado
mangas (Figura 4) (Suárez, 2012).
Entrada
del gas
Salida
del gas
Depósito de PM y
aguas residuales
28
Figura 4. Funcionamiento de un filtro de mangas.
Recuperado de: Gamoher.com
La columna de lavado inicia el proceso cuando divide el flujo de gas cargado de
partículas finas al enviar muchas gotas pequeñas a través de él. La mayoría de las
partículas finas se adhieren a la gota del líquido al entrar en contacto con ella (Nevers,
1998). El relleno, que puede construirse con diferentes materiales, hace que la corriente
de gas contaminado las atraviese hacia arriba y contacte lo más posible con las películas
de agua que recubren esos materiales (Figura 5).
29
Figura 5. Diagrama esquemático de una torre de lavado común.
Recuperado de: (Salazar, 2012)
El dispositivo cuenta con distribuidor de agua en la parte superior y un flujo de
gas entrante desde la parte inferior funcionando a contraflujo, tal como se puede observar
en la Figura 6 (Calvo, 2002).
30
Figura 6. Esquema de una columna de lavado a contraflujo.
Recuperado de: (Calvo, 2002)
Los disolventes más utilizados en los lavadores de gases son el H2O, H2O con
NaOH, H2O con Etanolamina y H2O con KOH. Para nuestro proyecto es pertinente el uso
de agua (Calvo, 2002).
Respecto al relleno, en las columnas de lavado se suelen utilizar materiales como
los indicados en la Tabla 4, que se clasifican en función del gas a disolver y del
disolvente a utilizar. La base del relleno es una malla de un material que también se
selecciona en función del gas a tratar y del disolvente que se vaya a emplear. En
principio, se utilizan madera, metal, vidrio, carbono o plástico (Calvo, 2002).
31
Tabla 4. Materiales de los rellenos o empaques.
Tipo de material Material Relleno
Cerámico Porcelana
Gres
Anillos Raschig
Anillos Lessing
Anillos Pall
Monturas Berl
Monturas
Intalox
Metálico Aluminio
Acero dulce
Aleaciones
diversas
Plástico
Carbono
Nota: Recuperado de “Control de emisiones. En Tratado de la contaminación
atmosférica: problemas, tratamiento y gestión.”de Calvo, M. S. 2002. Madrid.
726.p 734-737
Variables como la eficiencia de absorción, es decir de remoción de PM, la
dimensión de la superficie de contacto para mejorar el rendimiento del proceso que
facilita y amplia el contacto interfaces, la perdida de cargas, caída de presión y factores
incidentes (temperatura de gases a la entrada y salida, caudal del gas, caudal del líquido
lavador, concentración del gas contaminante, niveles de corrosión, incrustación y
colmatación) deben ser evaluarlos y controlarlos en la mayoría de los dispositivos,
teniendo en cuenta su aplicabilidad y complejidad en el diseño para garantizar buen
funcionamiento del equipo (Calvo, 2002).
Adicionalmente, es necesario contar con un protocolo de limpieza y
mantenimiento del equipo para garantizar una vida útil prolongada del mismo.
32
Marco legal
Tabla 5. Marco legal
NORMA TÍTULO DESCRIPCIÓN APLICABILIDAD
AL PROYECTO
Decreto 1076 de
2015
Por medio del cual
se expide el Decreto
Único
Reglamentario del
Sector Ambiente y
Desarrollo
Sostenible
Norma compilatoria
en el cual se
reglamenta decreta
todo lo asociado con
el medio ambiente;
el Ministerio de
Ambiente y
Desarrollo
Sostenible y otras
unidades
administrativas
especiales, entre
otros.
El prototipo de
columna de lavado
para control de
material particulado
podría ayudar a
generar avances en
materia de
sostenibilidad para
el país, cumpliendo
con el presente
decreto.
Resolución 2254
del 2017
Por la cual se adopta
la norma de calidad
del aire ambiente y
se dictan otras
disposiciones.
Se encuentran los
niveles máximos
permisibles y los
tiempos de
exposición de los
contaminantes
criterio, tóxicos,
entre otros criterios.
Para una posible
implementación en
el futuro del
dispositivo en
ambientes
intramurales
afectados por la
contaminación del
aire, tener presentes
los niveles máximos
permisibles en
Colombia, aplicando
los siguientes
artículos:
Artículo 2. Niveles
máximos
permisibles de
exposición a
material particulado
(PM10 y PM2.5)
Artículo 10. Rangos
de concentración
33
para declaratoria de
niveles de
prevención, alerta o
emergencia
Protocolo para el
Monitoreo y
seguimiento de la
calidad de aire
Manual de
operaciones de
sistemas de
vigilancia de la
calidad del aire
Documento que
incluye los
procedimientos de
ejecución en el
monitoreo de
calidad de aire.
Adoptado por la
Resolución 650 de
2010 y modificado
por la Resolución
2154 de 2010.
En el prototipo se
realizarán pruebas
de eficiencia bajo
los criterios y las
técnicas de medición
definidas por el
protocolo.
Directrices de la
OMS sobre la
calidad del aire en
interiores
Directrices de la
OMS sobre la
calidad del aire en
interiores: quema de
combustibles en los
hogares
Formulación de
recomendaciones
técnicas sobre las
condiciones
adecuadas para el
uso de combustibles
y tecnologías en las
viviendas.
En el diseño de la
columna se tuvo en
cuenta el número de
renovaciones del
aire por hora,
necesarias para que
en una habitación no
existan
concentraciones de
PM que excedan los
valores permisibles.
Nota: Elaboración propia.
34
Capítulo 2
Metodología. Desarrollo metodológico
A continuación, la metodología implementada conceptualmente:
Figura 7. Diagrama de flujo de metodología. Elaboración propia.
35
Tabla 6. Desarrollo metodológico.
Fase Proceso/
actividad
Resultado/
producto
Datos-
información
requerida
Materiales y
métodos
Preliminar Revisión de
antecedentes.
Información
guía de
equipos de
remoción de
PM usados en
hogares.
Investigaciones
relacionadas
con la
recolección de
PM en
ambientes
intramurales
con equipos.
Computadores,
biblioteca de la
Universidad de
La Salle,
biblioteca virtual
de la Universidad
de La Salle.
Consultar
información del
diseño de la
columna.
Ecuaciones y
metodología
base del
diseño.
Información de
diseño de
‘Scrubbers’,
como base.
‘Stanford
Research Institute
Journal 5’
Libros: ‘Sources
and control of air
pollution’ de
Jennings y Lynn,
‘Air pollution
control’ de
Cooper y Alley.
Diseño Realización de
cálculos de
diseño básico
de la columna.
Dimensiones
de columna,
cama de
empaques.
Metodología y
apliación de
ecuaciones de
diseño de
‘Scrubbers’,
como base.
Microsoft Excel,
libros
mencionados,
computadores,
calculadoras.
Desarrollar
diseño propio
de empaques de
remoción de
PM.
Plano de
estructura de
empaque.
Investigaciones
relacionadas
con organismos
naturales que
utilicen
mecanismos de
absorción y
adsorción de
partículas.
Revistas:
‘Proceedings of
the Zoological
Society of
London’ y
‘National
Geographic’
Construcción Fabricar la
columna en
acrílico.
Columna en
acrílico.
Hoja de cálculo
de diseño
básico de la
columna.
Materialización
de la columna en
acrílico a cargo de
Aluacryl Creativa
S.A.S.
36
Ensamble de
tubería y
accesorios de la
columna.
Equipo de
control de
PM.
Tubería en PVC
de ½” agua fría y
agua caliente,
uniones de ½” y
de 2”, codos y
uniones en rosca
de ½”, masilla y
registro de paso
de agua de ½”.
Fabricación de
los empaques
de diseño
propio.
Empaques de
diseño propio
Diseño de los
empaques con
el programa
AutoCAD 3D.
Materialización
de los empaques
en PLA, color
blanco en
impresiones 3D.
Experimental Realización de
pruebas de
caída de presión
y medición de
caudal de
entrada de aire
al equipo.
Datos de
caída de
presión y
velocidad del
aire por
empaque al
inicio de cada
prueba.
Manual de uso
de anemómetro
tipo pluma con
lectura de
mínimos y
máximos,
referencias de
uso de
manómetro.
Espacio de
laboratorio
asignado
(Calidad de aire)
en el CTAS de la
Universidad de
La Salle, un
manómetro
(salida),
mangueras, un
anemómetro tipo
pluma con lectura
de mínimos y
máximos, una
extensión, un
punto de
provisión de agua
y equipo columna
de lavado.
Realización de
pruebas de
eficiencia
Datos de
ingreso de PM
a la entrada
del equipo y
datos de
remoción de
PM a la
salida.
Manual de uso
de equipo
“Operation and
maintenance
manual, P/N
6002097” Dust
trak
Environmental
Enclosure
modelo 8535,
manual de
Espacio de
laboratorio
asignado
(Calidad de aire)
en el CTAS de la
Universidad de
La Salle, dos
equipos de Dust
trak
Environmental
Enclosure modelo
37
software Trak
Pro para
descarga de
datos
obtenidos.
8535 (entrada y
salida de aire),
computador,
software Trak
Pro, extensión, un
punto de
provisión de agua
y equipo columna
de lavado.
Aplicación Implementación
de las mejoras
en el diseño
inicial de la
columna.
Diseño
optimizado de
la columna.
Resultados
obtenidos en la
fase
experimental.
AutoCAD 3D y
Formato stl de
empaques
mejorados.
Desarrollo de
diseño de
columna a
escala para una
vivienda.
Referencias
de tamaño
posibles para
diferentes
tamaños de
vivienda
común.
Hojas de
cálculo de
diseño básico
de la columna,
medidas de
viviendas
ordinarias.
Microsoft Excel,
‘Directrices de la
OMS sobre la
calidad de aire en
interiores: quema
de combustibles
en los hogares’
(2014) Y
AutoCAD.
Elaboración de
manual de
operación del
equipo.
Manual de
operación del
equipo.
Información
obtenida en la
fase
experimental.
Microsoft Word,
AutoCAD
Nota: Elaboración propia
Fase I. Preliminar. La revisión de antecedentes se realizó tomando como fuentes
principales de información, prototipos construidos para recolección de PM en diferentes
partes del mundo a nivel industrial y diseños propuestos para aparatos similares a la
columna de lavado con agua, en los libros ‘Air Pollution control’ de Cooper y Alley, y
‘Sources and control of air pollution’ de Jennings y Lynn, en donde se encontraron
también tipos y materiales de empaques.
La tasa de ventilación inducida para interiores en una vivienda, se determinó con el fin de
establecer el tiempo en el que se evacúa el aire caliente acumulado dentro de un espacio o
38
edificio y las veces de renovación del mismo, a partir de la revisión de las ‘Directrices de
la OMS sobre la calidad de aire en interiores: quema de combustibles en los hogares’
(OMS, 2014), la cual proporciona información y dictamina los valores máximos
permisibles en 0.23 mg/min para PM 2.5 sin ventilación en una vivienda y una tasa de
renovación del aire en 15 veces por hora para una cocina de 30 m3, con el fin de evitar los
efectos negativos en la salud atribuibles a esta fuente de contaminación del aire; por lo
cual, se integró al diseño un extractor comercial de cuatro pulgadas que opera con un
caudal de 144 m3/h , renovando el aire 9 veces por hora de un espacio de 16 m3 y
permitiendo un flujo de aire constante a través de la columna.
Fase II. Diseño. Para la definición del objeto de estudio, se tiene en cuenta la
calidad del aire en ambientes intramurales, es por esto que el objetivo de realizar este
diseño de columna de lavado prima principalmente en la mejora de la calidad del aire de
las viviendas cuyas concentraciones de PM en el interior, estén por encima de la norma y
afecten las condiciones de vida de las personas que habitan ese lugar.
Criterios de selección de la columna. De acuerdo a las características propuestas
de remoción de aerosoles en ambientes intramurales y basados en las recomendaciones
incluidas en el Journal 5 de Stanford Research Institude (Stanford Research Institute
Journal 5, 1961), el tipo de equipo indicado para la purificación de aire con partículas de
diámetro desde 0,01 m es un equipo de lechos empacados, tal como se puede observar
en la figura 8.
39
Figura 8. Características de las partículas y los dispersoides.
Recuperado de: (Stanford Research Institute Journal 5, 1961)
La columna de lavado es un equipo que funciona con el aire al interior de las viviendas,
recolecta PM en su interior y expulsa el gas (aire) sin dicho contaminante. Este
procedimiento se da a través del intercambio de agua y aire en flujo contrario, pasando
por medio de una cama de empaques que por su porosidad adsorben las partículas.
El diseño se realizó en el programa Microsoft Excel, en el cual se formularon diferentes
hojas de cálculo para determinar alturas, diámetros, eficiencias, caída de presión y
caudales (Apéndice A) todo, sobre la base de la información recolectada en libros de
equipos similares y teniendo en cuenta las dimensiones de una vivienda ordinaria.
En el libro ‘Sources and control of air pollution’ (Jennings & Lynn, 1999), se encuentra
el diseño de un purificador travsversal con cama de empaques o ‘Transverse packed bed
scrubber’, el cual es un equipo que opera recolectando PM de forma horizontal a partir de
una cama empacada donde la superficie de contacto agua-aire se da en flujo trasversal,
40
este diseño se usa generalmente en industrias que generan emisiones de partículas; con
base en este diseño se realizó el diseño de la columna de lavado para este proyecto.
En la elaboración del diseño se usó el programa ‘Microsoft Excel’, inicialmente se creó
una hoja de cálculo y se sectorizó en dos tablas ‘PARÁMETROS DE DISEÑO’ y
‘MEMORIAS DE CÁLCULO’; en ‘PARAMETROS DE DISEÑO’ se introdujeron los
datos, incluyendo densidad de partícula (𝜌𝑝) - dato teórico, diámetro de partícula (𝐷𝑝),
viscosidad del aire a 20 °C () – dato teórico, caudal del aire (𝑄𝑎) - tomado de las
especificaciones del manual de operaciones del extractor comercial de 4”, área trasversal
de la columna 𝐴𝑒 - asumiendo diámetro de 15 cm, velocidad uniforme del aire (𝑈0) -
obtenido de la ecuación teórica (caudal ⁄ área), porosidad del empaque () y relación entre
el área total superficial del empaque y volumen de la cama (𝑎𝑝) - tomados de ‘Sources
and control of air pollution’ de la tabla 10-1‘Packing constants’ en el subíndice c.
‘Packing Factor F, Porosity (), and surface Area to Bed Volume (𝑎𝑝), for Random
Packing’ (Jennings & Lynn, 1999), diámetro del empaque (𝐷𝑐) - Pall Rings comerciales
de 38mm, diámetro asumido de la columna (A) y eficiencia asumida (), datos que se
relacionan a continuación en la Tabla 7.
41
Tabla 7. Parámetros de diseño de la columna.
Nota: Elaboración propia.
Tal como se mencionó, del diseño de un scrubber trasnversal que se encuentra en el libro
‘Sources and control of air pollution’, se obtuvo la base del proceso de diseño de la
columna destinada a la recolección de PM; para el desarrollo de la memoria de cálculo
son necesarios los datos obtenidos en la Tabla 7, ya que estos componen las ecuaciones
con las cuales se determinaron las medidas de la columna.
42
Inicialmente se determinó el tiempo de relajación (𝜏) el cual es la cantidad de tiempo en
el que una partícula alcanza la velocidad terminal de caída (Echeverri, 2006), para el cual
se usó la ecuación:
𝜏 =𝜌𝑝𝐷𝑝
2
18𝜇=
1800𝑘𝑔
𝑚3⁄ (0,000030𝑚)2
18 (0,00001817𝑘𝑔
𝑚. 𝑠⁄ )= 0,0049 𝑠
Seguido a esto, se halló la velocidad del aire (𝑈𝜃) a través de la cama de empaques, se
determinó a partir de la ecuación:
𝑈𝜃 =𝑈𝑜
휀=
2,2635 𝑚𝑠⁄
0,905= 2,5011 𝑚
𝑠⁄
La velocidad radial (𝑣𝑟) se determina puesto que el equipo funciona con propulsión de
aire ascendente produciendo un flujo curvilíneo que pasa a través de los empaques
(Figura 9), flujo en el que las partículas tienden a girar en órbitas de radios distintos e
impactan en el material mojado de los empaques (Jennings & Lynn, 1999); las fuerzas
que experimentan las partículas dentro del espacio de los empaques se dan en función del
radio de rotación y del tamaño de la partícula (Casal, Martínez, & Valencia, 1989).
43
Figura 9. Flujo curvilíneo de las partículas a través de los empaques.
Recuperado de: (Jennings & Lynn, 1999)
La 𝑣𝑟 depende del tiempo de relajación, la velocidad del gas a través de la cama y el radio
del empaque (𝑟).
𝑟 =𝐷𝑐
2⁄ = 0,019 𝑚
Para determinar (𝑣𝑟), se uso la siguiente expresión:
𝑣𝑟 =𝜏𝑈𝜃
2
𝑟=
0,0049 𝑠 (2,5011 𝑚𝑠⁄ )2
0,019𝑚= 1,6308 𝑚
𝑠⁄
El número de Stokes (𝜓) es un número adimensional que caracteriza el comportamiento
de las partículas suspendidas en un flujo; se define como el cociente entre la distancia de
parada de una partícula y la dimensión del obstaculo, en este caso el empaque (Beltrán &
Rojas, 2004). Para este dato, se usó la ecuación:
𝜓 =𝜏𝑈𝑂
𝐷𝑐=
0,0049 𝑠 (2,2635 𝑚𝑠⁄ )
0,038 𝑚= 0,2950
A continuación, se determinó con la siguiente ecuación la altura del espacio en el que
están ubicados los empaques (Z).
44
𝑍 =𝑙𝑛(−𝜂 + 1)
−𝜓𝑎𝑝
휀2
=ln (−0,8 + 1)
−0,2950(11,8872𝑚−1
0,9052 )= 0,3758 ≈ 0,38 𝑚
En este espacio se realiza el intercambio entre el gas (aire) y el agua para que las
partículas de PM se adhieran en los poros de los empaques.
El número de renovaciones de aire (RA) se determinó para un espacio de 16 m3, teniendo
en cuenta que las habitaciones convencionales colombianas no superan este tamaño
(entiéndase como habitación: dormitorio, cocina, baño, sala, lavado). Se aplicó la
siguiente ecuación:
𝑅𝐴 =𝑄𝑎
𝑉𝑜𝑙 𝑑𝑒 ℎ𝑎𝑏𝑖𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛=
0,04 𝑚3
𝑠⁄
16𝑚3= 9 𝑟𝑒𝑛𝑜𝑣𝑎𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠
ℎ𝑜𝑟𝑎⁄
Se recopilan todos los datos obtenidos en la Tabla 8.
45
Tabla 8. Memoria de cálculo de la columna.
Nota: Elaboración propia.
Para determinar la caída de presión en la columna se creó una segunda hoja en el mismo
archivo de Microsoft Excel llamada ‘Caída de presión’ con dos tablas ,
‘PARAMETROS DE DISEÑO CAIDA DE PRESION’ y ‘MEMORIA DE
CALCULO CAIDA DE PRESION’, para la primera ‘PARAMETROS DE DISEÑO
CAIDA DE PRESION’ se introdujeron los datos: caudal total del gas (𝑄𝑎) – tomado de
la Tabla 7, altura de la cama de empaques (Z) – tomado de los resultados de la Tabla 8,
diámetro de la cama de empaques (D) asumido en 15 cm, relación de reflujo (R) –
tomada de (Jennings & Lynn, 1999) constante para partículas de 30 m en equipos con
80 % de eficiencia y relación caída de presión con altura de la cama de los empaques
46
(P/Z) – constante para empaques de plástico tomada de (Jennings & Lynn, 1999). A
continuación, se relacionan los anteriores parámetros con sus datos en la tabla 9.
Tabla 9. Parámetros de diseño de caída de presión.
Nota: Elaboración propia.
A partir de los datos relacionados en la tabla 9, se desarrolló la tabla ‘MEMORIA DE
CALCULO CAIDA DE PRESION’, en la cual se determinó inicialmente el caudal total
del líquido agua (𝑄𝑠) a través de la columna, con la siguiente ecuación:
𝑄𝑠 = 𝑅𝑄𝑎 = (3,00𝐸 − 4) (0,04 𝑚3
𝑠⁄ ) = 1,2 𝑚3
𝑠⁄ = 1,90𝐸 − 1 𝑔𝑝𝑚
La caída de presión a través de la cama de empaques (P), es la pérdida de presión que
se da en el paso del aire a través de la columna, se debe a la resistencia de fricción con los
componentes que toca el gas, en este caso con los empaques y las paredes del equipo.
Normalmente, para valores de 𝑄𝑎 bajos en equipos que recolectan PM, la relación P/Z
tiende a crecer con el caudal mientras el empaque este mojado, para esto el caudal del
47
líquido siempre debe ser constante (Jennings & Lynn, 1999). La P se determinó con la
ecuación:
𝛿𝑃𝑍⁄ = 1.00𝑖𝑛. 𝐻2𝑂 𝑝𝑜𝑟 𝑝𝑖𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑐𝑎𝑚𝑎 = (1,00)(1,2330 𝑓𝑡) = 1,23306 𝑖𝑛. 𝐻2𝑂 𝑓𝑡
= (1,2330 𝑖𝑛. 𝐻2𝑂) (𝑓𝑡
12 𝑖𝑛⁄ ) (1 𝑎𝑡𝑚33,9 𝑓𝑡 𝐻2𝑂⁄ ) (101 𝑘𝑃𝑎
𝑎𝑡𝑚⁄ )
= 0,30614 𝑘𝑃𝑎
Finalmente, se determinó la energía (power) necesaria para que el gas pasara a través de
la cama de empaques, expresada como:
𝑝𝑜𝑤𝑒𝑟 = 𝑄𝑎𝛿𝑃 = (0,04 𝑚3
𝑠⁄ ) (0,30614 𝑘𝑃𝑎) = 0,01224 𝑘𝑃𝑎 𝑚3
𝑠⁄
= 0,0122 𝑊𝑎𝑡𝑡
Los datos anteriormente mencionados se relacionan en la siguiente tabla.
Tabla 10.Memoria de cálculo de caída de presión.
Nota: Elaboración propia.
Diseño de la cama de empaques. La placa de soporte de los empaques, posee
orificios que permiten el paso del agua a la salida sin generar lámina de agua u
obstrucción sobre los empaques, esta fue diseñada a partir de las especificaciones de
aireación que se encuentran en Potabilización de aguas de Jairo Alberto Romero Rojas
(Romero, 1999), tal como se observa en la Figura 10. Cada orificio se encuentra separado
48
uno del otro por 2,5 cm y poseen un diámetro de 5 mm, distancias establecidas para un
caudal mínimo como el obtenido teóricamente para este diseño.
Figura 10. Placa de soporte de empaques (medidas). Elaboración propia.
Diseño de empaques.
A través de una investigación previa realizada de organismos de la naturaleza que utilizan
el mecanismo de adsorción y absorción de partículas, se eligió la estructura de la
mandíbula del tiburón peregrino (Cetorihnus Maximus) para ser la base de la
inspiración del diseño del empaque; este pez puede medir hasta 12 m de longitud y pesar
hasta 4 toneladas, alimentándose mayoritariamente de copépodos (zooplancton) y
camarones, encontrados en la superficie del mar o en las profundidades (National
Geographic en español, 2019). Su mandíbula cuenta con ranuras unidas por un eje central
en forma de paralelogramo y a su vez se encuentran conectadas con las branquias
ubicadas al respaldo de la cabeza del tiburón, lo cual permite que pasen a través de ellas
el agua y se adhieran en la superficie de contacto los microorganismos de los cuales se
alimenta, tal como se puede apreciar en la Figura 11.
49
Recuperados de: (PECES, 2019) y (Yzoard). Modificación propia.
Se creó el diseño del empaque modular ‘Peregrino’, con el objetivo de generar
innovación en la gama de empaques comerciales existentes (Figura 12), de pirámide
cuadrangular con bordes circulares, este cuenta con 38 mm de altura; cada cara de 38 mm
de ancho, posee dos láminas de 10 mm cada una separada entre sí por 4 mm, que se
conectan horizontalmente con dos ejes principales de 3 mm de ancho y un eje en la cara
inferior de 3 mm.
a. b.
Figura 11. Tiburón peregrino (a.) Mandibula (b.) Paso del agua a través de branquias
50
Figura 12. Empaques comerciales.
Recuperado de: (Diaz, 2015)
En las Figuras 13 y 14 se puede apreciar el diseño base creado con la herramienta
AutoCAD, en diferentes caras y con medidas proporcionales y simétricas (condiciones
que presentan los empaques modulares comerciales).
Figura 13. Diseño de empaque propio ‘Peregrino’. (Vista frontal)
Nota: Elaboración propia.
51
Figura 14. Diseño de empaque propio ‘Peregrino’. (Vista superior).
Nota: Elaboración propia.
Por medio del programa AutoCAD se generó el modelo en 3D (Figura 15) del diseño
presentado en la ilustración anterior y como resultado se obtuvo el formato STL
necesario para materializar el diseño en impresión en 3D.
Figura 15. Diseño de empaque propio ‘Peregrino’. (Vista 3D).
Nota: Elaboración propia.
52
Fase III. Construcción. La columna de lavado fue construida en acrílico
transparente de acuerdo a las dimensiones obtenidas tal como se observa en la Figura 16
(15 cm de diámetro/38 cm de altura de la cama de empaques/15 cm tapa/15 cm zona
inferior). El acrílico es un material no corrosivo - no abrasivo que permite observar cada
uno de los procesos que se presentan dentro de la columna para retener las partículas
contaminantes y determinar la correcta distribución del agua y aire que entran en la
columna.
Figura 16. Columna en acrílico dimensionada.
Nota: Elaboración propia
53
Se conservó el diámetro interno de la columna en 15 cm y debido al grosor del acrílico
(3mm) el diámetro externo del cuerpo es de 15,3 cm. Para la tapa se determinó un grosor
del acrílico en 6 mm, debido a que esta soporta el peso del accesorio de tubería en pvc
que distribuirá el agua, el peso del extractor y de las tuberías necesarias para realizar las
conexiones con los accesorios. Además, posee una placa de orificios (Figura 10) ubicada
a 15 cm de la base de la columna, que soporta los empaques y permite el paso del agua a
la salida sin generar obstrucción.
La distribución del líquido se realizó a partir de un rociador artesanal hecho en tubería
de PVC de ½” de agua caliente, instalado en la parte superior, conectado por tubería, este
dispositivo permite la dispersión de agua por toda la columna, sin dejar posibilidad de
que el agua tome caminos preferenciales y afecte la caída de presión durante el
funcionamiento del equipo.
La distribución del gas se regulo a partir del extractor comercial de cuatro pulgadas
integrado al diseño de la columna en la parte superior y conectado al equipo por tubería
de dos pulgadas, este permite un flujo de aire constante a través de la columna y trabaja
con un caudal de 144 m3/h que renueva eficientemente el aire de una habitación
convencional; se realizó una adición artesanal del extractor con tubería de cuatro
pulgadas y un reductor a tubería de dos pulgadas para reducir el diámetro de salida de
aire y obtener una conexión libre de fugas (Figura 17).
54
Figura 17. Columna de lavado. (Vista 3D).
Nota: Elaboración propia.
El empaque diseñado en AutoCAD 3D fue materializado a partir de impresiones en 3D,
en material PLA (ácido poliláctico), el cual es un filamento termoplástico biodegradable
hecho a base de almidón de maíz o caña de azúcar y resulta maleable en condiciones de
altas temperaturas, haciendo que su moldeado tome una forma permanente en el
momento de enfriarse (Rohringer, 2019). El PLA, tiene una gran cantidad de aplicaciones
industriales y biomédicas, debido a que es un material no corrosivo, biocompatible y
55
biodegradable que posee un grado apropiado de porosidad para ser reabsorbido en un
cuerpo de acuerdo a un tiempo determinado y permite la absorción de proteínas (Zuluaga,
2013).
Según un estudio realizado en la Universidad del Valle en Colombia, acerca de las
aplicaciones del PLA y sus usos en biomédica, se determinó la porosidad del material en
un 65% con un tamaño de poros de 400 µm (Zuluaga, 2013), dato que resulta ideal en
aplicaciones de absorción.
Las tapas de envases fueron recolectadas y seleccionadas todas con un mismo diámetro
(3 cm) y altura (1,2 cm), medidas que corresponden al diseño ordinario de las tapas de
bebidas personales que se encuentran en el mercado actualmente. Fueron sometidas a un
proceso de lavado y desinfección y posteriormente se realizó la perforación de cada una
de ellas con tres orificios de 5mm cada uno (Figura 18), ubicados de manera triangular en
el centro de la tapa; esto con el fin de generar mayor superficie de contacto entre las
partículas que se encuentran en el aire y el líquido que atraviesa y proporciona humedad a
los empaques, además de minimizar la caída de presión y crear un flujo turbulento para el
gas que pasará a través de ellas.
Figura 18. Tapas perforadas.
Nota: Elaboración propia.
56
Fase IV. Experimental. Se realizaron pruebas de monitoreo en laboratorio para
determinar la capacidad de adsorción de PM de la columna. A continuación, se relaciona
el diagrama bajo el cual se desarrollaron las pruebas con cada uno de los empaques.
Figura 19. Diagrama de flujo de pruebas.
Nota: Elaboración propia.
Inicialmente, se realiza la incorporación de los empaques en la columna de manera
aleatoria (Pall rings, tapas o el empaque de diseño propio), estos deben cubrir la
57
superficie entre la placa de soporte y la ranura de la tapa (35 cm), espacio determinado
por el diseño teórico. Un aproximado de unidades para los empaques es de 80 unidades
de pall rings, 80 unidades de empaques de diseño propio y 320 unidades de tapas
perforadas.
La tapa debe quedar incrustada de manera que quede sellada y no deje ranuras o espacios
que puedan proporcionar fugas. El extractor ubicado en la parte superior se conectó a una
toma corriente, además la manguera que conecta al rociador de agua, se conectó a una
toma del líquido que se regula mediante una llave ordinaria. Finalmente, se adaptó la
manguera del manómetro a la boquilla ubicada en la tubería de salida del gas.
Para la toma de caudales fue necesario realizar una distribución del espacio que
comprende la apertura de la válvula y determinar medidas para obtener los mismos
caudales en las siguientes mediciones, este procedimiento se realizó mediante la división
del espacio en cinco ángulos diferentes, en este caso de 0 con la válvula de regulación
completamente abierta, 15, 30, 45 y 60 para el mínimo de caudal. (Figura 20)
58
Figura 20. Ángulos de apertura de la válvula.
Nota: Elaboración propia.
Los caudales se determinaron por método volumétrico tomando la cantidad de mililitros
por cada 10 segundos, para esto fue necesario el uso de un beaker de 500 ml y un
cronómetro. Cada una de las medidas de apertura de la válvula fue sometida a cinco
mediciones de caudal para obtener un dato representativo de las mediciones; esto se
determinó estadísticamente a partir de la media o promedio, debido a que se contaba con
datos homogéneos, realizando la suma de cada uno de los resultados obtenidos y
dividiéndolo por el total de datos.
La caída de presión se determinó a partir del método manométrico para cada toma de
caudal en las cinco medidas obtenidas en la válvula (Figura 16); se conectó el manómetro
en u en la salida del gas y mediante el funcionamiento en conjunto del flujo del gas y del
caudal de agua sobre el empaque, se determinó la diferencia de presión.
59
Se realizó una relación caudal-caída de presión y el dato menor con cada uno de los
empaques, fue tomado para realizar las pruebas de monitoreo de PM con los equipos Dust
Trak.
Simultáneamente, antes de realizar las pruebas de remoción es absolutamente necesario
poner en funcionamiento las dos unidades de Dust Trak sin conectarlos a la columna en
aire ambiente por lo menos una hora, para verificar que estén calibradas, esto con el fin
de asegurar que los resultados obtenidos sean lo más cercano a la realidad y no estén
alterados por errores del medidor.
Seguido a esto, se verifico que no existieran fugas en el sistema y se tomó la medida de
flujo de aire a la entrada de la columna con un anemómetro tipo pluma. Se retiró la
manguera del manómetro y se adaptó la manguera del Dust Trak en la misma boquilla, allí
se realizó la medición de salida del gas y de remoción de PM.
En las mediciones fueron necesarias dos unidades de Dust Trak modelo 8535 (Figura 21),
uno con la boquilla abierta al aire ambiente para medir la entrada de flujo de aire y el
segundo, conectado a una trampa de agua para evitar filtraciones en el Dust Trak y a la
salida del gas como se mencionó, esto con el fin de obtener los datos precisos de la
capacidad de remoción de partículas que posee la columna y evaluar la eficiencia de su
funcionamiento.
60
Figura 21. Dust Trak 8535.
Obtenida de: (TSI, 2014). Modificación propia.
Con el fin de operar correctamente los equipos y realizar una medición acertada de la
remoción de PM, deben conectarse de la siguiente manera (Figura 22).
61
Figura 22. Diagrama set up experimental (Conexión de equipos y flujos).
Nota: Elaboración propia.
Luego de tener los equipos conectados y listos, deben seguirse las siguientes instrucciones
de acuerdo al manual de operación de los Dust Trak DRX, con el fin de no generar ningún
daño en los equipos y así mismo, error en los resultados.
62
Figura 23. Pantalla de inicio Dust Trak 8535.
Obtenida de: (TSI, 2014). Modificación propia.
Inicialmente, se debe oprimir el botón de encendido situado en la parte superior del equipo,
posteriormente aparecerá la pantalla de inicio (figura 23); usando el lápiz digital o el dedo
debe elegir el botón ‘SETUP’, allí saldrá la pantalla de configuraciones en la cual debe
pulsar ‘SETTINGS’ y en la ventana de despliegue ‘DATE TIME’ podrá verificar y/o editar
la fecha y la hora deseada (figura 24).
63
Figura 24. Pantalla de configuraciones de Dust Trak 8535.
Obtenida de: (TSI, 2014). Modificación propia.
Posteriormente, debe ajustar el intervalo de registro de acuerdo a la cantidad de tiempo
entre puntos de datos registrados que se desean obtener, para esto se debe ir al botón
‘RUNMODE’ situado en la parte inferior de la pantalla y elegir la opción ‘MANUAL’
que abrirá la ventana de despliegue en donde se elegirá ‘LOG INTERVAL’ (figura 25).
Se debe tener en cuenta que el registro es ajustable desde 1 segundo hasta 60 minutos,
para este monitoreo se eligió un intervalo de registro de datos de 30 segundos.
64
Figura 25. Pantalla de intervalo de registro Dust Trak 8535.
Obtenida de: (TSI, 2014). Modificación propia.
Toma de medidas de concentración de partículas. Posterior a verificar cada uno de los
puntos mencionados, se prosigue a darle inicio al monitoreo de manera simultánea a los
dos equipos. En la pantalla de inicio pulsar el botón ‘START’ de color verde (figura 26) al
mismo tiempo en las dos unidades de Dust Trak, e inmediatamente iniciarán a medir las
concentraciones de material particulado en la entrada y la salida del equipo. Mientras toma
las mediciones, la pantalla mostrara la concentración actual medida masiva. A
continuación, se muestran cada una de las regiones de la pantalla durante el monitoreo.
65
Figura 26. Regiones de la pantalla durante monitoreo Dust Trak 8535.
Obtenida de: (TSI, 2014). Modificación propia.
Al finalizar el monitoreo, se debe pulsar el botón ‘STOP’ que se encuentra de color rojo
en la Figura 26, los datos se guardarán automáticamente en el equipo y si se desea, puede
continuar realizando monitoreo con otro nombre de archivo diferente. Es importante
mantener el estado de carga del equipo en modo optimo, ya que de esta depende el
funcionamiento del Dust Trak, por lo que es recomendable mantener el equipo conectado
mientras se realizan las mediciones.
Para el efecto de esta investigación, se realizaron dos pruebas para cada uno de los
empaques propuestos, en las cuales se tomaron dos condiciones diferentes: sin flujo de
agua, monitoreo de una hora sin modificar o intervenir el aire durante media hora e
interviniendo el flujo de aire con incienso en la segunda mitad de la hora y, con flujo de
agua, monitoreo de dos horas en las cuales la primera de ellas fue sin intervención al aire
o aire ambiente y la segunda hora intervenida con incienso.
66
Obtención de datos. El monitor Dust Trak se puede conectar a un ordenador para
descargar los datos y cargar programas de muestreo, esto es posible a partir del software
Trak Pro Data Analysis. Para utilizar el software el computador debe estar ejecutando
Microsoft Windows y poseer un puerto usb.
Inicialmente, debe conectar el equipo Dust Trak al puerto usb del PC, posteriormente se
debe ejecutar el programa y se desplegará una ventana de inicio en la cual se debe pulsar
la opción ‘Instrument Setup’ – ‘Communications’, tal como se muestra en la siguiente
figura.
67
Figura 27. Ventana de inicio software 'Trak Pro'.
Obtenida de: TRAK PRO Software – 2019.
Allí el computador determinará si la conexión del software al equipo Dust Trak se
encuentra en óptimas condiciones, si es así , la ventana ‘NDIS Communications’ se
mostrará de la siguiente manera.
68
Figura 28. Ventana ‘NDIS Communications’ Trak Pro.
Obtenida de: TRAK PRO Software – 2019.
Seguido a esto, debe pulsar el botón ‘Close’ y el software lo remitirá de nuevo a la
ventana de inicio en la cual debe pulsar el botón ‘Receive data’ ubicado en la parte
posterior de la ventana, allí el programa se conectara directamente al equipo Dust Trak y
mostrará el historial de monitoreos realizados en la ventana ‘Receive Tests From
Instrument’, allí debe seleccionar los monitoreos de interés de acuerdo al nombre, fecha y
hora en la que fueron realizados y pulsar el botón ‘Receive’, (Figura 29).
69
Figura 29. Ventana ‘Receive Test from Instrument’ Trak Pro.
Obtenida de: TRAK PRO Software – 2019.
El programa descargará los datos desde el equipo al software y simultáneo a esto
desplegará la ventana ‘Download Test Data’ en la cual ira mostrando el progreso del
mismo (Figura 30), al finalizar el programa lo remitirá de nuevo a la ventana ‘Receive
Tests From Instrument’ y debe pulsar el botón ‘Close’.
Figura 30. Ventana ‘Download Test Data’ Trak Pro.
Obtenida de: TRAK PRO Software – 2019.
Para exportar los datos al computador, debe dirigirse al botón ‘File’ ubicado en la parte
superior de la ventana de inicio, seguido a esto, se desplegará una lista de opciones en la
cual debe elegir ‘Export’ – ‘Export Test Data’ (Figura 31).
70
Figura 31. Exportar datos desde Trak Pro.
Obtenida de: TRAK PRO Software – 2019.
Se desplegará la ventana ‘Export Test Data’ mostrando los datos anteriormente
descargados al software, debe seleccionarlos y pulsar el botón ‘Export’ ubicado en la parte
derecha de la ventana y asegurarse de que la opción en ‘Data Delimiter’ sea la más
conveniente para el uso que le vaya a dar a los datos; para el efecto de esta investigación
se usó la opción ‘Tab’ (Figura 32).
71
Figura 32. Ventana ‘Export Test Data’ Trak Pro.
Obtenida de: TRAK PRO Software – 2019.
Seguido a esto, el programa lo conducirá a guardar los datos en la sección del computador
en la que se desean tener y se guardarán automáticamente como ‘Text Files’ en formato
.txt; para abrir el archivo en el programa ‘Microsoft Excel’ debe dirigirse al lugar del
computador en el que se guardaron, pulsar el botón izquierdo del mouse y seleccionar la
opción ‘Abrir con’ – ‘Excel (escritorio)’ y se ejecutarán los datos en el programa.
Al ejecutar los datos en el programa ‘Microsoft Excel’ se abrirá automáticamente una
hoja con todos los resultados obtenidos en cada una de las pruebas, para esta
investigación se ordenaron los datos del Dust Trak 1 de entrada en la ‘Hoja 1’ y los datos
del Dust Trak 2 de salida en la ‘Hoja 2’, posteriormente se organizaron los datos de
calibración en la ‘Hoja 3, Pall rings con flujo de agua continuo en la ‘Hoja 4’, Pall rings
sin flujo de agua en la ‘Hoja 5’, Tapas con flujo de agua en la ‘Hoja 6’, Tapas sin flujo de
agua en la ‘Hoja 7’, Peregrinos con flujo de agua en la ‘Hoja 8’ y Peregrinos sin flujo de
agua en la ‘Hoja 9’. Para cada uno de los ítems solo se tomaron los datos de
72
concentración de PM 2.5 mg/m3 y la hora correspondiente en la que se tomaron las
mediciones..
73
Capítulo 3
Resultados y discusión
Pruebas de caída de presión.
Inicialmente, se realizaron las pruebas de caída de presión y de caudal con cada
uno de los empaques, con el fin de establecer el caudal de la válvula con el cual se
realizarían todas las pruebas.
Para los ‘Pall rings’ y las ‘Tapas perforadas’ la caída de presión determinada en
los cuatro primeros ángulos de la válvula (0°,15°, 30° y 45°) fue de 0,2 pulgadas de agua
y en la apertura a 60° disminuyo a 0,15 pulgadas de agua, mientras que para los
empaques ‘Peregrinos’ el valor para la caída de presión se mantuvo en 0,2 pulgadas de
agua para todos los ángulos de medición (Ver Apéndice C).
El equipo manejo un flujo continuo de aire a través de la cama empacada (144
m3/h), por lo cual fue necesario elegir el dato con la menor caída de presión. A partir de
las mediciones, se puede inferir que se obtuvo una variación decreciente de la caída de
presión respecto al aumento del ángulo de apertura de válvula a 60 °, es por esto que
dicha apertura se establece como permanente en las mediciones de las pruebas posteriores
con un flujo de 2,95 l/s a 3,02 l/s, tal como se puede apreciar en al APÉNDICE C.
Pruebas de mediciones de PM.
Partiendo de los datos organizados obtenidos del software Trak Pro para cada uno
de los empaques, en el programa ‘Microsoft Excel’ se procedió a insertar tablas de
patrón lineal en 2D, tomando los datos del Dust Trak 1 (DT1) y del Dust Trak 2 (DT2)
con relación al tiempo en el que fue ejecutado el muestreo, estas tablas muestran el
74
comportamiento de las concentraciones de partículas que se presentaban durante las
pruebas, y se realizaron con el fin de identificar conductas irregulares y proceder a
corregir, así mismo, se incluyeron tablas de dispersión de datos de puntos, con las cuales
se identificaron los datos no lineales y la regresión lineal.
Se crearon dos criterios de corrección, ya que al aplicar la calibración a todos los datos se
presentaban datos negativos, situación que es improbable debido a que la concentración
de PM en el aire mínima es 0 y no puede ser negativa; además, ya se había realizado
eventualmente la calibración con un filtro de los Dust Track..
Criterio 1. Eliminación de datos negativos. Se debió eliminar los datos
negativos obtenidos para la salida de la columna (DT 2) después de la calibración con el
fin de eliminar errores de corrección e improbabilidades.
Criterio 2. Desviación estándar. Se creó una columna en la cual se determinó el
valor de diferencia entre los datos de salida DT 2 y los datos de entrada DT 1, seguido a
esto con la función ‘DESVEST’ en ‘Microsoft Excel’, se seleccionaron los datos
correspondientes a la nueva columna de valores de diferencia y se estipuló la desviación
estándar.
Con la desviación estándar se determinó la medida de dispersión más común, es
decir, qué tan dispersos estaban los datos respecto a la media, y, debido a que se
presentaban altos picos de concentración durante las pruebas que se alejaban de la media,
se estipuló un valor de aceptación de datos de máximo tres veces el valor de la desviación
estándar, con el fin de mantener los datos de salida dentro de un rango medible y
comparable con respecto a los datos de entrada.
75
Posterior a esto, se creó una nueva columna en la cual se determinaron los datos
de eficiencia para los datos restantes después de la corrección, y se insertaron tablas de
patrón lineal correlacionando los datos de entrada con los de eficiencia, a partir de esto,
se visualizó el comportamiento de la eficiencia respecto al crecimiento o decrecimiento
de las concentraciones.
Las eficiencias se hallaron mediante el método de balance de masa con las cargas
contaminantes de entrada y las de salida, usando la siguiente ecuación.
𝐸𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 = 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 − 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎
𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎∗ 100
De la misma manera, se creó una tabla de comparación de eficiencias para cada
una de las pruebas en las que se usó la ecuación anterior. Sin embargo, el valor incluido
en estas tablas fue la media de cada medición (Pall rings con flujo de agua aire ambiente
1h, Pall rings con flujo de agua Incienso 1h, Pall rings con flujo de agua ½h aire
ambiente, etc), es decir, promedio de datos de entrada y promedio de datos de salida, a
partir de esto se obtuvo el porcentaje de eficiencias esperadas para cada uno de los
empaques.
Se realizaron dos pruebas para determinar de una manera veraz los resultados de
eficiencias y con el fin de realizar comparaciones y determinar errores procedimentales
durante el desarrollo de las pruebas.
Prueba 1.
Calibración. La prueba de calibración de los equipos se realizó por una hora en
aire ambiente disponiendo las ventanas abiertas con el fin de evidenciar la concentración
76
de PM en el ambiente para ese día, y así verificar el funcionamiento equivalente de los
dos Dust Trak; se obtuvieron los siguientes resultados.
Figura 33. Calibración 'PM2.5 vs Tiempo' (Prueba 1).
Nota: Elaboración propia.
77
Figura 34. Calibración ‘Dispersión de datos’ (Prueba 1).
Nota: Elaboración propia.
En las gráficas de la Figura 34 puede observarse que existe un comportamiento similar
para cada uno de los equipos, sin embargo, se presentaron diferencias en las mediciones
que podían afectar las pruebas y así mismo, las eficiencias definitivas con las
concentraciones; es por esto, que se determinó un factor de corrección basado en los
datos obtenidos en la regresión de dispersión de datos.
La regresión obtenida fue, y = 0,8165x+0,0092 con una R2=0,7262 como se puede
observar en la figura 34, donde el eje ‘x’ corresponden a los datos del DT 1 de entrada y
el eje ‘y’ corresponde a los datos del DT 2 de salida.
La corrección de datos se aplicó para los datos obtenidos del DT 2 ya que este equipo se
encontraba en campo antes de realizar las pruebas, por lo que se infiere que, a raíz de
esto, se encontraba descalibrado; dicha corrección se determinó despejando x en la
78
ecuación de regresión para equiparar los datos de ‘x’ con los datos de ‘y, de la siguiente
manera x = (y-0,0092) /0,8165.
Al aplicar la corrección para todos los datos se determinó la siguiente regresión a partir
de la dispersión de datos.
Figura 35. Calibración 'Dispersión de datos corregida' (Prueba 1).
Nota: Elaboración propia.
En la Figura 35 puede observarse una y = 1x difiriendo en resultados de mediciones en
1E-05; de esta manera, esta corrección fue aplicada a los resultados de la prueba 1.
Pruebas con flujo de agua continuo. Para los tres empaques, la prueba con flujo
de agua se realizó durante dos horas (una hora aire ambiente y una hora con humo de
incienso); para la primera hora con aire ambiente se presentó un comportamiento
uniforme en las tres situaciones, en donde se observa que las medidas de concentración
para el DT 1 de entradas son más altas que las del DT 2 para las salidas.
79
Figura 36. Pruebas con flujo de agua continuo - Aire ambiente.
(Prueba 1).
Nota: Elaboración propia.
El comportamiento de las gráficas de la Figura 36, demuestra que existe una eficiencia en
la columna para la remoción de PM en los tres empaques con un flujo de agua
determinado, esto con las correcciones pertinentes y la aplicación del criterio 1, por el
cual se eliminaron progresivamente datos en cada una de las pruebas, esto puede verse en
las gráficas de TAPAS y PEREGRINO.
Para la segunda hora de prueba, se indujo PM a partir de la combustión de incienso con
el fin de generar condiciones de contaminación para la columna y evidenciar su eficiencia
de remoción para este tipo de casos.
80
Figura 37. Pruebas con flujo de agua continuo - Incienso. (Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
En las gráficas de la Figura 37, puede observarse que los datos del DT1 se mantienen
superiores a los datos del DT 2, por lo cual se siguen evidenciando eficiencias para cada
uno de los empaques.
El PM 2.5 generado por la combustión de incienso fue ubicado en la parte de atrás de los
equipos Dust Trak a 60 cm de distancia, buscando favorecer la mezcla del aire ambiente
con el humo tal como se muestra en la Figura 38.
81
Figura 38. Fotografía del esquema de monitoreo de remoción de PM con columna de
lavado y Pall Rings – Ubicación de incienso (PRUEBA 1).
Nota: Elaboración propia.
Pruebas sin flujo de agua. Se realizó la prueba sin flujo de agua para cada uno
de los empaques durante una hora (media hora aire ambiente, media hora con humo de
incienso), con el fin de evidenciar las eficiencias de remoción de partículas para la
columna manteniendo los empaques húmedos, en aire ambiente se obtuvieron los
siguientes resultados.
82
Figura 39. Pruebas de empaques húmedos sin flujo de agua - Aire ambiente. (Prueba 1).
Nota: Elaboración propia.
Se evidencia un comportamiento esperado en las mediciones de aire ambiente, mostrando
los datos del DT 1 de entrada mayores en la mayoría de casos para las tres situaciones, lo
cual demuestra eficiencia de cada uno de los empaques . Sin embargo, al aplicar el
criterio 1 establecido ‘Eliminación de datos negativos’, se redujeron los datos
considerablemente, lo que puede implicar un error en la ejecución de las pruebas,
debido a esto se realizó posteriormente la Prueba 2.
Para la segunda media hora sin flujo de agua se intervino el aire con humo de incienso,
en cada una de las gráficas se observa un comportamiento heterogéneo no uniforme, que
83
se evidencia mayormente en la gráfica de TAPAS (SIN AGUA), en la cual se presentan
picos de entrada y de salida que no concuerdan.(Figura 40).
Figura 40. Pruebas sin flujo de agua con empaques húmedos - humo de combustión de
incienso. (Prueba 1).
Nota: Elaboración propia.
Eficiencias. A partir de cada medición se determinaron teóricamente las
eficiencias con balance de cargas, para lo cual se obtuvieron los siguientes resultados.
84
Tabla 11. Eficiencias con flujo de agua continuo. (Prueba 1).
Empaque Eficiencias con flujo de agua
Aire ambiente
(%)
Incienso (%)
Pall Rings 51,39 16,26
Tapas 28,81 19,34
Peregrinos 47,08 31,16
Nota: Elaboración propia.
Tal como puede observarse en la Tabla 11, en las pruebas con flujo de agua continuo los
empaques que presenta más eficiencia en aire ambiente son los ‘PALL RINGS’,
empaques comerciales diseñados específicamente para la captación de partículas en agua
y aire; y en las pruebas con contaminante humo de incienso, los empaques que presenta
mayor eficiencia son los ‘PEREGRINOS’ empaques de diseño propio.
Tabla 12. Eficiencias sin flujo de agua. (Prueba 1).
Empaque Eficiencias sin flujo de agua y
empáques húmedos
Aire ambiente
½ hora (%)
Incienso
½ hora (%)
Pall Rings 8,81 11,92
Tapas 74,65 37,70
Peregrinos 47,08 31,16
Nota: Elaboración propia.
En las pruebas sin flujo de agua (Tabla 12) los empaques que presentan mayor eficiencia
de remoción en aire ambiente y en aire contaminado con humo de incienso son las tapas
para los dos casos.
85
Al obtener resultados irregulares, con patrones particulares de comportamiento frente a la
remoción de PM, se infiere que la ubicación de combustión de incienso para generar
humo, no era la propicia para obtener una mezcla de aire y contaminante idónea para la
prueba, además, es de importancia resaltar que para esta prueba fue necesario
implementar en todas las pruebas. el criterio 1 establecido y por esto se eliminó una
gran cantidad de datos, , debido a esto se decidió tomar una segunda prueba
modificando los puntos específicos en donde se identificaron errores.
Prueba 2.
Calibración. La prueba de calibración de los equipos se realizó por media hora en
aire ambiente previamente contaminado con humo de incienso para evidenciar diferentes
medidas de concentración en la prueba, y así verificar el funcionamiento equivalente de
los dos Dust Trak; se obtuvieron los siguientes resultados.
86
Figura 41. Calibración 'PM2.5 vs Tiempo'. (Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
Figura 42. Calibración ' Dispersión de datos'. (Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
87
Tanto en la gráfica de concentraciones vs tiempo (Figura 41) y en la de dispersión de
datos (Figura 42) se observa que hay un equivalente en el funcionamiento de los dos
equipos, esto se puede evidenciar más a profundidad en la regresión obtenida en la Figura
42, la cual proporciona un resultado de R=0,9408, demostrando que las mediciones para
cada uno de los Dust Trak son mínimamente diferentes y los equipos se encuentran
calibrados.
A partir de este planteamiento, no se realizó corrección en los datos obtenidos en las
pruebas con los empaques.
En primera instancia, previo a realizar las pruebas con los empaques, se determinó una
corrección en el posicionamiento del humo contaminante de incienso y se ubicó a 10 cm
de la entrada de flujo de aire de la columna (Figura 43) proporcionando mejores registros
de concentraciones para el posterior análisis, y un aumento de la cantidad de tiempo
destinado a cada prueba, dejando así, las pruebas con flujo de agua de una duración de 3
horas en total (1 hora aire ambiente, 1 hora aire contaminado con incienso, media hora
aire ambiente y media hora aire contaminado con incienso) y las pruebas sin flujo de
agua de 1 hora en total (media hora aire contaminado con incienso y media hora aire
ambiente).
88
Figura 43. Fotografía de prueba de remoción de PM con columna de lavado y Pall rings -
Ubicación de incienso (PRUEBA 2).
Nota: Elaboración propia.
Pruebas con flujo de agua continuo. Para los tres empaques en la prueba con
flujo de agua, se obtuvieron los siguientes resultados en la primera hora de aire ambiente.
89
Figura 44. Pruebas con flujo de agua continuo - Aire ambiente 1h.(Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
Se observa en las gráficas de la Figura 44 un comportamiento uniforme que permite
diferenciar las mediciones de cada uno de los equipos, evidenciando con claridad que los
datos del Dust Trak 1 (DT1) de entrada son más altos y por ende se genera una eficiencia
de reducción de contaminantes en el proceso del paso del flujo de aire a través de la
columna y los empaques, sin embargo, también es evidente que las concentraciones de
salida no difieren en grandes cantidades de las concentraciones de entrada, para lo cual se
infiere que al no existir un emisor de contaminante directo la reducción de carga
contaminante será mínima.
Al inducir una carga contaminante con humo de incienso durante una hora, se observó
un comportamiento de reducción evidente de acuerdo a las concentraciones de entrada
respecto a las concentraciones de salida. En el análisis de estas funciones, fue necesario
activar un eje secundario en las gráficas para lograr observar el comportamiento de los
datos, ya que los en los datos del DT 1 (Costado izquierdo) se presentaron picos de
concentraciones que limitaban los rangos de salida DT2 (Costado derecho).
90
Figura 45. Pruebas con flujo de agua continuo - Incienso 1h. (Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
Tal como se mencionó, los datos de entrada estuvieron sometidos a la corrección de
desviación estándar y aun así presentaron datos pico que posiblemente se deben a la
dispersión del aire en ese momento (Figura 45), ya que a pesar de que las pruebas con
humo de incienso se realizaron con las ventanas cerradas en ambiente de laboratorio,
puede que no se haya presentado una mezcla total del humo con el aire ambiente y esto
haya generado las altas de concentración.
Adicional a esto, se observa que el comportamiento de los datos de salida en los picos
también presenta leves alzas lo cual indica que, en el ejercicio de remoción con un emisor
91
de contaminante, la columna actúa eficientemente removiendo las concentraciones altas
de partículas en el aire.
En las pruebas de media hora de aire ambiente con flujo de agua es evidente también
una reducción en el contaminante en los datos de salida para los Pall rings y el empaque
peregrino, para las tapas se evidencia un comportamiento uniforme en el que no se
presenta mayor diferencia entre los datos de salida y los datos de entrada, sin embargo, se
presentan en todos los casos crecientes de concentración mayores en el DT 1 de entrada.
Figura 46. Pruebas con flujo de agua continuo - Aire ambiente 1/2 h. (Prueba 2)
Nota: Elaboración propia.
92
Así mismo, se presenta una condición decreciente en las gráficas (Figura 46) que es
debida a la alteración del aire con el contaminante humo de incienso, el cual estuvo
emitiendo durante una hora anterior a esta media hora de prueba.
Para la última media hora de pruebas con humo de incienso y flujo de agua se puede
observar en las gráficas de la Figura 47 un comportamiento heterogéneo característico de
las condiciones del contaminante, además, reiteradamente se hizo necesario adjuntar un
segundo eje en las gráficas para lograr observar el comportamiento de las líneas de cada
uno de los Dust Trak, ya que al presentar picos altos en las entradas se rejudo la
capacidad de comportamiento de los datos de salida.
93
Figura 47. Pruebas con flujo de agua continuo - Incienso 1/2 h.
(Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
Pruebas sin flujo de agua. Para las pruebas sin flujo de agua se determinó una
duración de tiempo del total de una hora (media hora incienso, media hora aire
ambiente), con el objetivo de verificar la eficiencia del equipo sin hacer un gasto
excesivo del agua, pero manteniendo los empaques húmedos y así garantizar la adsorción
de los mismos con el PM.
En la primera media hora se contamino el aire con humo de incienso y se mantuvieron
las ventanas cerradas del laboratorio, para garantizar que el contaminante se dispersara en
el área de recepción de la columna.
94
Figura 48. Pruebas sin flujo de agua con empaques húmedos - Incienso 1/2 h. (Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
De acuerdo a las gráficas obtenidas en el análisis de los datos (Figura 48), se puede
observar que para las concentraciones de entrada del DT 1 se presentó un
comportamiento similar a las pruebas con flujo de agua, presentando picos que, como se
explicó pueden deberse a la dispersión del aire, y para los datos de salida del DT 2 se
presentó un comportamiento decreciente en las tres pruebas que se pudo haber presentado
debido al momento de hacer combustión con la barra de incienso en donde la
concentración de PM se aumentaba considerablemente en cada una de las pruebas.
95
Adicional a esto, también puede verse que los datos de salida se encuentran en un rango
menor a los datos de entrada lo que significa que existe una eficiencia alta del
funcionamiento del equipo para esta prueba.
Finalmente, para la segunda media hora ya apagada la barra de incienso se consideró
abrir progresivamente las ventanas, con el objetivo de evidenciar las bajas de
concentraciones que se presentan en la medición de aire ambiente; se obtuvieron los
siguientes resultados.
Figura 49. Pruebas sin flujo de agua con empaques húmedos - Aire ambiente 1/2h.
(Prueba 2).
Nota: Elaboración propia.
96
Puede evidenciarse en las tres situaciones que el comportamiento es decreciente (Figura
49) debido a la baja de concentración de humo de incienso y que posterior a esto, el
comportamiento se homogeniza tal como en las pruebas de una hora para aire ambiente.
Eficiencias. A partir de cada medición se determinaron teóricamente las
eficiencias con balance de cargas como se mencionó, para lo cual se obtuvieron los
siguientes resultados.
Tabla 13. Eficiencias con flujo de agua continuo. (Prueba 2).
Empaque Eficiencias con flujo de agua
Aire ambiente (%) Incienso (%)
1 hora ½ hora 1 hora ½ hora
Pall Rings 11,39 14,87 16,92 71,83
Tapas 13,47 6,87 90,14 94,17
Peregrinos 11,97 14,54 89,08 83,55
Nota: Elaboración propia.
Para las pruebas realizadas con flujo de agua continuo se evidencia que hay mayor
eficiencia con la presencia de una carga contaminante relevante (Tabla 13), debido a que
se presentan eficiencias bajas con aire ambiente precisamente por haber una carga
mínima de partículas en la corriente de aire circundante. Los Pall rings y los empaques
peregrinos evidencian valores similares con aire ambiente que fluctúan entre el 11% y el
15%, mientras que la prueba con las tapas perforadas en la primera hora tiende a ser un
poco más elevada y durante la siguiente media hora de recopilación de datos con aire
ambiente disminuye considerablemente pues pasa de 13,47% a 6,87%.
97
Para el caso de la prueba con flujo de agua y adicionalmente quema de incienso, la
mayoría de las eficiencias de los empaques tanto para la primera hora de recopilación de
datos como la media hora adicional son elevadas, oscilan entre el 70% y 90% a excepción
de un dato que corresponden a la primera hora de incienso para los Pall rings, pues
presenta una eficiencia de 16,92%. Esto puede presentarse posiblemente al evidenciar
una tasa de recirculación del aire elevada en el espacio de laboratorio, lo que ocasiona
cambios en la dirección y velocidad del viento, logrando así que el incienso se mezcle
rápidamente con el aire ambiente e ingrese una concentración baja de partículas por la
columna de lavado.
Tabla 14. Eficiencias sin flujo de agua. (Prueba 2).
Empaque Eficiencias sin flujo de agua con
empaques húmedos
Incienso
½ hora (%)
Aire Ambiente
½ hora (%)
Pall Rings 93,81 10,89
Tapas 97,71 63,63
Peregrinos 85,37 12,02
Nota: Elaboración propia.
Teniendo en cuenta la Tabla 14 que corresponde a la prueba sin flujo de agua y variación
de concentraciones de partículas en el aire, se observan altas eficiencias para el empaque
de tapas perforadas, pues en aire ambiente se generan eficiencias del 63,63 % y en aire
con incienso del 97,71%, siendo este, el empaque más eficiente para ser implementado en
la columna. Adicionalmente, es favorable el resultado debido a que el uso de tapas
perforadas como superficie de contacto entre las corrientes tanto de agua como de gas
98
dentro del equipo reduce costos de mantenimiento del dispositivo y promueve el reúso
de materiales plásticos no biodegradables.
Sin embargo, el dato de eficiencia de aire ambiente para las tapas perforadas es muy
elevado. Esto se le atribuye a una disminución gradual de la concentración de partículas
en el aire y una tasa de recirculación baja del mismo, pues cabe resaltar que antes de esto
el incienso estuvo prendido por media hora. Lo que se pretendía con esta prueba era
visualizar la disminución de la concentración de partículas respecto al tiempo de
exposición con el equipo. Se demuestra que se registraron valores muy elevados de PM
2.5 en comparación a los registrados al finalizar la prueba lo que ocasionó un valor tan
elevado de eficiencia.
Tabla 15. Eficiencias con incienso. (Prueba 2.)
Empaque Eficiencias con incienso
Con flujo de
agua (%)
Empaque
mojado sin
flujo de agua
(%)
Pall Rings 71,83 93,81
Tapas 94,17 97,71
Peregrinos 83,55 85,37
Fuente: Elaboración propia.
Teniendo en cuenta que se generan mayores eficiencias en las pruebas con la
implementación de humo de incienso como fuente de emisión de partículas, se tendrán en
cuenta estos valores para comparar los dos tipos de prueba: con flujo de agua continuo y
sin flujo de agua.
99
De manera que, a partir de la Tabla 15 se observa que las eficiencias para las pruebas sin
flujo de agua tienden a ser mayores en los empaques comerciales (Pall rings) y empaques
artesanales (tapas perforadas) en comparación a las pruebas con flujo de agua continuo.
Esto se debe posiblemente a que el no tener un flujo de agua continuo disminuye la
resistencia del paso del aire por la columna y por el lecho empacado favoreciendo la
adsorción de las partículas a los empaques previamente mojados. Sin embargo, cabe
resaltar que las eficiencias resultantes de las pruebas correspondientes al uso de flujo de
agua continuo no son desfavorables. Por el contrario, también presentan altas eficiencias.
Los empaques peregrinos de elaboración propia, presentan las eficiencias más bajas en
comparación a los demás empaques. Sin embargo, estos valores de eficiencia resultan
propicios, pues con flujo de agua se generan eficiencias del 83,55% y sin flujo de agua de
85,37%. Esto mismo se presenta con los empaques comerciales (Pall rings) pues, aunque
las eficiencias no superan los valores obtenidos de las tapas perforadas, son favorables
para el funcionamiento del equipo.
Diseño básico de columna de lavado para una vivienda
Partiendo del prototipo diseñado para las pruebas de laboratorio, se propone dejar las
dimensiones propuestas de 68 cm de alto en totalidad, 38 cm dispuestos para los
empaques y un diámetro de 15 cm, ya que es un sistema compacto que puede ajustarse a
las medidas de cualquier habitación o área específica de una vivienda, sin embargo, para
hacer efectiva la instalación del equipo deben realizarse mejoras mínimas en diferentes
puntos de acuerdo a lo observado durante la construcción y el desarrollo de las pruebas
con el prototipo experimental (Figura 50).
100
Se plantean mejoras en la parte superior del equipo adaptando una campana extractora
que permita la dispersión de aire hacia la dirección a la cual se desea direccionar el aire
limpio saliente de la columna, adicional a esto, la adición de una malla situada en la
salida del aire sobre la tapa de la columna, que posea la capacidad de reservar el vapor de
agua que pueda ser generado por la acción del extractor y el dispersor de agua, debido a
que dicho vapor puede generar inconvenientes a futuro en el funcionamiento del extractor
y si es necesario en el funcionamiento de los equipos de medición de PM Dust Trak.
La tapa que soporta los empaques también debe ser modificada, debido a que el caudal de
agua experimental supera al caudal de agua teórico proyectado, por lo cual se propone
ampliar el diámetro de los orificios de la placa 1 mm cada uno, evitando láminas de agua
presentadas durante el funcionamiento de la columna.
Finalmente, se requiere la ampliación del orificio de entrada del flujo de aire, ya que
debido a la dispersión de aire se generan vías secundarias en el flujo de concentraciones
que no ingresan al equipo y esto determina que la captación del contaminante se reduzca
de acuerdo al tamaño del orificio.
Se adjuntan planos del diseño básico de la columna de lavado que remueve PM para una
vivienda en el ‘Apéndice J’, y a continuación, se presenta una visualización en 3D del
equipo (Figura 50).
101
Figura 50. Imagen en 3D de columna diseñada con mejoras.
Nota: Elaboración propia
102
Seguimiento y monitoreo
En el diagrama de flujo (Figura 51) se ilustra el procedimiento a seguir para realizar el
seguimiento y monitoreo, y por consiguiente las responsabilidades de los involucrados
durante el desarrollo.
Figura 51. Diagrama de flujo 'Seguimiento y monitoreo'.
Nota: Elaboración propia.
Inicialmente, el seguimiento del prototipo construido se realizará en las instalaciones de
la vivienda diseñada por estudiantes de Universidad de La Salle para el concurso
‘SOLAR DECATHLON 2019’, el cual se llevará a cabo en el periodo de Diciembre de
2019 en la ciudad de Cali – Colombia y en donde tendrá lugar en el área de cocina donde
estará dispuesto a los contaminantes emitidos en esa área, para efectos de calidad del
equipo se decidió aplicar las correcciones en la parte superior de la columna nombradas
103
en la propuesta de diseño básico de la columna para una vivienda, e implementar una
campana extractora que permita la circulación del aire limpio a las áreas comunes de la
vivienda, y la implementación de una malla protectora que retenga el vapor de agua y no
permita el paso al extractor para evitar su deterioro.
Los principales involucrados durante este periodo serán los estudiantes participantes del
concurso y serán quienes tengan la responsabilidad de accionar correctamente la
columna.
Posteriormente, dicha construcción se realizará en el municipio de Yopal – Casanare, en
las instalaciones de la Universidad de La Salle ‘Utopía’, donde se encontrará en
funcionamiento continuo y se dispondrá a la comunidad de este lugar quienes se
convertirán en los involucrados responsables.
Alternamente, se propone la implementación de la columna en viviendas comunes en
donde los principales involucrados son los habitantes de la vivienda, quienes tendrán bajo
su responsabilidad el uso a consideración de la columna de lavado.
Por último, se elaboró un Manual de operación para la columna de lavado (Ver Apéndice
G), con el fin de regular el uso correcto del equipo y que durante la operación no presente
alteraciones o complicaciones de funcionamiento debido a faltas procedimentales y así
mismo, para facilitar el seguimiento y monitoreo de la columna de lavado.
104
Conclusiones
Se diseñó y construyó un prototipo de columna de lavado en material acrílico
transparente con dimensiones de 68 cm de alto en su totalidad, 38 cm para la zona
de empaques y 15cm de diámetro, que remueve el PM concentrado en el aire y
aprovecha el flujo de ventilación intramural con ayuda de un extractor de 110 V,
permitiendo el funcionamiento eficiente y el paso de un flujo permanente de aire a
través de los empaques. Es un equipo que tiene la capacidad de funcionar con
flujo de agua continuo, con variaciones y sin flujo de agua manteniendo los
empaques húmedos; consta de dos partes principales (superior e inferior) que se
dividen por la tapa, esta es fácilmente removible, lo cual permite que el equipo
pueda ser aseado periódicamente y que los empaques sean reemplazados.
De igual forma, se diseñó un empaque modular que se denominó ‘Peregrino’
basado en la estructura de la boca del tiburón peregrino, de allí su nombre, este se
materializo en material PLA a partir de impresiones en 3D. Posee características
similares a los empaques comerciales, tanto en dimensiones como en capacidad
de adsorción y absorción, ya que durante las pruebas presento un comportamiento
eficiente en la detención de PM.
Al evaluar las eficiencias de remoción de material particulado con los tres
empaques, se determinó que mientras exista una concentración de partículas alta
en el aire al cual este sometida la columna de lavado, se presentarán porcentajes
de eficiencias altas y mientras el equipo se encuentre sometido a concentraciones
105
de aire con baja concentración de contaminantes, se presentaran patrones
uniformes con porcentajes de remoción bajos. Así mismo, se realizó una
investigación acerca la porosidad de los materiales de los empaques en la fase II
del desarrollo metodológico y la capacidad de adsorción en las pruebas de
acuerdo a la eficiencia de remoción en los empaques artesanales ‘Tapas
perforadas’, las cuales en la mayoría de situaciones presentaron un porcentaje de
eficiencia mayor que los otros dos empaques con eficiencias de hasta un 97,7%.
Para los dos casos de mediciones (con y sin flujo de agua) se determinaron
mejores eficiencias con la intervención de humo de incienso, sin embargo, en el
funcionamiento con flujo de agua continuo, los empaques comerciales ‘Pall rings’
resultaron ser los menos eficientes con un porcentaje de 71,8%, y sin flujo de
agua los empaques peregrinos con un porcentaje de 85,3%.
Las eficiencias presentadas en la prueba de aire ambiente alcanzaron los valores
máximos de 13,4% y 14,8%, debido a las bajas concentraciones de PM en el aire
para esos días; el empaque menos eficiente con flujo de agua continuo resulto ser
la ‘tapa perforada’ oscilando con porcentajes entre 13,4% y 6,8%, mientras que
los ‘Pall rings’ y el empaque ‘Peregrino’ mostraron un comportamiento similar
con eficiencias entre el 11% y el 14%. Sin flujo de agua el empaque menos
eficiente fue el comercial ‘Pall ring’ con un porcentaje de 10,8%.
Adicionalmente, se logró determinar que el equipo funciona con porcentajes más
elevados de eficiencia (entre el 85% y el 93%) mientras este se encuentre con los
106
empaques húmedos y sin flujo de agua continuo, esto debido a que sin agua se
disminuye la resistencia del paso del aire a través de la columna.
La propuesta de un diseño básico de columna de lavado para la implementación
en una vivienda afectada por el deterioro de la calidad de aire, se realizó teniendo
en cuenta las pruebas de mediciones de concentraciones, y se propuso el mismo
diseño dimensional con algunas modificaciones en accesorios, como la adición de
una campana extractora sujeta al extractor que beneficia la dispersión del aire
limpio hacia el lugar que se requiera en la vivienda, la adición de una malla que
no permita la acumulación de vapor de agua en el extractor, la ampliación de los
orificios de la placa que soporta los empaques para evitar posibles láminas de
agua y la ampliación de la entrada de flujo de aire, que permitirá mayor captación.
107
Recomendaciones
Verificar antes de poner en funcionamiento el equipo, las fugas que pueda
presentar en las comisuras tales como la tapa, la entrada de agua, la tubería que la
comprende y la salida del flujo de aire con sus respectivos accesorios, debido a
que pueden presentarse caminos preferenciales de acceso de aire al equipo y no se
dará el proceso de paso por los empaques, por lo cual no resultará la eficiencia de
remoción esperada.
Se recomienda el uso del equipo en situaciones de mayor concentración de
contaminantes en el aire, de 30 a 60 minutos con flujo de agua continuo y
posteriormente, preferiblemente con los empaques húmedos y sin flujo de agua,
ya que es en estas condiciones en las cuales se presenta mayor remoción y
eficiencia.
Para unas próximas adecuaciones debe tenerse en cuenta la variación del extractor
por uno que tenga capacidad de funcionamiento continuo durante tiempo
prolongado y no presente recalentamiento, asegurando un flujo de aire uniforme
durante el funcionamiento de la columna de lavado.
La campana extractora adecuada para el diseño final en una vivienda, debe
ubicarse a consideración de los involucrados responsables del uso del equipo
(habitantes), hacia donde quieran direccionar el aire limpio dispuesto por la
columna, bien sea a áreas comunes de la vivienda o un área determinada para la
cual se necesite dicha mejora.
108
Se recomienda el uso de los empaques artesanales ‘Tapas perforadas’ ya que
estas presentan altos porcentajes de eficiencias de remoción de PM, y debido a
que son empaques de fácil y económico acceso por su uso cotidiano en las
bebidas que se consumen a diario en las viviendas. Además, el uso de las tapas
promueve la reutilización de plásticos que no son biodegradables y que terminan
su ciclo de vida apresuradamente, aportando beneficios al medio ambiente.
109
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114
Apéndice
Apéndice A: Memoria de cálculo de diseño de columna de lavado para recolección
de material particulado.
Apéndice B: Gráficas de datos realizadas de Pruebas de caída de presión y caudal.
Apéndice C: Memoria de cálculo de datos resultantes de Pruebas de caída de
presión y caudal.
Apéndice D: Gráficas de datos realizadas de Prueba 1 y Prueba 2.
Apéndice E: Memoria de cálculo de datos resultantes de Prueba 1 y Prueba 2.
Apéndice F: Registro fotográfico y de video de Prueba 1 y Prueba 2.
Apéndice G: Manual de instrucciones, uso y mantenimiento. Columna de lavado
para recolección de material particulado.
Apéndice H: Planos de prototipo de columna de lavado para recolección de material
particulado.
Apéndice I: Planos de “Empaque peregrino”.
Apéndice J: Planos de diseño básico de columna de lavado para la implementación
en una vivienda.