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PROYECTODE SERVICIO SOCIAL ELABORADO POR

MARTINEZ INTRIAGO JORGE

MATRICULA : 903200866

CARRERA : INGENIERIA QUlMlCA CLAVE : 11

AREA DE CONCENTRACION: DESARROLLO Y DISENO DE PROCESOS

DENOMINACION DEL PROYECTO :

DESARROLLO DE UN PROCESO PARA EL RECICLAJE DE ZINC A PARTIR DE UN SOLIDO DE DESECHO INDUSTRIAL.

---.--_. . -- _.. -~ --.--_ - - - -

E o w B R E DEL ASESOR: DRA. GRETCHEN MPiDUS MViNE 1

CARGO : PROFESOR TITULAR EN EL DEPARTAMENTO-

DEPENDENCIA DONDE SE REALIZO EL SERVICIO :

UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

UNIDAD IZTAPALAPA

DE INGENIERIA PROCESOS E HIDRAULICA

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA PROCESOS E HIDRAULICA

AREA DE INGENIERIA QUlMlCA

LABORATORIO T-255

AV. MICHOACAN Y PURISIMA,COL. VlCENTlNA

TELEFONO : 724 4648

FECHA DE INICIO :O1110195 FECHA DE TERMINACION : 3í107196

Las exportaciones de desechos peligrosos a nuestro país aumentaron 700 por ciento en cinco años, pasando de 10 mil toneladas en 1987, a más de 70 mil en 1992, según datos de la Environmental Protection Agency(EPA). La legislación ambiental mexicana prohibe la importación de desechos peligrosos para su disposición final, pero permite su entrada a territorio nacional si tiene como fin el reciclaje o recuperación.(l)

El mayor volumen de desechos peligrosos entra a nuestro país para ser reciclado con la intención de recuperar el zinc, metal no ferroso, localizable con facilidad y abundante en el mercado nacional, del que MQxh es sexto productor mundial.( 1)

Por lo antes mencionado se concluye que la industria del reciclaje en México juega un papel muy importante en la protección del medio ambiente, as¡ como también presenta un enorme potencial económico para el país. Por lo tanto es de gran interes la colaboración entre la universidad y la industria en el desarrollo de procesos que ayuden a la transformación de desechos industriales en productos reutilizables, al mismo tiempo que se reduce la toxicidad de los mismos..

En el presente proyecto se pretende principalmente recuperar el zinc a partir de un desecho sólido, ya sea como metal puro o en algun compuesto que lo contenga como es el caso del hidróxido de zinc.Este úitimo es empleado en la industria de las pinturas como pigmento y en la industria de los cosméticos.

OBJETIVOS GENERALES Y ESPEdFICOS.

I. Análisis químico del residuo industrial. - Determinación de los metales presentes y sus concentraciones. -Elección del metal o los metales sobre el que se desarrollará el proceso, dependiendo de los resultados del punto anterior. El origen del residuo hace suponer la existencia en abundancia de zinc.

II. Investigación bibliográfica de métodos conocidos de extracción y purificación de los componentes metálicos.

Experimentación de las técnicas con la muestra problema.

- Determinación de la cantidad del metal elegido removido y de las condiciones necesarias para ello (temperatura y tiempo).

111. Elección de la técnica que remueva la mayor cantidad de metal bajo condiciones de trabajo de fácil manejo.

IV. Selección y diseño del proceso.

- Determinación del rendimiento de los procesos para elegir el mejor.

V. Desarrollo de un producto reutilizable. - Se tratará la recuperación del metal en forma de un precipitado de óxido de zinc, o en su forma metálica.

METODOLOG¡A UTILIZADA.

El residuo al que se le llevo acabo el análisis fue proporcionado por Química Wimer S.A. de C.V. La determinación cuantitativa y cualitativa de los metales presentes mediante técnicas de química cualitativa (titulaciones) resultó dificil debido a que la mezcla de metales existentes impide la determinación correcta de otros, por ejemplo la determinación de plomo se ve interferida por el hierro, la de zinc por la presencia de cobre. etc.

METODO DE ANALISIS APLICADO A LA MUESTRA.

La técnica de análisis por absorción atómica resultó ideal para el análisis. Esta técnica se fundamenta en tres principios Wicos:

1) Todos los átomos pueden absorber luz. 2) La longitud de onda absorbida por un elemento químico en particular es

3) La cantidad de luz absorbida es proporcional a la concentración de específica y conocida para cada uno.

átomos absorbidos.

La relación entre la luz absorbida y la concentración del compuesto analizado esta definida en la ley de Beer-Lambert

lo = It exp(abc)

donde: lo, It es la radiación incidente y transmitida respectivamente. c b

es la concentración de los átomos absorbidos es una constante de la longitud de absorción.

El espectrómetro empleado para el análisis de la composición de las muestras es el Varian SpectrAA 20, cuyo funcionamiento se basa en la ley arriba mencionada.

La determinación de la absorbancia y la constante se lleva acabo mediante el empleo de estandares, los cuales son soluciones de Concentración conocida. Los estandares se eligen de tal forma que las composiciones buscadas estén contenidas dentro del intervalo contenido por ellos, ya que el factor exponencial produce un error muy grande en la lectura de una concentración fuera de este rango.

El procedimiento desarrollado es el siguiente:

La muestra sólida se ataca con agua regia y afora hasta obtener una solución homoghea y libre de elementos sólidos que podría modiñcar la lectura. Esta muestra recibe el nombre de solución problema.

El solvente empleado, en este caso agua desionizada, en la solución anterior se le considera como el "blanco" y este mismo se emplea para preparar las soluciones estandar que se usa en la calibración, como diluyente.

Los estandares y el blanco son atomizados en el espectrómetro para poder medir la respuesta de ellas.

Con las respuestas se obtiene un gráfico (absorción vs. concentración) de los estandares.

La solución problema se atomiza y se lee la respuesta que, referida a la ghfica anterior. dará a conocer la concentración en ella.

La primera etapa de la recuperación de los metales es la lixiviación ó disolución oxidativa por medio de una solución acuosa.

El procedimiento empleado en la lixiviación es el siguiente:

Se mezcla un volumen de solución para lixiviar con un peso de soluto (el 10% del peso) en un reactor con agitación rápida.

Cuando la lixiviación se lleva a cabo en ebullición se utiliza un condensador para reducir la evaporación de la solución.

Durante el tiempo de reacción se tomaron muestras con el fin de determinar la cinéttica de la extracción.

Se analizaron las muestras de solución de la forma arriba descrita y se determinaron la cantidad de los metales lixiviados, el tiempo empleado para ello y la temperatura necesaria.

U Y Y c

Q1 c

Y L1 c

IJ Y c1 U U c

U ocl

sj L

lci L

Se ensayó el proceso de lixiviación con bs siguientes sistemas:

Acido Sulfúrico 1 M

Sulfato Férrico mas Acido Sulfúrico I M

Cloruro Férrico mas Acido Clorhickico 1 M

Peróxido de Hidrógeno mas Acido Sulfúrico

Hipoclorito de Sodio masAcido Sulfúrico

Acido Clorhídrico 1M

METODOS DE PURIFICACIbN DE LA SOLUCIÓN Y DEL PRODUCTO.

1.PRUEBAS DE CEMENTACDN.

Se llevaron a cabo pruebas de cementación de los metales presentes en la muestra empleando zinc m e w puro como agente cementante, as¡ obteniendo una solución clara con los metaies preqwtados en el fondo (principalmente cobre y plomo).

2.RECUPERACION DEL ZINC.

La recuperación del zinc se llev6 acabo mediante la precipitación del compuesto hidróxido de zinc, de la siguiente manera:

Se preparó una solución 1 d a r de hidróxido de sodio y se procedió a una neutralización de la solución ácida que contenia el metal formando un precipitado blanco lechoso de hidróxido de zinc.

Despúes de que el precipitado se ha formado la solución es filtrada, obteniendose as¡ una solución neutra y con baja concentración de metales haciendola no tóxica.

El hidróxido de zinc es transformado en óxido de zinc mediante una calcinación a 100 O C durante un periodo de 2 a 3 horas.

Metal Analizado

Zn Pb cu Fe

3.ELECTROLISIS.

Otra prueba efectuada a la sdución fué la recuperación del zinc como metal puro mediante una electrólisis, la cual se efectuó aplicando un voltaje de 0.9 a 1 volt utilizando un anodo de carbón y un cátodo de aluminio. En este Último se observó la deposición de zinc en forma metálica.

?. empkrdi en g Zn I g lodo el espeutrhwtro ( " X I

307.6 24 205.3 13.55 222.6 0.633 392.0 O. 808

RESULTADOS Y CONCLUSIONES.

Determinación de los metales y la cantidad de ellos presentes en el lodo (desecho y solución lixiviada). Se digenó la muestra sólida (109) en agua regia a ebullición hasta casi consumirse en su totalidad, con los residuos de este tratamiento se preparo la muestra problema aforando a 100ml. Para la lectura del plomo la presencia del cloro interfería en ella por lo que se hizo una digestión con ácido nítrico exclusivamente, aforándose a 100ml posteriormente. De la lectura de estas muestras problema en el espectrómetro se obtuvieron los siguientes resultados:

El estudio determinó que la recuperación debe enfocarse hacia la obtención de zinc debido a que este se presenta en mayor concentración. El siguiente cuadro es un resumen de los resultados de la lixiviaciones. La forma en la que se desarrollaron las pruebas se detalla en el anexo 1.

La experimentación con la muestra problema reveló a grandes rasgos la cinética de extracción de zinc en cada prueba. Se elegió el tratamiento con ácido clorhídrico a temperatura ambiente porque se remueve una cantidad elevada de zinc a condiciones moderadas sin contaminar con otros metales la solución lixiviante. Este último hecho favorece a la recuperación posterior de zinc.

U

Vokimén de solución lixiviada

U

g de Zn para g de NaOH % de pureza % de cementar Para de pfuducto exiracción de

precipitar zno Zn como i n 0 ZnOH

Y

400 ml.

c

1.112 0.061 99.61 88.19

c

50 ml. I 0.37 ti 0.020 98-46 87.13

U

u ü ci !.,

zinc qi, conticuw el

Se eligió el método de lixiviación con ácido clorhidnco por consistir en el metodo más sencillo con menos repercusiones sobre las etapas posteriores de purificación.

Se recomienda la cementación con zinc como método de separación de los demás metales presentes en la fase acuosa de la lixiviación. Un análisis de la concentración de los metales presentes antes y después de la cementación será la forma de evaluación del método. Se podrá llevar acabo un diseño del proceso cuando se haga la elección del método más adecuado de separación, al que se le tendrá que evaluar su rendimiento. Por otro lado se deduce a partir de la tabla anterior que el metodo de obtención de óxido de zinc por medio de la precipitación con hidróxido de sodio presenta mejores resultados cuando se emplea un exceso en la cementación con zinc, siendo esto recomendable si se quiere mantener una alta pureza del producto.

). .".". BIBLIOGRAF¡A.

._ (l).Arevalo R. J. (1995), "Importaciones Peligrosas", t ..." CEMANAHUAC, Nov. 1995, pp18, UAM I.

(2).Habashi Fathi A textbook of metallurgy Edit. Metallurgy I

L- ..u Extractive Quebec, Canada, 1992.

c (S).Ray U. Brumblay Análisis Cualitativo Edit. CECSA, México,

L. 16a impresión, 1988.

*I

-

ANEXO I

EXPERIMENTACIÓN REALIZADA Y LOS RESULTADOS OBTENIDOS.

Todas las pruebas se efectuaron, haciendo disoluciones 1 parte a 10 en peso del lodo tratado con la solución lixiviante.

A)ACIDO SULFÚRICO IM.

CONDICIONES: Agitación constante y calentamiento (temperatura de ebullición) obteniéndose los siguientes resultados:

Tiempo

0.5 1 .o 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Tiempo Zn presenía en la

5210 2.5 12600

Zn presente en la solución (ppm)

20100 19900 21700 29000 30700 40300 51400 65300

B)SULFATO FÉRRICO IM.

Se preparó una solución 1M de Fe2(S04)3*nH20 y 1M de H2SO4. A la mezcla de esta solución con el lodo se le somete a agitación constante y calentamiento (a temperatura de ebullición) durante dos horas y media obteniendose al final un sólido "Jarosita". Este proceso de extracción se descarta por que el zinc se transformó a otra fase sólida no recuperable.

C)SOLUCIdN 1M M CLORURO FÉRRICO EN HCL

C0NDICIONES:Agitación constante y calentamiento (a temperatura de ebullición), los resultados se muestran a continuación:

.I,.,'

1 .o 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

El experimento no fue muy confiable debido a que se consumió mas de la mitad del volumen inicial.

12000 10250 13360 12950 11570 11290 12700

D)SOLUCl6N DE PERÓXIDO MHIDRÓOENO, 10 A 1 EN H2S04

CONDICIONES: Agitación constante a temperatura de ambiente, cada media hora se toma una muestra obteniendose los siguiente6 resultados:

Tiempo

(hm) 0.5 1 .o 1.5 2.0

Zn (ppm) presente en la solución

10040 11630 10850 11420

E)SOLUCIÓN DE HIPOCLORhO DE SODIO 10 A 1 EN H2S04.

CONDICIONES: Agitación constante a temperatura de ambiente obteniendose los siguientes resultados:

i b L L t c-

Tiempo

(hW 0.5 1 .o 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Ir

Zn (ppm) presente en la soiuci6n

13970 13020 14110 1431 O 14880 14880 14270

c

Tiempo

c

Zn (ppm) presente

t (hW 0.5 1 .o 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

P en la solución 23300 19500 20400 21900 20200 20200 25300 25500

c t c c s: c C

F)SOLUCIÓN DE PERÓXIDO DE HlDROOerO I O A 1 EN H2S04.

C0NDICIONES:Agitación constante a temperatura entre 40-5OoC obteniendose los siguientes resultados:

G) CLORURO FÉRRICO A TEMPERATURA DE EBUUICi&N CONDICIONES: Se repitió la tercera expemientaci6n, con agitación constante y calentamiento (a temperatura de ebulliábn), Los siguientes resultados se obtuvieron:

H) CLORURO F&RICO A TEMPERATURA AMBIENTE

CONDICIONES: La experimentación anterior se repitio a temperatura ambiente con agitacián constante, cada media se tomaron muestras obteniendose los siguientes resultados:

11300 19900 21300

2.0 17200 2.5 23 1 O0 3.0 19400 3.5 I 20600

4.0 I 18700

I)ACiDO CLORHbRICO 1M.

CONDICIONES: Agitación constante y calentamiento (a temperatura de ebullición) obteniéndose los siguientes resultados:

Tiempo Zn (ppm) presente en la solución

17000 14000 17900

2.0 17800 - _ 2.5 16200 3.0 18000 ~-

3.5 1 a700

J ) k i D O CLORHíDRlCO 1M.

CONDICIONES: Agitaci6n constante a temperatura ambiente obteniéndose los siguientes resultados:

17600

1 5

14000 181 O0 16300 12600

I

4.0 12600

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UNIVERSIDAD AUTONUMA METROPOLITANA UNIDAD IZTAPAiAPA

DIVISION DE CIENCIAS BASICAS E IffiEfffERIA

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r REPORTE DE SERVlClO SOCIAL

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DEPARTAMENTO DE INGENIERIA DE PROCESOS E HlDRAULlCA ir

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I# "REOLOG /A INTERFACIAL cka POL /MEROS N ATURALES

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ALUMNO: EDUARDO SANCHEZ ELAZQUU r i

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Vo. Bo. Iñ. RICHARD S. R L a Z M A R T l N U COORDiNADOR DE LA LIC. EN I*. QUMCA

Vo. Bo. .flIME & VERNON CARTER kk. T l W R "C" TC.

MEXICO D. F., ENERO DE I995 r L

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REPORTE DE SERVTCIO SOCIAL

-DATOS GElyERALES NOMBRE: EDUARDO SANCHEZ VELAZQUEZ DiRECCiON: MADERO # 2, SN BERNARDINO TEX., EM). DE MEXICO

C.P. 56230 TELEFONO: (595) 4 99 18 NACIONALIDAD: MEXICANO EDAD: 25 AÑOS MATRICULA: 87226102

-LUGAR Y PERIODO DE REALIZACION EL TRABAJO EXPERIMENTAL SE REALIZO EN LOS LABORATORIOS DE INGENiERiA QUIMICA (PLANTA PILOTO) DE LA UAM , DURANTE LOS MESES MARZO DE 195W SEPTIEMBRE DE 1994

-UNIDAD ETAPALAPA

-DIVISION CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

-LIcENmTuR4 INGENIERIAQUIMICA

-FROYECM) REOLOGIA INTERFACIAL DE POLIMEROS NATURALES

-ASESOR Dr. E. JAIME VERNON CARmR

i

c

-RESUMEN

La redogía es la ciencia del flujo y la deformación. Estudia las propiedades mecánicas

campo de la reoiogía se extiende desde la mecánica de fhlldos newtonianos por una parte, hasta La ehticidad de hooke por otra. La región comprendida entre das corresponde a la defom~ación y flujo de todos los tipos de materiales pastosos y suspensiones.

de lor &ases, líquidos, piesticos, substancias asfaticm y materiales cristalinos. Por tanto, el

El compo rtamient0 reológico, en estado estacionario, de la mayor parte pude establecerse mediante ia fomia geneinhda de ia siguiente ec.

en la que n puede expresarse a su vez en función de dVx/dy o Tyx indistintamente.

En @ones en donde fl disminuye ai aumentar el gradiente de velocidad (-dvxídy), el comportaniiento se denomina pseudoplástico; y dilatante en las que fl aumenta con dicho gradiente. Si 7 resulta indeqendiente del gradiente de velocidad, el Buido se comporta como ncwtonianoyentonces~=~

*^

L

r L

r L

F

L

r- L

r L

r-

Para caracterizar el comportamiento de un sólido se utiliza el parámetro denominado módulo elástico y representa la región del esfueno (r) aplicado ai cuerpo por la deformación relativa ( 6 ) que este s u h . Si el esfuerzo se aplica como se muestra en la siguiente figura, el módulo se conoce como módulo elástico de corte (6s ) y es iguai a:

donde{=DL=tana.

DEFORMACION ELASTICA DE UN CUERPO

Por otro lado, si el esherzo se aplica como el mostrado en la figura siguiente, que es el esfueno que se aplica a un resorte, el módulo se conoce como módulo de young y este se deñne como:

r L

INCREMENT \L lENL ," F

DEFORMACION DE UN RESORTE

Cuando a un cuerpo se le somete una presión hidrostática, el módulo es llamado eiástiw vdumétriw y este esta dado por:

donde z ea la presión hidrostática

Como se puede ver, los módulos anteriores difieren entre sí, pero se pueden intendm ‘ O W

por medio de la relaci6n de poisson, la cual esia detinida como la razón de la coniracción l a t d a la deformación longitudinal relativa que suñe un cuerpo. Al aplicar un esfueno a un &ido, este puede caracterizarse según su comportamiento ñsico, de aquí la subdivisión de ncwtonianos y no ncwtonianos. Los primeros se caract- tan solo con un parámetro (viscosidad newtorhna):

P

donde: r = esfueno cortante 7 = tasa de corte ( dV/dx) V = velocidad del íiuido

de aquí que 7 se obtiene de la pendiente de la recta que resulta de evaluar rVsy

Por su parte los no newtonianos, tienen la característica que los diferencia de los newtoninnos, de que la viscosidad cambia conforme cambia la tasa de corte 7 y de aquí que 7 y r no están relacionados iindmente.

-INTRODUCCION

La goma di es el hidrocoloide natural más extensamente usado en el mundo por sus propiedades como agente emuidcante, protector de coloides, agente microencapsulante, espcsante, etc., encontrando aplicación en la industria aiimentaria, cosm&ca, fannacática, textil y peiroquímica secundaria.

Prácticamente toda la goma arábiga comercial proviene de la Acacia Senegal que crece principalmente en el Sudan, por lo que la mayoría de esta tiene que ser importada.

L

r ! L

c

..-

I

I-- -

P

r L

c

L

Por otro lado, el Mequite ( Prosopis jditlora ) ha sido considerado como una maleza indeseable debido a que se le atribuye una gran agresividad y comp.tenCia con especies forrajeras. Adem69 es una excelente fuente de carbón vegetal.

Análisis químicos practicados a la goma d i g a y a la goma de Mequite, han demosirado que estan conatituidas por los mismos grupos, pero en una relacibn molar dktinta.

El propósito de este trabajo es el de comparar las propiedades reológicas de embas gomas en interfases, con la ñnaiidad de ver las posibilidades de sustituir la goma arábiga por la de Mezquite.

-OBJETIVOS

Dctermioar las propiedades reo16~cas de películas de goma d i g a y de MQquite en la intesñse d e a g u a mediante el empleo de un reómetro interkid constnudo y diseilado en la UAM-I.

MATERIA PRIMA- Goma Arábiga y goma de Mezquite EQUIPO EMPLEADO.-

-Medidor de pH -Homoge&ador de pistón -Baño de temperatura constante -Agitador electromecánico -Microscopio -Reómai.ointenñicial

r L

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c

L

r-

L

r- L.

r

-PROCEDmNTO EXPERIMENTAL

Se procede a la limpieza de la goma de Mezquite, separando tierra, corteza así como cuerpos QdraiIos que se incorporaron durante la recolección, quedando solo goma en fomia lobular o de iágrima. La goma obtenida se clasifica despub en función de su color, que para miaStros5rm se preSaelamás clara. El paso siguiente es puhrerizSr a la misma con la ñuúided de faciütar la disolución y por último se realiza un filtrado a vacib para así remover ias hpwems rest.ates y ad poder SCCBT el producto. Para el caso de la goma Arábiga se utiliza goma comercial tipo BAYER.

EMULSIONES ACEME-AGUA

Se prepararon emuisiones Aceite-Agua con las gomas purificadas a una razón del 5% peso/vohmen, para valores de 4 ,7 y 9 de pH, obteniéndose así las siguientes óaiuestras:

El pH se ajusta con NaOH lM, posterior ai ajuste se coloca la soluci6n en el reómetro. a partir de este momento comienza la formsCión de la película y el tiempo de aüejamimto de la misma.

c

L FUNCIONAMIENTO DEL REOMETRO

r ! L

r-

L

r L

P

L

r-

... r-

L

F

I

El dispositivo utilizado para el análisis reólogico de peIíc.uk interhides preaente las

El equipo (rsómQtro bicónico) consiste de un disco bic6nico de radio R, el disco se encueníra wispeadido de un alambre de torsión con una constaute de torsi611 Kw. El alambre esta unido a una csbeza de torsión que gira por medio de poleas. El grado de torsión de la cabeza se prsdcaemiw por medio de una barrera.

sigriient«lcaracteristi m:

Al introducir la fase acuosa en un recipiente de vidrio de radio r se forma una intehse. El disco de metal se pone en contacto con la fase continua mediante una mesa móvil. hí la fase oleorra se añade cuidadosamente. Desde este momento comienza la formación de la peliculq - estadesde la periferia del disco suspendido hastala pared internadel recipiente. Una rotación ps en radianes produce un desplazamiento angUiar en el disco de &I radianes, lo cual ea medido por medio de un transductor de desplazatmento.

ANALISIS MATEh4ATIco

El equipo puede ser utilizado para el estudio de la relación Deflormación-Esfueno con el Tiempo, pero solo si se satisfice la siguiente relación:

Lo anterior poque solo bajo esas condiciones se puede suponer un esfueno wnstaute que obedece d siguiente moddo:

L

c

i

............. (A) Kw@- &) 2 d Z

r =

La deformación esta dada por el modelo:

............. @I (2(1/R2 - l / r 2 ) - ' M ( t ) R2

Y(t) =

0,A =deoplazdeutoanguiardeldisco at=O @(t) = - ' angular dei dim en función del tiempo P=- . q u k de la cabeza de torsión r =radiodeirscipiaite R=ndiodaldisco Kw = wnutente de torsión del alambre

En la fisura 1 se puede apreciar el esquema del reómetro interfiacii.

Debido a que laa propiedades de las d s i o n e s se ven aktadas por el método de pnpauraón empieado, se siguió un pr ocediniicno estandsrizado, el cual ha sido estudLdo pitarionearte y en el aia la teoría mrtematica solo es apücable a compucstoa que praisntan u n c o m p o r t r n n s n t o ~ 'co iineal. En la figura 2 se muestra la forma am&e&ka ' d e una c u m de r.e.d. contra el tiempo, en donde se puede obaervar que ai aplicar un esfucao en Ay rssirado enD, el Kitcrvalo A-D de la r.d.e. se divide entres faries difermtas.

J Cabeza de torsibn

I I I Transdudor

Alambre de Torsión

B A

JR

JN t >

FIG. 2.- ANALISIS DE LA RELACION DE DFZORMACION-ESFUERZO EN FüNCION DEL TIEMPO.

La reiaci6n d~0rmaci6n-esfiieno en función del tiempo se deñne mediante la siguiente ddh

donde:

Jo = es ladistancia AB de la figura 2 = 1/Eo Eo = es el m6dulo de elagticidad instantáneo JN = eatadeñnido como Jn = -t / qw. qw = es La viscomdad newtoniana y se obtiene de la pendiente de la zona CD

La región BC tiene mayor dificultad para su análisis y esta definida como:

JR = x J i ( l - e q ( - t l r i ) )

ne observa que ri es la r.d.e. elástico intrínseco y una viscosidad asociada en este punto.

La obtenci6n de los valores anteriores se realizo bajo el siguiente procedimiento. A un tiempo dado, se miden las diferencias entre la curva de la zona BC y la hea pmyectada de la zona CD.

J i - J R = Q

si ne aplica la deíinici6n de JR se tiene que:

LnJ, - t l ri = LnQ

de la ec. &or se puede grañcar LnQ Vs t, en donde la pendiente de la recta repreaentara -1 Ir, ylaordenadadorigenseráLnJi.

c

P

RESULTADOS

Se obtuvieron los datos restantes de la caiibración, los d e s se reportan en la siguiente tabla.

CALCULO DE Kw

Dado que de la resputsta del gráficador ai girar el disco para su calibración es un . . mowarsnt o urmónim amortiguado, se parte de este modelo:

dZB dB dt2 dt

Z-+C-+KwB= O

en donde los padmetros de esta d ó n diferencial son:

I = momento Kiercial del cuerpo suspendido C = cdiciente de Wcción Kw = cte. de torsión del alambre 0 = despiezamiento angular

dZB CdB KwB +- - &l ** + 7 = 0

cuya sduci6n de la última ec. esta dada por la siguiente expresión:

M e :

A = C I 2 I

V = cte. 1 B= B = cte.

A la parte exponcncial de la ec. se le conoce como envolvente, donde se uiduye la cte. de fricción del ñuido. Al termino del seno y coseno se le llama el término de honda, donde se cngloba ia ampW de honda, impulso original, la cte. de torsión y perdidas por fic456n. Los valores de i, L, P y V pueden obtenerse experimentalmente para evaluar Kw, que en este c890 rewilt0 SIX de 294.63 dina-m.

EVALUACION DE LAS DEMAS VARIABLES DE LAS ECS. AY B.

Se utilizo un disco bidnico de acero inoxidable de radio Ra = 7 cm.. El radio del recipiente donde se forman laa &cribes Aceite-Agua es Rb = 4.5038 cm.

Para colailar la rela&n deformaCión-esfUeno se dividen las ecs. A y B de donde se tiene:

c - c

L

F-.

*

.-- b

c

L

c

b

c

L

c

L

c

I

c

c

c

c

P

L

F

c

c

c

F

c

c

c

F

c

c

c

P

4741 I R2 - 1 Ir2)-' ffl(t) Kw@* - e)

J,(O =

elmódulo uudantáneo de esfueru, superficial Eo esta dado mediante la ec

Kw (1 I R2 - 1 / r2 )p , - 8 4n-e

Eo =

y el esfuerzo en la orilla del disco a t = Os. esta dado por:

A las curvas obtenidas en el Braficador se les midió la ordenada y la abscisa por medio de una regia graduclda en medios müimetricos, la ordenada corresponde al áu@o de giro y la ebscisa d tiempo que dura el esfueno, así los datos son alunentado saunprogrema comp>tacionrl que inwiucra las ecuaciones antes escritas. En el apéndice se reaiman los datos obtemi&s de los gráñcos del registrador para las variables J,(t), Eo y Ts a difaentes tiempos de afkjamimto asi como pH.

(-) J:.7w 0.5 0.4 0.3 0.1

0 180 360 540 720 900 t(S)

FIG 3.- COMPORTAMIENTO VISCOELASTIC0 EN FUNCION DEL TIEMPO DE UNA PELICULA DE GOMA ARABIGA A pH 4 Y DIPERENTES TIEMPOS DE AÑEJAMIENTO. (A) 20.6 HRS., (B) 26 HRS., (C) 48 HRS., @) 71.5 HRS.

r t

P - r L

r L

r i

F

i

F

L

?"

i

r

i-

c

L

c - r-

Cabe mQlcionaf el hecho de que la @ d a no se forma instannáneam ente, pero es de verse que para pH bajos el tiempo de formaci6n es menor que para pH altos.

PRESENTASION Y DISCUSION DE RESULTADOS

El comportcuniento reol6gico complejo mostrado por todas las @ d a s se puede explicar en témanos de su estnichira moleailar en miuci6n y en la codormaCión adoptada cuando se adsorbai en la intedbe. Se observan valores altos de Eo, lo cual es debido al grado de r d f b c i ó n y a la fomia geometnca de las moléculas de ambas gomas, ya que cuando se adsortwn en la intedbe no pueden otras moléculas desliuirse a lo largo de e b por un impedumnto estérico. Como c0nsecuaicia, solo aquellas que se adnorbieron en el inicio tieadsn a brindar un empaquetamiento m o i d a r en la interbe, en mayor o menor grado dstarnmud ' o por las condiciones del medio ( principalmente temperahva y pH ).

MMgi

(OH+)

96 0.95 7.2 144 O.% Los 2 2.4 7.411 24 2.6 1.55 96 2.8 - 120 2.9 8.20 144 - 10.59 168 - 11.54 - - -

En sohición, las moléculas de ambas gomas se ven innueaciadas por el pH, deiemhando ad las pmpidades de las p.tícuieS interfaciales. Se observo tambih que cuando el pH es neutro, las moléculas de los dos tipos de goma de encuentran en su conñgunción más artaidida. por otra parte, cuando el pH aumenta hasta 9 o disminuye a 4, las moléculas tienden a contr%ase, se cree que esto ea debido a una falta de iomzilción de las moléailas o a un excam de conüniones en los diferentes valores del pH. En las figuras 4,s y 6 del anexo, se observan los valores más altos de Eo, lo cuai se atribuye a que pmentan una confianación compacta, por lo que las fuenas de repulsión son mlaimas y así las moléculas -es tiCnen la capacidad de acercarse, propicihndose así la f o d ó n de nuevos enlaces en la formación deunapeiícula cada vez más resistente. Sin embargo parece aer que las moléculas de la goma arábiga tienen una estructura más rígida, limitando las uitaaccioneS y formando así películas más débii .

Andinndo los datos de la tabla así como de las gráñcas 4,5 Y 6 dei apéndice, se o b m a que ips películas de la goma arábiga tienden a exhibir valores en edo. estacionario de Eo relrtivlimcIite más rápido que las películas de goma de Mequite, io que sugiere que los cnmbios adgumcionáles en función del pH son más grandes para las moléailas de goma de Msaquite que para los de goma aníbiga.

Los resultados anteriores d e s t a n que existe una cercana int-ón entre la atabWad delasdonescontralacoaiescenciay l a d i d a d superñcialinstantanea de las pdfailas interaiciaeS formadas airededor de las gotas de aceite por las gomas de Mezquite y arábiga.

c

c

c

._ P

c1

F

..._

...

r

L

CONCLUSIONES

Es daro que las propiedades reológicas de las d s i o n e e asi como las pelíaiiaS hterkiaies estan fuertemente influenciados por el pH y el tiempo de aíiejamiento de las mismas.

El aumento del módulo Eo esta dado también por el tiempo de aakjamiento y se cree que es debido a las i u t d o n e s adyacentes de las moléculas, dando asi la estnicaua parecida a la de un gel.

Las peiiaiieS de goma de Mezquite son más resistentes que las de goma arábiga. Lo antaior parece ser debido a la estructura más rígida de esta ultima, así como a sus segmsntos mooteculares más cortos.

Por íittimo, parece ser una muy buena alternativa, el hecho de que la goma de Mezquite sea un sustituto de la goma arábiga ( como agente emulsiñcante ) , favoreciendo aspectos como el de crear más fuentes de empleo y mttlltnrzatid o la importación de gbma arábiga. . . .

!

APENDICE

I. ,.. . . , ,

I

, .

I .'

i. .-

.F

i

r i

P-

i

i L

r

r L

L

flG. 4.- VAAlAClON DE EO (SI CON EL TIEMPO DE MEJAMIENTO PARA PEUCULAS DE GOMA AFiMIGA Y DE MEZOUm A pH = 4

L

" I L

i

F-

1 i

P

L

r- L

r i

r i

r L

r i r i

i

c

L

MEZQUITE pH = 7

80

0 25 50 75 100 125 150 TIEMPO DE AREJAMIENTO [hr]

I I I 0 25 50 75 100 I l 1 125 150

TIEMPO DE AREJAMIENTO [hr]

FIG. 5.-VARIACION DE EoIS] CON EL TIEM- PO DE AÑEJAMIEHTO PARA E L I - CULAS DE GOMA ARABIGA Y DE MEZQUITE A pH = 7

r

L

r L

r I L

L

r i

M E Z Q U ~ p H = 9

0 20 40 60 80 100 120 I TIEMPO DE AÑEJAMIENTO [hr)

FIG. 6.- VARIACION DE EofSl CON EL TIEMPO DE AREJAWENTO PARA PELICULAS DE GOMA DE MEZQUITE Y ARABiGA ApH-9

--.-_

I j

RESUMEN DE LOS VALORES OBTEMDOS DE J(t) Y t PARA DIFERENTES SOLUCIONES DE AMBAS GOMAS

1 0.294 394

0.331 492

0.374 592 0.402 673

pn-4 0.w5 14 TA (lm) - 26.4 0.153 33 Eo (didan) - 135331 0.201 55

0.235 n Z~ ídidani = 618.325

0.1256 0.1452 0.1747 0.2015 0.2458 0.2664

I k (end&) = .o0751 0.294 118 0.335 157 0.364 192 0.411 2% 0.451 334 0.486 415

428 0.514 ...

124 165 225 284 364 447 .

t 0.4125 I 448 0.5642 762 I

p = 7 TA(lW-11.3 Eo (dimlau) - 12.524

0.614 8 0.958 28 1.123 48 1.3% 68

I 1.932 I 108 I 1.645 1.845 1.935 1.985 2 . m

148 208 248 288 328

pH-7 0.965 20

7, (dindun) = 532.248

TAOU) = 12.57 1245 38 Eo (dilldau) - 22.4847 1.458 58

1.547 78

Jo (addim) = 0.0118 1.845 139

I 2.547 1 460 I

2.034 2.24s 2.365 2.487

200 260 320 381

c

L

0.8457 0.8845

0.9123

0.93%

180

220 260

280

F

L_

t I I I

L

c

L

Jo ( d d i s i ) = 0.0278 0.471 I

L

123

0.581

0.594 0.601

0.614 0.623

223

243

263

283 303

JH-4 0.415 9

(dLaiha) 51.104 0.748 49

~Jo~oarcdir)=o.o198 0.958 I 7 3

TA Om) = 0.40 0.621 29

7, (didan) - 589.235 0.812 52

1.147

1.198 423

523

c

I

c

i

C"

LI

L

.....

c

I

I 1.235 I 623 I I 1,247 I I

0.135 488

0.139 588

c

1.658 1.W 1.957 1.998 2.025 2.036

im 230 310 330 350 3717

L

0.662 0.874

1.- VERNON Carter E. J..1981, "Rheological properties and applications of Mezquite Tree gum in emuision stabilization". Ph. D. thesis, UNversity of London.

2.- VERNON Carter E. J., GUZMAN R y GONZALES E. E.. 1985. "A compsratiVe rheological 8h>dy between Arabic y Mezquite gums as emuis@ing and microeai;capsulations agcnts", iX congress int. of Rheology, Acapulco &o. México.

3.- OVERBHEK J. Th. G. 1976. "CoUoids and Surface Chemistry", Massachusetts Innst. of Tech.

4.- DURAN, Avances en hgeaiería Química 1986, Academia Mexicana de investigación y docenciaenIageMariaQuímicaA C.,México.

5.- NAFAJLE, Theoretical and Applied development in Rheology; Sociadad Mexicana de Reologla, M&co 1986.

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7.- ALEXANDER, A E., y JHONSON P. 1950. Colloid science, oxford Press, Londres.

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