Introducción.. Transporte de contaminantes. Distribución multifases. Físico-química de sistemas naturales Mecanismos de Transporte de Contaminantes -

Presentación del tema: "Introducción.. Transporte de contaminantes. Distribución multifases. Físico-química de sistemas naturales Mecanismos de Transporte de Contaminantes -"— Transcripción de la presentación:

1 Introducción.

2 Transporte de contaminantes. Distribución multifases. Físico-química de sistemas naturales Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN AGUA ATMOSFERA ORGANISMOS SEDIMENTO SUELO SUPERFICIE TERRESTRE            Gas Disuelto Coloides SólidoLíquidoGaseoso

3 Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN

4 Termo-clásica Temperatura, Tiempo, Presión, Concentración, etc. Cinética Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN Como estudio las redistribuciones atómicas y moleculares que conllevan cambios energéticos medibles a escala macroscópica? -¿Qué factores controlan los cambios que observamos en la naturaleza? -¿Qué condiciones de equilibrio pueden estabilizar una determinada asociación? Permiten monitorear la evolución de los sistemas y llegar a estimar propiedades macroscópicas observables

5 Transporte Ajustes de equilibrios-multifases Atmósfera Océanos Superficie terrestre Termodinámica Cinética Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN Concentración de equilibrio Concentración de equilibrio Concentración de equilibrio

6 Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN ¿Estados de la materia - Fases?

7 Tarea en clase: Mencionar reacciones de la termodinámica clásica en sistemas naturales…. Que pasa con la cinética? Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN

8 Cinética Mecanismos del movimiento de materia - Difusión - Advección - Dispersión Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN

9 …. “equilibrio termodinámico” Δ G= Δ H-TΔS Energía de Gibbs! Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN Termodinámica

10 Resumen Vimos: – Como se expondrán los temas y como se evaluarán – Que en un ecosistema se pueden distinguir «fases» y que se pueden describir con modelos físicos-químicos (F-Q) – Que desde el punto de vista de la F-Q: comportamiento atómico  propiedades macroscópicas

11 Resumen Lo importante: CRITERIO T (ºC) P (…) color, olor, etc… Tiempo… Redistribuciones atómicas/moleculares  E

12 Definiciones Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN AGUA ATMOSFERA ORGANISMOS SEDIMENTO SUELO SUPERFICIE TERRESTRE            Gas Disuelto Coloides SólidoLíquidoGaseoso Equilibrio termodinámico

13 Definiciones Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN Va al equilibrio de modo espontáneo y con independencia de cualquier acción externa! Equilibrio termodinámico Mecánico Térmico Químico RQ

14 Definiciones Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN Va al equilibrio de modo espontáneo y con independencia de cualquier acción externa! Equilibrio termodinámico Mecánico Térmico Químico T=4ºC 55

15 Definiciones Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN Va al equilibrio de modo espontáneo y con independencia de cualquier acción externa! Sistema – Equilibrio (M, T, RQ)

16 Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN

17 …. “equilibrio termodinámico” Δ G= Δ H-TΔS Energía de Gibbs! Mecanismos de Transporte de Contaminantes - UNTREF - Dra. C. CORVALÁN

18 mas definiciones…

19 Termodinámica Se denomina termodinámica a la parte de la física encargada del estudio de fenómenos vinculados con el calor. Se ocupa especialmente de las propiedades macroscópicas de la materia, de las formas de energía, haciendo hincapié en la temperatura. Fuente: https://lco2013.wordpress.com/axiomatic-thermodynamics/

20 Definiciones Trabajo.- se define desde la cinemática y mecánica básica como: Donde W es trabajo, F es la fuerza aplicada al cuerpo o sistema y s el desplazamiento (F y s deben estar en la misma dirección) Reemplazando las ecuaciones tenemos

21 Definiciones Energías.- La energía denota la capacidad de un cuerpo o un sistema para realizar un trabajo. Los tipos de energía son: Energía Potencial: Referida a la aceleración gravitacional Energía cinética: Referida a velocidad del sistema

22 Definiciones Energía Interna U: Es el total de energía contenida en un cuerpo y es la esencia de la definición de primera ley (sistemas cerrados). Entalpía H: Expresa la definición de primera ley en procesos de flujo steady-state (sistemas abiertos) Energías libres de Gibbs G y Helmholtz A: Se define en función de energía interna y primera ley

23 Definiciones Calor Q: se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas. Entropía S: Es el concepto más complicado de la termodinámica, define la segunda ley y determina si un proceso puede ser o no, además se lo relaciona con términos de eficiencia Video de Entropiahttps://www.youtube.com/watch?v=x428Yj vpvtU

24 Primera Ley de la Termodinámica La primera ley expresa la evidencia empírica de que la energía se conserva. Fuente: http://www.chegg.com/homework-help/questions-and-answers/consider-joule-s-apparatus-described-figure-201-themass-two-blocks-150-kg-insulated-tankis-q251336 Supuestos: 1.El calor que se añade al sistema es positivo 2.El trabajo realizado en el sistema es negativo

25 Segunda ley de la Termodinámica El concepto de segunda ley inicia con el trabajo de Sadi Carnot el cual deseaba determinar el trabajo máximo que se puede obtener de una máquina de vapor.

26 Segunda ley de la Termodinámica Descripción del fenómeno – Si una tubería contiene vapor fluyendo sin estar aislada el calor se transfiere desde la tubería a los alrededores – Si una válvula que separa dos gases se abre el flujo se dirige desde el punto de mayor presión al punto de menor presión – Si una pared separa dos gases y ésta es removida los gases se mezclan, pero si los gases ya están en mezcla y colocamos la pared ellos no se separan

27 Segunda ley de la Termodinámica Enunciados: 1.Es imposible realizar una transferencia de calor desde un cuerpo y obtener una cantidad equivalente de trabajo. 2.Todo proceso cuyo único efecto es la transferencia de energía (temperatura) se realiza desde el punto de mayor nivel de energía a el punto de menor nivel de energía. Çengel, y. A. (2011). Thermodynamics: an engineering approach. New York: Mc-Graw-Hill. DP. Tassios. (1993). Applied Chemical Engineering Thermodynamics. New York Springer-Verlag Berlin Heidelberg

28 Ensayo de tracción simple…un ejemplo Para analizar el comportamiento mecánico de un material  Tracción simple dx dz dy  x = u/dx  y = v/dx  z = w/dx Deformaciones en Los 3 ejes F1F1 F2F2  dF/dS  Tracción Simple:  F/S

29 Modelo electrostático…un ejemplo Verónica Benítez Escudero Premio a la mejor tesis de doctorado en ingenier í a ambiental y profesiones afines El Colegio de Ingenieros Ambientales de M é xico, AC le otorg ó el Premio a la Mejor Tesis de Doctorado en Ingenier í a Ambiental y Profesiones Afines a Bertha Mar í a Mercado Borrayo durante la clausura del XXI Congreso Internacional Ambiental CONIECO, en el World Trade Center de la ciudad de M é xico el 27 de septiembre de 2013. El trabajo con el que se hizo acreedora a esta distinci ó n lleva el t í tulo de Remoci ó n de boro y ars é nico presentes en altas concentraciones en agua mediante escorias metal ú rgicas, y lo realiz ó bajo la direcci ó n de la doctora Rosa Mar í a Ram í rez Zamora, investigadora del Instituto de Ingenier í a de la UNAM. El objetivo de la tesis fue encontrar un proceso mediante el cual se pudiera realizar a un bajo costo una elevada remoci ó n de semimetales t ó xicos que est á n presentes en agua en altas concentraciones, como el ars é nico (As) y el boro (B), lo que representa un riesgo para la salud y constituye un obst á culo para la producci ó n agr í cola. La aportaci ó n de esta tesis es importante, ya que mediante esta tecnolog í a emergente, que utiliza las escorias metal ú rgicas del hierro y del acero como adsorbentes no convencionales, es posible la remoci ó n eficiente de los semimetales As y B. Adem á s, es factible que dichos contaminantes a altas concentraciones se remuevan incluso de aguas residuales geot é rmicas (M é xico) y de aguas subterr á neas (Argentina) para producir agua para re ú so. De ese modo es posible emplear las aguas residuales geot é rmicas, que registran altas concentraciones de As y B, como una fuente alterna para el riego agr í cola; por otro lado, el ars é nico proveniente de la actividad antropog é nica, como la miner í a, es tambi é n susceptible de ser removido eficientemente con el fin de evitar da ñ os a la salud. Cabe mencionar que con esta tecnolog í a emergente se agrega valor a un subproducto que normalmente se confina. Otra ventaja es que esta tecnolog í a posibilita la remoci ó n de metales pesados, colorantes y compuestos ani ó nicos, como se comprob ó en la estancia realizada en la Universidad Aut ó noma de Barcelona. Los estudios experimentales se realizaron en el Instituto de Ingenier í a de la UNAM y en la Comisi ó n Nacional de Energ í a At ó mica de Argentina. Felicitamos a Bertha Mar í a Mercado Borrayo y a Rosa Mar í a Ram í rez Zamora por esta brillante aportaci ó n.

30 Y aquí está el proceso en animación Transporte de Membrana Por el Ing. Agr. Carlos A. González La bicapa lip í dica de la membrana act ú a como una barrera que separa dos medios acuosos, el medio donde vive la c é lula y el medio interno celular. Las c é lulas requieren nutrientes del exterior y deben eliminar sustancias de desecho procedentes del metabolismo y mantener su medio interno estable. La membrana presenta una permeabilidad selectiva, ya que permite el paso de peque ñ as mol é culas, siempre que sean lip ó filas, pero regula el paso de mol é culas no lip ó filas. Entonces, la mayor parte de los iones y mol é culas solubles en agua son incapaces de cruzar de forma espont á nea esta barrera, y precisan de la concurrencia de prote í nas portadoras especiales o de canales proteicos. De este modo la c é lula mantiene concentraciones de iones y mol é culas peque ñ as distintas de las imperantes en el medio externo. El paso a trav é s de la membrana posee dos modalidades: Una pasiva, sin gasto de energ í a, y otra activa, con consumo de energ í a. 1.Pasaje pasivo. Es un proceso de difusi ó n de sustancias a trav é s de la membrana. Se produce siempre a favor del gradiente, es decir, de donde hay m á s hacia el medio donde hay menos. Este transporte puede darse por: oDifusi ó n simple. Es el paso de peque ñ as mol é culas a favor del gradiente; puede realizarse a trav é s de la bicapa lip í dica o a trav é s de canales prote í cos. A) Difusi ó n simple a trav é s de la bicapa (1). As í entran mol é culas lip í dicas como las hormonas esteroideas, anest é sicos como el é ter y f á rmacos liposolubles. Y sustancias apolares como el ox í geno, el CO 2 y el nitr ó geno atmosf é rico. Algunas mol é culas polares de muy peque ñ o tama ñ o, como el agua, el etanol y la glicerina, tambi é n atraviesan la membrana por difusi ó n simple. La difusi ó n del agua recibe el nombre de ó smosis B) Difusi ó n simple a trav é s de canales (2).Se realiza mediante las denominadas prote í nas de canal. As í entran iones como el Na +, K +, Ca 2+, Cl -. Las prote í nas de canal son prote í nas con un orificio o canal interno, cuya apertura est á regulada, por ejemplo por ligando, como ocurre con neurotransmisores u hormonas, que se unen a una determinada regi ó n, el receptor de la prote í na de canal, que sufre una transformaci ó n estructural que induce la apertura del canal. C) Difusi ó n facilitada (3) o Transporte pasivo. Permite el transporte de peque ñ as mol é culas polares, como los amino á cidos, monosac á ridos como la glucosa, etc, que al no poder atravesar la bicapa lip í dica, requieren que prote í nas trasmembranosas faciliten su paso. Estas prote í nas reciben el nombre deprote í nas transportadoras o permeasas (ver 6to a ñ o) que, al unirse a la mol é cula a transportar sufren un cambio en su estructura que arrastra a dicha mol é cula hacia el interior de la c é lula. (ver 6to a ñ o)