1 TESIS DE GRADO PARA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICODiseño de un reactor para la obtención de nano-partículas metálicas y facilidades asociadas TESIS DE GRADO PARA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO MECÁNICO

2 INTEGRANTES Carlos Andrés García Cañar Martín Andrés Salazar Pallares

3 Antecedentes: El CEINCI a través del Dr. Cumbal ha realizado investigaciones y trabajos que contribuyen a la remediación ambiental, a través de las nano-partículas.

4 Antecedentes: El Proceso de producción de nano- partículas es un experimento que se realiza en los laboratorios del CEINCI, en instrumentos especializados como son: matraces, tubos de ensayo, buretas, en fin; materiales de altísima calidad y a condiciones ideales, obteniéndose resultados muy buenos.

5 Antecedentes: El Ecuador a través del Plan Nacional de Minería, quiere orientar y promover dicha actividad, mediante programas de desarrollo a corto, mediano y largo plazo.

6 Objetivo General: Diseñar un reactor para la obtención de nano-partículas y facilidades asociadas.

7 Objetivos Específicos:Diseñar un modelo escala del Reactor de Nano-partículas metálicas y sus facilidades asociadas, en base a normativa aplicable. Investigar y determinar un material no metálico para los recipientes aplicable para la elaboración de nano-partículas.

8 Objetivos Específicos:Medir parámetros del modelo a escala del Reactor mediante instrumentación apropiada. Establecer un procedimiento para una correcta elaboración de nano-partículas. Diseñar un prototipo industrial del Reactor de Nano-partículas metálicas y sus facilidades asociadas, con los parámetros determinados por el Modelo a escala.

9 NANO PARTÍCULAS DE HIERRO CERO - VALENTE

10 Nano-partículas de Hierro cero-valenteNúcleo es Hierro con valencia cero. Capa Exterior compuesta por hidróxidos y óxidos de hierro. Diámetro hidrodinámico menor a 100 nm. Se utilizan para la remediación ambiental. Ofrece ventaja en la aplicabilidad en la fuente de la contaminación.

11 Nano-partículas de Hierro cero-valente

12 Nano-partículas de Hierro cero-valenteProceso de encapsulamiento de contaminante metal:

13 Nano-partículas de Hierro cero-valenteExisten tres técnicas para la elaboración de Nano- partículas: Molido de alta energía de esferas metálicas de Hierro Reducción de fase de gas de óxidos de Hierro mediante H2. Reducción de fase acuosa de sales de hierro mediante Borihidruro de Sodio (NaBH4)

14 Soluciones Inmersas en la elaboraciónSolución de Borihidruro de Sodio (1:4) Solución de Carboxi Metil Celulosa (1:2) Solución de Sulfato de Hierro (1:4)

15 Reactor Químico

16 Reactor Químico Unidad procesadora diseñada para que en su interior se lleve a cabo una o varias reacciones química, la cual cuenta con líneas de entrada y salida para sustancias químicas, y está gobernado por un algoritmo de control.

17 Reactor Químico

18 Agitación Mecánica La agitación mecánica es una operación de mezclado, a utilizar cuando el mayor componente de la mezcla es un líquido, que recurre a algún tipo de aspas como dispositivo para conseguir la mezcla

19 Agitación Mecánica La agitación mecánica es una operación de mezclado, a utilizar cuando el mayor componente de la mezcla es un líquido, que recurre a algún tipo de aspas como dispositivo para conseguir la mezcla.

20 Agitación Mecánica

21 Tipos de Agitadores Paletas (20 – 200 RPM) Turbinas (200 – 2000 RPM) Propelas (400 – 1750 RPM)

22 Tipos de Agitadores (a)propela marina de 3 aspas (b) Impulsor de paletas vertical con dos aspas (c) Turbina con 6 paletas rectas verticales (d) Turbina con aspas verticales curvas (e) Turbinas con aspas inclinadas.

23 NORMATIVA APLICABLE

24 Normativa Aplicable ASME X Fiber- Reinforced Plastic Pressure VesselsASME VIII Division 1 Rules for Construction of Pressure Vessels ASME Boiler and Pressure Vessel Code; Section II, Part D (MATERIALS), 2010 ASME Boiler and Pressure Vessel Code; Section V (NONDESTRUCTIVE EXAMINATION), 2010 ASME Boiler and Pressure Vessel Code; Section IX (WELDING AND BRAZING QUALIFICATIONS) 2010 ASME Boiler and Pressure Vessel Code; Section 16.5, 2003 (PIPE FLANGES AND FLANGED FITTINGS)

25 DISEÑO DE LOS RECIPIENTES

26 Diseño de Tanques de PlásticoASME X Fiber- Reinforced Plastic Pressure Vessels

27 Parámetros de diseño Recipiente Borihidruro Modelo a escalaValores Volumen Tanque 2.5 lt Material Nylon Poliamida Diámetro Interno Tanque 145 mm Largo Tanque 195 mm Temperatura de Operación 25 °C Presión Interna de Diseño 20 psi Presión Externa de Diseño -15 psi

28 Parámetros de diseño Recipiente Nano-Partículas modelo a escalaValores Volumen Tanque 4 lt Material Nylon Poliamida Diámetro Interno Tanque 145 mm Largo Tanque 250 mm Temperatura de Operación 25 °C Presión Interna de Diseño 20 psi Presión Externa de Diseño -15 psi

29 Diseño a presión externaSe asume un espesor de pared y se calcula con la siguiente fórmula la Presión Externa Máxima admisible 𝑃𝑎𝑠1= 𝐾∗ 𝐸𝑟 𝐹𝑠 ∗ 𝐷𝑜 𝐿 ∗ ( 𝑡𝑠 𝐷𝑜 ) − 𝑡𝑠 𝐷𝑜 𝑲= 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝑪𝒐𝒏𝒄𝒆𝒏𝒕𝒓𝒂𝒄𝒊ó𝒏 𝒅𝒆 𝑬𝒔𝒇𝒖𝒆𝒓𝒛𝒐 𝑬𝒓= 𝑴ó𝒅𝒖𝒍𝒐 𝒅𝒆 𝑻𝒆𝒔𝒊ó𝒏 𝑨𝒙𝒊𝒂𝒍 𝑫𝒐 𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐 𝑰𝒏𝒕𝒆𝒓𝒏𝒐 𝑳= 𝑳𝒐𝒏𝒈𝒊𝒕𝒖𝒅 𝒅𝒆 𝑻𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 𝒕𝒔= 𝑬𝒔𝒑𝒆𝒔𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝑷𝒂𝒓𝒆𝒅 𝒅𝒆 𝑻𝒂𝒏𝒒𝒖𝒆 𝑭𝒔=𝟓 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 𝒅𝒆 𝑫𝒊𝒔𝒆ñ𝒐 𝒑𝒂𝒓𝒂 𝑷𝒓𝒆𝒔𝒊ó𝒏 𝑬𝒙𝒕𝒆𝒓𝒏𝒂

30 Diseño a presión internaEspesor de pared para esfuerzo longitudinal: 𝑡1= 𝑃∗𝑅 2∗(0.001∗𝐸1−0.6∗𝑃) 𝑃= 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 𝑅= 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝐸1= 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙

31 Diseño a presión internaEspesor de pared para esfuerzo circunferencial: 𝑡2= 𝑃∗𝑅 (0.001∗𝐸1−0.6∗𝑃) 𝑃= 𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑎 𝑅= 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑜 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑛𝑜 𝐸1= 𝑀ó𝑑𝑢𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑇𝑒𝑛𝑠𝑖ó𝑛 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑𝑖𝑛𝑎𝑙

32 Diseño de Tanques MetálicosASME VIII Division 1 Rules for Construction of Pressure Vessels

33 Parámetros de diseño Recipiente Carboxi Metal-Celulosa modelo a escalaValores Volumen Tanque 3 lt Material AISI 304 Diámetro Interno Tanque 4.16” Largo Tanque 375 mm Temperatura de Operación 100 °C Presión Interna de Diseño 45.35 psi Presión Externa de Diseño -15 psi

34 Diseño a presión internaEspesor mínimo admisible para esfuerzo circunferencial Presión Admisible 𝑡𝑠𝑐1= 𝑃𝑑∗𝑅𝑖 𝑆𝑠∗𝐸𝑗𝑓−0.6∗𝑃𝑑 𝑃𝑎2= 2(𝑆𝑠∗𝐸𝑗𝑓∗𝑡𝑠) 𝑅𝑖−0.4∗𝑡𝑠 𝑷𝒅=Presión de Diseño 𝑹𝒊= Radio Interno 𝑺𝒔=Esfuerzo Máximo Admisible 𝑬𝒋𝒇=Eficiencia de la junta

35 Diseño a presión externaPresión Extraadmisible: 𝑃𝑎𝑠= 4∗𝐵𝑠 3∗( 𝐷𝑜 𝑡𝑠 ) 𝑫𝒐=Diámetro Externo del tanque 𝑨𝒔=Valor obtenido de tabla 𝑩𝒔=Valor obtenido a través de tabla 𝒕𝒔= Espesor de pared del recipiente especificado para el cálculo. Los valores de As y Bs son determinados en las tablas correspondientes según la norma ASME Boiler and PressureVesselCode, Section II, Part D, PropertiesMaterials

36 Facilidades Asociadas

37 Selección de un calentadorCalor por cambio de temperatura: Q = Cp∗ ρ∗V∗(T2−T1) t Cp=4200 J Kg°C CalorEspecífico del Agua ρ=1000 Kg m Densidad del Agua V Volumen de Agua a Calentar T Temperatura Inicial de la Solución T Temperatura final de la Solución

38 Selección del Motor y AgitadorPara tener un flujo turbulento se necesita un número de Reynolds mayor a Ecuación del Número de Reynolds: 𝑵 𝑹𝑬 = 𝑫 𝒂 𝟐 ∗𝑵∗𝝆 𝝁 𝑫 𝒂 = 𝑫𝒊á𝒎𝒆𝒕𝒓𝒐𝒅𝒆𝒍𝒊𝒎𝒑𝒖𝒍𝒔𝒐𝒓 𝑵 = 𝑽𝒆𝒍𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒅𝒆𝑹𝒐𝒕𝒂𝒄𝒊ó𝒏𝒆𝒏𝒓𝒆𝒗/𝒔 𝝆=𝟏𝟎𝟎𝟎 𝒌𝒈 𝒎𝟑 𝑫𝒆𝒏𝒔𝒊𝒅𝒂𝒅𝒅𝒆𝒍𝑨𝒈𝒖𝒂 𝝁=𝟎.𝟎𝟎𝟏𝑷𝒂∙𝒔𝑽𝒊𝒔𝒄𝒐𝒄𝒊𝒅𝒂𝒅𝒅𝒊𝒏á𝒎𝒊𝒄𝒂𝒅𝒆𝒍𝒂𝒈𝒖𝒂

39 Selección del Motor y AgitadorPotencia que consume agitar un fluido 𝑃𝑜𝑡= 𝐷 𝑎 5 ∗𝜌∗ 𝑁 3 𝑁 𝑃𝑂𝑇 𝐷 𝑎 = 𝐷𝑖á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜𝑑𝑒𝑙𝑖𝑚𝑝𝑢𝑙𝑠𝑜𝑟 𝑁= 𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑒𝑅𝑜𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛𝑒𝑛𝑟𝑒𝑣 𝑠 𝜌=1000 𝑘𝑔 𝑚3 𝐷𝑒𝑛𝑠𝑖𝑑𝑎𝑑𝑑𝑒𝑙𝐴𝑔𝑢𝑎 𝑁 𝑃𝑂𝑇 =Número de Potencia (Depende del Impulsor)

40 Selección del Motor y AgitadorNúmero de Potencia 1. Turbina de 6 Aspas verticales 2. Impulsor de 2 paletas planas verticales 3. Propelas marina 3 aspas

41 Selección del Motor y AgitadorInercia del motor Torque del Motor 𝐼 𝑒𝑗𝑒 = 1 2 ∗ 𝑚 𝑒𝑗𝑒 ∗ 𝑟 𝑔𝑖𝑟𝑜 ∗ 𝑚 𝑝𝑎𝑙𝑒𝑡𝑎𝑠 ∗ 𝑟 𝑔𝑖𝑟𝑜 2 𝜏= 𝐼 𝑒𝑗𝑒 ∗𝛼 𝑚 𝑒𝑗𝑒 = Masa del Eje 𝑟 𝑔𝑖𝑟𝑜 Radio de giro del eje 𝛼 =400 rad/s Aceleración Angular

42 Procedimiento para elaboración de Nano-partículas para prototipo

43 Nitrogenación del AguaToda agua que se va a utilizar durante el experimento debe ser destilada y nitrogenada. Se nitrogenan 1550 ml de agua durante 40 min para la Solución de CMC a una presión de 10 psi. Se nitrogenan 2000 ml de agua durante 40 min para las soluciones restantes a 10 psi.

44 Nitrogenación del AguaDestilador de Agua Nitrogenación de agua

45 Generación de CMC A) Montar el recipiente en su base respectiva y luego comprobar que todas las válvulas estén cerradas.

46 Generación de CMC B) Lubricación del Eje agitador

47 Generación de CMC C) Colocar y cerrar la tapa bridada.

48 Generación de CMC D) Conectar resistencias eléctricas

49 Generación de CMC E) Cargar 15 gr. CMC en polvo al recipiente y 1550 ml de agua.

50 Generación de CMC F) Encender motor y resistencias.

51 Generación de CMC G) Dejar subir la temperatura, controlando que no se sobrecaliente el motor.

52 Generación de CMC H) Liberar el vapor generado mediante la válvula de desfogue manual

53 Generación de CMC I) Dejar enfriar la solución durante 12 horas mínimo y volver a nitrogenar durante 30 min.

54 Generación de CMC Solución de Carboxi Metil Celulosa totalmente polimerizada y disuelta

55 Generación de BorihidruroA) Se coloca en base, se lubrica eje y se cierra el recipiente

56 Generación de BorihidruroB) Colocar 1,457 gr. de Borihidruro de Sodio en 1050 ml de agua y encender el motor

57 Generación de BorihidruroC) Dejar mezclar durante 10 min

58 Generación de Sulfato de HierroA) Lubricar eje, cerrar reactor y conectar el sistema

59 Generación de Sulfato de HierroA) Lubricar eje, cerrar reactor y conectar el sistema

60 Generación de Sulfato de HierroB) Se extrae el aire que se encuentra en el interior del reactor accionando la bomba de vacío.

61 Generación de Sulfato de HierroC) Se ingresa al reactor 20,85 gr. de Sulfato de Hierro y 750 ml de agua y se acciona el motor

62 Generación de Nano-partículasA) Se vierte la solución de CMC en el reactor abriendo la válvula de paso correspondiente, encendida la bomba de vacío

63 Generación de Nano-partículasB) Se vierte la solución de CMC en el reactor abriendo la válvula de paso correspondiente, encendida la bomba de vacío

64 Generación de Nano-partículasB) Se abre la válvula de aguja para dejar pasar a la solución de Borihidruro, de tal manera que caiga gota a gota en el reactor

65 Generación de Nano-partículasC) Dejar agitar el sistema durante 10 min

66 Medición de Nano-partículasA) Se apaga el sistema y se extrae el producto final abriendo la válvula de salida

67 Medición de Nano-partículasB) Se extrae de gotas de nano-partículas y se las coloca en la celda de medición, haciéndolas pasar por un filtro de 0,45 µm, y se las disuelve en agua destilada

68 Medición de Nano-partículasC) Se coloca la celda en la máquina de medición, y se determina el diámetro promedio de las nano-partículas

69 Fabricación de prototipo

70 Recipiente BorihidruroMaterial de fabricación: Duralón Materiales: Tocho de Ø230X285 mm Procesos: Refrentado de caras Cilindrado entre dos puntos por torno Maquinado en CNC Taladrado para aberturas Machuelado para roscas NPT Corte por Cizalla

71 Recipiente Borihidruro

72 Recipiente Carboxi Metil CelulosaMaterial: Acero Inox austenítico 304 Materiales: Brida Inox deslizable 4” X 150 lbs T304 Brida Inox ciega 4” X 150 lbs T304 Tubería Inox 304 SCH40 Ø4”X335mm Plancha Inox 304 4mm Ø140mm Threatolet Inox roscados ½” por 3000 lbs T304

73 Recipiente Carboxi Metil CelulosaProcesos: Cuerpo: Unión de Brida deslizable con Tubo Inóx con soldadura TIG. Taladrado de aberturas en cuerpo Soldeo TIG de threatolets con el tanque Doblado de plancha inox para dar forma semiesférica Unión de plancha doblada con Tubo a través de soldadura TIG. Tapa: Brida Ciega Taladrado y Machuelado para aberturas de tapa.

74 Recipiente Carboxi Metil Celulosa

75 Recipiente Nano-partículasMaterial: Duralón de Ø250X285 mm Procesos: Refrentado de caras Cilindrado entre dos puntos por torno Maquinado en CNC Taladrado para aberturas Machuelado para roscas NPT Corte por Cizalla

76 Recipiente Nano-partículas

77 Pruebas de Funcionamiento

78 Recipiente Carboxi Metil CelulosaPrueba Neumática a 60 psi de presión durante 2 h. Prueba de calentamiento, de 20 – 92 °C en 25 min

79 Prueba Neumática CMC Potencia que consume agitar un fluido Ph=1.3∗ MAWP ó Pd ∗ S temp. prueba S temp. diseño =60 psi Ph: Presión de Prueba MAWP: Presión máxima permisible de trabajo Pd: Presión de diseño S temp. prueba S temp. diseño : Relación entre valores máximos admisibles de esfuerzo

80 Prueba Neumática CMC

81 Prueba Calentamiento CMC Tabla Prueba de Calentamiento Tanque Carboxi Tiempo Temperatura Resistencia 0 min 20 °C Encendida 4:34 min 25 °C 6:03 min 30 °C 7:20 min 35 °C 8:36 min 40 °C 9:43 Min 45 °C 10:50 min 50 °C Apagada 12:07 min 55 °C 14:06 min 60 °C 16:26 min 65 °C 17:55 min 70 °C 19:07 min 75 °C 20:22 min 80 °C 21:30 min 85 °C 23:01 min 90 °C 24:30 min 92 °C

82 Prueba Calentamiento CMC

83 Recipiente Borihidruro:Prueba Neumática a 35 psi de presión durante 2 h.

84 Recipiente Nano-partículasPrueba Neumática a 35 psi de presión durante 2 h. Prueba de vacío a -2 psi durante 1 h.

85 Prueba Vacío - Nano-partículas

86 RESULTADOS TANQUES

87 MODELO A ESCALA

88 Recipiente Borihidruro

89 Recipiente Carboxi Metil Celulosa

90 Recipiente Nano-partículas

91 Nano-partículas obtenidas

92 Nano-partículas obtenidasTabla distribución de tamaño Nano - partículas Descripción Dimensión Mediana µm Media µm Varianza 5.02 E-6 µm Desviación Standard µm Covarianza 1.96 E-2 µm2 Coeficiente de Difusión 1.46 E-2 m2/s

93 PROTOTIPO INDUSTRIAL

94 Recipiente Borihidruro ProtipoParámetros de diseño TANQUE BORIHIDRURO Acero Parámetros de Diseño Valores Volumen Tanque 1 m3 Material AISI 304 / Polietileno Diámetro Interno Tanque 1 m Largo Tanque 1.27 m Temperatura de Operación 20 °C Presión Interna de Diseño 71.3 psi Presión Externa de Diseño -15 psi

95 Recipiente de Carboxi ProtipoParámetros de diseño TANQUE Carboxi Acero Parámetros de Diseño Valores Volumen Tanque 1 m3 Material AISI 304 Austenítco Diámetro Interno Tanque 1 m Largo Tanque 1.27 m Temperatura de Operación 100 °C Presión Interna de Diseño 25 psi Presión Externa de Diseño -15 psi

96 Recipiente Nano-partículas PrototipoParámetros de diseño TANQUE NANO-PARTÍCULAS Acero Parámetros de Diseño Valores Volumen Tanque 2 m3 Material AISI 304 / Polietileno Diámetro Interno Tanque 1.2 m Largo Tanque 1.6 m Temperatura de Operación 20 °C Presión Interna de Diseño 71.3 psi Presión Externa de Diseño -15 psi

97 Recipientes PlásticosCatálogo Plastigama

98 Recipiente BorihidruroDiseño a presión externa e interna en polietileno TANQUE BORIHIDRURO PLÁSTICO Parámetros Calculados Valores Presión Externa admisible de tanque 3.47 psi Presión Externa admisible en cabeza elipsoidal 3.903 psi TANQUE BORIHIDRURO PLÁSTICO Parámetros Calculados Valores Espesor de pared mínimo por esfuerzo tangencial 133 mm Espesor de pared mínimo por esfuerzo circunferencial 265 mm

99 Recipiente Nano-partículasDiseño a presión externa e interna en polietileno TANQUE NANO-PARTÍCULAS PLÁSTICO Parámetros Calculados Valores Presión Externa admisible de tanque 2.88 psi Presión Externa admisible en cabeza elipsoidal 3.25 psi TANQUE NANO-PARTÍCULAS PLÁSTICO Parámetros Calculados Valores Espesor de pared mínimo por esfuerzo tangencial 145 mm Espesor de pared mínimo por esfuerzo circunferencial 290 mm

100 Recipiente Borihidruro y Carboxi Metil Celulosa ProtipoDiseño a presión externa en acero

101 Recipiente Borihidruro y Carboxi Metil Celulosa PrototipoDiseño a presión interna en acero

102 Recipiente Nano-partículas PrototipoDiseño a presión externa en acero RESUMEN DE CÁLCULO Descripción Valores Espesor de pared de recipiente 0.25 in (6.35mm) Espesor mínimo por esfuerzo circunferencial Sin refuerzo Espesor mínimo por esfuerzo longitudinal PresiónExternaAdmisible 40.62 psi

103 Reactor Industrial Se determinó que la mejor alternativa de construcción para los tres recipientes es con acero Inoxidable AISI 304, debido a que las presiones admisibles externas en los recipientes de plástico son menores y que los espesores mínimos requeridos son muy grandes en los mismos. Los recipientes de acero inoxidable son de fácil maquinabilidad, por lo que se pueden instalar fácilmente en estos motores, válvulas, mangueras, instrumentación, etc.

104 Reactor Industrial Beneficios de usar acero AISI 304: Fácil limpiezaAl ser un acero austenítico, no tiene magnetismo Alta resistencia a la corrosión Fácil maquinabilidad Económico y altamente comercial (se lo encuentra en diferente presentaciones como planchas, tubería, etc.)

105 Preparación Nano-partículas

106 Esquema Recipiente Borihidruro

107 Esquema Recipiente Carboxi

108 Esquema Recipiente Nano - partículas

109 INCONVENIENTES

110 Concentración de CMC La cantidad de solución y la concentración de CMC es un factor importante en la obtención exitosa de nanopartículas de tamaños pequeños. Hay que considerar los siguientes parámetros en la producción de solución de CMC: Medir el peso (en gramos) de carbolximetil celulosa en polvo necesario para formar la solución (15 gr.) Evitar que la CMC (polvo) se pegue en las paredes del recipiente, ya que debido al calor y a la alta temperatura, éste químico se quema, produciendo una disminución en la concentración de la solución, suciedad e impide una total polimerización en el agua nitrogenada.

111 Concentración de CMC

112 Concentración de Oxígeno DisueltoMediante la nitrogenación del agua se elimina el oxígeno disuelto  Efectos de alta concentración de oxígeno disuelto: Partículas de tamaño superior a 150 nanómetros y con una varianza alta. La oxidación de la solución de Sulfato de Hierro.

113 Temperatura en CMC La temperatura es un factor primordial para la producción de solución CMC para poder llegar a polimerizarla. Si la temperatura es muy elevada la CMC se quema, lo cual impide que la solución posea la concentración idónea. La temperatura influye en la vida útil del eje y del motor, debido a que éste se dilata provocando mayor rozamiento y fricción en el orificio de la tapa bridada; y además provoca que las esferas del rodamiento tengan mayor apriete.

114 Agitación La agitación es el parámetro que permite conseguir uniformidad en la solución. Una característica elemental de la agitación son las RPM y la forma de las paletas del eje La forma de las paletas también es importante, para producir la mayor turbulencia posible y que haya gran área de contacto con el fluido se recomienda paletas planas de una longitud total de 50 o 60% el diámetro del recipiente.

115 Agitación

116 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

117 Conclusiones Después de realizar el diseño del Reactor de Nano-partículas y sus facilidades asociadas se pudo determinar que el parámetro más crítico fue la presión externa debido a que este establecerá tanto el espesor de pared del cuerpo como de la cabeza del recipiente, puesto que la presión admisible externa es mucho menor a la presión admisible interna. El material Nylon Poliamida (Duralón) fue muy útil y versátil para la manufactura de los tanques de Borihidruro y reactor de nano-partículas de los modelos a escala, debido a que sus características mecánicas y su composición química permitieron un desarrollo exitoso del experimento. Este material es de fácil maquinabilidad y no genera ninguna cotaminación ni reacción química indeseada que altere el proceso de generación de nano- partículas. Además es un material liviano que permite la fácil manipulación de los tanques.

118 Conclusiones En el recipiente de Carboxi-metil celulosa los parámetros que se deben controlar son presión, temperatura y nivel, en el recipiente de borihidruro los parámetros que se deben controlar son presión y nivel; para el reactor, al ser el recipiente principal donde se generan las nano-partículas, se deben controlar todos los parámetros inmersos en el proceso como son: temperatura, presión, nivel y porcentaje de oxígeno disuelto en la solución. Para asegurar la formación de nano-partículas de tamaño dentro del rango de 0 – 100 nm, se debe seguir el procedimiento establecido, dando importancia a factores muy importantes como son orden y limpieza. De esta manera se asegurará que la completa disolución de los químicos en cada uno de los tanques y un producto final dentro de los parámetros requeridos.

119 Conclusiones El diseño de los recipientes prototipo tomó como referencia los parámetros y aspectos del modelo a escala, con lo cual se puedo comprobar la factibilidad de llevar el proceso de generación de nano- partículas de hierro cero-valente a un proceso industrial.

120 Recomendaciones Para el prototipo se recomienda fabricar todos los tanques inmersos en la elaboración de nano-partículas en acero inoxidable AISI 304, debido a que es un material que se encuentra fácilmente en la industria ecuatoriana, debido a sus propiedades mecánicas puede soportar los parámetros de diseño y permite la instalación y acoplamiento de elementos complementarios como son motores, sellos, válvulas, instrumentación en fin.

121 Recomendaciones Para prevenir la filtración de aire y partículas ajenas a las soluciones reactivas, las cuales podrían perjudicar la correcta formación de nano- partículas, se deben consideras los siguientes aspectos: instalar un sello mecánico multiresorte, el cual sellará completamente los ejes agitadores, con caras de vitón-grafito autolubricantes con sellos de vitón, controlar el proceso de fabricación de los recipientes principalmente en los cordones de soldadura, donde se podrían suscitar fugas o filtraciones si el proceso no se realiza correctamente, controlar el correcto ajuste en conexiones roscadas y acoplamiento de instrumentación.

122 Recomendaciones En el tanque de Carboxi se requiere un sistema de calentamiento zonificado, el cual ayudará a la funcionabilidad del tanque para varios volúmenes de solución. Para poder producir varios volúmenes de solución, logrando la completa disolución de los químicos, se recomiendo instalar un variador de frecuencia en los motores, el cual permitirá variar la velocidad de agitación a conveniencia dependiendo del volumen de líquido que se tenga que agitar.

123 GRACIAS