4 10 113 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/acf61a8c4163578c2069c44812e70cc7.pdf 7ecc3d9416a0bdc11092252913aa84da PDF Text Text TESIS Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Persis Dulce Milagros González Maza �Página legal Título de la obra: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela, 62 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Persis Dulce Milagros González Maza 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autora: Ing. Persis Dulce Milagros González Maza. Esp. Mayo, 2015 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autora: Ing. Persis Dulce Milagros González Maza. Esp. Tutor: DrC. Gerardo Orozco Mayo, 2015 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ÍNDICE Pág. INTRODUCCIÓN………………………………………………………………….…… 1 CAPÍTULO I- CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES DEL ÁREA DE ESTUDIO............................................................................................. 1.1. Introducción..………………………………………………………..………..…. 1.2. Basamento teórico……………………………………………………….………. 1.2.1. Contaminantes……………………………………………………………. 1.2.2. Ciclo de metales pesados……………………………………………….. 1.2.3. Origen de los metales en el medio acuático…………………………… 1.2.4. Circulación de metales en ecosistemas estuariales…………………. 1.2.5. Interacción metal-sedimento……………………………………………. 1.2.6. Eutrofización……………………………………………………………… 1.2.7. Estuarios como ambiente adecuado para realizar estudios de contaminación…………………………………………………………………….. 1.3. Investigaciones precedentes……………………………………………………. 1.4. Aspectos geológicos regional…………………………………………………… 1.4.1. Marco fisiográfico…………………………………………………………. 1.4.2. Marco geológico estructural……………………………………………... 1.4.3. Aspectos geológicos locales…………………………………………….. 1.4.4. Marco sedimentológico actual…………………………………………… 1.4.5. Marco geológico ambiental por metales pesados…………………….. 8 8 8 9 10 12 13 15 17 17 20 30 30 31 31 32 32 CAPITULO II. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN………………………... 2.1. Introducción.………………………………………………………………………. 2.2. Metodología de la investigación utilizada para la realización del trabajo de investigación……………………………………………………………………… 2.2.1. Recopilación y análisis de la información existente sobre el tema en estudio…………………………………………………………....... 2.2.2. Levantamiento de información geológica y ambiental del área de estudio....…………………………………..………………………………. 2.2.3. Monitoreo de las muestras de sedimentos: Técnicas de monitoreo utilizadas…………………………………………………………………… 2.2.4. Análisis y determinaciones químicas: Método analítico e Instrumentos de medición……………………………………………….. 2.2.5. Análisis y determinaciones físicas: Método analítico e Instrumentos de medición……………………………………………….. 2.2.6. Cartografía geológica: mapas de distribución de elementos pesados 2.2.7. Evaluar los niveles de concentración de metales……………………. 34 34 CAPÍTULO III. RESULTADOS…………………………………………………….….. 3.1. Características geológicas ambientales del área de estudio……………….... 3.1.1. Factores Geológicos……………………………………………………….. 43 43 43 35 35 35 36 37 39 41 I �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 3.1.2. Factores Humanos………………………………………………………..... 3.1.3. Descripción de los Sedimentos superficiales del área de estudio……. 3.2. Identificación de la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración…………………………………………………………………….... 3.2.1. Variedad de metales pesados y sus concentraciones…………………. 3.2.2. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes en sedimentos en el Campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo…………………………………………... 3.3. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos….…………. CONCLUSIONES…………………………………………………………………….. RECOMENDACIONES………..…………………………………………………….. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS………………………………………..…….… ANEXOS……………………………………………………………………………....... . 46 49 51 51 57 59 62 63 64 75 II �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1. El sistema biológico de los elementos para plantas terrestres (Glicofitas)…………………………………………………………………………….. Figura 2. Ciclo de metales entre los diferentes compartimientos de un ambiente estuarino………………………………………………………………..... Figura 3. Diagrama que representa un Sistema Natural Integral……………… Figura 4. Ubicación geográfica del Lago de Maracaibo, Estado Zulia Venezuela…………………………………………………………………………….. Figura 5. Metodología de trabajo empleada para el desarrollo de este estudio………………………………………………………………………………… Figura 6. Ubicación de los puntos muestreados en la zona de estudio………. 12 15 20 30 Figura 7. Espectrómetro de absorción atómica…………………………….......... 34 37 38 Figura 8. EstereomicroscopioZeiss, Discovery V12……………………………. 40 Figura 9. Mapa geológico de la Cuenca del Lago de Maracaibo………………. 44 Figura 10. Ríos que drenan a la Cuenca del Lago de Maracaibo……………… 45 Figura 11. Imagen Satelital del área de estudio que refleja factores antropogénicos y litogénico al 2001……………………………………………… 48 Figura 12. Gráfico de ladistribución granulométrica de los sedimentos superficiales de la zona de estudio……………………………………………….. Figura 13. Fotografía de la Muestra CU-1………………………………………… 50 51 Figura 14. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As(Evaluado por EAA) vs valores de riesgo relativo (ER-L, NOOA)………………………… 54 Figura 15. Gráfico que muestra la comparación del resultado de Hg (Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L y EM-L, NOOA)……………………………………………………………………………… 55 Figura 16. Mapa de Distribución del Metal Arsénico en el área de estudio……………………………………………………………………………… 58 Figura 17. Mapa de Distribución del Metal Mercurio en el área de estudio………………………………………………………………………………. 59 III �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ÍNDICE DE TABLAS Pág. Tabla 1. Métodos analíticos empleados en la evaluación de los parámetros físicos y químicos en los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta……………………………………………………………….. Tabla 3. Numeración y abertura de tamices………………………………… 35 36 40 Tabla 4. Límites máximos permisibles según la guía de calidad para metales (ppm)…………………………………………………………………... 42 Tabla 5. Resultados del tamizado……………………………………………. 49 Tabla 6. Metales presentes en la zona de estudio…………………………. 52 Tabla 2. Ubicación de los puntos muestreados…………………………….. Tabla 7. Comparación de la concentración de los metales obtenidos vs ER-L y EM-L NOOA (1995)…………………………………………………… Tabla 8. Grado de contaminación…………………………………………… Tabla 9. Grado de contaminación por Arsénico en el área de estudio….. Tabla 10. Grado de contaminación por Mercurio en el área de estudio... 53 60 60 60 IV �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. INTRODUCCIÓN El Lago de Maracaibo, punto de partida para la evaluación de la contaminación ambiental de esta investigación, ha sido tema de estudio en cuanto a la acción litogénica, así como la antropogénica durante las últimas décadas por cientos de científicos y organismos que pretenden proponer soluciones que mitiguen los efectos negativos que hemos venido generando sobre este fenómeno geológico. Es por ello que es necesario definir a través de una minuciosa revisión bibliográfica el tipo de estructura y/o ambiente geológico al que se referirá este trabajo, puesto que de ello dependerán las características que se le atribuyan para tal estudio. Basado en los procesos geológicos que durante más de 40 millones de años ha evolucionado la cuenca del Lago de Maracaibo, estos han dado origen a su vez diferentes aspectos geológicos a considerar dentro de su sistema. El Lago de Maracaibo es una gran depresión estructural rodeada de montañas, en la que confluyen diversos ríos, y se comunica con el Mar Caribe a través del Golfo de Venezuela, y con este último, mediante un estrecho de 40 km de largo, 5-7 km de ancho y 15 m de profundidad. Esta profundidad es consecuencia del dragado del canal de navegación, a través del cual penetra agua salina a este cuerpo de agua (Sutton, 1976), este gran fenómeno natural la ha permitido definir como un estuario. Término sustentado por las siguientes investigaciones: Según Marcovecchio et, al. (2013), en su publicación titulada Procesos Químicos en Estuarios expresa que la Zona Costera (ZC) es una región de transición entre los componentes marino y continental del planeta. Es ampliamente reconocida como uno de los más importantes elementos de la biosfera con una amplia diversidad de ambientes y recursos. Por su parte Carrasquel (2011) en su publicación el Lago de Maracaibo es un estuario, manifiesta que ―es el único de su tipo en el país, y como referencia mundial. Lo define como un bioma o ecosistema importantísimo para el desarrollo de diversas especies de vida. En esta misma publicación explica ¿por qué es un estuario?, definiendo la palabra estuario, la cual vino a nuestro vocabulario del latín, estuarium, que quiere decir 1 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. un área bajo las influencias de las mareas. Hoy en día la definición más usada es que un estuario es un área de la costa donde el agua dulce proveniente de la tierra se mezcla con el agua del mar. Observándose en estos lugares dos factores ambientales de gran importancia, las mareas, la cantidad y ritmo de flujo de agua dulce. Aquí los nutrientes de la tierra se mezclan en el estuario con flujo de las mareas (tidal water), resultando este lugar muy fértil y productivo. En este mismo sentido, Antoranz, et, al. (2001), en su investigación Tidal currents and mixing in the Lake Maracaibo estuarine system, dan lugar a la definición del Lago de Maracaibo como un estuario, tal como sigue, ―El sistema estuarino del Lago de Maracaibo es un sistema océano-lago oscila junto conectado a través de un parcialmente mezclado estuario. Finalmente, respecto a esta temática, Marcucci (2000) en el trabajo denominado ―Características de los estuarios de Venezuela y manejo ecológico de los sedimentos dragados‖, expone el Lago de Maracaibo como un sistema estuarino, tal como se muestra a continuación, "Los sistemas estuarinos de Venezuela, como los del mundo entero, representan zonas ideales de desarrollo, debido a la facilidad de acceso y a la presencia de agua dulce y de recursos pesqueros. Sus características de transición entre los medios continentales y marinos, así como la complejidad de los procesos físicos que allí ocurren son de gran interés para los hombres de ciencia. Adicionalmente, en el caso de Venezuela, la presencia o cercanía de recursos tal como el petróleo en el sistema estuarino del Lago de Maracaibo, proporciona importancia a estas zonas con respecto al transporte por vía acuática y a los problemas de sedimentación de las vías de navegación (ver anexo 1). Basado en lo anteriormente expuesto, la importancia de este estudio sobre este fenómeno geológico, radica, en que este tipo de ambiente constituye una de las áreas más perturbadas del planeta, donde la contaminación, la eutrofización, la industrialización, los desarrollos urbanos, la reclamación de tierras, la producción agrícola, la sobrepesca, entre otros factores, impactan de manera continua la sustentabilidad de este tipo de ambiente. 2 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Así, el mayor reto que enfrenta la comunidad industrial y urbana hoy en día, es cómo administrar correctamente el uso de esta importante y vital área, de tal manera que las futuras generaciones puedan también disfrutar de sus recursos visuales, culturales, ambientales, energéticos y alimenticios. Una reciente evaluación de los impactos de la contaminación marina y costera desde fuentes terrestres, muestra que estos ambientes están en constante degradación y en muchos sitios se ha intensificado este problema (Vázquez et al., 2005). Tomando lo referido en este último aporte y tal como se evidencia en los países del mundo entero, son los problemas ambientales que dan lugar a la degradación y deterioro de sus cuencas hidrográficas. Ya que grandes cantidades de contaminantes se producen a diario sobre la superficie terrestre, ocasionando daños que podrían ser irreversible sobre el ambiente, es así como día a día la llamada industrialización va tomando más terreno en la naturaleza y a la propia humanidad, esta última cae irremediablemente víctima de su propio consumo, contaminando desproporcionalmente su hábitat y el de muchos seres vivos sobre la faz de la tierra. Muchos de los avances tecnológicos han llevado al hombre a la utilización de sustancias altamente contaminantes como lo son los metales pesados, es por ello que hoy en día existen diversas ciencias, herramientas y estrategias que permiten previamente identificar, valorizar y jerarquizar los impactos ambientales, así como el diseño de medidas de control, mitigación o corrección, necesarios en toda evaluación de impactos ambientales. La ubicación del Lago de Maracaibo ha sido propicia desde el punto de vista industrial ya que al borde de dicha cuenca se ubicaron las grandes industrias petroquímicas para el procesamiento del petróleo extraído en ella y en consecuencia, empezaron a desarrollarse de forma intensa otras industrias, de alimentos y construcción, como respuesta a una población en crecimiento que demandó mayores recursos y viviendas. De esta forma el litoral del lago se convirtió en lo que pudiera llamarse una ―herradura industrial‖. Aunado a todo lo anteriormente expuesto el Ministerio del Ambiente (1995), declaró que las fuentes de contaminación del Lago de Maracaibo, además de la salinidad creciente, son seis: 3 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela.  Residuos petroleros: ocasionados por derrames debidos a fallas en las tuberías y en las actividades de extracción y transporte de crudo.  Residuos petroquímicos: los cuales se generan en el área de El Tablazo, muchos de ellos de tipo eutroficantes o de acción tóxica y persistente, como fenoles, mercurio, compuestos fosfatados y nitrogenados.  Residuos orgánicos y fertilizantes: acarreados por los ríos y drenajes pluviales de las áreas agropecuarias de la región.  Descargas térmicas de ríos: como el Paraguachón y el Táchira, cuyas aguas son utilizadas para la producción de energía eléctrica.  Residuos líquidos industriales: los cuales van directamente al lago, provenientes de industrias localizadas en los márgenes y de otras que drenan sus despojos en los ríos de la hoya hidrográfica del lago.  Residuos líquidos domésticos: descargados directamente al lago o sobre sus tributarios. Demostrando con ello que las fuentes de contaminación, han actuado durante años, utilizado el lago como recipiente o almacén de desechos líquidos y sólidos, logrando con ello la progresiva y constante alteración del hábitat de este inmenso recurso, que no se podrá restaurar por procesos naturales a una velocidad superior a la del consumo por los seres humanos, es decir se ha convertido en un recurso no renovable. En el lago se producen diversos productos, como rubros alimenticios, materiales de construcción, extracción de minerales y recursos no renovables, entre otros, que ocasionan altos niveles de desechos con variados niveles de toxicidad, al mismo tiempo son cientos de fuentes hídricas que desembocan en este gran depósito de diversidad de contaminantes, así mismo se plantea que la problemática puede estar directamente responsabilizada por la carencia de conciencia de lo que significaba el medio ambiente y el riesgo de su contaminación, así como la necesidad de políticas tributarias y jurídicas que exigieran el respeto a la naturaleza, que involucra a entes productores públicos y privados, que durante décadas han llevado a cabo la extracción y/o producción de algún rubro comercial. 4 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Como parte del medio ambiente contaminado por las actividades socioeconómicas en el Lago de Maracaibo y sus alrededores, se encuentran los sedimentos, a partir de la incorporación de los mismos elementos químicos y compuestos contaminantes nocivos, en concentraciones mayores de las habituales y con efectos adversos sobre algunos organismos, incluido el hombre. Tal es el caso de la contaminación que ha venido sufriendo el Lago de Maracaibo, específicamente el campo Urdaneta ubicado al oeste, el cual se ha visto afectado por los desechos/residuos, generados por el hombre o de génesis antropogénica, como los desechos de la industria química, petrolera, minera y los residuos urbanos/domésticos o sociales en general, por tanto, esta investigación aborda el estudio de la contaminación por metales pesados, a través de los niveles de peligrosidad/toxicidad; y, a su vez, la afectación que estos puedan llegar a causar sobre el medio. En este mismo sentido el Lago de Maracaibo, se constituye en el cuerpo de agua más grande del occidente de Venezuela y uno de los más grandes del continente americano, ubicado al noroeste del país, y específicamente el campo Urdaneta que constituye el área de estudio de la presente investigación, que a pesar de las diversas investigaciones producto del impacto a nivel mundial hasta el presente, los trabajos relacionados con las concentraciones de metales pesados en dicha área son escasos. El desconocimiento de la magnitud de la contaminación de los sedimentos del campo Urdaneta del Lago de Maracaibo por metales pesados, constituye el problema de la presente investigación, no hay suficiente información sobre la acumulación de los metales pesados en los sedimentos superficiales de dicha área, así como la proveniencia de los mismos y el riesgo que pudiera ocasionar la concentración de estos elementos químicos. Es importante el conocimiento de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, con el propósito de identificar las concentraciones y distribución de los contaminantes y lograr establecer estrategias de acción para que organismos gubernamentales o no, logren implementar estrategias para minimizar los daños que se han producido sobre el Lago de Maracaibo. 5 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Mediante el presente estudio se evaluara 16 metales pesados en el sedimento superficial del área Urdaneta del lago de Maracaibo, seis (6) de los cuales ya se tiene precedente en la cuenca: Cobre, Cadmio, Cromo, Plomo, Vanadio y Níquel, al mismo tiempo se evaluará la presencia de otros elementos como Mo, Se, Zn, As, Co, Mg, Be, Hg, Sb, Ti, sugeridos en la literatura de Galán (2008). El estudio comprende la determinación de sus niveles de concentración y distribución, mediante la toma de muestras de fondo del sedimento superficial para ser analizadas por medio del espectrofotómetro de absorción atómica. Esto con el propósito de identificar el riesgo que representa para la salud pública y el efecto en las cadenas alimenticias, es decir, el riesgo potencial (concentración perjudiciales) de los sedimentos de la zona de estudio, sobre el agua y los organismos de este ecosistema, tomando otras referencias de estudios previos para comparar la variabilidad o no de concentración y distribución de los metales presentes en las muestras, debido al tipo de actividad comercial/industrial, así como cantidad de asentamientos urbanos en las adyacencias del área de estudio. De manera que puedan proponerse algunas acciones para que sean tomadas en cuenta por los entes protectores del ambiente y que logren de esta manera mitigar dichos daños. En esta investigación, se definieron los siguientes elementos: Objeto: Los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta. Campo de acción: La contaminación por metales pesados en los sedimentos del campo Urdaneta. Objetivos de la Investigación: Para llevar a cabo tal estudio fue necesario plantear los siguientes objetivos: Objetivo General: Determinar la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo. Objetivos Específicos: 1. Evaluar las características geológicas ambientales del área de estudio. 6 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 2. Identificar la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración. 3. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo. 4. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos. Hipótesis: si se identifica la variedad de elementos metálicos, se cuantifican sus concentraciones y se evalúan los niveles de toxicidad, es posible determinar el grado de contaminación por metales pesados en los sedimentos del campo Urdaneta del lago de Maracaibo.  Variables: Identificar la variedad de elementos metálicos, cuantificación de sus concentraciones, determinación de los factores de concentración, evaluación de los niveles de toxicidad.  Unidad de observación: Recomendar en función de los resultados, acciones que permitan mitigar la afectación del impacto ambiental.  Términos lógicos o relacionales: Contaminación del ambiente. 7 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CAPÍTULO I. CARACTERÍSTICAS GEOLÓGICAS Y AMBIENTALES DEL ÁREA DE ESTUDIO 1.1. Introducción La contaminación de los sistemas costeros es uno de los problemas ambientales más frecuentes a escala mundial. Su origen puede ser atribuido a diferentes fuentes, entre las que destacan la operación de refinerías, la actividad de tanqueros, los derrames, y los aportes de desechos industriales que se originan en la costa o son transportados por corrientes y ríos. Entre los diferentes contaminantes, los hidrocarburos y metales pesados han sido de gran interés debido a su ubicuidad, concentración y toxicidad en los organismos de los ambientes costeros marinos (Sadiq 1992, Grant 2002). Tales elementos tienen lugar en el Lago de Maracaibo, donde se hace necesario el estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. A continuación se presenta una serie de basamento teórico referente a la contaminación por metales pesados a nivel mundial, regional y local que aborda el área de estudio. 1.2. Basamento Teórico La presencia en los sedimentos de contaminaciones nocivas de algunos elementos químicos y compuestos (contaminantes) es un tipo especial de degradación que se denomina contaminación. El contaminante está siempre en concentraciones mayores de las habituales (anomalías) y en general tiene un efecto adverso sobre algunos organismos. Por su origen puede ser geogénico (procede de la roca madre, actividad volcánica o del lixiviado de mineralizaciones) o antropogénico (residuos peligroso derivados de actividades industriales, agrícola, mineras, entre otras, así como residuos sólidos urbanos), Galán (2008). Una intensa interacción de ambientes caracteriza a las zonas costeras del mundo y el balance de estas interacciones origina ecosistemas como son los estuarios y las lagunas costeras, con características ambientales únicas (clima, geomorfología, hidrología, circulación, procesos de mezcla), regidos a su vez por procesos físicos, químicos y biológicos de una muy alta dinámica. Tanto los mencionados procesos como 8 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. los propios ambientes costeros (lagunas y estuarios) están sujetos a cambios que varían ampliamente en escala geográfica, tiempo y duración, y que al combinarse crean sistemas biológicamente muy productivos, pero vulnerables a las presiones ambientales, tanto naturales como generadas por diversas actividades humanas. Los estuarios en la actualidad poseen una relevancia aún mayor en cuanto al desarrollo socioeconómico de la humanidad. Grandes civilizaciones e importantes ciudades se han fundado y han prosperado a la cercanía de un estuario. Los principales puertos del mundo se encuentran en estuarios. Ello no sólo se debe a sus condiciones de protección sino que a través de los ríos, los estuarios tienen una rápida llegada al interior del continente. Una de las formas más económicas de transporte de mercaderías es por agua, por lo tanto, aprovechar este recurso previo a la exportación de los bienes de un país es sólo una consecuencia lógica de su ubicación. La riqueza y diversidad de recursos presentes en los estuarios y en las lagunas costeras conllevan la correspondiente concentración de actividades y asentamientos humanos a lo largo de los litorales y estuarios en todo el mundo. Se estima que más de la mitad de la población humana (65%), vive en (o cerca de) las costas (Small, 2003), y a pesar de que la densidad varía ampliamente en las diferentes regiones del planeta, hay una tendencia general de la gente a moverse desde regiones continentales hacia las costas (Costanza, 1994). 1.2.1 Contaminantes Constituyen compuestos tóxicos los que causan inhibición o destrucción de la actividad biológica. La mayoría de estos materiales provienen de las descargas domésticas, prácticas agrícolas o de origen natural. Entre estos contaminantes se encuentran disolventes, detergentes, cianuros, metales pesados, ácidos minerales y orgánicos, colorantes, herbicidas, plaguicidas entre otros (Tebbutt, 1990). Entre los contaminantes habituales en los sistemas de agua superficiales pueden mencionarse: - Contaminantes no conservativos: Incluyen a la mayoría de sustancias orgánicas, algunas sustancias inorgánicas y muchos microorganismos, que se degradan por los procesos naturales de autopurificación, de tal forma que sus concentraciones se reducen con el tiempo. La descomposición de estos materiales depende de cada 9 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. contaminante en particular, de la calidad del medio receptor, de la temperatura y de otros factores ambientales. - Contaminantes conservativos: Incluyen sustancias inorgánicas que no son afectadas por los procesos naturales o de tratamientos de aguas, por lo que las concentraciones de estos contaminantes solo se pueden reducir por dilución. Su presencia en un sistema limita su uso. Un grupo que destaca en los sistemas acuáticos en general, principalmente por su efecto nocivo en todos los eslabones de la cadena trófica son los metales pesados, siendo unos de los más peligrosos por sus efectos el cadmio y el plomo. 1.2.2. Ciclo de metales pesados De los 89 elementos de origen natural solamente 10 (oxígeno, silicio, hierro, aluminio, calcio, potasio, sodio, magnesio, titanio, e hidrógeno) representan más del 99% del peso de la corteza de la Tierra. Los otros 79 (incluyendo los gases inertes) se conocen como ―elementos traza‖ (Navrátil, 2002). Para la clasificación moderna son aquellos cuyo contenido en la Tierra es aproximadamente 0,0001% o menos e incluso suele usarse como sinónimo del término metal pesado (Bashkin, 2002). En Geoquímica los elementos traza presentan una concentración en la corteza terrestre menor al 0,1% en peso (Navrátil, 2002). A pesar de su baja abundancia muchos elementos traza poseen implicancias substanciales a nivel químico y biológico en cualquier ecosistema acuático o terrestre natural; algunos son esenciales y requeridos como micro-nutrientes para la vida de las plantas, los animales o el Hombre (Soto-Jiménez, 2011; Bashkin, 2002); también tienen roles importantes en la economía, la ecología, la agricultura, la medicina, la toxicología, entre otros (Navrátil, 2002). El término ―metal pesado‖ ha recibido muchas definiciones a lo largo del tiempo, basadas en diferentes criterios tales como: densidad (ej.: mayor a 4 g/cm3, otros mayor o igual a 5 g/cm3, etc.), número atómico (ej.: los que tienen número mayor a 20), peso atómico (aquellos metales con un peso atómico alto, o con una alta masa atómica y que incluye particularmente a los metales de transición que son tóxicos y no pueden ser procesados por los organismos vivos), e incluso algunas propiedades químicas o la toxicidad. Existe una tendencia a asumir que los llamados ―metales pesados‖ 10 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. (denominándose asi al grupo de metales y metaloides) y sus compuestos están asociados con la contaminación y tienen propiedades potencialmente tóxicas o ecotóxicas (Duffus, 2002). De acuerdo a un reporte técnico de la Unión Internacional de Química Pura y Aplicada (IUPAC) la clave para evaluar la toxicidad potencial de los elementos metálicos y sus compuestos es comprender la biodisponibilidad, la cual depende de los parámetros biológicos y de las propiedades fisicoquímicas de tales elementos, de sus iones y sus compuestos (Duffus, 2002). Los metales, componentes naturales de los ambientes (Prego, 2003) se encuentran usualmente a bajas concentraciones y por ende no causan efectos deletéreos serios sobre la salud humana (Zhou et al. 2008) ni sobre la biota en general. Incluso a muy bajas concentraciones o disponibilidad para los organismos vivos puede indicar deficiencia de ciertos elementos traza con consecuencias negativas sobre la estructura y fisiología de los organismos. Los metales pueden ser agrupados de diferentes maneras. Se tomará la clasificación de Kennish (1998) y de Soto-Jiménez (2011), que considerando las siguientes categorías: - Metales de transición (ej. Cu, Co, Fe, Mn, Zn) incluyen aquellos elementos traza esenciales que se necesitan para realizar las funciones metabólicas vitales en lo organismos, siendo requeridos a bajas concentraciones, aunque se convierten en tóxicos a altas concentraciones. - Metaloides (semimetales) (Ag, As, Cd, Pb, Cr, Hg, Se, Sn) que incluyen los elementos traza no esenciales o no requeridos para las actividades metabólicas, es decir no tienen ninguna función biológica conocida, y que son tóxicos incluso a bajas concentraciones. En las células vegetales los elementos micronutrientes (Cu, Fe, Co, Mg, Mo, Ni y Zn) cumplen funciones esenciales para la biosíntesis, formación de ácidos nucleicos, substancias de crecimientos, clorofilas y metabolitos secundarios, carbohidratos y lípidos, como también para la resistencia al estrés (Appenroth, 2010). 11 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 1.2.3. Origen de los metales en el medio acuático Los metales ingresan al ambiente acuático (ríos, estuarios, mares y océanos) a partir de procesos naturales o geogénicos (incluyendo la erosión y desgaste de rocas, lixiviado o lavado lento de suelos/rocas, sedimentación de unidades geológicas dentro de la cuenca, actividades volcánicas, emisiones hidrotermales del mar profundo o incendios forestales) y procesos antropogénicos (derivados de actividades humanas como desarrollo y crecimiento de centros urbanos, actividades agrícolas-ganaderas, hundimiento de residuos, accidentes de navegación, minería, refinerías-actividades petroleras asociadas, fundición de minerales, galvanoplastia y otras operaciones industriales), que llegan por medio del transporte atmosférico, descargas de ríos, escorrentías difusas, o vertidos directos (Salomón, 1984; Franca et al., 2005; Zhou et al., 2008; Du Laing et al., 2009b; Tijani et al, 2009; Viers et al 2009; Bai et al. 2011). Figura 1. El sistema biológico de los elementos para plantas terrestres (glicofitas). Fuente: Market (1994), tomado de Marcovecchio (2013). 12 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Las rocas y los suelos son considerados la principal fuente natural de metales en el ambiente, metales están contenidos en la red cristalina mineral (litogénica) y pueden quedar libres por efecto de la meteorización (proceso sinérgico de desgaste mecánico y erosión química naturales). Cuanto menores sean los fragmentos mayor es la superficie disponible para el ataque químico y cuanto más débiles sean las uniones de los elementos trazas de las rocas es más común que formen minerales (Salomón, 1984). Las actividades humanas son usualmente mayores en aguas estuarinas y costeras como también en las cuencas fluviales, particularmente en aquellas localizadas cerca de asentamientos urbanos y actividades industriales (Kennish, 1998; Prego y CobeloGarcía, 2003; Franca et al., 2005; Reboreda, 2007; Du Laing et al., 2009b; Duarte et al., 2010). Se considera a los ríos como el principal vehículo de transporte del material rodado desde los continentes hacia los océanos, que incluye metales pesados y otros constituyentes químicos. Los ríos transportan estos materiales en forma disuelta y como sólidos (suspendidos y como carga del sedimento del lecho). La distribución relativa de los elementos entre las fases soluto y partículas depende de la partición y movilidad de los componentes químicos (metales) durante el desgaste y el transporte (Ip et al., 2007). Los mecanismos de transporte dependerán de la naturaleza y concentración del mineral, de la presencia de ligandos orgánicos en la fase de disolución, de la naturaleza y la cantidad de partículas minerales presentes (Viers et al., 2009) y de la cantidad de materia orgánicas presentes (Du Laing et al., 2009a). Los metales traza que están asociados con la materia orgánica son liberados durante el proceso de degradación de la misma (Martínez, 2001; Duarte et al., 2010). 1.2.4. Circulación de metales en ecosistemas estuariales Los estuarios son ambientes complejos y dinámicos (Ip et al., 2007), considerados únicos entre los sistemas acuáticos, que presentan cambios graduales en variables ambientales como la salinidad y variables biológicas, acoplados a un alto grado de turbidez lo que conduce a la deposición de fango en las zonas intermareales (Elliot, 2002). A la vez son ambientes seleccionados para el desarrollo y crecimiento de numerosas actividades humanas que generan en consecuencia aumento de la población (Prego, 2003), aumento de la demanda de alimentos, mayor uso de 13 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. fertilizantes, incremento de fábricas e industrias, entre otros, lo que hacen que dichos sistemas se tornen sensibles a la contaminación por metales entre otras sustancias inorgánicas y orgánicas (Botté et al 2007, Marcovecchio et al, 2010). Los principales responsables del ingreso de metales a los estuarios son la deposición atmosférica, los aportes fluviales (ríos, arroyos) y la descarga directa de efluentes, ya sea como metales disueltos o particulados (materia suspendida); y cuyos efectos iniciales se producen en la zona costera. Los metales traza disueltos pueden ser adsorbidos sobre óxidos metálicos (ej. óxidos de hierro o aluminio) o ser captados por los organismos (ingeridos con la dieta) (Borch et al, 2010). Como metales particulados, pueden depositarse a través de condiciones de anoxia en los sedimentos desde donde pueden ser liberados por disolución reductora, quedando entonces disponibles para la precipitación o el reciclaje (Benjamín 1992, Blasco et al. 2000). Numerosos estudios sobre el comportamiento de estos elementos químicos en estuarios muestran que los procesos, físicos, químicos, biológicos e hidrodinámicos que allí tienen lugar cumplen un papel fundamental y variable en relación con el flujo de metales desde la tierra hacia el mar (Martínez, 2001), como se puede apreciar en el diagrama de la Figura 2. Es aún tema de discusión saber con certeza cuán rápido los metales pueden acumularse en los organismos marinos o hasta dónde estás acumulaciones son reversibles. En este punto es importante conocer como se transportan los compuestos químicos sintéticos, se acumulan los elementos tóxicos en los sedimentos del fondo y su forma de ingresar en las cadenas tróficas pudiendo terminar finalmente en el hombre (Benjamín, 1992). Los metales, incluyendo aquellos que aparecen a niveles traza son componentes normales del agua de mar y son requeridos por la biota en cantidades muy pequeñas, sin embargo algunos de ellos reciben un particular interés considerando su fuerte toxicidad aún a concentraciones muy bajas (Hg, Pb, Cd) (Botté et al, 2007; Marcovecchio et al., 2007). 14 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 2. Ciclo de metales entre los diferentes compartimientos de un ambiente estuarino Fuente: Marcovecchio J. (2013). 1.2.5. Interacción metal-sedimento El principal depósito natural o reservorio para los metales en los ecosistemas estuariales lo constituye el sedimento (Salomons, 1984), el cual actúa como un almacén altamente concentrado de metales, con concentraciones de varios órdenes de magnitud superior a los de las aguas adyacentes, tanto intersticiales como suprayacentes (Rubio et al., 2000). La acumulación de metales en los sedimentos se determina por los aportes debido a la descarga de aguas residuales industriales y urbanas o la deposición atmosférica, pero también por la capacidad de los sustratos a unir y liberar metales, que se rige por el pH del sedimento, la capacidad de intercambio catiónico, el contenido de materia orgánica, las condiciones redox y el contenido de cloruros. Estas propiedades determinan el tipo y estabilidad del metal, y su absorción o precipitación, y también están relacionadas con la movilidad, biodisponibilidad y toxicidad potencial del metal (Du Laing et al., 2008c). 15 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Por ello el estudio de metales en los sedimentos estuariales asi como sus características fisicoquímicas (potencial redox, tamaño de grano) constituyen un rasgo significativo ya que los sedimentos son la fuente secundaria (o en ocasiones primaria) de metales para los ambientes acuáticos estuariales (Bufflap, 1995). El origen de los sedimentos que se depositan en un estuario es variable, pueden ser marinos, provenir de los sistemas terrestres adyacentes y llegar a través cursos de agua dulce, o ser sedimentos orgánicos generados in situ. La sedimentación elimina metales de la columna de agua (Bufflap, 1995) evitando de esta manera que sean transferidos a la biota y/o que ingresen a las cadenas tróficas marinas. La concentración y biodisponibilidad de metales encontrados en los sedimentos estuarinos depende de varios factores incluyendo, potencial redox, pH, salinidad, especies disueltas de metales y la composición del sedimento (Duquesne et al., 2006). En algunos estuarios, las concentraciones de metales en las partículas en suspensión no difieren significativamente de aquellas en el sedimento superficial bentónico, y ello sería consistente con la presencia de partículas finas re-suspendibles (Langston et al., 2010). El estudio de las concentraciones de metales asociados a diferentes tipos de sedimento y a diferentes tamaños de grano tiene gran implicancia en la biodisponibilidad de metales para los invertebrados bentónicos, particularmente moluscos que se alimentan de los depósitos de partículas y de partículas en suspensión, quienes a su vez constituyen importantes componentes de la dieta de peces y aves estuarinas (Duquesne et al., 2006; Zhou et al., 2008). Así, cambios en las condiciones ambientales (corrientes de marea, olas, vientos), actividades de los organismos bentónicos o bioturbación, los procesos de mineralización en la interface sedimento-agua (precipitación, adsorción, absorción, solubilización, formación de sulfuros) (Duarte et al., 2010), procesos de oxidación mediada por las raíces de las plantas (Reboreda, 2007) y las actividades humanas tales como el dragado y refulado, pueden causar no solo la resuspensión del sedimento estratificado (óxido-reductor) y la mezcla con el agua de columna oxigenada (Bufflap y Allen, 1995) sino que también juegan un papel fundamental en la remobilización de los metales acumulados (Salomons, 1984), con la consecuente redistribución de dichos 16 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. metales en el ecosistema, la alteración en la fase disuelta y la posterior incorporación biológica (Atkinson et al., 2007). 1.2.6. Eutrofización Un incremento de nutrientes, especialmente de N y P, acelerado por el aporte de fuentes antropogénicas, puede conducir a graves problemas de eutrofización en los ambientes acuáticos (Raboubille et al., 2001; LOICZ, 2001; Ruttenberg, 2005, Lillebø et al., 2005; Camargo y Alonso, 2007; Heisler et al., 2008). La eutrofización es la producción acelerada de materia orgánica, particularmente algas, en un cuerpo de agua (Briker et al., 1999). Como resultado de este crecimiento desmesurado de las algas una gran variedad de impactos en el ecosistema pueden ocurrir, incluyendo el florecimiento de algas tóxicas, el agotamiento del oxígeno disuelto y la pérdida de la vegetación acuática sumergida. Esto produce un efecto negativo en la calidad del agua y en la salud de los ecosistemas. Durante muchos años, la eutrofización ha sido reconocida como un problema en los sistemas de agua dulce; y hace unas pocas décadas que fue creciendo la preocupación de la presencia generalizada de las condiciones de eutrofización en los sistemas estuarinos (Briker et al., 1999). 1.2.7. El Estuarios como ambientes adecuados para realizar estudios de contaminación. Los estuarios son un excelente ejemplo de las complejas interacciones que normalmente se producen en ambientes costeros. Un gran número de factores interactúan simultáneamente, haciendo más difícil la predicción exacta de los procesos que los caracterizan (Perillo, 1995). La flora y la fauna que se desarrollan en un estuario están bien adaptados a esa drástica variabilidad (por ejemplo, cambios en la salinidad, períodos secos / húmedos, dirección de las corrientes de marea, etc.), pero sufren significativamente los cambios artificiales que son inducidos por la siempre creciente actividad humana, en y alrededor de los estuarios, o incluso a cientos o miles de kilómetros tierra adentro. Las estructuras artificiales (por ejemplo, puertos, 17 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. embarcaderos), dragado de canales de navegación (incluida la eliminación de material) o construcción de represas en el río son sólo ejemplos de las condiciones físicas que tienen un gran impacto en la comunidad biológica. También hay que considerar el impacto adicional que produce la entrada de contaminantes y las correspondientes cargas de nutrientes y fertilizantes (Perillo et al., 2009). Tal y como se ha referido previamente, los estuarios son importantes corredores para el intercambio de masa entre las cuencas hidrográficas continentales y el mar. Desafortunadamente, los ecosistemas estuariales ubicados río abajo (en el extremo de la cuenca hidrográfica), con frecuencia sufren un significativo efecto de degradación debido a desarrollos generados aguas arriba, asi como a la contaminación del agua de la cuenca asociada. Por lo tanto, es importante que las causas de tales degradaciones sean diagnosticadas y entendidas cabalmente, para poder tomar medidas adecuadas para proteger y restaurar la salud de los ecosistemas estuariales (Meng y Liu, 2010). Para considerar adecuadamente el tema en cuestión, es conveniente recordar la definición científica de contaminación marina. Esta se define como la introducción por acción del hombre de cualquier sustancia o energía en el medio marino (incluidos los estuarios) que produzca (o pueda producir) efectos nocivos, tales como daños a los recursos vivos y a la vida marina, peligros para la salud humana, obstaculización de las actividades marítimas incluida la pesca y otros usos legítimos del mar, deterioro de la calidad del agua de mar para su utilización y menoscabo de los lugares de esparcimiento (GESAMP, 2011). Así, resulta muy importante tener presente esta definición y aplicarla plenamente, teniendo siempre presente que la sola presencia de una sustancia potencialmente tóxica en un sistema natural no determina la existencia de contaminación, sino que resulta imprescindible la ocurrencia de efectos nocivos (Bellas et al., 2011). Esto no es, sin embargo, una tarea fácil, ya que los desechos industriales, agrícolas y urbanos, dragados, y modificaciones en el sistema de reasignación de usos de suelos entre otros- han producido problemas de contaminación y eutrofización, y han afectado 18 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. a la composición y distribución de especies y el funcionamiento del sistema (Scheffer et al., 2003 ; Atkins et al., 2007). No sólo las actividades humanas directas son responsables de estas acciones previamente mencionadas, ya que -por ejemplo- los cambios climáticos que conllevan aumento de lluvias torrenciales y escorrentías asociadas, pueden estimular la movilización de contaminantes antiguos retenidos en los sedimentos. De la misma manera, eventos extremos de inundaciones de ríos en regiones mineras pueden generar una considerable contribución al ingreso de Hg adsorbido en partículas hacia la zona costera y sistemas (Figura 3). El aumento de la urbanización y de la utilización de las zonas costeras para actividades de recreación está acompañado por actividades tales como la reclamación y recuperación de tierras, dragado de canales de navegación, accesos y áreas de maniobras de zonas portuarias, el bombeo de sedimentos y la construcción de instalaciones complementarias de los puertos comerciales y/o deportivos. Consecuentemente, los efectos ambientales están aumentando continuamente. Estos estudios hacen hincapié en que tanto los ecólogos estuariales como los administradores de recursos necesitan: (i) un buen conocimiento de las características ambientales de los sistemas bajo estudio o sometidos a su jurisdicción; (ii) los datos cuantitativos sobre los conjuntos flori-faunísticos de aquellos sistemas, considerando las escalas espaciales y temporales; (iii) la capacidad de predecir de modo confiable las especies que puedan ocupar cualquier sitio de los estuarios; y, (iv) una comprensión acabada de las consecuencias ecológicas del cambio ambiental (Valesini et al., 2010). A manera de síntesis, la literatura internacional presenta numerosos trabajos en los que se presentan informaciones sobre la presencia, concentraciones y distribución de distintos grupos de contaminantes en ambientes estuariales, y sus componentes abióticos y biológicos. Esto, junto con los análisis previamente comentados, indica que estos ambientes resultan sumamente adecuados como para llevar adelante estudios de contaminación. Simultáneamente, el intenso uso que hace la sociedad humana de los estuarios determina la importancia de esas evaluaciones. Marcovecchio, et, al. (2013). 19 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 3. Diagrama que representa un sistema natural integral. Se indican las influencias naturales (líneas cortadas) y las antropogénicas (líneas llenas). A1 y A2: influencias naturales y/o antropogénicas sobre el sistema físico. B1 y B2: Idem sobre el sistema físico-químico. C: efectos humanos directos sobre el sistema biológico. Fuente: Adaptado de Jonge et al. (2003) y Covelli et al. (2007). 1.3. Investigaciones Precedentes El tema de contaminación ambiental generado por las elevadas concentraciones de metales pesados, ha sido revisado y discutido en varias partes del mundo, incluyendo Venezuela y concretamente el Lago de Maracaibo, tal como se muestra a continuación: Agudelo L. et al. (2005), menciona la fitorremediación como la alternativa para absorber metales pesados de los biosólidos, por medio de esta investigación, los autores pretenden demostrar que la fitorremediación constituye una alternativa eficaz y económica para realizar procesos de descontaminación de metales pesados en biosólidos, los cuales provienen especialmente de los tratamientos de aguas residuales, sin causar deterioro en los sedimentos en los que son aplicados, disminuyendo la contaminación no solo de este, sino también del agua y de los que a partir del medio donde se encuentre, puedan llegar a cualquier organismo vivo. 20 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Aguirre G. et al. (2009), evaluaron la toxicidad no específica en sedimentos portuarios, una aproximación al contenido de contaminantes críticos, analizando la calidad de sedimentos de cuatro puertos chilenos con diferentes actividades de cabotaje, en función del contenido de materia orgánica (MOT), hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAPs), metales traza (Cd, Pb y Cu) y toxicidad no específica. El índice de contaminación urbana e industrial (ICUI) referido al contenido de metales, reveló como más contaminados a Iquique y Talcahuano; en cambio el índice de adición de HAPs a San Vicente (IA HAPs), al igual que la toxicidad. En este sentido los autores exponen la incidencia de múltiples actividades industriales que desarrollan en las adyacencias del área de estudio, que mediante la implementación de puertos comerciales, pesqueros y/o de cabotaje en el interior de las bahías. Araúz D. et al. (2013), realizaron el estudio del ―Nivel de Contaminación y Distribución Espacial de Metales Pesados en sedimentos superficiales de Bahía Damas, Isla Coiba‖ donde determinaron los metales pesados (Cr, Cu, Cd y Pb) en sedimentos superficiales de Bahía Damas en Isla Coiba para establecer los niveles de línea base y de contaminación. Las concentraciones medias de metales pesados en los sedimentos del área de estudio oscilaron: Cr (88,32a 94,63 μg/g), Cd (1,84 -3,53 μg/g), Cu (41,47- 48, 7μg/g) y Pb (1,09 - 3,80 μg/g), siendo la distribución de estos metales gradual y estacional, reflejando un incremento de la concentración hacia la parte de mar afuera en periodo seco e intermedio. Ávila H. et al (2010), en su estudio denominado ―Distribución de metales pesados en sedimentos superficiales del Lago de Maracaibo, Venezuela‖, recolectaron 52 muestras en 13 estaciones ubicadas estratégicamente a lo largo de la cuenca del Lago de Maracaibo, durante 1999 a 2001, obteniendo como resultado la identificación de los metales Cu, Cd, Cr, Pb, V y Ni, cuyas concentraciones de metales en sedimentos superficiales del Lago de Maracaibo, son similares a las reportadas en sistemas acuáticos con alta actividad petrolera. Ávila, H; et al (2014), en su trabajo de ―Determinación de metales pesados en sedimentos superficiales costeros del Sistema Lago de Maracaibo, Venezuela‖ establecieron como objetivo del estudio: Identificar áreas costeras con concentraciones 21 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. críticas de Pb, Cr, Cd, Ni y V en sedimentos superficiales costeros del sistema Lago de Maracaibo, utilizando el Análisis de Componentes Principales (ACP). La tendencia en los metales en la zona costera evaluada es de concentraciones altas hacía la zona de desembocadura de los ríos tributarios de la zona sur del Lago y de manera puntual algunas estaciones en la zona norte, estas últimas relacionadas con actividades industriales. Al comparar las concentraciones de metales obtenidos en este estudio con los valores de riesgo relativo para sedimentos de ambientes marinos y estuarinos (ERL, Environmental Response-Low), reportados por la NOAA. Porcentaje de excedencia en cada punto muestreado (pm=8) al límite permisible por la ER-L (NOAA1995) para Cd> 5; Cr>80; Ni>30; Pb > 35 mg/kg. Solo se muestran los metales que exceden la norma. Cañizares R. (2000), llevo a cabo el estudio de la Biosorción de metales pesados mediante el uso de biomasa microbiana, este consiste en la utilización de microorganismos como biosorbentes de metales pesados, ofrece una alternativa potencial a los métodos ya existentes para la destoxificación y recuperación de metales tóxicos o valiosos presentes en aguas residuales industriales. Castañé P. et al. (2003), desarrollaron el trabajo titulado, ―Influencia de la especiación de los metales pesados en medio acuático como determinante de su toxicidad‖, cuyos resultados muestran que la concentración total del Cd no es un buen predictor de su toxicidad para las algas y que su especiación puede afectar la disponibilidad del mismo para los organismos en medio acuático y, consecuentemente, determinar la magnitud de su toxicidad. Cervantes Y. et al. (2011) en el artículo ―Metales traza en sedimentos de la Bahía de Cayo Moa (Cuba): Evaluación de la contaminación‖ evalúan los niveles de cuatro elementos traza arsénico (As), cobre (Cu), plomo (Pb) y zinc (Zn) en sedimentos superficiales de la bahía de Cayo Moa, en la cual la actividad humana ha incidido desde mediados del pasado siglo, paralelamente al desarrollo de una de las regiones mineras más importante de Cuba. Para evaluar el grado de contaminación de los sedimentos se utilizaron tres métodos fundamentales: la comparación con otros ecosistemas marinos, la determinación del nivel de enriquecimiento metálico mediante el cálculo del Factor de 22 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Contaminación, y la interpretación de los datos obtenidos con base en criterios de calidad. El rango de concentraciones varió entre 7-153 μgg-1 para As, 18-175 μgg-1 para Cu, 5-62 μgg-1 para Pb y de 46-527 μgg-1 para el Zn. La distribución espacial de las concentraciones mostró valores altos en toda la bahía y zonas aledañas, con variaciones según el elemento analizado; los mayores niveles de As se encontraron en las desembocaduras de los ríos Moa y Cayo Guam. Los resultados muestran una elevada concentración de As, Cu, Pb y Zn; los niveles de contaminación revelados en este estudio permiten clasificar algunos puntos analizados como altamente contaminados o con un potencial de riesgo biológico alto. Corona J. (2012), en el documento presentado como ―Contaminación Antropogénica en el Lago de Maracaibo, Venezuela‖, presenta una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el impacto ecológico de la contaminación antropogénica en aguas, biota y explotación pesquera del sistema de Maracaibo. Donde establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio ecológico de los componentes bióticos y abióticos del estuario; ofreciendo de esta manera una visión amplia sobre las repercusiones ecológicas en el lago. Díaz Rizo O. et al. (2008), realizaron el ―Análisis ambiental por activación neutrónica de sedimentos de la Bahía de La Habana‖, a través de la activación neutrónica instrumental de sedimentos superficiales de la bahía de La Habana, Cuba. Se reportaron las concentraciones de 23 elementos (metales pesados y trazas), reportándose, por primera vez un grupo importante de elementos tierras raras (La, Ce, Nd, Sm, Eu, Tb, Yb y Lu). La normalización de los resultados a un metal de referencia demostró la presencia antropogénica de Sb, Ba, As, Cr y Zn producto de la descarga de residuales domésticos e industriales. Farina O. et al. (2013) en su ―Evaluación de la Contaminación por Mercurio en la Biota Acuática, Aguas y Sedimentos de la Cuenca Alta del río Cuyuní, Estado Bolívar, Venezuela‖ evaluaron el alcance de la contaminación por mercurio en la cuenca alta del rio Cuyuni, determinándose la concentración de mercurio en 36 muestras de agua, 25 muestras de sedimentos y 145 muestras de tejido de peces (n=131) e invertebrados acuáticos (cangrejos, camarones y caracoles) (n=14), correspondientes a 56 especies 23 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. identificadas, provenientes de las estaciones ubicadas en las cinco áreas focales en la cuenca alta del Cuyuni. El rango de valores de concentración de mercurio obtenidos en los sedimentos fue de 6.55 a 421.53 ppb, con factores de enriquecimiento (FE) >1 en 16 estaciones, indicando una entrada de mercurio antropogénica. Las concentraciones mínimas y máximas de Hg en agua fueron 2.01 y 20.13 ppb respectivamente, donde el metal asociado a los sólidos suspendidos represento entre el 1.30 y 63.35%. Como regla general, la concentración de mercurio en el tejido del musculo de peces fue mayor que en invertebrados. García N. et al. (2012) en su ―Evaluación Preliminar de Riesgos para la Salud Humana por Metales Pesados en las Bahías de Buenavista y San Juan de los Remedios, Villa Clara, Cuba‖ llevaron a cabo una caracterización de los principales focos contaminantes de la bahía San Juan de los Remedios, fundamentalmente en las industrias que vierten sus residuales directamente al mar sin tratamiento alguno y que contienen gran variedad de sustancias tóxicas orgánicas y químicas. Estos residuales, son vertidos en los ríos que desembocan en esta bahía. Se realizó una evaluación del riesgo que constituye para la salud humana la presencia de metales pesados en los cuerpos de agua poniendo en riesgo la vida de las personas que habitan en la ciudad de Caibarién. Guzmán C. (2011) realizó la ―Evaluación de contaminantes en agua y sedimentos del Río San Pedro en el estado de Aguascalientes‖ con la finalidad de estudiar el nivel de contaminación del río y la probable infiltración de contaminantes al acuífero del Valle de Aguascalientes, para ello tomó muestras de agua y sedimentos de 50 sitios seleccionados a lo largo del río. Evaluó además 17 pozos aledaños al río (a menos de 300 m). Se realizaron dos campañas de muestreo, una en temporada de sequía y otra posterior a las lluvias. Se determinó pH, oxígeno disuelto, DBO5, DQO, P-total, N-total, fenoles, anilinas, detergentes (SAAM), coliformes fecales y metales pesados (Al, As, Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Mn, Pb y Zn). El agua del río San Pedro presentó en algunos sitios contaminación moderada por Al y Fe. De acuerdo con los criterios de la Agencia de Protección al Ambiente de los Estados Unidos, todos los sedimentos presentaron contaminación por As; el 50% de los mismos por Pb y Zn, el 25% con Cu y 24 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. aproximadamente el 13% con Mn y Cr. Tres sedimentos presentaron contaminación moderada por Fe y otros tres por Hg. Hansen M. (2013). Metodología para determinar la liberación de metales del sedimento al agua en lagos y embalses. Aunque el sedimento en cuerpos de agua puede actuar como fuente secundaria de contaminantes disueltos, no se conocen criterios que establezcan esta relación. En este trabajo se propone una metodología para estimar los riesgos de contaminar el agua por liberación de metales acumulados en sedimento. Se evaluó la distribución de cadmio, cobre, cromo, hierro, manganeso, níquel, plata y zinc entre agua y sedimento en ambientes experimentales que varían entre oxidados y reducidos. La metodología desarrollada, que combina evaluación experimental con modelación hidrogeoquímica, permite evaluar diferentes escenarios de contaminación del agua en contacto con el sedimento. El conocimiento de la disolución reductiva de metales es imprescindible para poder mitigar efectos a la salud y para la toma de decisiones sobre tratamientos de agua. Herrera J. et al. (2012) en la ―Evaluación de metales pesados en los sedimentos superficiales del río Pirro. Laboratorio de Manejo del Recurso Hídrico, Escuela de Química, Universidad Nacional, Costa Rica‖ analizaron por espectrofotometría de absorción atómica la concentración de Cd, Ag, Se, Sn, Ni, Cr, Cu, B, Zn, Hg, Ba, Pb, Mn, As y Al en los sedimentos superficiales del sector medio del río Pirro (Heredia, Costa Rica). Las concentraciones de estos elementos fueron muy elevadas para la mayoría de las sustancias analizadas en todos los puntos de muestreo seleccionados. Su distribución no fue homogénea, ni presentó un patrón geográfico marcadamente definido, pudiéndose encontrar altos niveles distribuidos a lo largo del transecto estudiado. Ibárcena L. (2011). Estudio de la Contaminación por Metales Ecotóxicos en Sedimentos en la Bahía de Ite, Provincia de Jorge Basadre Grohmann de Tacna, determinando la incidencia que tendrían los mismos sobre la fauna bentónica de la zona, como consecuencia del vertimiento por más de 35 años de los relaves mineros provenientes de las minas de Toquepala y Cuajone. Los resultados obtenidos de los metales ecotóxicos Cu, Zn, As, Cd, Hg, Pb, Fe, analizados que se encuentran en los sedimentos 25 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. superficiales de la Bahía de Ite, en orden decreciente son: Fe > Cu > Zn > As > Pb > Cd > Hg. Los valores promedios reportados son los siguientes: Cu = 608.063 mg/kg, Zn = 9.923 mg/kg, As = 8.66 mg/kg, Cd = 0.41 mg/kg, Hg < 0.01 mg/kg, Pb = 8.472 mg/kg, Fe = 33078.63 mg/kg. Luque C. (1993). Distribución de metales pesados en sedimentos de las Marismas del Odiel (Huelva, So. España). Analizado la distribución y contenido total de metales pesados (Co, Cu, Fe, Mn, Ni y Pb) en sedimentos de las Marismas del Odiel (SO España). Las concentraciones de estos elementos, obtenidas por espectrofotometría de absorción atómica, fueron muy elevadas para la mayoría de los elementos analizados. Su distribución no es homogénea, ni presenta un patrón geográfico marcadamente definido, pudiéndose encontrar altos niveles repartidos por toda la marisma. Existe cierto gradiente topográfico, con mayores concentraciones en puntos de menor cota. Los puntos de muestreo más aislados de la incidencia mareal y los más expuestos a mar abierto registraron los niveles más bajos. Los metales que superaron los límites máximos permisibles (según Long et al., 1995) en sedimentos fueron: Cd total (1.28 ± 0.77 μg g-1), Ni total (107.51 ± 23.02 μg g-1), Pb total (44.50 ± 18.97 μg g-1) y V total (48.98 ± 6.88 μg g-1); en las almejas (según Nauen 1983): Cd (0.28 ± 0.13 μg g-1), Cr (4.27 ± 2.29 μg g-1), Ni (2.83 ± 2.33 μg g-1), (2.29 ± 1.10 μg g-1) y V (1.85 ± 1.15 μg g1). Machado A. et al. (2010). Influencia de una planta termoeléctrica en la concentración de V y Ni en sedimentos en la ciudad de Maracaibo, Venezuela. Márquez A. et al. (2008). Concentraciones de metales en sedimentos y tejidos musculares de algunos peces de la Laguna de Castillero, Venezuela. Con el propósito de detectar alteraciones en el productivo ecosistema de la Laguna de Castillero (Caicara del Orinoco, municipio Cedeño del estado Bolívar, Venezuela), se presentan resultados de mediciones granulométricas y de las concentraciones de los metales pesados: Fe, Mn, Zn, Pb y Co realizadas en junio 2001 sobre los sedimentos superficiales y del tejido muscular de varias especies autóctonas de peces (Plasgiosium squamossimos, Pigocentrus cariba, Pheudoplastyloma fasciatum, e Hypostomus spp realizadas en junio 2001. Utilizando técnica de espectrofotometría de absorción atómica 26 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. con llama de aire acetileno, se determinó que, las concentraciones de metales más altas están representadas por manganeso, zinc y plomo. Se encuentran valores elevados en la concentración de Pb y Zn, hecho atribuido al estrés que ejercen las actividades antropogénicas circundantes sobre la Laguna de Castillero. Menéndez M. (2004), realizo el estudio sobre la eutrofización y calidad del agua de una zona costera tropical, donde determino que la calidad del agua costera está siendo alterada por el incremento de los desechos propios de las actividades humanas; los nutrientes nitrógeno y fósforo generados por estas fuentes pueden acrecentar el desarrollo del proceso de eutrofización en el ambiente costero. El Estado de Yucatán, México, es una zona tropical sometida a las presiones que representan su desarrollo económico, por el crecimiento de la densidad de la población y el aumento del vertido de desechos. El subsuelo de esta región es un sistema cárstico de carbonato de calcio que favorece la infiltración del agua y de contaminantes al acuífero. Durante el año 2000, las principales fuentes de nutrientes de Yucatán, fueron en orden de importancia, los aportes continentales procedentes de la porcicultura y avicultura, la agricultura, la precipitación atmosférica y los desechos de origen humano -domésticos, públicos, urbanos e industriales-; estos nutrientes ingresan al litoral de Yucatán por la descarga del agua subterránea en la costa, con una proporción N:P =194,9:1. Morán E. (2012). Impactos recientes de los cambios ambientales en los recursos hídricos superficiales de la cuenca del Duero. La disponibilidad de recursos hídricos ha sido históricamente un factor limitante de desarrollo en los países de la cuenca mediterránea. En este trabajo se analizó la evolución y variabilidad recientes (19612005) de los recursos hídricos superficiales el caudal en los ríos en una de las cuencas hidrográficas de mayor entidad de la Península Ibérica, y los factores ambientales responsables de su evolución. Los resultados del trabajo muestran un descenso notable y generalizado en los caudales en la región, acompañado de un cambio en los regímenes fluviales. La evolución del clima, con unas precipitaciones muy variables pero sin tendencias notables a largo plazo, y unas temperaturas en aumento, explica en parte, pero no en su totalidad, el descenso hidrológico. En las cabeceras fluviales se ha detectado un incremento significativo de la cubierta vegetal durante el periodo de estudio, el cual parece estar participando en gran medida en el descenso de caudales. 27 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Por otro lado, la regulación por medio de embalses está incrementando en la cuenca y con ello contribuyendo al cambio hidrológico en la región. Los resultados obtenidos ofrecen la base conceptual para proyectar la disponibilidad futura de los recursos hídricos en los escenarios de mayor escasez como consecuencia del cambio climático venidero. Ramos R. et al. (2012), mediante la investigación, ensayos de toxicidad con sedimentos marinos del occidente de Venezuela, obtuvieron que la actividad de las refinerías es una de las principales fuentes de contaminación marino costera a nivel mundial. En este trabajo se evaluó la toxicidad de sedimentos potencialmente impactados por el Centro Refinador Paraguaná, ubicado en la costa occidental de Venezuela, utilizando bioensayos de toxicidad crónicos. Dicha toxicidad se evaluó con larvas del camarón Litopenaeus vannamei y con poliquetos Scolelepis texana durante 28 días y 10 días, respectivamente. Ambos bioensayos indicaron una alta toxicidad para sedimentos aledaños a la refinería, con respecto a sedimentos de la misma región con menor influencia de la refinería y a sedimentos de una zona control. Los sedimentos aledaños a la refinería tuvieron concentraciones relativamente elevadas de metales pesados como el cromo, níquel y zinc; y presencia de hidrocarburos policíclicos aromáticos (PAHs > 1000 ppb). Este estudio está enmarcado dentro del primer trabajo de riesgo ecológico ambiental realizado en Venezuela. Sotero V. et al. (2013). Contenido de metales pesados en agua y sedimento en el bajo Nanay. Se presenta en este estudio la evaluación de la concentración de metales pesados en agua y mercurio en sedimentos del rio Nanay. Según los resultados de análisis de agua el plomo y mercurio se encuentran presentes en concentraciones mayores que lo indicado por las normas nacionales. El plomo tanto en creciente es en promedio de 0,111 ppm y 0,053 ppm respectivamente y el mercurio en vaciante se encuentra en 0,008 ppm. Del mismo modo la presencia de mercurio es alta en los sedimentos que acompañan a este rio con 1,636 ppm en creciente y 3,03 ppm en vaciante. 28 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Universidad del Zulia (2004). importante mencionar que Biodiversidad en el Campo Urdaneta Oeste, es Evaluar la diversidad biológica en el Campo Urdaneta Oeste, a fin de obtener y compilar información de línea base, y divulgar la diversidad biológica, a través de la elaboración de catálogos y películas. Tal información es útil, no solamente a Shell Venezuela, S.A. sino que aunado a ello sirve para establecer proyecciones de los efectos naturales y antropogénicos sobre la biodiversidad en esta área, pero también al público en general, para conocer y apreciar mejor la fauna que los rodean. se explica la composición de esta biodiversidad en Campo Urdaneta Oeste, por qué conservarla y cómo Shell Venezuela, S.A. funcionando en el área, está pendiente del valor de esta biodiversidad para las futuras generaciones y se preocupa porque la población de Campo Urdaneta Oeste, Estado Zulia, Venezuela, y el mundo preserve la biodiversidad reinante. Valdés J. et al. (2014), llevo a cabo la investigación sobre el contenido de Cu, Pb y Zn en sedimentos y organismos bentónicos de la bahía San Jorge (norte de Chile): Acumulación y biotransferencia en sistemas costeros submareales. Dicho trabajo consistió en la medición del contenido de Cu, Pb y Zn para evaluar su enriquecimiento en sedimentos y sus eventuales procesos de biomagnificación en cadenas tróficas bentónicas de siete sectores de la bahía. Obteniendo que el contenido medio de Cu, Zn y Pb fue 103.6, 72.6 y 38.6 mg kg–1, respectivamente, en los sedimentos y 28.3, 32.5 y 21.9 mg kg–1, respectivamente, en los organismos. Al mismo tiempo determino el índice de geoacumulación, indicando algún grado de enriquecimiento de metales en los sectores donde se realizan actividades industriales; Los resultados de este trabajo sugieren una alta variabilidad temporal en el contenido de metales en los sedimentos y organismos bentónicos, lo cual puede ser explicado por la modificación de factores naturales y antrópicos dada por la actividad industrial y los asentamientos humanos cercanos que controlan el ingreso y acumulación de estos metales en la zona costera de la bahía San Jorge. Zamora A. et al. (2010). Las actividades de la industria petrolera y el marco ambiental legal en Venezuela. Una visión crítica de su efectividad. La explotación de petróleo y gas natural tiene efectos ambientales específicos que dependen de la ubicación de los yacimientos y de las técnicas utilizadas para extraer los productos brutos. La prevención 29 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. y control de los impactos ambientales generados por las actividades de la industria petrolera es uno de los principales problemas que enfrenta la sociedad venezolana, por tanto, la existencia de un marco legal que regule dichas actividades a fin de minimizar el daño al ambiente se hace imprescindible. Este trabajo constituye un análisis del marco ambiental legal vigente en Venezuela, en lo relativo a la industria petrolera, indicando las fortalezas y debilidades de la normativa con el fin de ampliar el conocimiento del derecho ambiental venezolano y contribuir con la inclusión de los aspectos ambientales en la toma de decisiones para el desarrollo económico-social en un contexto de manejo sustentable de los recursos energéticos del país y del mundo. 1.4 Aspectos geológicos regional 1.4.1 Marco fisiográfico La cuenca del Lago de Maracaibo (Figura 4), limitada por la Sierra de Perijá al oeste y el flanco occidental de Los Andes y la Serranía de Trujillo al este, ocupa una depresión tectónica de unos 52.000 kilómetros cuadrados de extensión, donde se han acumulado más de 10.000 metros de espesor de sedimentos cuyas edades se extienden desde el Cretácico hasta el Reciente. Un fenómeno fisiográfico interesante es el hundimiento o subsidencia de ciertas zonas costeras del Lago de Maracaibo como son Lagunillas y Tía Juana. Figura 4. Ubicación Geográfica del Lago de Maracaibo, Estado Zulia Venezuela. Fuente: Google Eart (2015). 30 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. La región presenta gran variedad climática debido a la presencia del Lago y la influencia de los sistemas montañosos vecinos. Las lluvias muestran gran variación espacial y temporal; las mayores precipitaciones ocurren al sur-oeste del Lago (> 2800 mm/año), pero disminuye progresivamente hacia el norte, hasta el clima semiárido de Maracaibo, con menos de 600 mm/año, y el clima árido de la Península de Perijá (< 200 mm/año). Sin embargo, en la misma zona norte, en las laderas de la Sierra de Perijá, se registran más de 1500 mm/año, a una distancia en la horizontal de menos de 80 km. La temperatura media varía de 27,5º C en la costa del Lago a 24º C hacia los piedemonte de Perijá y los Andes. El mayor escurrimiento se registra al sur del Lago, en la planicie del Catatumbo, con valores de 1000-1800 mm/año; el más bajo se presenta en las áreas costeras del Golfo de Venezuela, con valores promedios anuales inferiores a los 200 mm. En la planicie aluvial del Lago, el escurrimiento varía entre 600 y 1400 mm/año. La vegetación en la región es muy variada: hacia el norte, en la Península de La Guajira y la planicie de Maracaibo, prevalece el espinal tropical y el matorral tropical semideciduo; la planicie aluvial del lago está ocupada por bosque tropical; hacia el piedemonte, el bosque tropical se encuentra en las partes más bajas; el bosque premontano y montano siempre verde en las partes más altas. 1.4.2. Marco geológico estructural Tectónicamente se relaciona con el levantamiento post-Eoceno de la Sierra de Perijá y de la Cordillera de Los Andes. La gran mesa de agua que ocupa la parte central de la cuenca está enmarcada por llanuras casi sin relieve, parcialmente anegadizas, que se extienden hasta las estribaciones de las serranías circundantes, donde afloran rocas de edad variable entre el Terciario Inferior y el Precámbrico (?). 1.4.3 Aspectos geológicos locales El campo Urdaneta, ubicado en la región noroeste del Lago de Maracaibo, ocupa una extensión de 1.682 kilómetros cuadrados, que representa el 11.73% de la superficie total del Lago, que a su vez en un macro contexto está situada al oeste de Venezuela. 31 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 1.4.4 Marco sedimentológico actual La composición granulométrica o tipos de sedimento varían ampliamente en el sistema del Lago de Maracaibo. Aunque se puede decir que en la zona costera del sistema predominan las arenas en sus diferentes tipos, esta proporción va a estar influencia por varios factores en particular. Si se encuentran en una zona cerca a la desembocadura de un río, se nota un incremento sustancial de las arcillas o en cambio en zonas muy cercanas por ejemplo, la Laguna de Sinamaica, la predominancia es de suelos netamente fangosos con un porcentaje alto de limo (Parra-Pardi, 1979; Rodríguez, 2000). 1.4.5. Marco geológico ambiental por metales pesados El Lago de Maracaibo puede considerarse como un cuerpo de agua con un estado trófico avanzado, debido a que en este sistema son descargados grandes volúmenes de agua residuales urbanas e industriales sin tratamiento previo, que sumadas a las descargas de nutrientes por escorrentía y a los eventuales derrames petroleros, contribuyen a su deterioro ambiental (Rodríguez, 2000). En la cuenca del Lago de Maracaibo, se puede detectar diferentes fuentes de metales, desde las relacionadas con el uso de pesticidas y descargas domésticas e industriales, hasta las actividades de la industria petrolera, la cual involucra además de la producción y transporte de crudo, la industria Petroquímica, el procesamiento de gas y la extracción de carbón en minas a cielo abierto (Rodríguez, 2000). Con relación a las descargas domésticas e industriales, estas se encuentran principalmente en Maracaibo, San Francisco, Mérida, Valera y Cúcuta y a excepción de algunos reportes generados por organismos estatales (ICLAM, MARN) los cuales realizan evaluaciones puntuales de algunas de estas fuentes, en la actualidad no existe un inventario de su ubicación exacta y la caracterización de cada efluente (Rodríguez, 2000). La presencia de metales pesados en agua, sedimentos y biota del Lago de Maracaibo ha sido reportada por diferentes estudios, entre los más recientes están Ávila (2003), 32 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Esclapés y Galindo (2000), ICLAM (2001), Pardi y col. (1979), Rodríguez (2000) cuyos valores se han venido incrementando, particularmente en las especies que integran la cadena trófica del ecosistema, llegándose a determinar en algunos casos concentraciones que superan el límite permisible para consumo humano (ICLAM, 1988). Diversos procesos específicos tales como difusión de sedimentos anóxicos, resuspensión de sedimento y dragado entre otros, comúnmente reintroducen metales concentrados en los sedimentos hacia la columna de agua (Kennish, 2002). Lo anterior es particularmente importante en el Lago de Maracaibo donde existe un alto aporte antropogénico y la influencia del intervalo de mareas, el cual posee un elevado porcentaje de partículas finas que ayudan a la fijación de los metales y su transporte hacia otras zonas. Otro factor a considerar es la formación de zonas anóxicas, las cuales tienden a retener metales y por cambios en las condiciones ambientales, se condiciona a la transferencia de los metales a la columna de agua, actuando el sedimento como fuente de polución; debido a que los metales no permanecen fijos y pueden ser liberados a la columna de agua (Bautista, 1999). Pardi (1986) mencionó ―Es evidente que el hipolimnio cónico es la porción del lago donde ocurre la mayor acumulación de materia orgánica e intensos procesos de reducción‖. Sin embargo, no solo ocurre la retención por las condiciones de anoxia existentes en el cono hipolimnético, sino, también la liberación de nutrientes y metales, los cuales son incorporados eventualmente al epilimnio, debido a la disminución del hipolimnio salino. 33 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CAPÍTULO II. METODOLOGÍA DE LA INVESTIGACIÓN 2.1. Introducción Para la evaluación de la contaminación por metales pesados en sedimentos superficiales del campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, Venezuela, se estableció una metodología de trabajo (figura 5) que permitiera reunir la información necesaria sobre el área, los métodos y análisis a través de los cuales se han venido rigiendo las diversas instituciones geológicas ambientales a nivel mundial/nacional. Figura 5. Metodología de trabajo empleada para el desarrollo de este estudio. Fuente: Elaboración propia (2015). En este trabajo se definió las características geológicas ambientales del área en estudio, se identificó la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del campo Urdaneta; y, a su vez, se evaluó los niveles de toxicidad, a través del factor de concentración que producen esos elementos. 34 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 2.2. Metodología utilizada para la realización del trabajo de investigación El plan de trabajo descrito anteriormente en la figura 5, fue planteado para cubrir a través de trabajo de campo, laboratorio y oficina, la evaluación de la concentración y variabilidad de metales pesados, que originan contaminación ambiental, estas etapas, se describen, a continuación (tabla 1): Tabla 1. Métodos analíticos empleados en la evaluación de los parámetros físicos y químicos en los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta Parametros Unidades Método Ambientales Adimensional Observación Textura %Arena %Arcilla %Limo Tamizado mg.kg‫־‬¹ Espectrofotometria de Adsorción Atómica Metales Descripción Revisión bibliográfica de la geología ambiental local y revisión histórica de la variación de relieve/aporte de sedimentos, a través de Google Eart. Descripción de la fraccion gruesa a tráves de Lupa, con objetivo 10X y con fotografia acoplada. Digestión con ácido nítrico y medición espectrofotométrica por absorción atómica acoplado a un equipo de generación de hidruros para el análisis de mercurio. Fuente: Elaboración propia (2015). 2.2.1. Recopilación y análisis de la información existente sobre el tema en estudio Esta etapa consistió en adquirir, recopilar y organizar las referencias bibliográficas relacionadas con estudios sobre contaminación por metales pesados de autores consultados y material utilizado, todo esto con la finalidad de complementar la información necesaria para dar cumplimiento al trabajo de investigación. 2.2.2. Levantamiento de información geológica y ambiental del área de estudio Para poder entender adecuadamente un problema de contaminación no basta con realizar una campaña de toma de muestras para su estudio geoquímico, además debe contarse con información sobre el clima, el marco geológico, y por supuesto, sobre la actividad industrial que se realiza en la zona bajo estudio. Por ello se utilizó la metodología descrita por Perillo (1995) y Perillo y Piccolo (2012), en cuanto a los factores que controlan las características de los estuarios. Esta fase comprendió la revisión bibliográfica sobre estudios previos realizados por instituciones tales como el 35 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Instituto para la Conservación y Calidad del Lago de Maracaibo (ICLAM), Universidad del Zulia (LUZ), Ministerio del poder popular para el Ambiente (MPPA), así como toda la información que describe la geología del área. Al mismo tiempo se utilizó la aplicación computarizada Google Eart, versión 2015, con la finalidad de evaluar a través de las bondades que brinda esta herramienta acerca de la posición geográfica y la visualización del comportamiento topográfico y cantidad del aporte sedimentario de los ríos que tributan a la zona objeto de estudio. 2.2.3. Monitoreo de las muestras de sedimentos: Técnicas de monitoreo utilizadas Para este estudio se recolectaron ocho (8) muestras de sedimentos superficiales, obtenidas durante octubre y noviembre de 2014, mediante buceo autónomo en la zona de estudio ubicada entre las coordenadas UTM, N1134835-E194685 y N1109935177325 (tabla 2, figura 6). En este sentido es importante acotar que para llevar a cabo este estudio de contaminación estuarial, el diseño muestreal aplicado fue representativo ya que cubrió longitudinalmente gran parte del área de estudio, incluyendo la desembocadura del río El Palmar, el cual forma parte del sistema hídrico del Lago de Maracaibo. Tabla 2. Ubicación de los puntos muestreados Nº Muestra CU-1 CU-2 CU-3 CU-4 CU-5 CU-6 CU-7 CU-8 Coordenadas UTM N E 1134835 194685 1133225 193815 1131687 192659 1131221 192539 1129269 192038 1128803 190682 1124546 187897 1109935 177325 Prof, (Pies) 20 20 25 25 22 25 28 22 Fuente: Elaboración propia (2015) El muestreo se llevó a cabo mediante la utilización de un tubo PVC (polietileno) de 15 cm de largo x 10 cm de ancho, colocando en ambos extremos tapones herméticos para evitar la pérdida del material, debido a su traslado desde una profundidad promedio del reservorio hídrico de 24 pies (tabla 2), hasta la superficie, debido a que fue removido 36 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. manualmente, elementos contaminantes y restos orgánicos. Posteriormente fueron selladas, rotuladas y guardadas en frío (4ºC) hasta su traslado al laboratorio, donde fueron secadas a 100ºC. Figura 6. Ubicación de los puntos muestreados en la zona de estudio. Fuente: Google Eart (2015). 2.2.4. Análisis y determinaciones químicas realizadas: método analítico e instrumentos de medición Para llevar a cabo dicha fase se estableció la evaluación de dieciséis (16) metales pesados en el sedimento superficial del campo Urdaneta del lago de Maracaibo, seis (6) de los cuales ya se tiene precedente en la cuenca: Cobre, Cadmio, Cromo, Plomo, Vanadio y Níquel, a través de un estudio llevado a cabo por Ávila H. et al (2010), al mismo tiempo se evaluó la presencia de otros elementos como Mo, Se, Zn, As, Co, Mg, Be, Hg, Sb, Ti, sugeridos en la literatura de Galán E. y Romero A. (2008). 37 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Para la determinación de las concentraciones y de los elementos presentes, en función de los ya establecidos para este estudio, estos estudios fueron desarrollados por medio de espectrómetro de masas inducida por plasma, ICP-MS (figura 7), en la Facultad de Ciencia, Escuela de Química de la Universidad del Zulia y se utilizó el Método EPA 3050 B para el tratamiento /digestión de la muestra. Figura 7. Espectrómetro de masas inducida por plasma. Fuente: Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Es importante señalar que la determinación de metales mediante la técnica de espectrometría de masas por plasma acoplado inductivamente (ICP) reúnen una serie de factores, como la simultaneidad de la determinación analítica, el amplio rango lineal, los bajos límites de detección con frecuencia requeridos en el análisis de muestras medioambientales. Este método tiene alta confiabilidad al contar con la elaboración de las curvas de calibración; así como blancos pasados por las columnas antes de analizar las muestras, por estas razones, no fue necesario realizar réplicas de análisis químicos a las mismas. El procedimiento empleado en el ICP consistió en lo siguiente: 1. Mezclar y homogenizar la muestra. 2. Pasarla a través de un tamiz # 10. 38 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 3. Pesar entre 1 o 2 gramos de muestra en un beakers de teflón de 250 mL. 4. Agregar 10 mL de ácido nítrico (HNO3) 1:1; (es decir 5 mL de ácido concentrado + 5 mL de agua destilada). 5. Colocarlo en una planta de calentamiento a 95 ºC. Nota 1: Se le colocó un reloj de vidrio para tapar el beakers, se calienta por 10 o 15 min sin hervir, para luego dejar enfriar a temperatura ambiente y agregarle 10 mL de ácido nítrico concentrado y caliente por 2 horas, sin dejar secar el beakers; para eso se le debe de estar agregando ácido nítrico en volúmenes no mayores de 5 mL. Nota 2: Si se genera vapores marrones es señal que la muestra está siendo oxidada por lo que se debe repetir el paso de la adición de 10 mL de ácido nítrico; hasta que no se desprendan vapores marrones lo que indica que la reacción de la muestra con el ácido nítrico es total. 6. Después de las 2 horas, sin dejar que el beakers llegue a sequedad sino que quede alrededor de 5 mL; bajar en beakers de la plancha para dejar enfriar por especio de 30 min. 7. Filtrar la solución a través de un embudo en un balón de 100 mL. 8. Agite el balón para homogenizar la solución y afore con agua destilada. 9. Luego se procede a medir por Absorción Atómica. 2.2.5. Análisis y determinaciones físicas realizadas: Método analítico e Instrumentos de medición Se realizó la determinación de la textura del sedimento o granulometría, con el fin de obtener a distribución por tamaño de los sedimentos superficiales del área de estudio. Para ello fue necesario secar las muestras en un horno a 100ºC por 24 h. Luego se tomaron 100 g de muestra y se pasaron a través de una serie de tamices (tabla 4) con diferentes tamaños de abertura de poro de malla (4,76; 2; 0,84; 0,42; 0,25; 0,105 y 0,074 mm), seleccionados de esta manera, debido al tipo de material obtenido del muestreo, seguidamente se pesó la fracción retenida en cada tamiz. Los resultados 39 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. finales se expresaron en porcentaje (%) de arena y limo-arcilla por cada estación y muestreo. Tabla 3. Numeración y abertura de tamices utilizados . Fuente: Espinace R. (1979). En este mismo sentido, para el reconocimiento de las propiedades físicas de los sedimentos se realizó la descripción mineralógica de la fracción gruesa y generalizada de las ocho (8) muestras de sedimentos superficiales del área de estudio, a través del Estereomicroscopio Zeiss, Discovery V12, con motor de enfoque y luz incidente, variable LED (figura 8), se utilizaron herramientas como aguja de disección, bandeja de reacción, bandeja metálica. Figura 8. Estereomicroscopio Zeiss, Discovery V12. Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015). 40 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. 2.2.6. Cartografía geológica: mapas de distribución de los elementos pesados Una vez obtenidos los resultados de la concentración de los metales pesados a través de la Espectrofotometría de absorción atómica, se elaboraron los mapas de distribución a lo largo del área de estudio para cada elemento cuya concentración fue >0,1; esto debido a la detección de ese elemento por medio del método analítico antes mencionado, permitiendo de esta manera visualizar el comportamiento distributivo en la zona estudiada. Esta operación se llevó a cabo a través de Surfer versión 12, este es un software completo para la visualización en 3D, la creación de isolíneas, y el modelado de superficies que se ejecuta bajo Microsoft Windows. Asimismo, se utilizó Didger 4, para la digitalización de la línea de costa y el cauce principal del río El Palmar. 2.2.7. Evaluar los niveles de concentración de metales El objetivo de este trabajo ha sido conocer el contenido total y la distribución de metales pesados en los sedimentos superficiales del campo Urdaneta. Aunque no siempre el contenido en metales pesados en los sedimentos refleja la cantidad disponible en la biota, es muy interesante conocer el potencial contaminante que existe en los sedimentos de esta zona estuarial. De esta forma se puede conocer el máximo grado de toxicidad por metales pesados a la que podrían estar sometidos los seres vivos, suponiendo condiciones ambientales en las que la biodisponibilidad sea máxima. Es por ello que los resultados obtenidos del análisis químico de los sedimentos a través de ICP se compararon con los límites máximos permisibles según la guía de calidad sugerida por Long et al., (1995) para sedimentos (tabla 4), específicamente mediante concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos y los que designan el nivel en el cual la mitad de los estudios refirió efectos dañinos (ERL y EML respectivamente) son las concentraciones de químicos específicos que se derivan de los ensayos de toxicidad biológica compilados y muestreo sinóptica de sedimentos. Estos valores numéricos son directrices de calidad de sedimentos que fueron desarrollados por Long (1990) de la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional Nacional Estados (NOAA). 41 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Estos investigadores estudiaron e identificaron los efectos que ocasionan en los organismos y en el ecosistema la acumulación de nueve metales pesados (As, Cr, Cd, Pb, Cu, Ni, Zn, Hg, Ag). Estos criterios han sido ampliamente aceptados y se refieren en estudios realizados por la Agencia de Protección Ambiental de los EE.UU (USEPA), así como en los realizados por Accornero et al. (2008). Tabla 4. Límites Máximos Permisibles según la guía de calidad para metales (ppm). Fuente: Long et al., (1995). En la tabla 4 aparecen los límites de evaluación ecotoxicológica propuestos para sedimentos estuarinos por Long et al. (1995). Estos límites tienen dos valores de referencia para la concentración de metales contaminantes en sedimentos: la concentración más baja de un metal en sedimentos a partir de la cual se pueden producir efectos adversos en seres vivos (ERL) y el nivel máximo tolerable (ERM); valores superiores a este último son considerados muy tóxicos. Según Long et al. (1995) cuando: a. La concentración del metal sea menor que el ERL establecido para este, los niveles de contaminación no son significativos. b. La concentración del metal sea mayor que ERL y menor que ERM, significa ambiente contaminado. c. La concentración del metal sea mayor que ERM, el ambiente es tóxico. 42 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CAPÍTULO III. RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN En esta sección se presentan los resultados del estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela, obtenidos de una serie de actividades, desde la búsqueda de información, trabajo de campo, laboratorio y oficina, que conllevaron a la discusión y entrega de los siguientes resultados, que darán a conocer si existe o no algún grado de contaminación: 3.1. Características geológicas ambientales del área de estudio Estas características se basaron en el modelo que describe los factores que controlan las características de los estuarios, presentado por Perillo (1995) y Perillo y Piccolo (2012), que involucra factores: geológicos (localización, tectónica, isostasia, etc.), físicos (olas, mareas, atmósfera, etc.) biológicos y el factor humano. De este modo, para el presente estudio fueron utilizados como patrón los factores geológicos y el humano, los cuales son importantes en la definición de los procesos que actúan sobre este estuario. 3.1.1. Factores Geológicos Según la propuesta de esta metodología exponen como factores geológicos a los procesos físicos que se encuentran controlados por el agua o el viento y que dependen de las condiciones de contorno en el que estos factores están actuando. Por lo tanto, las características básicas en cualquier estuario son el resultado de la historia geológica de la zona, tanto a nivel regional como local. Aunado a ello se encuentran los factores que determinan las características fisiográficas de los estuarios, tales como el relieve costero y el tipo de rocas existentes en la costa y zonas donde los ríos desembocan en el estuario. En cuanto a esta declaración los diferentes eventos tectónicos ocurridos en la cuenca del Lago de Maracaibo propiamente, le otorgan un carácter deprimido de la cuenca y su cercado por los cordilleras andinas, definido por tres alineamientos orogénicos mayores: 43 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. la Sierra de Perijá al oeste, los Andes de Mérida al sureste y la Serranía de Trujillo al este, completando con el sistema de la falla de Oca en el norte (figura 9). Estos elementos tectónicos mayores fueron calificados por González de Juana et al. (1980) como ―Cinturones Móviles‖. Figura 9. Mapa geológico de la Cuenca del Lago de Maracaibo. Fuente: U. S. Geological Survey (2006). Otro factor geológico de relevancia en los últimos años también se ha puesto el énfasis en el papel hidrológico de un proceso que se observa de forma generalizada en las zonas de montaña de los países desarrollados. (Crockford & Richardson, 2000, Llorens & Domingo, 2007). 44 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. En este sentido el aporte hídrico que recibe el Lago de Maracaibo, a este drenan los siguientes ríos: Limón (drena a la bahía El Tablazo), Apón, Palmar, Santa Ana, Catatumbo, Escalante, Chama, Motatán, Misoa, Machango, Pueblo Viejo, entre otros (Figura 10) que a su vez drenan las aguas del ramal norte de la cordillera de Mérida en su zona occidental y la zona oriental de la Cordillera de Perijá, el colector principal es el Lago propiamente, cuya extensión es de unos ~12958,42 km 2 y está conformado por el Golfo de Venezuela, la Bahía el Tablazo, el Estrecho de Maracaibo, el Lago en sí y los ríos tributarios (Parra, 1979; Herman de Bautista, 1997). Figura 10. Ríos que drenan a la Cuenca del Lago de Maracaibo, Venezuela. 1: Guasare, 2: Sinamaica-La Boquita, 3: Palmar, 4: Apón, 5: Santa Ana, 6: Catatumbo, 7: Zulia, 8: Táchira, 9: Escalante, 10: Chama, 11: San Pedro, 12: Torondoy, 13 Motatán, 14: Misoa, 15: Machango, 16: Pueblo Viejo. Fuente: Rivas Z. et al (2009). 45 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. En este mismo sentido, Rivas Z. et al (2005) realizaron un estudio sobre la contribución de principales ríos tributarios a la contaminación y eutrofización del Lago de Maracaibo. El objetivo de este estudio fue determinar los niveles de elementos eutroficantes en los principales ríos tributarios de la zona sur del Lago de Maracaibo. Los muestreos se realizaron en los ríos Santa Ana, Catatumbo, Birimbay, Bravo, Escalante, Chama y Motatán, los cuales contribuyen con el 70% de agua dulce que entra al Lago. Los resultados obtenidos indican un incremento del aporte en la carga másica de 1,06 veces para el NT y una disminución de 3,26 veces para el PT en relación a valores reportados anteriormente. Los aumentos en las concentraciones de algunos elementos como el NT y PT en los ríos, en comparación con estudios anteriores reflejan el incremento de las actividades antrópicas asociadas a la deforestación, utilización de agroquímicos, y otros, en las distintas subcuencas. 3.1.2. Factores Humanos Los estuarios son el ambiente costero por excelencia donde se producen los mayores impactos antrópicos. Ello se debe justamente a su ubicación privilegiada para el desarrollo de ciudades y puertos, los que normalmente tienen asociados polos industriales. La sumatoria de las descargas cloacales como industriales suelen ser enviadas a los estuarios. Respecto a esta temática (Gardner, 1998; Ledo, 2003), expuso en el Lago de Maracaibo este factor unas 500 compañías, incluyendo refinerías químicas, tenerías, mataderos, minas de carbón y actualmente sirve también como destino final de una gran cantidad de aguas servidas. Por escorrentía llegan a través de los ríos tributarios, entre ellos el rio Catatumbo, pesticidas disueltos en el agua producto de las actividades agrícolas, así como también petróleo o sus productos derivados como consecuencia de la explotación y traslado de este en la cuenca de este importante sistema acuático. Sin embargo, la mayor contaminación proviene de las aguas residuales de alrededor de 5 millones de personas que viven a lo largo de sus costas Sumado al factor humano sobre la afectación del Lago de Maracaibo, Corona (2012), en el documento presentado como Contaminación antropogénica en el Lago de 46 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Maracaibo, Venezuela, llevo a cabo una revisión bibliográfica exhaustiva sobre el impacto ecológico de la contaminación antropogénica en aguas, biota y explotación pesquera del sistema de Maracaibo. Donde establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio ecológico de los componentes bióticos y abióticos del estuario; ofreciendo de esta manera una visión amplia sobre las repercusiones ecológicas en el lago. A través de este aporte bibliográfico Corona, así como el resto de los autores que dan soporte a dicha investigación mantienen en común sobre la trayectoria histórica del Sistema del Lago de Maracaibo, el cual siguiere los orígenes de contaminación al periodo de inicio de la explotación petrolera, a la cual se han ido sumando otros tipos de actividades que han generado el desarrollo de la contaminación como lo es la industria avícola, agrícola, porcina, camaronera, pecuaria, minera y urbanística. Conllevando de esta manera a la destrucción del hábitat de los ecosistemas que coexisten en dicho lago, evidenciado en la alteración de la calidad fisicoquímica del agua y del sedimento. Finalmente considerando las características geológicas ambientales del área de estudio, bajo el factor geológico y humano, que como ya bien es sabido, condicionan los aspectos ambientales del mismo, alguno de ellos puede ser visualizado en la figura 11, donde se puede apreciar, lo siguiente: 1. Desembocadura del río El Palmar a una distancia de 2,17 Km del punto de muestreo (P7). Respecto a este factor de aporte sedimentológico se evaluó el histórico de los años 2001, 2004 y 2015. Observando el aumento de dicho aporte para el presente. 2. Actividad industrial, grandes camaroneras, estos se encuentran a una distancia promedio de referenciados a la costa del NW del Lago de Maracaibo. 3. Otro punto importante es la cercanía a las diferentes estaciones de flujo y gabarras petroleras, distribuidas en el área de estudio. 4. Bajo este instrumento también se logró observar la disminución de la zona de manglares ubicada al borde de la cuenca, en la costa NW del Lago de Maracaibo. 5. En cuanto a la zona urbanizada al margen de costa que cubrió el estudio de P1 a P8, son pequeños sectores no planificados y distantes que se lograron apreciar para la actualidad. 47 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Al mismo tiempo cabe destacar, tal como se mencionó anteriormente, existen más de 500 compañías, incluyendo refinerías químicas, tenerías, mataderos, minas de carbón que llevan a cabo sus actividades a lo largo del Lago de Maracaibo, dentro y fuera del (su costa), sirviendo este último como destino final de una gran cantidad de los residuales de estas actividades antropogénicas, sumando con ello daño a este ecosistema y a la salud pública . Figura 11. Imagen satelital del área de estudio que refleja factores antropogénicos y litogénica Fuente: Google Eart (2015). Sin embargo, para analizar correctamente las posibles fuentes de contaminación de tomar en cuenta otro factor: una vez que comienzan los procesos erosivos de cuerpos litológicos, los metales son lixiviados y transportados, dando lugar a lo que se podría llamar un proceso de ‗contaminación natural‘ de los ríos, mientras más prolongado el proceso, más grande serán los efectos. 48 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Tal como lo expresa Guillen (1982); Mogollón y Bifano (1985) y Zhang (1992): Los ríos constituyen una de las principales vías de transporte de metales a las zonas costeras, debido a la gran afinidad que tienen estos elementos para ser transportados en el material suspendido. Así, las costas con influencia de ríos constituyen uno de los ecosistemas más sensibles a ser afectados, ya que los metales, al entrar en contacto con la zona marina, sufren procesos que, junto con algunos factores ambientales, permiten su acumulación en los sedimentos. 3.1.3. Descripción de los Sedimentos superficiales del área de estudio. En este contexto, la descripción litológica del muestreo de sedimentos superficiales realizados en el Laboratorio Geológico La Concepción, perteneciente a Petróleos de Venezuela (PDVSA), con el apoyo de analistas en Sedimentología, arrojo lo siguiente: Inicialmente con base a los resultados obtenidos del tamizado de las muestras se procedió a clasificar los sedimentos en función de su tamaño de grano utilizando el Sistema Unificado de suelos (USCS), mostrando que los mismos corresponden en su mayoría (93%) a arenas que van de grano grueso a fino y la fracción fina correspondiente a limos y arcillas(7%). Dichos resultados se expresan en la siguiente tabla y en la gráfica de la figura 12. Tabla 5. Resultados del tamizado Coordenadas UTM N E 1134835 194685 1133225 193815 1131687 192659 1131221 192539 1129269 192038 1128803 190682 1124546 187897 1109935 177325 CONTENIDO LITOLOGICO %ARENA %LIMO Y ARCILLA 82 18 99 1 97 3 87 13 98 2 96 4 94 6 94 6 Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015) Es importante señalar que en laboratorio fue descrita a detalle la fracción gruesa y fina de estos sedimentos, se presenta a continuación la descripción del punto de muestreo 1, el resto de las muestras de sedimentos se encuentran descritas en anexo 3 al 9. 49 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 12. Gráfica de la distribución granulométrica de los sedimentos superficiales de la zona de estudio. Fuente: Elaborado a partir de los datos proporcionado por el Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015). La muestra analizada está conformado en orden de abundancia por una secuencia de granos sueltos de cuarzo seguido Limos y arcillas así de fragmentos líticos de rocas sedimentarias y en menor proporción como accesorios se presentan fragmentos de concha partidas. Dichos sedimentos presentan las siguientes características: - Granos sueltos de cuarzo: frecuentemente fracturados de una variedad de colores semicristalino, amarillento, ahumado, blanquecino de grano fino a grueso de granos sub angulares a subredondeados de moderado a mal escogidos. - Fragmentos líticos: fragmentos líticos de rocas sedimentarias chert color negro fractura concoidal brillo sedoso muy dura. Fragmentos de lutitas color negro laminar fractura en bloque de aspecto limoso así como fragmentos de concha de bivalvos de color blanco a amarillento fragmentadas. (Ver fotografía de la figura 13). 50 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 13. Fotografía de la Muestra 1: granos de cuarzo flechas Verdes. Fragmentos líticos flechas amarillas. Fuente: Laboratorio Geológico La Concepción, PDVSA (2015). 3.3. Identificación de la variedad y concentraciones de elementos metálicos pesados existentes en los sedimentos del área de estudio y el factor de concentración. 3.3.1. Variedad de metales pesados y sus concentraciones. Los resultados obtenido de la evaluación de los 16 metales pesados en el sedimento superficial del Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, exponen la presencia ocho (8) de ellos en la zona de estudio (tabla 6), Plomo (Pb), Vanadio (V), Selenio (Se), Zinc (Zn), Arsénico (As), Magnesio (Mg), Berilio (Be) y Mercurio (Hg). Es importante señalar que existen metales esenciales para mantener el equilibrio químico - biológico en este estuario, sin embargo otros son considerados no esenciales y hasta tóxicos para el medio y el hombre. Marcovecchio J. (2013) expresa que los metales como el Cu, Co, Fe, Mn y Zn incluyen aquellos elementos trazas esenciales que se necesitan para realizar las funciones metabólicas vitales en los organismos, siendo requeridos a bajas concentraciones, 51 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. aunque se convierten en tóxicos a altas concentraciones. Por otro lado la (Ag, As, Cd, Pb, Cr, Hg, Se, Sn) incluyen los elementos traza no esenciales o no requeridos para las actividades metabólicas, es decir no tienen ninguna función biológica conocida, y que son tóxicos incluso a bajas concentraciones. Y otros como él (Cu, Fe, Co, Mg, Mo, Ni y Zn) cumplen funciones esenciales para la biosíntesis, substancias de crecimientos, clorofilas y metabolitos secundarios, (Appenroth, 2010). Tabla 6. Metales presentes en la zona de estudio MP (mg.Kg¯¹) Plomo (Pb) Vanadio (V) Selenio (Se) Cinc (Zn) Arsenico (As) Magnesio (Mg) Berilio (Be) Mercurio (Hg) \ Nº Muestra CU-1 3.5 10.17 3.21 < 0.1 4.22 133.29 0.36 3.96 CU-2 4.08 18.61 2.15 2.02 11.19 45.86 0.58 3.53 CU-3 4.06 25.16 2.28 1.1 13.7 64.14 0.54 3.68 CU-4 5.5 18.02 3.23 2.9 8.95 249.5 0.54 4.28 CU-5 2.76 8.72 2.92 < 0.1 5.44 64.01 0.33 5.48 CU-6 4.9 21.78 2.43 0.47 15.9 83.54 0.51 6.39 CU-7 4.17 23.35 2.09 0.83 15.55 72.45 0.51 3.58 CU-8 4.69 20.54 2.7 1.44 17.58 125.5 0.46 4.69 . Fuente: Elaborado a partir de los datos proporcionados por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Por otro lado metales como el arsénico (As), el zinc (Zn), el cobre (Cu) y el plomo (Pb) son elementos recurrentes en los problemas derivados de la contaminación ambiental en zonas cercanas a asentamientos humanos (Papakostidis et al. 1975; Grimanis et al. 1977: Amat et al. 2002; González et al. 2009; Galán et al. 2009), de ahí que la cuantificación de estos metales en los sedimentos de dichas zonas permite establecer los niveles de concentración característicos de ese ambiente y revelar situaciones anómalas. Apoyado en el anteriormente referido se puede evidenciar que existe una variabilidad entre metales esenciales y otros no, pero el nivel de contaminación y/o toxicidad dependerá de las concentraciones que arrojaron dichos elementos, que estarán en función de la procedencia del sedimento y la intervención antropogénica. Por otro lado respecto al resto de los elementos evaluados no fue detectada su presencia debido a que los valores de los mismos fue <0,1, por lo cual no fue detectado por el equipo ICP-MS. 52 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Para la determinación de las concentraciones y de los elementos presentes, el criterio usado fue la comparación de los valores en los sedimentos estudiados con los valores presentados por Long et al. (1995), NOOA (tabla 7). Tabla 7. Comparación de la concentración de los Metales obtenidos vs ER-L y EM-L NOOA (1995). MP (mg,Kg¯¹) \ Nº Muestra CU-1 CU-2 CU-3 CU-4 CU-5 CU-6 CU-7 CU-8 ER-L, NOOA EM-L, NOOA Plomo (Pb) 3,50 4,08 4,06 5,50 2,76 4,90 4,17 4,69 46,50 218,00 Vanadio (V) 10,17 18,61 25,16 18,02 8,72 21,78 23,35 20,54 — — Selenio (Se) 3,21 2,15 2,28 3,23 2,92 2,43 2,09 2,70 — — Cinc (Zn) < 0,1 2,02 1,10 2,90 < 0,1 0,47 0,83 1,44 150 410 Arsenico (As) 4,22 11,19 13,70 8,95 5,44 15,90 15,55 17,58 8,2 70 Magnesio (Mg) 133,29 45,86 64,14 249,50 64,01 83,54 72,45 125,50 — — Berilio (Be) 0,36 0,58 0,54 0,54 0,33 0,51 0,51 0,46 — — Mercurio (Hg) 3,96 3,53 3,68 4,28 5,48 6,39 3,58 4,69 0,15 0,71 Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Esta evaluación establece valores de referencia denominados efecto de rango bajo (ERL) y efecto de rango medio (ERM), de los cuales se derivan tres categorías de efectos biológicos adversos: raramente observados (concentración < ERL), ocasionalmente observados (concentración entre ERL y ERM) y frecuentemente observados (concentración > ERM). Se observó valores por debajo del ERL en la concentración de Pb y Zn, mientras que el As, presento valores por encima del ER-L, pero por debajo del EM-L, lo que implica bajo este metal, este estuario se encuentra contaminado. Por su parte el Hg, sobrepasa ambos niveles, ubicándose dentro de los criterios de Long et al. (1995), como un ambiente toxico. Arsénico: Para este elemento se encontró en los puntos uno (1) y cinco (5), valores por debajo de concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos (ER-L). Mientras que para el resto de las muestras resulto contaminado (tabla 6 y figura 14). Al mismo tiempo es importante señalar que el mayor valor de concentración de arsénico está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU-8>CU-6>CU-7>CU-3>CU2>CU-4>CU-5>CU-1. 53 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 14. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As (Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L, NOOA). Fuente: Elaboración Propia (2015). Al arsénico se le encuentra natural como mineral de cobalto, aunque por lo general está en la superficie de las rocas combinado con azufre o metales como Mn, Fe, Co, Ni, Ag o Sn. El Arsénico es uno de los más tóxicos elementos que pueden ser encontrados. Debido a sus efectos tóxicos, los enlaces de Arsénico inorgánico ocurren en la tierra naturalmente en pequeñas cantidades. Los humanos pueden ser expuestos al Arsénico a través de la comida, agua y aire. La exposición al Arsénico puede ser más alta para la gente que trabaja con Arsénico, para gente que bebe significantes cantidades de vino, para gente que vive en casas que contienen conservantes de la madera y gente que viven en granjas donde el Arsénico de los pesticidas ha sido aplicado en el pasado. 54 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 15. Gráfico que muestra la comparación del resultado de As (Evaluado por EAA) vs Valores de Riesgo Relativo (ER-L, NOOA). Fuente: Elaboración Propia (2015). Mercurio: Para este metal se obtuvo que los resultados obtenidos de la evaluación de los sedimentos superficiales del Campo Urdaneta, superaron los valores por debajo de concentración más baja de un metal que produjo efectos adversos (ER-L) y los que designan el nivel en el cual la mitad de los estudios refirió efectos dañinos (EM-L), demostrando según Long, et al. (1995), toxicidad sobre este ambiente. Los efectos del Mercurio sobre la salud de este elemento que puede ser encontrado de forma natural en el medio ambiente. Puede ser encontrado en forma de metal, como sales de Mercurio o como Mercurio orgánico. El mercurio metálico es usado en una variedad de productos de las casas, como barómetros, termómetros, bombillas fluorescentes. El mercurio en estos mecanismos está atrapado y usualmente no causa ningún problema de salud. De cualquier manera, cuando un termómetro se rompe una exposición significativamente alta al mercurio 55 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. ocurre a través de la respiración, esto ocurrirá por un periodo de tiempo corto mientras este se evapora. Esto puede causar efectos dañinos, como daño a los nervios, al cerebro y riñones, irritación de los pulmones, irritación de los ojos, reacciones en la piel, vómitos y diarreas. El mercurio no es encontrado de forma natural en los alimentos, pero este puede aparecer en la comida así como ser expandido en las cadenas alimentarias por pequeños organismos que son consumidos por los humanos, por ejemplo a través de los peces. Las concentraciones de mercurio en los peces usualmente exceden en gran medida las concentraciones en el agua donde viven. Los productos de la cría de ganado pueden también contener eminentes cantidades de Mercurio. El mercurio no es comúnmente encontrado en plantas, pero este puede entrar en los cuerpos humanos a través de vegetales y otros cultivos. Cuando sprays que contienen Mercurio son aplicados en la agricultura. El mercurio tiene un número de efectos sobre los humanos, que pueden ser todos simplificados en las siguientes principalmente:  Daño al sistema nervioso.  Daño a las funciones del cerebro.  Daño al ADN y cromosomas.  Reacciones alérgicas, irritación de la piel, cansancio, y dolor de cabeza.  Efectos negativos en la reproducción, daño en el esperma, defectos de nacimientos y abortos. Estos efectos se pueden ver reflejados en la Evaluación de la Contaminación por Mercurio en la Biota Acuática, Aguas y Sedimentos de la Cuenca Alta del río Cuyuní, Estado Bolívar, Venezuela, el objetivo de este trabajo fue evaluar la contaminación en muestras de sedimentos utilizando el índice Cuota de Riesgo (HQ, de su siglas en inglés) determinando el riesgo de la ingesta de metilmercurio (MeHg) proveniente del consumo de pescado. El rango de valores de concentración de mercurio obtenidos en 56 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. los sedimentos fue de con factores de enriquecimiento (FE) >1 indicando una entrada de mercurio antropogénica. Los valores HQ obtenidos sugieren una seria situación de riesgo para la salud de las poblaciones locales, debido al consumo de pescado. 3.3.2. Elaborar mapas de distribución del contenido de los metales pesados contaminantes en sedimentos en el campo Urdaneta de la cuenca del Lago de Maracaibo. Aunado a la evaluación llevada a cabo a través de la comparación de los valores obtenidos en este estudio y los enunciados por Long, et al. (1995), se presenta la valoración del grado de contaminación a través de un método muy sencillo para detectar si un sedimento está contaminado o no, que consiste en la elaboración de mapas de concentración superficial del elemento o mapas de anomalías geoquímicas (Chester y Voutsinou, 1981), que permiten identificar las áreas o regiones con contenidos anómalos. Arsénico: Los resultados obtenidos para este metal indican que el mayor valor de concentración de arsénico está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU8>CU-6>CU-7>CU-3>CU-2>CU-4>CU-5>CU-1(figura 16). Que según esta distribución geográfica de los puntos de muestreo refleja de forma general que existe un creciente contenido/concentración desde la zona norte (CU-1) del área de estudio al sur de los mismos (CU-8). Mercurio: Para este metal respecto a la ubicación de dichas concentraciones en el área de estudio, resulto que el mayor nivel de concentración de Hg, está ubicado en los siguientes puntos de muestreo: CU-6>CU-5>CU-8>CU-4>CU-1>CU-3>CU-7>CU-2 (figura 17). Cabe destacar respecto a la distribución geográfica de las muestras para ambos metales (As y Hg) que no refleja un patrón marcadamente definido de la carga de metales pesados en los sedimentos. No se ha encontrado un claro gradiente en el que todas las muestras con las concentraciones más elevadas se localicen en una zona concreta, y a medida que nos alejamos de ésta, las concentraciones fueran disminuyendo. Sí es posible encontrar algunas muestras agrupadas con altas 57 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. concentraciones de metales, pero en sus proximidades se localizan otras muestras que tienen un bajo contenido. La contaminación que refleja los sedimentos es difusa, respecto a su ubicación y por ende definir una fuente de aporte a dicha alteración del medio. Figura 16. Mapa de Distribución del Metal Arsénico en el área de estudio Fuente: Elaboración Propia (2015). 58 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Figura 17. Mapa de Distribución del Metal Mercurio en el área de estudio Fuente: Elaboración Propia (2015). 3.3. Evaluar los niveles de toxicidad que producen esos elementos. Una vez comparados los resultados de los cuatro (4) metales pesados, con los niveles ambientales permisibles según Long, et al. (1995). Se procedió a determinar el Factor de Contaminación (FC) del Arsénico y Mercurio, el cual se define como la relación entre la concentración del elemento en la muestra (Me) y la concentración del elemento 59 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. correspondiente a su valor de base (Me) BL (Rubio et al. 2000). Carballeira et al. (1997) establecen los siguientes rangos de clasificación para este factor (tabla 8) FC = (Me) / (Me)BL Tabla 8. Grado de Contaminación Fuente: Carballeira et al. (1997) Tabla 9. Grado de Contaminación del Metal Arsénico Nº Muestra Coordenadas UTM N E Arsenico (As) mg,Kg‫־‬¹ FC ER-L 0,51 1,36 1,67 1,09 0,66 1,94 1,90 2,14 CU-1 1134835 194685 4,22 CU-2 1133225 193815 11,19 CU-3 1131687 192659 13,70 CU-4 1131221 192539 8,95 CU-5 1129269 192038 5,44 CU-6 1128803 190682 15,90 CU-7 1124546 187897 15,55 CU-8 1109935 177325 17,58 Grado de Contaminación <1 Ausente a bajo 1-3 Moderado 1-3 Moderado 1-3 Moderado >6 Muy alto 1-3 Moderado 1-3 Moderado 1-3 Moderado Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Tabla 10. Grado de Contaminación del Metal Mercurio Nº Muestra CU-1 CU-2 CU-3 CU-4 CU-5 CU-6 CU-7 CU-8 Coordenadas UTM Mercurio (Hg) FC FC N E mg,Kg‫־‬¹ ER-L EM-L 1134835 194685 3,96 26,4 5,6 1133225 193815 3,53 23,5 5 1131687 192659 3,68 24,5 5,2 1131221 192539 4,28 28,5 6 1129269 192038 5,48 36,5 7,7 1128803 190682 6,39 42,6 9 1124546 187897 3,58 23,9 5 1109935 177325 4,69 31,3 6,6 Grado de Contaminación 3-6 Considerable 3-6 Considerable 3-6 Considerable >6 Muy alto >6 Muy alto >6 Muy alto 3-6 Considerable >6 Muy alto Fuente: elaborado a partir de los datos proporcionado por la Escuela de Química, Facultad de Ciencias, LUZ (2015). Estos resultados finales (tabla 9 y 10) pueden ser atribuidos a diversas fuentes, tales como la industria petrolera, industrial, urbanística o la actividad antropogénica en 60 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. general. La contaminación por metales de una amplia variedad de fuentes, permite establecer que las variaciones de estos en el sedimento puede reflejar la mezcla de sedimentos de diferentes orígenes, por lo que se requiere de mucho cuidado en la interpretación de los resultados de niveles de metales en sedimentos acuáticos, principalmente cuando son utilizados para identificar fuente de contaminación (Bartoli y col., 2011). Sin embargo, el contenido de metales en sedimentos de ambientes acuáticos se considera un buen indicador de contaminación antropogénica, debido a que (Strady col., 2011): 1. Los cambios en el tiempo son mucho menor en relación al agua. 2. Los niveles de metales clarifican la distribución geográfica de contaminaciones en diferentes áreas. 3. Representan datos integrados de tiempo sobre las condiciones locales en los sistemas acuáticos y su cuenca, proporcionando información del aporte al sistema en diferentes periodos de tiempo. 4. Las concentraciones altas en los sedimentos pueden asociarse con concentraciones altas en biota. 5 .Las concentraciones se encuentran por encima de los límites de detección y las muestras pueden guardarse y reanalizarse. Sin embargo, el hecho de que un contaminante produzca la muerte de algunos organismos de una población puede tener poca o ningún significado ecológico, mientras que cuando un contaminante no produce la muerte de los individuos pero si el retardo en el desarrollo puede tener considerable impacto ecológico (Besada y col., 2011). Con relación a su extracción, la influencia de la industria petrolera sobre las concentración de metales pesados en ambientes acuáticos ha sido ampliamente documentada en distintos sistemas acuáticos, constituyendo las actividades de explotación, refinación y transporte de crudo un aporte considerable de metales a los sistemas acuáticos principalmente de Pb, V y Ni (Botello col., 1997; Metwally col., 1997; Perceval y col., 2006; Sadiq col., 1992). Este trabajo pone de manifiesto un potencial y grave problema ambiental, debido al elevado contenido de los metales pesados registrados en los sedimentos de la zona de estudio. 61 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. CONCLUSIONES En base a la revisión bibliográfica exhaustiva que partieron de estudios previos de la zona, establece que esta problemática ambiental, ha generado un desequilibrio al ecosistema del estuario. El factor geológico, los diferentes eventos tectónicos ocurridos en la cuenca del Lago de Maracaibo, le otorgan un carácter deprimido y enmarcado por los cordilleras andinas al E, S y W, otro FG de relevancia en los últimos años es el papel hidrológico, que incide directamente en lago de Maracaibo, quien recibe un aporte hídrico importante de mas de 16 ríos, en cuanto a los contaminantes de procedencia humana, transportados por el río El Palmar, ubicado a 2,17 Km, cercano los puntos, también la actividad industrial, grandes camaroneras, estaciones de flujo y gabarras petroleras, distribuidas en el área de investigación, disminución de la zona de manglares. Estos contaminantes pueden provenir de fuentes litogénicas, así como antropogénica. De los 16 elementos evaluados, Fue determinada la presencia de (Pb, V, Se, Zn, As, Mg, Be y Hg). De los cuales el As y Hg, sobrepasaron los valores de referencia ERL (criterios de Long et al., 1995). Por otro lado, los metales Sb, Ti, Mo, Co, Cu, Cd y Cr, no fueron detectados. Por otra parte, en la evaluación toxicológica el factor de concentración del As va de ausente a bajo (P1), a muy alto en P5, mientras que para el mercurio de considerable en P7, P2, P3 y P1, mientras que el grado de contaminación para P4, P8, P5 y P6, es muy alto. Por ende este trabajo pone de manifiesto un potencial y grave problema ambiental, debido al elevado contenido de los metales pesados registrados en los sedimentos de la zona de estudio. 62 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. RECOMENDACIONES Elaborar una propuesta de manejo adecuado de los residuos orgánicos, químicos e inorgánicos en las distintas fases de las diversas actividades industriales o domesticas que generen un menor impacto ambiental. Además, sería muy valioso complementar el análisis de metales pesados en el sedimento con el análisis de metales pesados en la columna de agua, para determinar su remobilización y biodisponibilidad. Definir estrategias de integración alrededor de los planes en formulación, mediante la concertación de las capacidades de organismos locales y regionales, públicos y privados con injerencia directa en la conservación del Lago de Maracaibo. Evaluar Alternativas para la destoxificación del Lago de Maracaibo, dentro de las cuales la fitorremediación (phyto = planta y remediación = mal por corregir), es un proceso que utiliza plantas para remover, transferir, estabilizar, concentrar y/o destruir contaminantes (orgánicos e inorgánicos) en suelos, lodos y sedimentos, y puede aplicarse tanto in situ como ex situ. La fitorremediación puede aplicarse eficientemente para tratar suelos contaminados con compuestos inorgánicos como Cd, Cr (VI), Co, Cu, Pb, Ni, Se y Zn. Se ha demostrado también su eficiencia en la remoción de metales radioactivos y tóxicos de suelos y agua. Para que una tecnología sea sostenible, debe ser económicamente viable y ambientalmente compatible. 63 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Accornero, A.; Gnerre, R.; Manfra, L. (2008). Sediment concentrations of trace metals in the Berre Lagoon (France): An assessment of contamination. Archives of Environmental Contamination and Toxicology 54: 372-385.Amat et al. 2002. Agudelo L. et al. (2005). Fitorremediación: la alternativa para absorber metales pesados de los biosólidos. Aguilera, M., Azócar, A. y González, E. (2003). Biodiversidad en Venezuela. Tomos I y II. Fundación Polar. Caracas, Venezuela. Aguirre G. et, al. (2009). Toxicidad no específica en sedimentos portuarios. Health, 22, 131- 153. Antoranz, A., Pelegri, J., Masciangiolf, P. (2001). 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(2001). 76 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 2. Área de estudio. Se muestra la ubicación nacional y regional de las estaciones de estudios. SA: Santa Ana, BR: Bravo, CA: Catatumbo, BI: Birimbay, ES: Escalante, CH: Chama, MO: Motatán. Fuente: Zulay Rivas, et al, (2005). 77 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 3. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-1. 78 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 4. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-2. 79 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 5. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-3. 80 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 6. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-4. 81 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 7. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-5. 82 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 8. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-6. 83 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 9. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-7. 84 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 10. Caracterización Sedimentológica de Sedimentos Superficiales, del Campo Urdaneta, Lago de Maracaibo. Muestra CU-8. 85 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 11. Mapa de Ubicación de los Puntos de Muestreos 86 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 12. Mapa de Distribución del Metal Berilio (Be) mg. Kg-1 87 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 13. Mapa de Distribución del Metal Magnesio (Mg) mg. Kg-1 88 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 14. Mapa de Distribución del Metal Plomo (Pb) mg. Kg-1 89 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 15. Mapa de Distribución del Metal Selenio (Se) mg. Kg-1 90 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 16. Mapa de Distribución del Metal Vanadio (V) mg. Kg-1 91 �Estudio de la Contaminación por Metales Pesados en Sedimentos en el Campo Urdaneta del Lago de Maracaibo, estado Zulia, Venezuela. Anexo 17. Mapa de Distribución del Metal Zinc (Zn) mg. Kg-1 92 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Estudio de la contaminación por metales pesados en sedimentos en el campo Urdaneta del lago de Maracaibo, Estado Zulia, Venezuela Creator An entity primarily responsible for making the resource Persis Dulce Milagros González Maza Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/0d67b08a5bb2911ca86bfc366e50e6f5.pdf 1084d203280ab35304f32f822949bb66 PDF Text Text Tesis doctoral DESARROLLO DE HERRAMIENTAS PARA LA CREACIÓN, MODELACIÓN Y COMPROBACIÓN DE PROTECCIONES ELÉCTRICAS Orlys Ernesto Torres Breffe �Resumen de la Tesis 1 MINI STER IO DE EDUCACI ÓN SUPE RIOR INSTITU TO SUP ERIO R MINE RO MET ALÚR GICO “DR. ANTO NIO NÚÑE Z JIMÉNEZ ” FACU LTAD DE MET ALUR GIA Y ELECTRO MEC ÁNIC A DEP ARTAM ENTO DE EL ÉCTRI CA TESI S PRES ENT ADA EN OPCI ÓN AL TÍTU LO ACAD ÉMICO DE DOC TOR EN CIEN CIAS TÉCNI CAS TÍ TULO: Desar roll o de herra mientas para la crea ción, model ación y comp roba ción de prot ecci ones eléc tri cas Auto r: MSc. Orl ys Ern esto Torr es Bre ffe Tuto re s: Dr. Anto nio Martínez García Dra. Mir iam Vilarag ut Llan es 2005 Año de la Alte rna tiva Boli vari ana par a las Amér icas De sar ro ll o de he rr am ien ta s pa ra la cre ac ión , mo de la ci ón y com pr ob ac ión de Pr ot ec cio ne s Elé ct ri cas M.Sc . Orlys Ernesto To rres Breffe In st it ut o Sup er ior Mi ne ro Me ta lú rg ico de Mo a Dr. Ant on io Núñ ez Jim én ez �Introducción General 2 Introducción General La ciencia de las protecciones eléctricas tiene poco más de un siglo de existencia. Los primeros dispositivos de protección surgen, por necesidad, al unísono con el primer Sistema Eléctrico de Potencia a finales del siglo XIX. A lo largo del siglo XX, se desarrollan sorprendentemente tanto los conceptos teóricos como la tecnología utilizada en los dispositivos de protección. El siglo XXI augura cambios aún más sorprendentes con modificaciones conceptuales y filosóficas para esta ciencia. Los conceptos desarrollados a principios del siglo pasado, basados fundamentalmente en el empleo de la lógica booleana (protecciones convencionales), aún son la base de la filosofía empleada en la comprensión y el trabajo de los dispositivos digitales que se emplean en la actualidad. La introducción de los Métodos de Inteligencia Artificial amenaza con transformar radicalmente estos conceptos (protecciones inteligentes). A finales del siglo XX tanto la modelación matemática y la simulación de los dispositivos de protección comenzaron a ser una necesidad. Los dispositivos digitales, basados en microprocesadores, han incorporado funciones de protección que evolucionaron en numerosas y necesarias combinaciones lógicas, si se comparan con los clásicos dispositivos de principios de siglo, aumentando las probabilidades de una selección y/o ajuste incorrectos. En la actualidad, un Relé Digital Multifunción, además de constituir la protección integral de un elemento cualquiera del Sistema Eléctrico de Potencia, incluye los instrumentos de medición y control necesarios. Esto ofrece numerosas ventajas en cuanto a la reducción del tamaño de las instalaciones y el costo del mantenimiento, entre otras. �Introducción General 3 Situación problémica Los fabricantes de Relés Digitales modernos precisan de verificar adecuadamente el correcto funcionamiento de cada una de las funciones de protección, medición y control, así como sus combinaciones, antes de introducirlos al mercado. Constantemente se están publicando nuevas versiones del software de bajo nivel de estos dispositivos, ya sea para corregir determinado error encontrado, hacer determinada modificación o mejorar una u otra función de protección, medición o control. Los técnicos que proyectan y/o instalan los sistemas de protecciones digitales, necesitan asegurar o garantizar la correcta selección de las funciones de protección y sus ajustes. De la misma forma, en caso de que se presenten incorrectas operaciones, el problema radica en determinar rápidamente las causas que las provocan. Las numerosas combinaciones lógicas de las funciones de protección incluidas en los Relés Multifunción, así como la complejidad de las mismas, hacen de este proceso de selección, ajuste y búsqueda de las causas de operaciones incorrectas, un proceso lento y costoso. Este problema, tanto desde el punto de vista del fabricante como de los técnicos y proyectistas, se incrementará con el empleo de los Métodos de Inteligencia Artificial en los dispositivos de protección. Estos métodos sencillamente no pueden ser analizados sin la ayuda de una computadora digital potente. Problemas no resueltos A finales del siglo XX las grandes compañías fabricantes de Relés comenzaron con la aplicación de Simuladores Digitales en Tiempo Real que les permitieron verificar el �Introducción General 4 comportamiento de sus Relés antes de introducirlos en el mercado, pero estos simuladores no están al alcance de los técnicos y proyectistas en los países subdesarrollados. Estos simuladores son de dos tipos: en un caso realizan la simulación del Sistema Eléctrico de Potencia para verificar en la práctica los Relés Digitales simulados y en el otro caso, hacen la simulación de las funciones del Relé Digital, utilizando modelos detallados del hardware, el cual comprueban con parámetros de averías generadas en Simuladores Analógicos. Por otra parte, hasta el momento los software que permiten hacer una simulación del Sistema Eléctrico de Potencia y sus Protecciones (EMTP®) no incluyen las Técnicas de Inteligencia Artificial, para estos análisis se emplean otras herramientas informáticas por parte de los investigadores. En nuestro país existe poco desarrollo en la modelación y simulación de protecciones eléctricas. En escasas ocasiones prácticas se utilizan software con modelos fasoriales y estos modelos no permiten hacer un análisis dinámico o transitorio de las instalaciones, el resto no utiliza la simulación. Escasos investigadores han estudiado la modelación y simulación transitoria de algunos dispositivos de protección, pero separando la operación del sistema de potencia y las protecciones eléctricas. No se reportan trabajos de aplicación de las Técnicas de Inteligencia Artificial en las protecciones eléctricas, por tanto no se pueden hacer valoraciones técnicas profundas de las investigaciones realizadas por otros autores. No se fabrican Relés de Protección ni se cuenta con las herramientas adecuadas para hacerlo. �Introducción General 5 Objetivo General Crear una herramienta que permita simular el comportamiento de las funciones de protección de un sistema convencional o inteligente, que esté instalado o se pretenda instalar, a partir de los datos de averías simuladas (al unísono) en el propio Sistema Eléctrico de Potencia, que permita predecir las operaciones incorrectas en las protecciones y buscar sus soluciones. Hipótesis Si se crea una herramienta computacional que involucre no sólo la modelación y simulación de los dispositivos de protección sino incluso, de los elementos del Sistema Eléctrico de Potencia, se podrá facilitar el proceso de verificación del comportamiento de los sistemas de protección instalados o que estén en proyección. Adicionalmente, esta herramienta virtual ayudará a investigadores relacionados con las protecciones eléctricas en la búsqueda de nuevas soluciones, tanto con la tecnología convencional como con la aplicación de los Métodos de Inteligencia Artificial. La herramienta a crear debe ser capaz de conectarse, mediante tarjetas interfases, a señales eléctricas provenientes de simuladores analógicos o de instalaciones reales, para así verificar el comportamiento de los métodos de medición utilizados en las nuevas funciones de protección creadas. Novedades del trabajo 1. La creación de una Biblioteca en el SIMULINK del MATLAB que incluya los dispositivos de protección más utilizados en la práctica, así como soportar los dispositivos basados en técnicas de inteligencia artificial y que permita predecir el �Introducción General 6 comportamiento ante fenómenos transitorios de los sistemas de protecciones completos a partir de la simulación del sistema eléctrico de potencia y sus protecciones eléctricas como una unidad. 2. Obtener los patrones de entrenamiento, entrenar una Red de Neuronas Artificiales para ser utilizada en específico en la protección de Transformadores de Potencia y que opere correctamente, para aquellos regímenes más difíciles de identificar, incluso con determinados defectos en los instrumentos de medición como la apertura de un conductor en el circuito secundario de los transformadores de corriente. Tareas de la investigación: Para hacer esta investigación el autor se propuso las siguientes etapas: 1. Investigar el desarrollo tecnológico y científico de las protecciones eléctricas desde su surgimiento, para lograr una fundamentación coherente del por qué del empleo de los simuladores digitales de protección, así como para hacer una valoración de los trabajos anteriores relacionados con la modelación de dispositivos de protección. 2. Investigar el desarrollo y las aplicaciones de las Técnicas de Inteligencia Artificial en las Protecciones Eléctricas. 3. Seleccionar la herramienta matemática o plataforma de programación y crear sobre ella la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas que permita simular al unísono un Sistema de Potencia cualquiera y sus protecciones. 4. Hacer la modelación matemática de los dispositivos secundarios convencionales mayormente utilizados en la práctica nacional. �Introducción General 7 5. Validar en tiempo real los modelos matemáticos creados, empleando tarjetas interfases, comparando su funcionamiento con el de los Relés reales. 6. Simular, con la herramienta creada, instalaciones importantes de protecciones eléctricas reales del país y verificar sus comportamientos. En caso de encontrar deficiencias concretas, verificar las soluciones antes de proponerlas, utilizando la propia herramienta. 7. Proponer un Relé Inteligente basado en Redes de Neuronas Artificiales y comprobar su funcionamiento comparándolo con una aplicación real de protecciones convencionales. El documento se divide en 4 capítulos en los cuales se resuelven las tareas anteriormente enumeradas. El capítulo inicial se dedica a describir el estado actual de la modelación, simulación y comprobación de protecciones eléctricas en el ámbito internacional. En el segundo capítulo se desarrollan y comprueban los modelos de los dispositivos de protecciones creándose una Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas. Estos modelos se emplean en la simulación de las protecciones eléctricas de instalaciones industriales reales del territorio de MOA (Cuba), lo cual se encuentra en el tercer capítulo. El último capítulo se dedica a la creación, entrenamiento y verificación de un Relé basado en Redes de Neuronas Artificiales para la protección de un transformador de potencia, mostrando sus ventajas con respecto a los Relés convencionales simulados y estudiados en el tercer capítulo. �Resumen de la Tesis 8 Capítulo I. Actualidad en la Modelación y Simulación de Protecciones Se presenta una panorámica del desarrollo actual de la modelación matemática de las protecciones eléctricas en la que se destaca el desarrollo de software tales como EMTP® y MATLAB®, para la simulación de Sistemas Eléctricos de Potencias con sus protecciones. Se reconoce como modelo matemático de Relés de Protección al conjunto de ecuaciones que describen las características de operación de los mismos. Estas características pueden ser disímiles: corrientes versus tiempo, corriente diferencial versus corriente de retención, resistencia versus reactancia, entre otras. Hoy día, los fabricantes de Relés simulan sus diseños y nuevos métodos de protección en las computadoras. Los modelos empleados en estos casos son modelos detallados del hardware, que resultarían inadecuados para la simulación del comportamiento de un Sistema Eléctrico de Potencia y sus protecciones. Los modelos genéricos resultan suficientes para el análisis y prevención de las operaciones incorrectas en sistemas de protecciones eléctricas instalados o que se pretendan instalar en un Sistema Eléctrico de Potencia cualquiera. Estos modelos son mucho más representativos que los modelos fasoriales que utilizan los valores eficaces calculados mediante métodos matriciales. En la modelación genérica de los dispositivos de protección se está empleando el método de caja negra, donde se relacionan matemáticamente las entradas y salidas de un dispositivo determinado. Esta variante, aunque es la más utilizada, presenta inconveniente Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez �Capítulo I. Actualidad en la Modelación y Simulación de Protecciones Eléctricas 9 en la modelación de los Relés Electromecánicos; dado que en estos, influyen otras variables en su funcionamiento. Los dispositivos basados en técnicas de inteligencia artificial, ampliamente investigados en la actualidad, pero de muy poca aplicación real o comercial, no pueden ser puestos en funcionamiento sin el uso de simuladores. Muchos de estos dispositivos aprenden o precisan de reglas de conocimientos, es decir, no necesitan de ser ajustados, por lo que el empleo de simuladores que brinden los datos necesarios para el aprendizaje, son imprescindibles. Los actuales estudios de protecciones, basadas en Redes de Neuronas Artificiales (RNA), emplean el simulador EMTP® y crean, entrenan y comprueban la RNA utilizando MATLAB® u otras herramientas matemáticas. �Resumen de la Tesis 10 Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protección Se construyeron los modelos matemáticos de varios dispositivos de protección y se simularon utilizando el software MATLAB/Simulink. En la Biblioteca Power System Blockset de Simulink existen varios modelos de los elementos del Sistema Eléctrico de Potencia (transformadores, generadores, líneas, motores, entre otros) así como algunos dispositivos de protección tales como los descargadores valvulares, interruptores de potencia, entre otros que se utilizan en la modelación matemática de un sistema de protecciones. En este capítulo se construyeron modelos para Transformadores de Corriente dado que no existen en MATLAB, así como el modelo genérico de varios Relés de Protección de mayor utilización en la práctica nacional. Modelación y simulación de Transformadores de corriente El conjunto de ecuaciones utilizadas para la modelación matemática de los transformadores de corriente se muestra a continuación: i' P = iP K TC i0 = i ' P − iS ψ = f (i0 ) I S (s) = (RH s ψ (s) + s ⋅ LH ) Donde: Ip: corriente del devanado primario Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 11 I’p: corriente del primario referida al secundario Is: corriente del devanado secundario KTC: relación de transformación de corriente Io: corriente de magnetización ψ: concatenaciones totales de Flujo RH: resistencia equivalente calculada a partir de la suma de la resistencia interna del devanado secundario y la carga. XH: reactancia equivalente calculada a partir de la suma de la reactancia interna del devanado secundario y la carga. s: operador de Laplace Figura 1.0. Modelo en Simulink para la simulación de un TC monofásico considerando la saturación a través de una sola curva de histéresis y la máscara dinámica para identificar el modelo con el TC que se desea estudiar. �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 12 Estas ecuaciones se obtuvieron con la aplicación de las Leyes de Kirchhoff al circuito equivalente del Transformador de Corriente. Son fundamentalmente ecuaciones diferenciales de primer orden, pero la relación entre las concatenaciones totales de flujo (ψ) y la corriente de magnetización es una relación no lineal, que representa los fenómenos de histéresis del núcleo. Se construyó un modelo en Simulink (figura 1.0) para la simulación de los Transformadores de Corriente el cual utiliza una sola curva para simular la histéresis del núcleo, mediante una tabla de búsqueda (look up table). También se muestra la máscara dinámica creada para que el usuario introduzca los datos que identifican el Transformador de Corriente que se desea simular. 120 100 Corriente secundaria (A) 80 60 40 20 0 -20 -40 -60 -80 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Tiempo(s) Figura 2.0. Corriente ideal (línea discontinua) y real (línea continua), simuladas con el modelo del TC de 100/5, R = 1.58 y X = 4.52 utilizando la función tangencial hiperbólica para simular la alinealidad del núcleo. Devanado secundario en cortocircuito. La corriente simulada es de 10 veces la nominal. También se creó un modelo de transformador de corriente trifásico, construido a partir de la unión de tres transformadores de corriente monofásicos, en el que adicionalmente a la �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 13 curva de saturación del núcleo se permite cambiar la conexión de los devanados del secundario. En la figura 2.0 se muestra los resultados de la simulación de un TC monofásico con corriente mayores a 10 veces la nominal y con componentes de directa, muy frecuentes en los cortocircuito de los sistemas eléctricos de potencia. En la figura 3.0 se muestra la dependencia de la deformación de la onda de la corriente en el secundario con relación a la componente resistiva o reactiva de la impedancia 80 80 60 60 40 40 20 20 Corriente (A) Corriente (A) equivalente del circuito secundario del Transformador de Corriente. 0 -20 -40 -20 -40 -60 -60 -80 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 Tiempo(s) a) Figura 3.0. 0.08 0.09 0.1 -80 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0.1 Tiempo(s) b) Corrientes secundarias, ideal y real simulada, de un TC, con una intensidad de 10 veces el valor nominal. Cargas a) resistiva pura b) mayormente inductiva. El TC simulado posee los mismos datos que el utilizado en la figura 2.0 Cuando la componente resistiva es mayor (figura 3.0 a), la deformación es visualmente menor y dura mucho menos ciclos si se compara con la corriente cuando la impedancia es mayormente inductiva (figura 3.0 b). Adicionalmente se comprobó la validez de los modelos comparándolos con los resultados de dos ensayos a Transformadores de Corriente reales y las formas de onda son muy similares. Como curva de excitación se utilizó la función tangencial hiperbólica. �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 14 Modelación y Simulación de Relés de protección Los modelos de los Relés de Protección se realizaron según el método de caja negra, tomando como señal de entrada los parámetros eléctricos que utilizan en su funcionamiento y como señal de salida, el estado del contacto de disparo. La salida “0” significa que el dispositivo virtual (modelo) ha operado. Figura 4.0. Modelo en Simulink para un Relé de Porcentaje Diferencial de doble rampa, pero representa la generalidad de los modelos creados. En la figura 4.0 se muestra el modelo de un Relé Porcentaje Diferencial donde se pueden observar las características fundamentales de la modelación empleada en Simulink para cualquier Relé. Las salidas del modelo son controladas por el estado de la variable A, la cual es modificada por el usuario en las máscaras dinámicas que se crearon para este fin. En este caso, el modelo utiliza tres señales de corriente y una salida. El bloque Trip Color permite cambiar el color del modelo durante la modelación, si el dispositivo modelado ha operado. Se modelaron los siguientes dispositivos, que se enumerarán en forma general utilizando la numeración ANSI/IEEE: �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas • 15 Relés de Magnitud o Relés de Sobrecorriente (50 y 51) o Relés de Baja y Alta Tensión (27 y 59) o Relés de Baja y Alta Frecuencia (81 U/O) • Relés Direccionales (67 y 32) • Relés de Distancia (21) • Relés Diferenciales (87) Los Relés de magnitud son aquellos que utilizan una sola variable o parámetro eléctrico para su funcionamiento. Dentro de estos se modelaron varios tipos de Relés de Sobrecorriente, Relés de Sobrecorriente de Tiempo Inverso y Tiempo Definido. Los Relés de tiempo definido con tiempo cero, imitan los Relés de Sobrecorriente instantáneos. Se crearon los siguientes modelos de Relés de Sobrecorriente: • Relés de fase de Tiempo Definido e Inverso. • Relés de Secuencia Cero de Tiempo Definido e Inverso. • Relés de Secuencia Negativa de Tiempo Definido e Inverso. • Relés con Restricción por Tensión. Estos Relés pueden ser seleccionados en la biblioteca y ser instalados en un modelo de Power System Blockset de Simulink, para ser una simulación de una instalación real cualquiera. Todos los Relés de Sobrecorriente modelados son de amplia utilización en la práctica nacional e internacional. Las curvas de tiempo contra corriente modeladas responden a los estándares ANSI, IAC, IEC. �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 16 Se construyeron los modelos de varios Relés Direccionales, tanto los Relés Direccionales de comparación de fase, como los Relés Direccionales de potencia. Adicionalmente se incluyen los Relés Direccionales de Sobrecorriente (67). En sus variantes monofásicas y trifásicas, así como los Relés Direccionales de Secuencia Cero. Las ecuaciones que permitieron modelar estos Relés son las siguientes: Cos (ϕ sm − ϕ r ) = Cos (ϕ sm − (ϕ u − ϕ i )) > 0 Pr = Ur ⋅ Ir ⋅ Cos (ϕ sm − ϕ r ) donde: ϕ r: ángulo de desfase entre las señales de tensión y corriente medidas por el Relé Direccional. ϕu : ángulo de desfase de la tensión medido por el Relé Direccional. ϕi : ángulo de desfase de la corriente medida por el Relé Direccional ϕsm: ángulo de máxima sensibilidad ajustado en el Relé Direccional o característico del mismo. Ur: valor eficaz de la tensión medida por el Relé Direccional. Ir: valor eficaz de la corriente medida por el Relé Direccional. Pr: potencia medida por el Relé Direccional. Modelos de Relés de Distancia también fueron incluidos en la biblioteca creada. Se pueden simular dos tipos fundamentales de Relés de Distancia, basado en un modelo de comparación de fase, los del tipo MHO y los Elípticos. Las ecuaciones son las siguientes: Z2 = Ur Ir Z op = Z 2 − Z 1 Z pol = Z 2 Donde: Ur: valor complejo de la tensión medida en el Relé de Distancia. Ir: valor complejo de la corriente medida en el Relé de Distancia. Z1: valor complejo de la impedancia ajustada en el Relé de Distancia. Z2: valor complejo de la impedancia medida en el Relé de Distancia. Zop: impedancia de operación calculada en el Relé de Distancia. Zpol: impedancia de polarización calculada en el Relé de Distancia. �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 17 Igualmente se simularon varios tipos de Relés Diferenciales. Los Relés Diferenciales de Sobrecorriente, así como los de Porcentaje Diferencial de una y dos rampas, con diferentes comportamiento en dependencia de las corrientes de retensión. Las ecuaciones para modelar un Relé Diferencial de 2 rampas es la siguiente: Iop = I 1 − I 2 Iret = máximo( I 1 , I 2 ) Si Iret ≤ 1 pu y Iop > Is1 entonces opera Si 1 pu < Iret < Is 2 y Iop > K 1 ⋅ Iret entonces opera Si Iret ≥ Is 2 y Iop > K 2 ⋅ Iret entonces opera Donde: Iop: valor eficaz de la corriente diferencial calculada en el Relé Diferencial. Iaj: valor eficaz de la corriente preestablecida en el Relé Diferencial por encima de la cual opera. I1: valor complejo de la corriente medida por el Relé Diferencial en un terminal del elemento protegido. I2: valor complejo de la corriente medida por el Relé Diferencial en el otro terminal del elemento protegido. Iret: valor eficaz de la corriente de retención del Relé. K1: coeficiente de retención ajustable en el Relé. Is1: corriente ajustable que establece el mínimo valor de corriente de operación del Relé. Is2: corriente de retención del Relé Diferencial por encima de la cual se cambia a la segunda rampa K2: coeficiente de retención de la segunda rampa Validación práctica los modelos de Relés de Protección Para validar el funcionamiento de los Relés de Protección creados, se utilizó la posibilidad de MATLAB para el trabajo en tiempo real a través del equipo dSPACE, que es una interfase para la adquisición de datos. En la figura 6.0 se muestra un diagrama monolineal de la instalación utilizada. �Capítulo II. Modelación Matemática, Simulación y Comprobación de Dispositivos de Protecciones Eléctricas 18 a) b) Figura 6.0. a) Esquema simplificado del experimento para la protección digital de un motor de inducción. b) Vista frontal del dSPACE Se experimentó con varios tipos de defectos y averías en el motor: cortocircuitos multifásicos y monofásicos a tierra en el motor, sobrecargas simétricas y asimétricas, baja y sobre tensión, entre otros, los cuales se repitieron más de 20 veces cada uno. Los resultados de la operación de la protección computarizada mostraron que los modelos simulados en MATLAB responden como lo hacen sus homólogos en la práctica. En la figura 7.0 se muestra la forma de onda de la corriente del estator durante el proceso de arranque y durante un cortocircuito bifásico en el terminal del motor que es desconectado. a) b) Figura 7.0. Imagen capturada desde el osciloscopio digital, que presenta las corrientes en la fase A del motor referida al secundario del TC a) durante el arranque b) durante un fallo bifásico a tierra que involucró las fases A y C. �Resumen de la Tesis 19 Capítulo III. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia En este capítulo se simulan las protecciones instaladas en dos transformadores de potencia diferentes correspondientes a subestaciones industriales reales. Los casos de estudios corresponden con los Transformadores de Potencia de las empresas niquelíferas Comandante Pedro Soto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara. En ambos Transformadores de Potencia, que tienen características diferentes en cuanto a la potencia nominal, la conexión del neutro, entre otros aspectos, están siendo protegidos por Relés basados en microprocesadores de la firma General Electric Power Management. Los Relés SR-745 (protección integral de transformadores) y SR-750 (protección integral de alimentadores) están interconectados para proteger a los transformadores contra todos los defectos tanto interno como externos a los mismos. Caso de estudio I. Protección del Transformador de Potencia perteneciente a la Empresa Comandante Pedro Soto Alba (PSA). En la figura 8.0 se muestra un diagrama monolineal de las funciones de protección instaladas en los Relés SR-745 y SR-750. Este diagrama se construyó a partir de los ficheros de ajustes extraídos de los Relés Digitales, los planos de instalación y las entrevistas con los técnicos y especialistas de la empresa. A partir de los niveles de corrientes de cortocircuitos y los datos generales de la instalación, se modeló el Sistema Eléctrico de Potencia y sus protecciones. Utilizando los modelos de Relés de la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas creada en MATLAB/Simulink, se Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez �Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia 20 modelaron las funciones de protección de los Relés Digitales Multifunción SR-745 y SR750. Figura 8.0. Esquema simplificado del sistema de protección del Transformador de la Subestación en la empresa Comandante Pedro Soto Alba, utilizando la simbología ANSI. En la figura 9.0 se muestra el modelo creado en Simulink para la simulación de las protecciones eléctricas en el transformador de potencia de la PSA. Se simularon muchas averías tanto internas como externas, se simuló la magnetización durante las condiciones más severas, tanto por el primario como por el secundario, entre otros muchos regímenes para verificar el comportamiento de las protecciones instaladas. Luego de realizada la simulación, se detectaron las siguientes dificultades: 1. Ajustes incorrectos en la función de Porcentaje Diferencial 2. Ajustes incorrectos en la función Diferencial Instantánea 3. Demoras excesivas para la acción contra cortocircuitos externos en el secundario �Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia 21 4. No existe protección contra Sobretensiones A A A B B B C C C No Fault No Fault 3-Phase Fault5 A A N B 3-Phase Fault1 A A1 B B1 C com C C1 3-Phase Breaker C NOT Out In C1 n Scope1 A B1 B C C C1 I3f Scope2 I3f TC wye 1600/1 A B C A A A B C A B B C C Vabc com Iabc B C 3-Phase Breaker1 Three-Phase V-I Measurement Iabc 1.048e-012 PQ 3-phase Instantaneous Active & Reactive Power TP Display1 Controlled Timer A1 A Vabc If Ground Resistor 25.4 Ohm 1 NOT Fault ABC 3-Phase Fault6 A TC wye 1600/5 Three-phase T ransformer Locker 1 (86)1 Timer2 B1 TC 1 A 200/5 Out C B b c C B C A1 a B A B 3-Phase Fault3 I3f TC wye 200/5 Start Reset A B A No Fault 3-Phase Fault2 A B C No Fault u O u O u O 1.434e-017 Display A B C c b a U A B C 3-Phase Series RLC Load 0 Display2 NOT In NOT Out Start Reset Controlled Timer1 Out Locker 2 (86) Open wires Timer1 Iabc_P Out Out In Iabc_S AND Uph em SR-745 Iabc Out In SR-750 Figura 9.0. Esquema en Simulink para el análisis del comportamiento del transformador de la Empresa Comandante Pedro Soto Alba. Las dificultades en la función de Porcentaje Diferencial se refieren a tres aspectos relacionados con la corriente mínima, el nivel (%) de la segunda rampa y el mecanismo de bloqueo por armónicos. La corriente mínima está ajustada a un valor muy pequeño y se demuestra que este ajuste provoca la activación de esta función cuando un conductor del secundario de uno de los TCs está abierto y la carga aumenta por encima del 30% de la nominal. El ajuste relacionado con la segunda rampa es igualmente elevado y se demuestra que provoca la insensibilidad de la función de protección para cortocircuitos internos, si el interruptor del secundario está abierto. También se propone activar el mecanismo de bloqueo por segundos armónicos solo durante la magnetización, evitando con esto demoras de las protecciones si los cortocircuitos internos saturaran a los TCs. �Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia 22 Todas las deficiencias encontradas fueron demostradas utilizando regímenes de máximas y mínima sensibilidad a través de la simulación. Las recomendaciones no solo se limitaron al reajuste de algunas funciones de protección sino incluso a la selección de otras funciones que evitaran los retardos de tiempos. De la misma forma se ofrecieron otras sugerencias en aspectos relacionados con el trabajo y la función de los Relés de la familia SR. Caso de estudio II. Protección del Transformador de Potencia perteneciente a la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara (ECG). El esquema de protecciones instalado en el Transformador de Potencia de esta empresa fue facilitado por los técnicos (especialistas) de la misma. Las conexiones del neutro en este caso son diferentes, así como existen más funciones activadas en cada Relé Multifunción. Se hicieron simulaciones a diferentes regímenes de los que se conocen que pueden afectar el correcto funcionamiento de las funciones de protección activadas. Luego de simulado el sistema y sus protecciones, se descubrieron las siguientes dificultades: 1. No existe protección contra fallas a tierra en el devanado primario si el neutro está desconectado. 2. Incorrecta selección de las funciones de protección contra fallas a tierra devanado secundario. 3. Ajustes incorrectos en la función de Porcentaje Diferencial. 4. Ajustes incorrectos en la función Diferencial instantánea 5. No existe protección contra fallas multifásicas externas en el secundario 6. No existe protección contra Sobretensiones. en el �Capítulo IIII. Simulación de las Protecciones Convencionales para Transformadores de Potencia 23 De la misma forma en que se realizó para el caso de estudio 1, todas las dificultades fueron demostradas a través de la simulación y se ofrecieron variantes para cada una de ellas. Igualmente cada una de las variantes fue verificada en las condiciones más severas de operación. En cada caso se ofrecieron los valores de ajustes correspondientes. En este capítulo se evidenció la necesidad del empleo de la simulación adecuada para determinar las causas de las incorrectas operaciones de los sistemas de protecciones que ya están instalados, así como para proponer mejoras de forma rápida y eficaz evitando que se repitan en el futuro. Adicionalmente se muestra la eficacia del empleo de la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas creada sobre MATLAB/Simulink para la validación y comprobación de sistemas complejos de protecciones eléctricas, aún con la utilización de Relés Multifunción. �Resumen de la Tesis 24 Capítulo IV. Protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes de Neuronas Artificiales En este capítulo se muestra la propuesta de un Relé basado en Redes de Neuronas Artificiales para la protección de un Transformador de Potencia, que no tiene las dificultades que aún muestran las protecciones convencionales basadas en la lógica booleana. Figura 10.0. Diagrama en bloques de los componentes del Relé basado en RNA Se escoge un Relé para la protección del transformador de potencia considerado en el caso de estudio II del capítulo III, que tiene el devanado del primario conectado en estrella y el secundario está conectado en delta. El Relé propuesto se muestra en la figura 10.0, el cual está conectado a los transformadores de corriente de las fases de ambos devanados y el neutro. Como se observa, la RNA es solo un bloque dentro del Relé. Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez �Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales 25 Estructura de la RNA En este trabajo se hizo énfasis fundamentalmente en los últimos 3 bloques, lográndose a través de subrutinas apropiadamente escritas en MATLAB. El bloque RNA está representado por una RNA de 2 capas ocultas, con 35 neuronas en la capa de entrada y 3 neuronas en la capa de salida, con la que se puede diferenciar entre un régimen normal (RN) un fallo interno (FI) o un fallo externo (FE). La primera capa oculta se construyó con 18 neuronas con función tangencial sigmoidal, al igual que la segunda capa oculta con 10 neuronas, pero en la capa de salida se utilizó la función logarítmica sigmoidal. Se empleo una Red multicapa con propagación hacia delante (MFNN). Se empleó una ventana de datos de 5 muestras para conformar la entrada de la RNA, a una frecuencia de muestreo de 960 Hz (16 muestras por ciclos) Entrenamiento de la RNA El entrenamiento se realizó a través de regímenes simulados en un modelo en MATLAB/Simulink, utilizando el método de entrenamiento supervisado con propagación del error hacia atrás. Las simulaciones fueron ejecutadas mediante el método ode23tb (stiff/TRBDF2) con intervalos de temporización variables, pero que lograban un muestreo mucho más rápido que 6µs. Cada régimen fue almacenado en ficheros con nombres codificados y almacenados en listas (celdas) de variables. Se utilizaron 2652 regímenes entre cortocircuitos externos e internos que involucraron todas las fases, procesos de magnetización, regímenes normales, con ambos interruptores conectados o solo uno de ellos, el neutro desconectado o conectado y diferentes �Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales 26 conductores del secundario de los TCs en estado abierto. Esto generó un entrenamiento de 678912 patrones. Luego de entrenada la RNA se comprobó su operación para regímenes diferentes a los que fue entrenada y su comportamiento fue satisfactorio. En ningún caso la red mostró resultados inadecuados o diferentes a la condición comprobada. En la figura 11.0 se muestra el comportamiento de la RNA para el caso de un cortocircuito interno en el transformador que provoca la saturación profunda (errores de hasta el 20%) del TC del primario. Este caso puede provocar demoras excesivas en las protecciones convencionales dado que la onda deformada de la corriente del secundario, puede ser fuente de armónicos de segundo orden que puedan bloquear la operación de la función de Porcentaje Diferencial. En este caso, la RNA muestra claramente una salida indicando un cortocircuito interno sin demoras, después de leer 5 muestras de las señales de corriente de cada fase. Azul (…) (FASE A) Rojo ( - ) (FASE B) Verde (- -) (FASE C) Corrientes de fase (A) 60 1 0.9 40 0.8 0.7 20 Verde (ο) (RN) Rojo (x) (FI) Azul (∆) (FE) 0.6 0.5 0 0.4 -20 0.3 0.2 -40 0.1 -60 0.15 0.16 0.17 0.18 0.19 0.2 0.21 0.22 0.23 0.24 0.25 0 140 Tiempo (s) 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240 250 Ventanas de medición Figura 11.0. Ensayo de la RNA para un régimen normal seguido por cortocircuito trifásico interno, en condiciones de máxima generación que provocó la saturación profunda de los TCs del primario. a) Corrientes en las fases del primario, b) Salidas de la RNA para este ensayo. �Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales 27 En la figura 12.0 se muestra el comportamiento de la RNA para otro caso típico que puede provocar el incorrecto funcionamiento de las protecciones convencionales, un cortocircuito monofásico en el primario justo en el momento de la magnetización. En el proceso de magnetización se genera una cantidad de armónicos que puede demorar la operación de la protección de Porcentaje Diferencial. En este caso la RNA muestra claramente una salida indicando Fallo Interno (x FI). Azul (…) (FASE A) Rojo ( - ) (FASE B) Verde (- -) (FASE C) 1 15 0.9 Salidas de la RNA Corrientes de fase (A) 20 10 5 0 -5 0.8 0.7 0.6 Verde (ο) (RN) Rojo (x) (FI) Azul (∆) (FE) 0.5 0.4 0.3 0.2 -10 0.1 -15 0 0.05 0.1 Tiempo (s) 0.15 0.2 0.25 0 0 5 10 15 Ventanas de medición Figura 12.0 Ensayo de la RNA para un fallo monofásico en fase A, interno en el devanado primario, con el neutro conectado a tierra justo en el momento de la energización para las condiciones de mayor generación de armónicos. a) Corrientes referidas al secundario de los TC, b) Salidas de la RNA. Un caso seguro de operación incorrecta de las protecciones convencionales son las sobrecorrientes si existe un conductor en el devanado secundario de los transformadores de corriente abierto. En la figura 13.0 se muestra la operación de la RNA para el caso de un cortocircuito externo a máxima generación, pero la fase A del secundario de los transformadores de corrientes está abierta. La salida de la RNA muestra claramente un cortocircuito externo. Muchos fueron los casos complejos en los que fue comprobada la RNA y en todos los casos se comportó correctamente indicando el tipo de régimen que se estaba �Capítulo IV. Simulación de la protección de un Transformador de Potencia utilizando Redes Neuronales Artificiales 28 comprobando. Incluyendo los casos de apertura de conductores en el secundario de los TCs que provoca inevitablemente disparos incorrectos en las funciones diferenciales. 30 1 0.8 Salidas de la RNA Corrientes de fase (A) 0.9 Azul (…) (FASE A) Rojo ( - ) (FASE B) Verde (- -) (FASE C) 20 10 0 -10 0.7 0.6 0.5 0.4 Verde (ο) (RN) Rojo (x) (FI) Azul (∆) (FE) 0.3 0.2 -20 0.1 -30 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 100 120 140 160 180 Tiempo (s) Ventanas de medición a) b) 200 220 Figura 13.0. Ensayo de la RNA para una un cortocircuito trifásico externo en el secundario a 10 ciclos después de energizado el transformador de potencia, con la fase A del secundario de los TC, abierta. a) Corrientes en las fases, la fase A está solo mostrada virtualmente (línea de puntos). b) Salidas de la RNA para este ensayo. En este capítulo se demuestra que los Relés basados en RNA son superiores a los convencionales, dado que son más eficaces y pueden ser entrenados para las condiciones más complejas y severas que pudieran provocar incorrectas operaciones en los dispositivos convencionales. Adicionalmente se corrobora que MATLAB es una herramienta adecuada para la implementación de la Biblioteca Virtual de Protecciones Eléctricas, dado que posee herramientas para el tratamiento de protecciones que utilizan las técnicas de Inteligencia Artificial. �Resumen de la Tesis 29 Conclusiones Generales • De los programas simuladores digitales analizados, MATLAB\Simulink fue seleccionado y demostró ser un programa informático adecuado para la simulación de modelos matemáticos de los dispositivos de protecciones tanto primarios como secundarios más empleados en la práctica nacional y además permite crear dispositivos virtuales basados en las Técnicas de Inteligencia Artificial. • Los modelos matemáticos creados que conforman la Biblioteca Virtual de Protecciones en MATLAB\Simulink, demostraron operar iguales a sus homólogos prácticos, utilizando para ello las tarjetas interfases del sistema dSPACE en la protección computarizada de un motor de inducción. • La aplicación de la Biblioteca Virtual creada por el autor permitió detectar numerosas deficiencias en las instalaciones de protección de los Transformadores de Potencia de las Empresas Comandante Pedro Soto Alba y Comandante Ernesto Che Guevara, así como proponer variantes de soluciones para cada deficiencia encontrada. • Se confeccionó un Relé Inteligente para la protección del Transformador de Potencia de la Empresa Comandante Ernesto Che Guevara. El Relé basado en una Red de Neuronas Artificiales con ventana de tiempo, con un total de 35 neuronas en la capa de entrada, 18 en la primera capa oculta, 10 en la segunda y con 3 neuronas de salida. Este Relé demostró la capacidad de diferenciar entre los regímenes normales, fallos internos y externos, incluyendo la apertura de un conductor en el circuito diferencial secundario, cuestión no analizada con anterioridad por otro autor. Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez �Resumen de la Tesis 30 Recomendaciones Finalmente se recomienda lo siguiente: • Continuar las investigaciones para introducir otros modelos en la Biblioteca Virtual representativos de nuevas funciones de protección como las Distancias dinámicas y las Direccionales con memoria, así como modelos de Relés basados en Redes de Neuronas Artificiales para la protección de redes y generadores eléctricos contra fallas monofásicas en sistemas aislados, entre otros. • Continuar trabajando y perfeccionando la modelación matemática de los Transformadores de Corriente de tal forma que se pueda añadir a la Biblioteca Virtual, un modelo de Transformador de Corriente genérico con un proceso de histéresis que permita representar todos los fenómenos que ocurren en la realidad. • Lograr una modelación matemática menos rigurosa de los elementos del Sistema Eléctrico de Potencia con el fin de ganar en velocidad de modelación y reducir las exigencias del hardware de la PC que se utilice. • Adquirir un sistema dSPACE para fomentar la creación en el país de nuevos Relés Digitales con novedosas funciones de protección e iniciar la producción nacional de Relés Digitales Inteligentes. • Utilizar la herramienta creada en la verificación de los sistemas de protección digitales multifunción, instalados en el Sistema Eléctrico de Potencia del país. Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de Protecciones Eléctricas M.Sc. Orlys Ernesto Torres Breffe Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Dr. Antonio Núñez Jiménez �Resumen de la Tesis 31 Bibliografía del autor: 1. TORRES, O. E. Et al. Simulación de Transformadores de Corrientes en MATLAB/ SIMULINK. Ingeniería Energética. 1(3), 2004. 2. TORRES , O. E. Protección Computarizada de un motor de inducción utilizando el Sistema dSPACE y una biblioteca de protecciones eléctricas hecha en MATLAB/SIMULINK. Ingeniería Energética. 1(3), 2004. 3. DÍAZ, R. Y. Relé para la protección de un Transformador de Potencia basado en Redes Neuronales Artificiales. Orlys E. Torres Breffe (Tutor). Trabajo de Diploma. ISMM. Dr Antonio Núñez Jiménez, 2004._69h. 4. TORRES, O. E. TURSCHNER, D. Protección Computarizada de Motores. IV Conferencia Internacional de Aprovechamiento de los Recursos Minerales y el Desarrollo Sostenible: ELECMEC’2004._MOA, 2004. 5. MULET, C. 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For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Desarrollo de herramientas para la creación, modelación y comprobación de protecciones eléctricas Creator An entity primarily responsible for making the resource Orlys Ernesto Torres Breffe Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2005 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/5c707d0af2b5228ddc44beb2968dbbc9.pdf 5e501c21760b6340180f3e495acabfdf PDF Text Text Tesis Doctoral: CIENCIAS TÉCNICAS Vías para el perfeccionamiento del cálculo de volumen de mineral extraído en los yacimientos lateriticos cubanos ORLANDO BELETE FUENTES MOA 1998 www.ismm.edu.cu/edum �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO ¨Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERÍA DEPARTAMENTO DE MINAS TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS AUTOR: ING. ORLANDO BELETE FUENTES MOA, 1998 �SINTESIS En el trabajo se realiza un análisis crítico y detallado del control de volumen de mineral extraído y de la masa volumétrica en los yacimientos estudiados, donde se reflejan los principales trabajos relacionados con la temática en cuestión y el análisis de sus deficiencias. Se refleja de manera crítica el estado de los trabajos topográficos y de la determinación de la masa volumétrica, en el cual queda claro que el método empleado para el cálculo de la masa volumétrica no refleja su variabilidad, provocando grandes fluctuaciones del parámetro, trayendo como consecuencia que el resultado del cálculo de reservas sobrepase el error permisible. Es creada una metodología para la valoración de los errores topográficos cometidos durante la realización del levantamiento taquimétrico, cuyos datos son obtenidos para calcular volumen. Fue creada también una metodología para la toma de los datos para calcular volumen cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico. El método seleccionado para el perfeccionamiento de la elaboración de los resultados obtenidos de la masa volumétrica fue el de las variables aleatorias, para ello fue necesario aplicar la teoría del procesamiento de la información, comenzando por la filtración de los datos iniciales de los valores de la masa volumétrica in situ y las cotas altimétricas de los puntos en los cuales fueron excluidos sus valores extremos por reglas de observación existentes. A partir de los resultados de la limpieza de los datos se estableció finalmente la zonificación (división del yacimiento Punta Gorda en grupos homogéneos para la determinación de la masa volumétrica). Los resultados obtenidos de la aplicación de las metodologías propuestas y la determinación de la masa volumétrica a través de la zonificación del yacimiento, permitieron obtener un efecto económico para los yacimientos de la unión de Empresas del Níquel cerca de $391 000 al año. 4 �INTRODUCCION La principal fuente de materia prima mineral conque cuenta la República de Cuba son los yacimientos de la corteza de intemperismo de la rocas ultrabásicas que se distribuyen ampliamente en la porción nororiental del país y yacen en las formaciones de enriquecimientos hipergénicos de esa corteza de intemperismo laterítico desarrollada sobre el complejo ofiolítico. En esta región existen importantes reservas minerales exploradas y usadas inicialmente como menas de hierro, y desde hace medio siglo de forma extensiva como menas de níquel y cobalto, de los que hoy el país es un importante productor. Es importante aclarar que estos yacimientos fueron estudiados por primera vez en 1883 y puestos en explotación por las compañías norteamericanas en 1943 hasta la nacionalización de las empresas extranjeras por el gobierno revolucionario en 1960. Después del triunfo de la Revolución Cubana la tecnología de prospección, extracción y procesamiento del mineral tuvo que ser rediseñada y reinterpretada por los pocos especialistas nacionales que quedaron atendiendo este trabajo, debido a que los empresarios capitalistas se marcharon con una gran cantidad de información geólogo-tecnológica sobre los yacimientos y el proceso industrial. El éxito de la administración revolucionaria en esa tarea estuvo decisivamente condicionado por una correcta utilización de la colaboración de especialistas extranjeros, quienes además de realizar la exploración de las reservas y el mantenimiento y puesta en marcha de la industria, ayudaron también a la preparación del personal cubano. Esto provocó que en la actualidad las riendas de esta actividad sean conducidas por especialistas cubanos. La política científica del estado con respecto a las investigaciones geológicas y mineras en esta región ha sido priorizada, escalonada de modo coherente y se puede recorrer a través de las etapas planteadas en los diferentes congresos del PCC. El aumento de los volúmenes de producción de níquel es una dirección estratégica del desarrollo de la economía de nuestro país, que posee una perspectiva duradera. El desarrollo de la industria del níquel es posible no solamente a costa de la introducción en explotación de nuevos yacimientos lateríticos, nuevas fábricas, sino también a costa del mejoramiento y estabilización de la calidad de la materia prima que se entrega a las plantas metalúrgicas, y el perfeccionamiento de los métodos de cálculo de volumen y de la determinación operativa de la masa volumétrica (explotación racional de las reservas 5 �disponibles en los depósitos). Estas direcciones de trabajo poseen gran actualidad ya que este es un país de recursos limitados, por lo que se debe hacer un uso racional de los mismos. En este trabajo se hace un análisis de los errores topográficos cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico y como influyen en el cálculo de volumen. También se hace un análisis de la determinación operativa de la masa volumétrica en el yacimiento para el cual se propone el método de las variables aleatorias, realizándose previamente un estudio del procesamiento de la información para poder determinar la ley de distribución del conjunto estadístico para la obtención de la masa volumétrica. Existe una gran diferencia entre el mineral que se extrae de los frentes de extracción y el que se alimenta a la planta metalúrgica, debido a que el método de levantamiento taquimétrico que se utiliza para calcular el volumen viene acompañado de errores que lo hacen exceder de los valores permisibles y a la insuficiencia del método de determinación de la masa volumétrica que se aplica en estos yacimientos (Punta Gorda y Moa). El método para la elaboración de los datos obtenidos de la masa volumétrica que se propone tiene las siguientes ventajas: - División del yacimiento en grupos homogéneos según la variabilidad de la masa volumétrica, lo que permite eliminar del conjunto, la componente regular de variabilidad y obtener los valores generalizado y de cálculo de la masa volumétrica, minimizando así los errores de la determinación operativa del índice. - Aumento de la exactitud del cálculo de reservas, conduciendo a la disminución de la diferencia de tonelaje entre el mineral que se extrae y el que se alimenta a las plantas metalúrgicas. La metodología para el perfeccionamiento de la toma de los datos iniciales para el cálculo de volumen que se propone tiene las siguientes ventajas: - Disminución de los errores durante la ejecución del levantamiento taquimétrico. - Disminución de los errores al realizar la filtración de los valores iniciales de las cotas altimétricas de los puntos. - Existe mayor fiabilidad en el cálculo de volumen obtenido. Estos problemas planteados han sido reflejados en los trabajos de los investigadores Bravo F. L, Ferrera A. N. Pérez A. R., Polanco A. R., Reborido F. J., Rodríguez R. H., Rodríguez C. A., Serrano F. entre otros. El método de cálculo de volumen que se aplica en el yacimiento Punta Gorda es controlado a través de un proceso de pesaje del mineral que existe en la fábrica, esto implica que cuando la 6 �transportación del mineral se realiza directamente desde los frentes de arranque (cuando el mineral transportado va directamente a los depósitos), no se realiza el pesaje. Se compara la masa minera calculada por métodos topográficos con la estimada por camiones. La red topográfica de apoyo que se utiliza para llevar a cabo el control de la extracción es insuficiente porque no está lo debidamente densificada ni ajustada. Se aplica el valor promedio de la masa volumétrica de las rocas mullidas por etapas de explotación minera, donde no se realiza la filtración de los datos (filtros), no hay argumentación de la determinación de la masa volumétrica que se aplica, lo que conduce a la obtención de grandes errores. OBJETIVO DEL TRABAJO „ Establecer un método que permita elevar la precisión de los resultados obtenidos del cálculo de la cantidad de mineral extraído en comparación con los métodos anteriormente usados. FUNDAMENTACIÓN DEL TRABAJO Durante la ejecución del levantamiento taquimétrico para calcular volumen, el topógrafo minero se limita solamente a la realización de los cálculos sin considerar la valoración de la exactitud, hecho que conduce en este trabajo a elevar la efectividad de la utilización de los métodos topográficos empleados para calcular volumen (considerando los errores del levantamiento topográfico) y de la determinación operativa de la masa volumétrica en estos yacimientos sobre la base de su perfeccionamiento, teniendo en cuenta las condiciones de explotación del yacimiento y las exigencias que son presentadas a los flujos de mena extraídas por parte de las plantas metalúrgicas. HIPOTESIS DEL TRABAJO La diferencia de tonelaje que existe entre el mineral extraído de los frentes de extracción y el alimentado a las plantas metalúrgicas disminuye con el aumento de la precisión del cálculo de la cantidad de mineral extraído. 7 �NOVEDAD CIENTIFICA La novedad científica del trabajo consiste en lo siguiente: Argumentación de la determinación de los errores cometidos en el levantamiento taquimétrico en estos tipos de yacimientos de compleja estructura de yacencia y enorme variabilidad y su influencia en el cálculo de volumen. Creación de una metodología de trabajo para la obtención de los datos iniciales para calcular volumen cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico. Creación de un modelo geométrico estructural (zonificación del yacimiento) para la determinación de los resultados obtenidos de la medición de la masa volumétrica mullida en los yacimientos lateríticos considerando la variabilidad natural de la composición cualitativa. RESULTADOS CIENTIFICOS DEL TRABAJO - Establecimiento de las principales deficiencias de la valoración y control del volumen de mineral extraído en los yacimientos estudiados. - Creación una metodología para la obtención de los datos iniciales para calcular volumen. - Disminución en 80% con respecto al año que se analiza de la diferencia de tonelaje entre el mineral que se extrae de los frentes de arranque y el que se alimenta a la planta metalúrgica. - División del yacimiento en grupos homogéneos según los valores de la masa volumétrica mullida con lo cual se elimina la variabilidad regular del parámetro, y los errores en su determinación tienden a minimizarse. - El efecto de la aplicación de estas metodologías asciende a más de 391 000 pesos en un año de producción. SIGNIFICADO PRACTICO DEL TRABAJO El significado práctico consiste en la posibilidad de solucionar la determinación operativa de la masa volumétrica y elevar la precisión del levantamiento taquimétrico y su influencia en el cálculo de volumen de mineral extraído, lo que permite sustancialmente disminuir las diferencias de tonelaje obtenido entre el mineral extraído y el alimentado. Los resultados de la investigación fueron analizados y valorados en el departamento de minería del ISMM, en el colegio de minería (órgano local formado por todas las unidades de la Unión de Empresas del Níquel). 8 �CAPITULO I. ESTADO ACTUAL DEL PROBLEMA Y DETERMINACION DE LAS TAREAS DE INVESTIGACION 1.1 CARACTERISTICAS GENERALES DE LOS YACIMIENTOS Los yacimientos Punta Gorda y Moa están ubicados en la parte noreste de la provincia de Holguin, en las costas del Océano Atlántico. Estos yacimientos comprenden las reservas de minerales de níquel laterítico y serpentinítico, exploradas en ambas orillas del Río Moa. Su frontera oriental está ubicada a lo largo del Río Cayo Guan, la parte norte limita con el Océano Atlantico y con la curvatura en forma de codo del valle del Río Moa y como límite sur se puede señalar el extremo trazado condicionalmente de occidente a oriente por el curso superior de los Arroyos Veguita, Los Lirios, Río Yagrumaje , Arroyo Punta Gorda y Río Cabañas. El relieve tiene una inclinación descendente en el territorio de los yacimientos predominantemente al norte con cotas absolutas entre 0 y 30 m. Los yacimientos se dividen en seis zonas principales: Yamaniguey, Atlántic, zona A, zona B, Pronóstico y Punta Gorda. La situación geográfica en el sistema de coordenadas de Lambert de las zonas es el siguiente: Tabla 1.1 Sistema de coordenadas rectangulares de los yacimientos SISTEMA DE COORDENADAS ZONAS NORTE ESTE desde-hasta desde-hasta Atlantic 214 110-216 540 692 750-695 550 Pronóstico 215 100-216 800 689 750-692 300 Zona Sur 217 900-219 100 692 300-694 200 Zona A 219 100-220 300 695 300-697 590 Zona B 219 000-221 350 692 310-676 310 Yamaniguey 216 300-223 400 691 300-696 600 Punta Gorda 217 200-222 500 669 000-707 000 La diferencia de niveles del relieve en la parte sur de los yacimientos es de 70-110 m. 9 �El clima de la región es tropical caracterizado por una temperatura media anual de 250C, y dos períodos de lluvias en el año (Mayo-Junio y Octubre-Enero) y dos períodos de seca (Febrero-Abril y Julio-Septiembre). La cantidad media anual de precipitaciones es de 2500 mm, teniendo en verano un carácter de aguaceros y en invierno estas precipitaciones son más continuas, en forma de lloviznas densas generalmente. La humedad relativa del aire como promedio es de 79% y en los períodos lluviosos aumenta a 82-85%. La red fluvial de la región está orientada en dirección submeridional y está representada por los ríos Moa, Cabañas, Yagrumaje, Punta Gorda, Cayo Guan y Los Lirios, los que desembocan en el Océano Atlantico. El Río Moa corre en los límites de los yacimientos Punta Gorda y Moa, es la fuente de abastecimiento de agua para las empresas y la población, la velocidad promedio de la corriente oscila alrededor de 1.5 m/s. El espesor de estos yacimientos se representa por tres tipos genéticos de roca minera: - Corteza de intemperismo regional - Rocas sedimentarias - Formación diluvial- preluvial. A cada tipo de roca minera le corresponde un determinado tipo de mena. La composición mineralógica es la siguiente: - Goethita (Fe2O3H2O), 70-75% - Alumogoethita (Al2O3H2O), 10% - Serpentina (3MgO2SiO2H2O), 2.5% - Cuarzo (SiO2), 2.5% - Hidrogoethita. La composición química se caracteriza por los siguientes contenidos medios: Níquel 1.5%, Cobalto 0.12%, Fe2O3 60%, Al2O3 10%, Cr2O3 2.5%, SiO2 3%, MgO 0.5%. Los minerales que contienen níquel y cobalto son en lo fundamental la goethita y la hidrogoethita. Estos yacimientos se encuentran en lugares montañosos cuyas particularidades son: condición de yacencia no uniforme, relieve del terreno complejo, gran variabilidad de los elementos tanto en la dirección horizontal como en la vertical. Precisamente estas particularidades influyen sustancialmente en la tecnología de explotación, es decir, en la extracción, carga y transporte del mineral útil y rocas estériles. El cuerpo mineral de estos yacimientos está compuesto por los siguientes horizontes 10 �(ver fig 1.1): - Horizonte superior – limonítico, con potencia promedio de 0.5 - 2 m compuesto por menas de hierro con fortaleza 1 (según la escala de Protodiákonov), de color rojizo o pardo rojizo, pardo oscuro. En este horizonte se encuentran las concreciones ferruginosas con medidas de 1 - 15 mm, formando bloques de hidróxido de hierro hasta 1m de potencia. Este horizonte representa las rocas estériles con contenido mínimo industrial de níquel menores de 0.9 % (para el yacimiento Punta Gorda) y de 1% (para el yacimiento Moa). - Horizonte limonítico, se caracteriza por tener un contenido de hierro de 40 - 60%, níquel entre 0.51 - 0.56% y cobalto alrededor de 0.07%. Macroscópicamente en este horizonte se distinguen dos capas: la capa superior con potencia de 1.5 - 2.0 m representada por laterita ferruginosa de color pardo rojizo. Las concreciones tienen un color oscuro y componen hasta el 50% de toda la masa minera. Las dimensiones de las concreciones varían desde 1-2mm desapareciendo gradualmente con la profundidad. - Horizonte inferior, con 2.0 metros de espesor, se caracteriza por un color pardo amarillento y pardo verdoso, las lateritas ferruginosas están representadas por variedades de hierro y arena. El contacto de esta capa con la inferior de las lateritas de balance es no uniforme, para ella es característico una superficie bastante variable, lo que a simple vista es muy difícil diferenciar. Esta particularidad exige una realización de los trabajos de exploración más detallada de la cual se hablará más adelante. Los ángulos de yacencia de este contacto alcanzan una magnitud de 1 - 400 aproximadamente. - Horizonte de las lateritas de balance, tiene una potencia de 1 - 6 m con un valor medio de 2.64 m, su fortaleza es 1(según la escala de Protodiákonov), su color es rojizo. En este horizonte existe una gran cantidad de rocas serpentiníticas y de arcillas interpuestas. 11 �Figura 1.1 Corte litológico de la parte central del yacimiento punta Gorda. Donde: ESC- Escombro, LB- laterita de balance, SB- serpentina blanda, SD- serpentina dura, Cot Fond.- cota de fondo. Las lateritas niquelíferas se consideran de balance, cuando el contenido de níquel supera el 0.9 % y el hierro más del 35%. El contenido medio de níquel es de 1.19%, del hierro 44% y del cobalto 0.10%. 12 �En la parte inferior de este horizonte yacen las serpentinas blandas que se forman como resultado de la intemperización de las serpentinas duras. El contacto de estas dos capas está representado por una superficie irregular en el cual se encuentran los bolsones mineros con alto contenido de níquel. La diferenciación del contacto de las lateritas rojas y de las serpentinas blandas de color pardo verdoso y pardo amarillento determina la posibilidad de dividir estas menas en el proceso de trituración. Las propiedades físico - mecánicas de las serpentinas blandas son iguales que las lateritas niquelíferas, su potencia varía de 1 - 15 m, el contenido de hierro es menor del 35% y el de níquel mayor de 0.9 y 1.0%. En el contacto no uniforme de las lateritas de balance y de las serpentinas blandas los ángulos de yacencia oscilan entre 1 y 450 y más. - Horizonte de las serpentinas duras, su fortaleza alcanza hasta 7(por la escala de Protodiákonov), la potencia media de este horizonte es de 4 m. La serpentina dura contiene: menos de 12% de Fe, más de 0.9 - 1.0% de Ni y entre 15 - 20% de Mg. El contacto de este horizonte con el suprayacente también es irregular. Estos yacimientos tienen forma de bloque, ya que el cuerpo mineral se interrumpe por sectores de rocas estériles en toda su extensión. Las dimensiones de estos bloques naturales oscilan desde 100 x 100 m hasta 300 x 300 m. Ellos se dividen para su extracción en bloques regulares de forma cuadrada con dimensiones de 300 x 300 m. Las condiciones minero - geológicas de los yacimientos son variables, por lo general no existen dos bloques de iguales características de mineralización ni de iguales condiciones de yacencia. La variabilidad del contenido de los principales componentes tanto en dirección horizontal como en la vertical es bastante grande. El contenido elevado de Fe se halla en el horizonte superficial con valores de 45 - 55% disminuyendo con la profundidad hasta los valores de 6 - 7%. El contenido de níquel en el horizonte superficial (lateríta ferruginosa) es de 0.3 - 0.7%, aumentando paulatinamente con la profundidad hasta 2 - 2.5% y luego disminuye hasta 0.1 - 0.2%. El cobalto se distribuye de forma irregular. 13 �1.2 PARTICULARIDADES DE LA VALORACION Y CONTROL DEL VOLUMEN DE MINERAL EXTRAIDO En las empresas del Níquel el volumen de mineral extraído se determina una vez al mes luego de actualizados los planos de trabajo y los cortes por bloques por el método de las áreas medias y secciones verticales. La determinación del pozo para el cual es necesario realizar el cálculo, se hace mediante el análisis del levantamiento topográfico a escala 1:500 y en los perfiles a escala 1:500 por 1:200. Después de determinado el volumen total de mineral útil extraído por pozo, se determinan sus componentes por tipo de mena, utilizando para ello los cortes verticales (perfiles) y las cotas de los intervalos de muestreo, se determina el área promedio y los volúmenes de extracción para cada intervalo. La suma de los volúmenes por cada intervalo debe coincidir con el volumen total de extracción del pozo y con la suma por tipo de mena. No existe ningún método de control de volumen. El cálculo de la cantidad de masa minera extraída en estos yacimientos de la Unión del Níquel se realiza con una precisión que supera el error mínimo permisible (2.5%), las áreas con un error mayor de 10 m2, la potencia y la cota mayores de 0.1m. Estos volúmenes de masa minera extraída además de no ser controlados por un método efectivo alcanzan una diferencia en su determinación que varía desde 10 000 hasta 30 000 m3 y en ocasiones mayor de 30 000 m3 al mes, lo que conlleva consecuencias perjudiciales para la Mina e influyen de manera directa en el salario del trabajador, porque estos errores a veces son positivos y a veces negativos. Todos estos problemas surgen por la falta de control operativo. La masa volumétrica se determina por el método del pozo criollo, calicata que se realiza con dimensiones de 1 x 1.5 m en el yacimiento con densidad de 10 - 12 pozos criollos por kilometro cuadrado de área de mineral en el caso de mina Moa y casi uno por bloque en la mina Che Guevara. El cálculo de las reservas de metal existentes en el yacimiento se realiza aplicando el contenido medio de metal al tonelaje total de las reservas de la mena, las cuales a su vez, han sido calculadas sobre la base de la masa volumétrica establecida. Existen zonas en las cuales la ejecución de los pozos criollos no alcanza la cantidad necesaria, por tanto al obtenerse la masa volumétrica, no se logra la representatividad necesaria en toda la zona estudiada. Esto conlleva un aumento brusco de las fluctuaciones de 14 �este parámetro ya que investigaciones antes realizadas demostraron que la masa volumétrica es un indicador muy variable. En el trabajo [9] se demostró que la masa volumétrica está por encima de su valor real, esto evidencia la falta de control a la hora de determinarla y de su pronóstico al ser obtenida por el método del pozo criollo. Hasta el presente se han empleado dos métodos diferentes para la determinación de la masa volumétrica en estos yacimientos. El primer método, que se está aplicando en la actualidad en los yacimientos Moa y Punta Gorda, consiste en obtener un valor de masa volumétrica promedio para cada uno de los horizontes tecnológicos de mineral. Esto significa que mediante el pesaje y determinación de la humedad de todo el mineral de los pozos criollos comprendidos en la zona que se haya clasificado como laterita de balance de acuerdo con el resultado de la perforación, se establece un solo valor de masa volumétrica para ese mineral. De la misma forma se procede con la serpentina. En realidad, el mineral comprendido dentro del horizonte de serpentina blanda está compuesto por fracciones de roca dura hasta terrosa, y por alguna laterita presente como bolsones o desarrollada en grietas preexistentes. Pero aunque cada una de estas fracciones posee de hecho un valor de masa volumétrica propio, se obtiene para todo el material un promedio. 1.3 ESTADO DE LOS TRABAJOS TOPOGRAFICOS Y DEL CALCULO DE VOLUMEN QUE SE REALIZAN EN EL YACIMIENTO En la mina existen los sistemas de coordenadas local y nacional. Durante la exploración por empresas norteamericanas de la mina Moa en 1958, se comienza a realizar el primer trabajo topográfico en la zona A, lugar donde se inicia el origen del sistema de coordenadas locales con X= 10 000, Y= 10 000, avanzando hasta una longitud de 8 km con una reserva de 2 km. Los puntos topográficos para desarrollar la red de apoyo fueron ubicados al comienzo del yacimiento, se monumentaron con dimensiones de 0.40 m por la base inferior y 0.20 m por la superior y 1.0 m de largo. El primer punto topográfico se situó con coordenadas X1=10 000, Y2=10 000 y el segundo X2= 10 000 y Y2= 9900, esta línea quedó orientada hacia el norte con una brújula. Las coordenadas debían disminuir a medida que se alejaban del inicio del yacimiento hasta obtener valores de X= 0.00 y Y= 0.00 en los extremos del mismo, donde comienza la zona no mineral. Luego fueron trazadas líneas perpendiculares con separación de 300 m formando bloques de 300 x 300 m. Este sistema 15 �local permitió además trazar redes de 100 x 100, 33.33 x 33.33 m hasta obtener una red mucho más densa de 16.66 x 16.66 m para la extracción del estéril. Esto se hizo con el objetivo de obtener una mejor planificación , orientación y cálculo de reservas, no siendo así en el yacimiento Punta Gorda, donde los soviéticos utilizaron una microtriangulación para el desarrollo de la red topográfica. La existencia en estos yacimientos de redes de apoyo mal confeccionadas conlleva la imposibilidad de hacer controles para conocer la verdadera posición del frente de excavación o de un pozo del bloque geológico, hecho que provoca que se cometan grandes errores. Un ejemplo de ello es que con un determinado desplazamiento del frente de arranque, se obtiene una información geológica no coincidente con la verdadera, ocurriendo lo mismo con el volumen de masa minera que se extrae. Existen zonas mineras con sus coordenadas locales desplazadas (yacimiento Moa), esto provoca que al salir de una zona y entrar en otra se produzca una variación en los valores de las coordenadas. El departamento de minería del ISMM lleva a cabo trabajos de investigación sobre la proyección de las redes topográficas en estos yacimientos [38]. El sistema local que se aplicaba en las minas carecía de relación con el nacional, hasta que en 1961 el entonces Instituto Cubano de Recursos Mineros (ICRM) comienza a situar en el yacimiento una serie de puntos topográficos de apoyo enlazados a dicho sistema de coordenadas y a partir de ese momento se comienzan a relacionar entre sí a través de la siguiente expresión: .. x′ = [x] + by r + ax r N y´= [y] + ay r - bx r N .......................................................................(1.1) ........................................................................(1.2) Donde: X, Y - coordenadas de los puntos de los sistemas nacional y local; X’ , Y’ - coordenadas de transformación; Xr , Yr - Coordenadas reducidas; 16 �a, b – coeficientes de correlata; N – número de puntos idénticos. Desde entonces los planos topográficos tienen señaladas las coordenadas en los dos sistemas. El altimétrico también tuvo el problema de estar en dos sistemas de coordenadas. Esto hizo que se alcanzaran durante la determinación de la altura de un punto diferencias de hasta 20 cm. Las Empresas norteamericanas, durante la exploración del yacimiento Moa realizaron levantamientos topográficos, utilizando como método principal las poligonales con teodolito, luego éstas se fueron dejando de realizar, centrando la mayor parte en la construcción de perfiles y trabajos de nivelación. En la actualidad se realizan muy pocas poligonales, solo en caso extremo, cuando es necesario. Las poligonales que se realizan en la mina Moa son de enlace y de rodeo sin compensación. El instrumento que se utiliza para medir los ángulos es el THEO 010 B y las distancias de las líneas se miden con cintas metálicas sin comparar. La altura de los puntos se determina con la utilización de la nivelación técnica a través de los pozos del bloque, con el inconveniente de que cuando el frente de excavación es muy profundo esta nivelación no se puede realizar, entonces se acude al método de la nivelación trigonométrica que tiene menor precisión en la determinación de las cotas de los puntos. El instrumento que se utiliza es el Ni 040 para la nivelación técnica y el DALHTA 010 B para la trigonométrica. El método de levantamiento que se utiliza para calcular el volumen de masa minera extraída de los frentes de excavación es el taquimétrico, con el cual se levantan las secciones paralelas. El instrumento que se utiliza es el DALHTA 010 B. La distancia entre perfiles es de 16.66 m. En cambio en el yacimiento Punta Gorda si existe una red de apoyo, pero se utiliza poco, tampoco hay control del avance del frente de excavación. Se realizan los mismos tipos de poligonales y no se aplica la nivelación técnica. La nivelación que se usa para darle cota a las estacas es la trigonométrica y el método para calcular el volumen es el de las áreas medias apoyándose en el levantamiento taquimétrico. El cálculo de las reservas y de componentes útiles se realiza en cada pozo por el método de las secciones verticales en los yacimientos Moa y Nicaro. En el yacimiento Punta Gorda el cálculo se realiza con la utilización de la computación, aplicando paquetes de programas, algunos de ellos elaborados por los técnicos de la Empresa. Las áreas antes de ser 17 �introducidas en la computadora son obtenidas por el método de las cuadrículas. El método mecánico (el planímetro) usado para calcular área se utiliza en muy pocas ocasiones. En la mina mensualmente se realizan mediciones topográficas para calcular los volúmenes de extracción y para controlar las reservas de minerales útiles. Estas mediciones sirven además para controlar la realización de los trabajos mineros en correspondencia con el proyecto, plano topográfico y las exigencias de la explotación, para la determinación de las dimensiones del espacio laboreado como consecuencia del avance de los trabajos de extracción del mismo, control de la calidad de la extracción de los recursos minerales del subsuelo, determinación de los datos para el completamiento de la documentación gráfica minera, determinación de las áreas desbrozadas, terrenos recultivados y rehabilitados para otros fines de la economía. La documentación minera principal se actualiza con los resultados de las mediciones y sirven para el cálculo de volumen y contenidos utilizando los planos de los trabajos por bloque a escala 1:500 (en el yacimiento Punta Gorda) y de perfiles cada 16.66 m. con escala horizontal 1:500 y vertical 1:200 (en los yacimientos Moa y Nicaro). En los planos mineros de cada bloque, durante su operación se sitúan los puntos de la red geodésica ( si existen), los pozos de la red de desarrollo (81 pozos) señalando el número de cada uno, la cota del techo del mineral, el volumen del mineral, los contenidos de hierro, níquel y cobalto, si es necesario se sitúan los objetos existentes sobre la superficie del cuerpo mineral. En las secciones verticales (perfiles) se sitúan los pozos de la red de explotación con los contenidos de níquel y hierro en cada intervalo de muestreo, los límites del cuerpo mineral (techo y fondo) diferenciando la laterita de balance (lb) y serpentina de balance (sb) al igual que la situación de la superficie en el momento de realización de los trabajos de extracción. Si es necesario, pueden ser señalados otros objetos. El cálculo de las reservas se realiza con ayuda de la computación. Durante el análisis de las particularidades y estado del cálculo de volumen en estos yacimientos se detectaron las siguientes insuficiencias: - No existe ningún método de control efectivo de volumen (se compara el real minado con el estimado). - Los errores en la determinación del volumen basado en el levantamiento taquimétrico sobrepasan sus límites permisibles. 18 �- La diferencia entre el real minado (topográfico) y el alimentado a la planta metalúrgica oscila entre 8 y 16% del total en el mes. - Se afecta el salario de los trabajadores por la presencia de estos errores. - Se aplica una distribución irracional (poca cantidad) de los pozos criollos para determinar la masa volumétrica sin tomar en cuenta su variabilidad. - Se aplica un promedio de masa volumétrica mullida por etapa de preparación minera, sin realizar limpieza de datos (filtros). No hay argumentación del modelo que se aplica, lo que conduce a la obtención de grandes errores. - Existe una insuficiente red topográfica de apoyo. - No se realizan controles del avance de los frentes de extracción. - La existencia de dos sistemas discordantes de coordenadas en el yacimiento Moa crea problemas (no existen zonas de solape). - La nivelación trigonométrica en el yacimiento Punta Gorda tampoco asegura la precisión exigida. - En el yacimiento Moa se mezclan la nivelación trigonométrica con la geométrica y tampoco se logra la precisión. 1.4 SELECION Y FUNDAMENTACION DE LAS TAREAS DE INVESTIGACION Como se había señalado antes, en estos yacimientos lateríticos no existen redes de apoyo bien confeccionadas que permitan enlazar los puntos topográficos que determinan el avance del frente de extracción. Eso impide conocer con precisión la situación de los puntos y objetos, y que el volumen y la masa volumétrica que ahí se determinan no excedan del error permisible. Esto provoca la discordancia entre los valores del tonelaje de mineral extraído de los frentes de arranque y el reportado por las plantas metalúrgicas. La preocupación por resolver esta tarea en estas minas aumenta cada año, estando ello de acuerdo con el perfeccionamiento de la tecnología y mecanización de los trabajos mineros. Para ello es imprescindible el aumento del estudio de los cuerpos minerales, una objetiva valoración cuantitativa de la variabilidad y de la determinación operativa de la masa volumétrica y una adecuada aplicación de las metodologías para calcular volumen, las cuales existen con poca precisión. La masa volumétrica no ha sido abordada por otros autores con suficiente claridad, la cantidad de pozos criollos en el yacimiento no es representativa, además no se considera la variabilidad del parámetro, lo que hace que se obtengan resultados diferentes. 19 �Considerando todos los factores antes señalados, se decide perfeccionar el método de cálculo de volumen y proponer un método de análisis de los resultados obtenidos de la masa volumétrica en estos yacimientos con el objetivo antes propuesto para resolver las siguientes tareas: - Comprobación de la homogeneidad estadística de las determinaciones de los valores de la masa volumétrica mullida. - Elaboración de métodos más fiables para el procesamiento de los resultados obtenidos de la masa volumétrica. - Caracterizar la exactitud de los métodos de levantamiento topográfico empleados. - Comprobar teórica y experimentalmente los métodos propuestos de pronóstico de la masa volumétrica y de perfeccionamiento del cálculo de volumen y determinar su efecto. - Comprobar teórica y experimentalmente la metodología propuesta para la toma de los datos iniciales para calcular volumen y el método para la valoración de los resultados obtenidos de la masa volumétrica. CONCLUSIONES DEL CAPITULO I 1. Del análisis del estado y control del cálculo de volumen, se deduce que durante la determinación de este parámetro ocurren errores que alteran los resultados. 2. No existe un modelo de determinación de la masa volumétrica que refleje la variabilidad del índice, hecho que provoca grandes fluctuaciones del parámetro. 3. La deficiencia que existe en la aplicación de la red topográfica de apoyo provoca grandes fluctuaciones de las reservas de mineral extraído. 20 �CAPITULO II. ANALISIS DE LOS ERRORES TOPOGRAFICOS COMETIDOS EN LA DETERMINACION DE LOS VOLUMENES DE EXTRACCION CON LA UTILIZACION DE LOS RESULTADOS DEL LEVANTAMIENTO TAQUIMETRICO 2.1 INTRODUCCION Los volúmenes de masa minera extraída de las minas se determinan a partir de los resultados del levantamiento topográfico con el objetivo de controlar el cumplimiento del plan de minería y el control del movimiento de las reservas industriales, pérdidas y empobrecimiento del mineral útil. El levantamiento empleado para la determinación del volumen de los trabajos mineros realizados sirve de base para la obtención del salario de los trabajadores y para el control de las pérdidas y el empobrecimiento, debe realizarse con la mayor precisión posible. Los errores de cálculo en estos yacimientos pueden conllevar grandes pérdidas inadmisibles tanto para la empresa como para los obreros de las minas. En consideración con lo planteado, el topógrafo de la mina debe determinar no solamente el volumen de los trabajos mineros realizados, sino también valorar los errores de su cálculo. Muchos de los factores que influyen en la diferencia de tonelaje que se obtiene entre el mineral que se extrae de los frentes de excavación y el que se alimenta a las plantas metalúrgicas investigados por diferentes autores no resaltan con claridad la esencia del fenómeno, por lo que el problema no llega a resolverse. Como el volumen que se calcula en estos yacimientos se fundamenta en los resultados del levantamiento taquimétrico, se analizan aquí los errores que en él están presentes y su influencia en el cálculo de volumen, obtenidos algunos de ellos por las metodologías expuestas en los trabajos de Chaiko, 1969 y VNIMI, 1971, las mismas han sido modificadas por el autor de este trabajo y adaptadas a los yacimientos lateríticos cubanos, y otros que han sido investigados por él. 2.2 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE LA POSICION DE LOS PUNTOS EN LA RED DE LEVANTAMIENTO Teniendo en cuenta que los puntos topográficos no pueden conservarse permanentemente en la mina debido al avance de los frentes de explotación, el levantamiento taquimétrico al principio y final de cada mes se realiza desde diferentes posiciones de los puntos de la red de apoyo, hecho que provoca la obtención de grandes desviaciones en la determinación de los volúmenes influenciado por el error de la posición del punto en la red de levantamiento. 21 �Se conoce que no todos los errores de posicionamiento de los puntos de la red de levantamiento influyen sobre la determinación del volumen, sino aquel que se encuentra perpendicular a los contornos de los bordes del escalón y que se representa por mc´ y se calcula según [ 34 ]. ′ mc = mc ...............................................................................................................( 2.1) 2 mvc c = ± m′ c L.h............................................................................................................( 2.2) donde: m c! - error de la posición del punto de la red de levantamiento. Considerando la fórmula precedente, la magnitud relativa del volumen del frente de excavación será: ′ M vc = ± mc .........................................................................................................( 2.3) d donde L, d, h - longitud, ancho y altura del frente de excavación. Es evidente que si aumenta el ancho del frente de excavación, disminuye el error del cálculo de volumen. De la fórmula (2.3) se deduce que las exigencias para la exactitud en la determinación de los puntos de la red de levantamiento deben ser diferentes en dependencia del ancho del frente de excavación para cada mina. Si el levantamiento del frente de excavación se hace desde varios puntos determinados independientemente, el error relativo en la determinación del volumen será [34]: Mvc = ± mc ........................................................................................................( 2.4) d k donde k - cantidad de puntos en la red de levantamiento. De esta manera, al aumentar la cantidad de puntos de la red de levantamiento, el error en la determinación del volumen disminuye en k veces. En fuentes de literaturas técnicas antes analizadas se plantea que la influencia principal sobre el error de la determinación del volumen la ejercen los errores de la posición de los puntos de la red de levantamiento, por lo que el error del cálculo de volumen será solamente igual al del error de la posición del punto en la red de levantamiento, es decir: 22 �Mv = mvc El autor de la Tesis plantea que aquí debe considerarse el error por la linearización de las formas de los frentes de extracción (mvo), por tanto: M v = ± m 2 vc + m 2 vo .........................................................................................( 2.5) Aplicando el principio de las influencias semejantes y sustituyendo a m = mv c = mv0 , se obtiene que Mv = ± m 2 . El error medio en la determinación del volumen en (2.2) no debe superar el 2,5 %, entonces: m= ± 2,5 2,5 = = ±1,8%......................................................................................( 2.6) 2 1,41 Al utilizar en (2.3) la tolerancia obtenida con anterioridad, se logran los errores medios de la posición de los puntos de la red de levantamiento para los frentes de excavación de diferente ancho (ver tabla 2.1), considerando la variabilidad de la forma de los frentes de explotación. Así para los frentes de 67.7 m de ancho: mc = ± 0.018 * 67.7 = 1.22 m; Para los frentes de 58.6 m de ancho: mc = ± 0.018 * 58.6 = 1.05 m TABLA 2.1 Determinación de los errores medios de la posición de los puntos en la red de levantamiento YACIMIENTO m c , (m) L , (m) d , (m) H, (m) Mv , (m3) Mvc (%) Punta Gorda 0.86 80 67.7 9.35 643.28 1.87 Moa 0.74 80 58.6 15.28 904.57 2.00 Los valores de m’c se calcularon por (2.1), y los de mv y Mvc por (2.2) y (2.3) respectivamente. La precisión en la determinación de los puntos de la red de levantamiento está condicionada por la precisión necesaria en la determinación de los volúmenes de extracción de la masa minera y el ancho de los frentes que se emplean en la mina. 23 �La determinación de los puntos de la red de levantamiento se recomienda realizar con distanciómetro electro-óptico, empleando los métodos de microtriangulación, intersecciones, poligonales con teodolito, estaciones totales, GPS, cumpliendo las exigencias de las instrucciones técnicas de GEOCUBA, [46]. Estos errores topográficos disminuyen con la existencia de una adecuada red de puntos de apoyo en las minas y con el aumento del ancho del frente. En el caso que la longitud del frente tenga una magnitud de 33.0 m, el error de la posición del punto de la red de levantamiento mc =0.018* 33.0 =0.59 m. Por tanto , el error del cálculo de volumen para las minas se calcula según (2.3): Che Guevara : Mvc =0.59/67.7=0.87% Moa: Mvc =0.59/58.6=1.00%. 2.3 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE DETERMINACION DE LOS CONTORNOS DE LOS BORDES SUPERIOR E INFERIOR DE LOS ESCALONES La realización del levantamiento taquimétrico de los bordes superior e inferior de los contornos de los frentes de extracción siempre se lleva a cabo desde una superficie irregular y en ocasiones con derrumbes, por ello los puntos taquimétricos se sitúan generalmente entre 20 y 40 m aproximadamente, lo que conlleva la irregularidad de los contornos de los bordes y por consiguiente errores de las áreas de las secciones. Es evidente que la magnitud de los errores del cálculo de las áreas entre los bordes de los contornos linearizado y real de la mina, depende ante todo de la distancia entre puntos del yacimiento y de la irregularidad de los contornos de los bordes tanto superior como inferior. Para poder determinar los errores producidos por la irregularidad de los contornos de los bordes, en la fig. 2.1, a manera de ejemplo se muestra un sector del borde determinado para los puntos 1, 2 y 3, donde los intervalos entre ellos se seleccionaron a una equidistancia (a) de 20 m y se determinaron las longitudes de las ordenadas (b) en el plano entre los bordes superior e inferior en el cual tomaron los siguientes valores: b1=8 m, b2=14 m, b3=10 m; a- distancia entre puntos. El área real del sector limitado por el contorno del borde y la recta AB será igual a: 24 �S A 123 B = a( b1 + 2 b 2 + b3 ) 20( 8 + 28 + 10 ) = = 20 * 23 = 460 m 2 ............................( 2.7) 2 2 2 3 1 b2 b1 a b3 a A B Fig.2.1 Representación de un contorno limitado por tres puntos. Si el contorno real 1- 2- 3 se sustituye por el contorno 1-3 entonces el área de la figura A13B será la siguiente: S A 13B = 2a( b1 + b 3 ) 40( 8 + 10 ) = = 40 * 9 = 360 m 2 .............................................( 2.8) 2 2 La diferencia entre los valores de las fórmulas (2.7) y (2.8) será ∆ S , y se denomina irregularidad del contorno y es igual a: ∆ s1 = 8 + 10 - 28 b1 + b 3 - 2 b 2 *2a = * 40 = 100m 2 ..............................................( 2.9) 4 4 Al dividir el valor ∆ S1 entre la longitud del sector AB, es decir entre 2a: ∆s ( b1 + b 3 - 2 b 2 ) 100 = = = 2.5m 2 ....................................................................( 2.10) 2a 4 40 De donde se obtiene el error por la irregularidad (linearización) del contorno. Para poder operar con los errores de la irregularidad de los contornos de los bordes al igual que con los errores casuales es necesario conocer si existe una ley de distribución normal. 25 �Utilizando softwares especializados de estadística matemática se analizaron varios contornos, las segundas diferencias de las ordenadas se distribuyen normalmente, se construyeron los histogramas de frecuencia. El histograma que se presenta (fig. 2.2) muestra que en el contorno del borde superior del sector experimental número dos de la mina Moa, las segundas diferencias pueden considerarse distribuidas normalmente Histograma 12 Frecuencia 10 8 6 Frecuencia 4 2 y mayor... 14.45 13.5 12.55 11.6 10.65 9.7 0 Clase Fig.2.2 histograma de distribución de las segundas diferencias de las ordenadas. Conociendo que en estos yacimientos los contornos son bastante irregulares, analizamos por primera vez el área limitada por ”n” puntos (fig.2.3), el cálculo se realiza por la siguiente fórmula [35]: s = a( b1 b + b2 + b3 + .... + bn + n +1 )........................................................................(.2.11) 2 n como l= a * n y bmedia =∑ b/n Entonces S = l* bmedia. Donde: l- longitud del sector levantado; 26 �a- distancia entre puntos. El error de determinación del área en función de los errores producidos por la irregularidad del contorno se determinó por la siguiente expresión: ms = l * mbmedia..................................................................................................(2.12) De la expresión (2.12) se evidencia que el error del área es proporcional al error de la ordenada media (mbmedia) el cual depende de la magnitud del intervalo (a) y del carácter del contorno del borde (fig. 2.3) 4 2 1 b1 b2 5 3 7 6 b3 b4 b5 b6 8 b7 bn-1 bn l Fig. 2.3 Representación de un contorno limitado por varios puntos Al variar la magnitud del intervalo se pueden obtener diferentes magnitudes de mbmedia. La determinación del error de mbmedia se puede realizar mediante la comparación de las ordenadas medias obtenidas por el número limitado de puntos para los distintos intervalos de distancia y las ordenadas más probables (bprobable) obtenidas por el levantamiento más detallado (a intervalo de 5 m) de los contornos de los bordes (tablas 2.3 y 2.4) y se puede calcular por la siguiente expresión: mb media = ± [δ * δ ] ................................................................................................( 2.13) n Donde: ð = bmedia-bprob. n- cantidad de diferencias de las ordenadas medias y las ordenadas más probables. 27 �El levantamiento de los contornos se realizó en un plano a escala 1:250 divididos en sectores experimentales de longitud de 40 m. El valor más probable de las ordenadas se obtuvo a intervalo de 5 m. Los valores de bmedia para determinar el error del área por la irregularidad de los contornos de los bordes se determinaron para los distintos intervalos de 10, 20 y 40 m por las siguientes fórmulas [34]: para intervalo de 10 m b media = ( b1 + 2 b 2 + 2 b5 + 2 b7 + b 9 ) ..............................................................................( 2.14) 8 para intervalo de 20 m b media = ( b1 + 2 b 5 + b 9 ) ................................................................................................( 2.15) 4 para intervalo de 40 m b media = ( b1 + b 2 ) ...........................................................................................................( 2.16) 2 El error del área (ms) para el sector elemental con longitud (l) considerando los errores de los contornos de los bordes superior e inferior es igual a: m s a = ± mb media * l * 2 ....................................................................................................(2.17) y para el frente de excavación con longitud L= l*n 28 �m s a = ± mb media 2Ll ....................................................................................................( 2.18) Al multiplicar y dividir la parte derecha de la expresión (2.18) por (a) se obtiene que: ms a = mb media 2l * a L ............................................................................................( 2.19) a Suponiendo que: mb media 2L a m s a = K * a L ...........................................................................................................( 2.20) K= Donde: K – coeficiente de irregularidad de los contornos de los bordes de los escalones. De esta manera se puede afirmar que el error del área de la sección horizontal determinado por el levantamiento taquimétrico depende del intervalo (a) entre puntos, de la longitud del frente de excavación (L) y del coeficiente K. El coeficiente K depende de mbmedia (error de la ordenada media) que es determinado por el carácter de los contornos y de la magnitud (a): Cuanto más complejos sean los contornos, mayores valores de mbmedia se obtendrán, y por tanto mayor será también el coeficiente K (tabla 2.3). El error del volumen se determinó (según [34] para rocas blandas) por la siguiente ecuación: (0.11* a1.1 * h L ) .........................................................................................( 2.21) mv s = 2 29 �Donde: a- intervalo entre puntos; L- longitud del frente de excavación. El error relativo de determinación del volumen se determinó por la siguiente relación [35]: (0.11* a1.1 ) * 100...................................................................................( 2.22) M vs = d 2L Donde: d- ancho del talud. En la tabla 2.2 se pueden apreciar los resultados de la determinación del coeficiente de irregularidad (K) de los contornos superior e inferior de los escalones para diferentes distancias entre puntos (a). Como se observa, los contornos del yacimiento Moa son más complejos que los de Punta Gorda según el coeficiente de irregularidad (K) obtenido. Tabla 2.2 Cálculo del coeficiente de irregularidad (K) Yacimiento Punta Gorda Moa Sector Errores de mbmedia Coeficiente de irregularidad , K a=10 a=20 a=40 a=10 a=20 a=40 11 0.50 0.86 1.53 0.63 0.54 0.48 14 0.71 0.80 1.70 0.89 0.50 0.53 En la tabla 2.3 se presentan los errores relativos de determinación del volumen sin considerar el coeficiente de irregularidad de los contornos (K). Estos errores fueron calculados por las fórmulas (2.21) y (2.22) para rocas blandas con coeficiente de fortaleza f=2 (según Protodiákonov). 30 �Tabla 2.3 Error relativo de determinación del volumen sin considerar el coeficiente K Yacimiento Sect. Msa (m²) 10 Punta Gorda Moa 20 Error relativo de determinación. del volumen. m3 40 % 10 20 40 10 20 40 11 56 96.5 172 116 249 532 0.49 1.04 2.25 14 80 89.4 189.5 189 406 870 0.48 1.03 2.20 Se han introducido nuevas fórmulas (2.23), (2.24) y (2.25) creadas por el autor durante la ejecución de este trabajo, que consideran el coeficiente de irregularidad de los contornos en el cálculo de volumen. Los resultados obtenidos se aproximan con mayor exactitud al valor real. Proponemos realizar el cálculo del error del volumen considerando la irregularidad del contorno K por las siguientes fórmulas: mvs = K *a*h* L 3 , m ...............................................................................................(2.23) 2 el resultado se comprueba a través de la siguiente fórmula: mvs = ms * h 3 , m .......................................................................................................(2.24) 2 En ambas fórmulas se obtuvieron resultados idénticos. En unidades relativas: M vs = K *a *100;%.............................................................................................................(2.25) d* L Tabla 2.4 Error relativo de determinación del volumen considerando el coeficiente K. Yacimiento Sect. msa (m²) 10 Punta Gorda Moa 20 Error relativo de determinación. del volumen. m3 40 % 10 20 40 10 20 40 11 56 96.5 172 371 637 1141 1.17 2.30 4.67 14 80 89.4 189.5 867 969 2053 1.35 2.70 5.40 31 �Estos errores disminuyen con la reducción de la distancia entre los puntos de detalle (a) y de la ubicación correcta de la parte quebrada donde hace cambio de dirección el contorno del borde. Si tomamos una distancia (a) de 10 y 20 m, el error disminuye hasta 1.17-1.35%. 2.4 INFLUENCIA DE LA IRREGULARIDAD DE LOS PERFILES DE LOS TALUDES Las configuraciones regulares del perfil del escalón son limitadas por la porción del contorno en los bordes superior e inferior, suficiente para la representación gráfica en la proyección en el plano horizontal y vertical, con la cual se determina el volumen de la masa minera extraída. Sin embargo, en diferentes métodos de extracción y estabilidad de la rocas en el macizo, los ángulos y perfiles de los taludes de los escalones son distintos e inclusive, más complejos, diferenciando así el cálculo de volumen. En la actualidad, los bordes de los taludes de los escalones se determinan en dos posiciones, borde superior y borde inferior, con cuyas representaciones gráficas se calculan los volúmenes. Considerando lo antes expresado, es necesario determinar un tercer punto en el escalón para poder configurar bien el talud. Si se calcula el volumen con relación a los puntos AC (volumen 1) y ABC (volumen 2), (ver fig. 2.4), se obtiene una diferencia de volumen ocasionada por la configuración del talud del escalón y ocurre el denominado error por la configuración del talud, que ejerce gran influencia en el cálculo de volumen. Se sabe que la forma de los frentes de excavación se determina no solamente por los contornos de los bordes, sino también por la superficie de los escalones, sin embargo, durante la realización del levantamiento taquimétrico del talud de los escalones estas superficies no se levantan a causa de su inaccesibilidad para el portamira, como resultado de lo cual, en los planos de las secciones verticales transversales éstos taludes se representan en forma de líneas continuas que unen los bordes superior e inferior (fig. 2.4). En la explotación de rocas relativamente blandas con la utilización de excavadoras, el movimiento de la cuchara durante el arranque de la roca se realiza de abajo hacia arriba en tres ciclos: arranque, arranque- izaje e izaje (fig. 2.4). Como resultado de la trayectoria de la cuchara el perfil del talud va a tener forma cóncava aproximándose a una parábola. 32 �F B b1 b2 b3 b4 ∆S1 C b5 b6 A ∆S2 G E a Fig.2.4 Configuración de los perfiles del talud. Con relación a la fig. 2.4 donde ABC y EGF representan el perfil real del talud y AB y EF, el linearizado, se tiene que: S R = S g - ∆ S 1 + ∆ S 2 ......................................................................................................( 2.26 ) Donde: SR y Sg - áreas de la sección transversal del perfil real y linearizado; ∆ S1 y ∆ S2 - áreas entre los perfiles real y generalizado de los taludes; 1 y 2 - posición inicial y sucesiva del talud. De la expresión (2.26) se deduce que: S g - S R = ∆ S 1 - ∆ S 2 ......................................................................................................( 2.27 ) 33 �Si,S g - S R = ∆ ;entonces∆ S 1 - ∆ S 2 = ∆ En este caso ∆ representa la diferencia entre las áreas de las secciones de los perfiles linearizado y real de los taludes y depende de la magnitud de las áreas ∆ S1 y ∆ S2. Si ∆ S1 = ∆ S2, entonces ∆ =0 y por consiguiente, la posición de los puntos C y G no ejerce influencia en el volumen del frente de excavación. Como demuestra la investigación realizada, en la mayoría de los casos ∆ S1 y ∆ S2 no son iguales y tienen diferencias considerables. Los trabajos experimentales para determinar los valores de ∆ S1, ∆ S2 y ∆ , se realizaron en distintas minas de la Unión de Empresas del Níquel, con diferentes condiciones minerogeológicas en sectores experimentales de 80 m de longitud a ambos lados del frente de excavación, a intervalos de 5 metros. En los planos, a intervalos de 5 m se trazaron secciones transversales para medir las ordenadas b1, b2, b3 ........bn-1 (fig. 2.4). Para cada sección se calcularon las áreas de las figuras ABCA y EFGE y luego los valores de: ∆ S 1 = S abcd - S acd ......................................................................................................( 2.28 ) S abcd = S acd = b1 b1 + b2 b2 * h1 + * h2 +...+bn-1 + * hn-1 2 2 2 bn *h 2 Análogamente se determinó ∆ S2 para la siguiente posición del talud. En cada sector experimental se determinaron las áreas ∆ S1, ∆ S2, ∆ y las medias aritméticas 34 �∆ S1 media, ∆ S2 media y ∆ media. ∆ media = [ ∆i ] ..............................................................................................................( 2.29 ) n La magnitud ∆ media se puede analizar como las diferencias entre las áreas de la sección transversal vertical del frente de excavación, obtenidas en los taludes linearizado y real respectivamente. La dispersión de los valores de ∆ i con respecto a ∆ media, se determinó como la desviación medio cuadrática. M∆ = ± [( ∆i - ∆ media )2 ] ........................................................................................( 2.30 ) n-1 Donde: n - cantidad de secciones al determinar ∆ media, donde el error del valor medio de la diferencia ∆ media es ∆ M media = ∆ M/n Todos estos resultados aparecen en la tabla 2.5 donde se observa que el valor medio de ∆ S1 y ∆ S2 tienen diferentes magnitudes. La diferencia de los volúmenes del frente de excavación determinado en los taludes linearizado y real respectivamente, es [35]: V = Vg - VR ..........................................................................................................................(2.32) Donde: Vg - volumen linearizado del talud VR - volumen real del talud Como:V = [ ( S1+ Sn ) + S 2 + S 3 +..+ S n-1 ]* a 2 35 �entonces: ∆ v = ( ∆1 + ∆ n + ∆ 2 + ∆ 3 +...+ ∆ n-1 )* a 2 Supongamos,que, ∆1 + ∆ n = ∆1 ,entonces, 2 ∆v = a * ( ∆1 + ∆ 2 + ∆3 + ...+ ∆ n-1 )......................................................................( 2.32) Al dividir y multiplicar a (2.32) por n-1, se obtiene que ∆V = a* n - 1 ( Σ∆ ) n -1 Donde: Σ∆ = ∆ media a(n-1)=L -longitud del frente de excavación. Donde: mvo = ∆V = ∆ media * L El error relativo de determinación del volumen del frente de excavación se determinó por la siguiente relación: MVo = ∆ media .............................................................................................................( 2.33 ) S Donde: S- área media de la sección transversal del frente de excavación. 36 �Tabla 2.5 Determinación de los errores por la irregularidad de los perfiles de los taludes YACIMIENTO FRENTES ∆S1; m² ∆S2; m² ∆media ∆V; m3 Mvo % Punta Gorda 1 9.54 11.56 -2.02 323.2 2.36 Punta Gorda 2 7.63 11.44 -3.31 609.6 3.56 Punta Gorda 3 5.69 9.56 -3.87 619.2 3.64 Moa 1 9.24 14.96 -5.72 192.0 4.07 Moa 2 8.5 11.00 -3.52 563.2 0.06 Moa 3 7.48 8.31 0.120 915.3 10.6 De la tabla 2.5 se observa que los errores del volumen por la influencia de la configuración del talud son causados por la variabilidad de la forma de la superficie del talud y no por distancia entre los puntos. En investigaciones antes realizadas en las minas de Cobre, Hierro, Manganeso y otros, en la antigua URSS, Checoslovaquia, Alemania, Afganistán, no se hace un análisis de la influencia de este tipo de error, por la forma casi recta que deja el perfil del talud y su poca influencia en el cálculo de volumen (<1%) , pero en estos yacimientos, donde el perfil del talud forma una concavidad pronunciada (fig.2.4) el autor propone se consideren todos los errores obtenidos (>3%). Se realizó un análisis con el objetivo de obtener una ecuación para representar el perfil del talud del escalón. Fueron ubicados varios puntos en la curva que forma el perfil (fig.2.4), pero sucede que la ecuación obtenida del tipo Y=ax2 no puede ser considerada porque, en primer lugar, todos los perfiles son diferentes debido a las condiciones minero-geológicas y a la tecnología de extracción. Se debe señalar que destacar que todas estas curvas fueron bien ajustadas por el método de los mínimos cuadrados. Este problema puede ser resuelto con la introducción de una técnica nueva, el distanciómetro electrónico sin el uso de reflectores (Dior, Wild, y el Rec Elta de la Karl Zeiss ). La utilización de esta técnica permite al minero obtener una información del paramento más objetiva, lo que es muy importante para los sectores de difícil acceso para el hombre por las condiciones de seguridad (irregularidad de los fondos minados, taludes y contornos producidos por la tecnología de extracción). 37 �La aplicación de este equipo electrónico en la minería contribuye a la elevación de la precisión de los resultados. Este equipo permite crear en las minas la red de puntos de la base de levantamiento topográfica. La determinación de las coordenadas de los puntos de esas redes con la exactitud necesaria es posible solamente con una fuerte elaboración matemática de las mediciones y la utilización de los esquemas de construcción que garantizan la elevación de la precisión de la red. Los puntos de detalle se miden sin necesidad de poner miras, por lo que se puede utilizar no solamente para determinar los contornos de los bordes de los escalones, sino también para determinar la concavidad que forma el talud. El nuevo taquímetro universal del tipo Rec Elta RLR ofrece métodos de medición sumamente económicos debido al módulo rápido de medición de impulsos que permite la medición de distancias sin reflector. Estos distanciómetros ( DIOR) permiten medir una distancia máxima de 2000 m con un error medio cuadrático en la medición de la distancia de 1 cm en todo su diapasón, y en la medición de la dirección 3 cc . Las ventajas que ofrece esta novedosa técnica son las siguientes: - Posibilidad de medir distancias sin el uso de reflectores. - Mayor precisión en la realización de los trabajos. - Menor costo en la realización de los trabajos. - Mejor cumplimiento con las reglas de seguridad (al no usar portamiras se evita el riesgo de caída por el talud). - Mayor rapidez en la ejecución del levantamiento. - Posibilidad de regulación de los errores de cálculo de área, ploteo de los puntos en el plano e irregularidad del talud. - Se puede realizar el levantamiento en condiciones hidrogeológicas desfavorables. En este caso, los errores por la irregularidad de los perfiles de los taludes se reducen al mínimo. 2.5 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE LA POSICION DEL PUNTO EN EL LEVANTAMIENTO TAQUIMETRICO Los errores de la posición de los puntos durante el levantamiento taquimétrico surgen a causa de los errores de la medición de los ángulos y distancias. La magnitud de estos errores fue investigada por diferentes autores [34] y es de ± (0.30 - 0.40) m. 38 �Estos datos fueron obtenidos por una investigación realizada por VNIMI (centro de investigación de topografía, Rusia). El error medio de la posición del punto en la dirección del contorno del borde se obtuvo para longitudes de rayos visuales de 20 - 240 m y fue de ± 0.30 m. El error del área de la sección horizontal del frente de excavación a causa de los errores de la posición de los puntos del levantamiento es: ms t = ± mT * 2ah .........................................................................................................( 2.34 ) Donde: mT - error de la posición del punto en la dirección al contorno del borde; h - altura media. El error del volumen del frente teniendo en cuenta las secciones horizontales en los bordes superior e inferior es igual a: mvT = ± mT * h * aL .....................................................................................................( 2.35 ) y en unidades relativas: M vT = ± mT * a .........................................................................................................( 2.36 ) d L El error del volumen del frente a causa de los errores de la posición de los puntos en la altura es: mv h = ± (m H ) n * S......................................................................................................( 2.37 ) en unidades relativas: mv h = ± (m H ) h n .............................................................................................................( 2.38 ) Donde: mH - error de la posición del punto en el plano vertical. Esta magnitud ya fue investigada por otros autores [34], [35] y fue de ± 0.1 m; 39 �n - número de puntos para la determinación de la altura media de un borde. El error relativo total de determinación del volumen a causa de los errores de la posición de los puntos es igual a: M v T, h = ± 2 m 2 T * a + m H ......................................................................................( 2.39 ) d 2 * L n* h2 En la fórmula (2.39) se ve que el error de determinación del volumen del frente depende no solamente de la magnitud mT y mH, sino de la distancia entre puntos, longitud y ancho del frente. En la tabla 2.6 se muestran los errores medios de determinación del volumen a causa de los errores de la posición de los puntos para diferentes minas a intervalo de 10, 20 y 40 m. Tabla 2.6 Errores medios de determinación del volumen causados por los errores de la posición de los puntos a intervalos de 10, 20 y 40 metros para diferentes yacimientos Yacimientos Punta Gorda Moa Parámetros a=10 a=20 a=40 msT, m2 4.1 5.8 8.2 mvT , m3 79.33 112.2 158.67 MvT , % 0.16 0.22 0.37 mvh , m3 127.73 171.39 221.06 Mvh , % 0.25 0.34 0.44 MvTh , % 1.10 1.16 1.25 msT , m2 5.24 7.41 10.49 mvT , m3 129.65 163.6 259.3 MvT , % 0.18 0.26 0.36 muh , m3 110.37 148.35 191.34 Mvh , % 0.15 0.21 0.27 MvTh , % 0.73 0.80 0.92 40 �Estos errores disminuyen su valor con la utilización de instrumentos topográficos de medición de mayor precisión y también con la ubicación de los puntos del relieve a una menor distancia. 2.6 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE UBICACION DE LOS PUNTOS EN EL PLANO La determinación de los volúmenes de extracción de masa minera se realiza a base de la documentación gráfica obtenida de los materiales del levantamiento topográfico. Sin embargo la representación de los puntos en el plano se puede determinar por la siguiente fórmula: 2 2 m H i = ± (m H β i cos ∝i ) + (m H li sin ∝ i ) .................................................................( 2.40 ) Donde: mHβi y mHli - errores de la determinación del punto a causa de los errores de construcción del ángulo y de la distancia acumulada; ∝ i - ángulo formado entre el rayo visual y la dirección del borde, grados La magnitud m H β i depende de la exactitud del transportador utilizado y de la distancia li del instrumento hasta el punto y es de: mH βi = ±mβi * li ρ ........................................................................................................( 2.41 ) El error medio mβ en base al estudio de los trabajos publicados e investigados [34] es de ± 10 minutos, de aquí: m H β i = ±0.003 l i ......................................................................................................( 2.42 ) El error medio de la distancia acumulada mHl es igual a ± 0.25 mm, o sea: mHli = ±0.00025M.................................................................................................................(2.43) Donde: M - denominador de la escala del plano. 41 �Los errores del ploteo de los puntos fueron calculados para diferentes minas a escala 1:250 situando el taquímetro del borde a las distancias de 10, 20, 30, 40 y 130 m. Tabla 2.7 Errores de ubicación de los puntos en el plano para el yacimiento Punta Gorda (mHβicosα)2 (mHβi senα)2 α li mHβi mHli 1 119.30 10 0.03 0.062 0.0002 0.003 0.06 2 135.52 20 0.06 0.062 0.002 0.0009 0.06 3 151.30 30 0.09 0.062 0.006 0.0009 0.08 4 174.10 40 0.12 0.062 0.010 0.006 0.13 5 198.20 50 0.15 0.062 0.020 0.02 0.20 6 212.15 60 0.18 0.062 0.020 0.001 0.14 7 222.15 70 0.21 0.062 0.020 0.002 0.11 8 241.12 80 0.24 0.062 0.010 0.003 0.11 9 256.50 90 0.27 0.062 0.004 0.004 0.09 10 272.59 100 0.30 0.062 0.0002 0.003 0.06 11 281.30 110 0.33 0.062 0.004 0.004 0.09 12 298.10 120 0.36 0.062 0.03 0.003 0.18 13 312.12 130 0.39 0.062 0.007 0.002 0.09 N° Suma mH = Σm H i n = mHi 1.40 1.40 = ±0.33 13 42 �Tabla 2.8 Errores de determinación del volumen en el yacimiento Punta Gorda Error determinación. a=10 a=20 a=40 mvH , m3 29.83 42.19 59.63 MvH , % 0.15 0.21 0.29 Tabla 2.9 Errores de ubicación de los puntos en el plano para las condiciones del yacimiento Moa α N° li mHβi mHli (mHβicosα)2 (mHβi senα)2 mHi 1 140.15 10 0.03 0.06 0.0005 0.002 0.05 2 152.12 20 0.06 0.06 0.003 0.0008 0.06 3 168.20 30 0.09 0.06 0.008 0.0002 0.28 4 176.35 40 0.12 0.06 0.01 0.0001 0.10 5 184.40 50 0.15 0.06 0.02 0.00004 0.14 6 198.43 60 0.18 0.06 0.03 0.0004 0.17 7 220.18 70 0.21 0.06 0.02 0.002 0.15 8 236.15 80 0.24 0.06 0.02 0.003 0.15 9 254.30 90 0.27 0.06 0.005 0.004 0.09 10 271.42 100 0.30 0.06 0.00008 0.004 0.06 11 298.50 110 0.33 0.06 0.020 0.005 0.16 12 50.30 120 0.36 0.06 0.005 0.002 0.23 13 75.42 130 0.39 0.06 0.009 0.004 0.11 suma 1.75 43 �mH = 1.75 = ±0.37 13 Tabla 2.10 Errores de determinación del volumen en el yacimiento Moa Error de determinac. a=10 a=20 a=40 mvH , m3 69.88 98.83 139.77 MvH , % 0.16 0.22 0.32 El error del volumen del sector elemental entre los puntos adyacentes, para las secciones superior e inferior será: mvi = ± m H i * a * h...................................................................................................( 2.44 ) El error de todo el volumen del frente es: mv H = ± m2 H 1 * a 2 h2 + m2 H 2 * a 2 h 2 +...+m2 H n * a 2 h 2 = ± a 2 h 2 (m 2 H 1 + m 2 H 2 + ...+ m 2 H n ) ..............................................................( 2.45 ) Si se multiplica y se divide la expresión (2.45) por h² tenemos que: mv H = ± mH n * L * h..............................................................................................( 2.46 ) 44 �Donde: mH- error medio cuadrático de la ubicación de los puntos en el plano. mH = ± m12 + m22 + ...+ mn2 .......................................................................................( 2.47 ) n La expresión mH/ n representa el error medio de la posición del contorno levantado del borde con longitud Li producto a la ubicación de los puntos en el plano. Al sustituir en la fórmula (2.46) h = L/a, se obtiene la expresión del error del volumen del frente: mv H = ± m H * h a * h .............................................................................................( 2.48 ) M vH = ± mH a L* d ........................................................................................................( 2.49 ) Se analiza como varía la relación mH/ n al variar L. Para los planos a escala 1:250 el error medio cuadrático comenzando con L = 80 m aumenta, pero como L también aumenta, entonces la relación prácticamente no varía. Por eso al tomar el valor medio mH/ L = 0.037 y 0.041, la fórmula (2.49) se puede escribir: M vH = ±0.02 * a * 100,%...................................................................................( 2.50 ) d La fórmula (2.50) se obtuvo para los planos a escala 1:250 teniendo en cuenta que el error relativo de determinación del volumen del frente provocado por los errores de ubicación de los puntos en el plano no depende de la longitud del frente, de la distancia entre puntos y del ancho del frente. El análisis de los errores de ubicación de los puntos en el plano muestra que a pesar de las magnitudes considerables, su influencia en la exactitud de determinación del volumen no es 45 �sustancial en comparación con otras fuentes de errores, por lo que no se pretende cambiar la metodología de ploteo de los puntos en el plano. Estos errores se atenúan al dibujar el plano en la computadora, permitiendo eliminar el semicírculo y la regla. En este caso, los valores de los errores se minimizan. 2.7 INFLUENCIA DE LOS ERRORES DE MEDICION DE AREAS En la determinación de los volúmenes de masa minera extraída, las áreas se calculan por el método del planímetro el cual posee una gran sencillez y alta productividad. El error mayor que se puede cometer con el planímetro es el que se produce cuando el operador no sigue con exactitud el perímetro de la figura con el punzón trazador, Independientemente del cuidado y destreza del operador, cuanto más pequeña sea la superficie que se mide, mayor será s el error relativo de la medición. Por esta razón es conveniente que la figura se dibuje a escala apropiada a la precisión con que se quiere medir el área, ordinariamente las mediciones de pequeñas superficies con planímetro tienen una precisión de 1% y tratándose de superficies de mayor tamaño, la precisión puede ser de 0.1, ó 0.2%, [46]. En general una superficie medida directamente por la diferencia entre lectura inicial y final de un planímetro, puede expresarse por tres cifras significativas. Las áreas deben medirse con una aproximación de 0.01 cm2. Además de la determinación de áreas pequeñas, hay que acortar la magnitud del brazo trazador hasta 6-10cm. La diferencia de las lecturas que se le determinan al área de un mismo sector, no puede superar las siguientes magnitudes: - Hasta dos divisiones en áreas hasta 50 cm2; - Tres divisiones en áreas hasta 50-200 cm2; - Cuatro divisiones en áreas mayores de 200 cm2. Es bueno señalar que durante la determinación del área en el plano por los métodos gráficos, mecánico y de plantilla, los mayores errores surgen a causa de la deformación del papel. La deformación lineal del papel de alta calidad conservado por largo tiempo es de 1:500 1:400 y las de menor calidad 1:200 - 1:150. prácticamente no se deforman aquellos papeles que se fijan a una base sólida. 46 �Las principales fuentes de errores que influyen sobre los resultados de las mediciones del área son los errores instrumentales, los errores de representación de los contornos en el plano (durante su confección), los errores de trazados y lectura, la inexactitud en la determinación de la constante del planímetro, la configuración de los contornos, etc. Con el objetivo de demostrar cuan importante es considerar la influencia de estos errores en el cálculo de volumen se realizó un extenso trabajo experimental en los yacimientos estudiados (Moa y Punta Gorda), en las cuales se determinaron las áreas a diferentes frentes de excavación con distintas longitudes y ancho para los planos 1:250 (ver tablas 2.11. La fórmula que se utilizó fue la del profesor W. Jordan. ∆S = ±0.0002M S ...................................................................................................( 2.51 ) Donde: M - denominador de la escala del plano; S - área de la sección; ∆ S - error del área calculada con el uso del planímetro. La determinación de los errores del planímetro se hizo en comparación con las áreas obtenidas por los métodos mecánico y el analítico. En la tabla 2.11 se muestra la suma de los errores de las áreas calculadas para diferentes intervalos de distancia. Como se puede apreciar, según aumenta el intervalo entre secciones, las áreas aumentan y por consiguiente el error relativo disminuye. 47 �TABLA 2.11 Cálculo del error del área para diferentes intervalos de distancia en secciones verticales en el yacimiento Moa a=10 A=10 a=20 a=20 a=40 a=40 Sp (m2) ∆ s(m2) Sp (m2) ∆ s(m2) Sp (m2) ∆ s(m2) 70.81 0.42 70.81 0.42 70.81 0.42 100.74 0.5 114.76 0.54 140.01 0.6 114.76 0.54 140.01 0.6 114.12 0.53 159.6 0.65 70.47 0.42 148.45 0.61 140.01 0.6 114.12 0.53 149.77 0.61 97.34 0.5 125.03 0.56 total total 70.47 0.42 148.45 0.61 623.16 2.77 110.62 0.5 139.59 0.58 104.12 0.53 149.73 0.61 84.6 0.46 Total total 125.03 0.56 1073.41 4.88 137.08 0.58 148.45 0.61 133.05 0.58 139.99 0.59 166.68 0.64 149.77 0.61 total 2063.42 total 9.27 Donde: Sp – Area medida con el planímetro; ∆S – Error del área. 48 �TABLA 2.12 Influencia del error del área en el cálculo de volumen para el yacimiento Moa Yacim. ∆S A d (m2) (m) Intervalo L mvp Mvp (m) (m) (m3) (%) P. Gorda a=10 11.77 9.35 67.7 80.0 110.04 0.22 P. Gorga a=20 8.77 9.35 67.7 80.0 82.00 0.16 P. Gorda a=40 5.86 9.35 67.7 80.0 54.75 0.11 Moa a=10 9.27 15.28 58.6 80.0 741.6 1.03 Moa a=20 4.55 15.28 58.6 80.0 364.0 0.51 Moa a=40 2.27 15.28 58.6 80.0 181.6 0.25 Donde: Mvp y Mvp – errores medio cuadrático y relativo del cálculo de volumen influenciados por el error del área. Hay que destacar que en la mina Moa se miden áreas con el planímetro menores de 9 cm2, alcanzando errores sustanciales. Según los resultados de las mediciones obtenidas en la tabla 2.13, se muestra que estas áreas muy pequeñas no deben medirse con los planímetros polares ordinarios, ya que resultan muy inexactas sus mediciones y cuanto mayor sea la escala del plano más precisa ésta será. TABLA 2.13 Cálculo de área con el planímetro ∆S µ -0.2 0.83 1.20 100.0 0.00 1.00 1.00 276.3 277.6 -1.3 1.67 0.60 20x20 395.8 400 -4.2 2.0 0.50 5 33x33 1105.3 1110.9 -4.6 3.33 0.30 6 40x40 1580 1600 -20.0 4.0 0.25 7 50x50 2479.2 2500 -20.8 5.0 0.20 8 66x66 4424.3 4443.6 -19.3 6.67 0.15 9 100x100 9930.0 10000 -70.0 10.0 0.10 Número Dimensión Sp SR Sp - SR 1 8.3x8.3 68.7 68.9 2 10x10 100.0 3 16x16 4 49 �Donde: Sp – área medida con el planímetro; SR – área real; µ - error relativo del cálculo de área. Conociendo que en la exactitud del cálculo de área ∆ S/S es menor que 1:200, las áreas hasta 400 m2 a escala 1:500 alcanzan una precisión de 1/200 y de ahí para abajo no cumplen con este requisito, es decir, se hacen no permisibles. En la tabla también se observa que en la medida que aumenta el área, disminuye el error relativo, esto argumenta el aumento de la escala del plano para calcular volumen. En la minería existen momentos en que se calculan áreas muy pequeñas (en el caso de los perfiles), esto trae como consecuencia que aumenten los errores en el cálculo. Estos errores se eliminan al calcular el área por computadora. En el caso del yacimiento Punta Gorda, las áreas se miden por el método de las cuadrículas (la precisión que se obtiene es similar a la del planímetro) y luego se introducen en la computadora para calcular el volumen. 2.8 ERROR TOTAL DE DETERMINACION DEL VOLUMEN DEL FRENTE DE EXCAVACION EN EL LEVANTAMIENTO TAQUIMETRICO El error medio cuadrático de determinación del volumen del frente de excavación o del bloque en relación con la investigación realizada es igual a: 2 2 2 2 2 2 M v = ± M vc + M va + M vo + M vt + M vh + M vp ............................................................( 2.52 ) Donde: Mvc - error de la posición de los puntos en la red de levantamiento; Mva - error de determinación de los contornos de los bordes superior e inferior de los escalones; Mvo - error por la irregularidad de los perfiles de los taludes; Mvt - error de la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico; Mvh - error de ubicación de los puntos en el plano; Mvp - error de medición de áreas. 50 �De acuerdo al análisis realizado en los yacimientos Punta Gorda y Moa , como se puede observar en la tabla 2.14, los errores en la posición de los puntos en la red de levantamiento surgen debido a la insuficiente construcción de la red de puntos de apoyo en el yacimiento. Los errores en la posición de los puntos del levantamiento taquimétrico en el yacimiento Punta Gorda son mayores que en el yacimiento Moa, ya que las cotas en los puntos se le da a través de la nivelación trigonométrica con menor exactitud que la nivelación geométrica. También se puede observar que los errores de linearización de los contornos de los bordes superior e inferior de los frentes de excavación surgen debido a las condiciones minerogeológicas y a la tecnología de extracción, y la magnitud de estos depende ante todo de la distancia entre puntos y de la ubicación correcta del punto en la parte quebrada donde hace el cambio de dirección el contorno del borde. Los errores de linearización de los taludes de los frentes de excavación también surgen debido a la tecnología de extracción y dependen de la variación de la forma, altura y ángulo de inclinación del talud y de la ubicación del punto en la parte característica donde se produce el cambio de inclinación del talud, y no de la distancia entre puntos en el levantamiento. Los errores de la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico surgen debido a los errores en la mediciones angulares y lineales cuando estos son muy grandes y trae consigo desplazamiento sistemático de los contornos. Los errores de ubicación de los puntos en el plano se deben a los errores que se cometen durante la ubicación de los puntos debido a la inexactitud de los materiales utilizados, longitud de la distancia medida y escala del plano. TABLA 2.14 Resumen de los errores de determinación del volumen de masa minera extraída en diferentes yacimientos antes del perfeccionamiento Yacim. Mvc Mva Mvo MvT MvH Mvp Mv 1 2 3 4 5 6 7 P. Gorda 1.87 1.17 2.36 1.10 0.15 0.11 3.42 P. Gorda 1.87 2.30 3.56 1.16 0.21 0.16 4.78 P. Gorda 1.87 4.67 3.64 1.25 0.29 0.22 6.34 Moa 1.97 1.35 4.07 0.73 0.16 0.25 4.78 Moa 1.7 2.7 0.06 0.80 0.22 0.51 3.48 Moa 1.97 5.4 10.6 0.92 0.32 1.03 12.1 51 �Con relación a las investigaciones realizadas sobre la exactitud de determinación de los volúmenes, se estableció que el levantamiento taquimétrico no garantiza la determinación de los volúmenes de mineral extraído con la exactitud necesaria durante la extracción de las lateritas con excavadoras con frentes de extracción mayores de 20 m de ancho, sobrepasando así el límite permisible (2.5%). 2.9 APLICACIÓN DE LA CARTOGRAFIA DIGITAL ( MODELO DIGITAL DEL TERRENO, MDT). Hasta hace pocos años la confección de mapas topográficos operativos se realizaba por métodos manuales y en el mejor de los casos semiautomáticos tanto en Cuba como en otros países; a partir de los años 50, con el desarrollo de las técnicas informáticas se fueron automatizando paulatinamente estas tareas y con el surgimiento y generalización del uso de microcomputadoras surgieron programas (software) capaces de generar todo tipo de mapas a partir de ciertos datos, con un alto nivel de confiabilidad, gran calidad y en muy poco tiempo. La cartografía digital (en lo concerniente a modelo digital del terreno) se introduce en estos yacimientos a partir de 1992 (con fines investigativos). Después del año 1997 se comienzan a dar los primeros pasos para su aplicación en la planificación minera. El modelo digital del terreno es un conjunto de elementos formados por la información topográfico-geodésica del terreno y las reglas para su transformación. Representa un conjunto de puntos del terreno con coordenadas espaciales conocidas y simbologías digitales condicionales, que aproximan la superficie real del terreno con su objeto y condiciones naturales. El modelo digital del terreno (MDT) y el modelo digital de elevación (MDE) se aplican en la minería para conocer la forma del frente de explotación, construcción de caminos, cálculo de volumen de mineral extraído, etc. Para la determinación de la forma de la superficie del campo minero fueron utilizadas diferentes expresiones de polígono de exponentes elevados. En el proceso de resolución, con la utilización de los puntos con coordenadas conocidas situados en los límites del contorno minado de cada forma homogénea, se creó un sistema de ecuaciones en las cuales los coeficientes desconocidos deben satisfacer la condición de garantizar la superficie de puntos ubicados en sus límites. Esta ecuación de la superficie de cada sector homogéneo se expresa por la siguiente fórmula: 52 �{a0 + a1x1 + a2y1+ a3x21 + a4x1y1 + a5y21 + a6y31 + a7x1y1 + a8x2y31 + ..................+ akyn1 = Z1 a0 + a1x2 + a2y2 +a3x22 + a4x2y2 + a5y32 + a6x32 + a7x22y2 + a8x2y22 + a9y32 +.........+akyn2 = Z2 ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ ........................................................................................................................................ a0 + a1xm + a2ym + a3x2m + a4xmym + a5y2m + a6x3m + a7x2mym + a8xmy2m + a9y3m +..........+akynm = Zm}. Donde: n- exponente del polinomio; m- cantidad de ecuaciones (cantidad de puntos de partida); k- cantidad de coeficientes desconocidos del polinomio. La cantidad de coeficientes desconocidos debe ser igual o menor a la cantidad de ecuaciones: k ≤ m. Después de obtener los valores de los coeficientes del polinomio se sitúan en la línea del polinomio con las coordenadas planas (Xi, Yi) del punto determinado, Se calcula su cota. De esta manera se hallan las alturas de cualquier punto del terreno que se encuentre en su superficie en los límites del sector que se analiza. Considerando los valores tan exagerados obtenidos en el cálculo de los errores que influyen en la determinación del volumen cuando se utiliza el levantamiento taquimétrico (Yacimiento Punta Gorda, Mv = 4.8%, Yacimiento Moa, Mv = 6.8%) se decide aplicar el MDT y el MDE para poder minimizar la influencia de estos errores. Con la aplicación del MDT a los frentes de extracción se logra minimizar los errores por la ubicación de los puntos en el plano y los del cálculo de área, no pudiéndose determinar los demás errores debido a que el Surffer, Topoceiss y otros, (con ellos se crea el MDT) no poseen las herramientas para determinar la cuantía de estos errores. El error de determinación del volumen de masa minera extraída en diferentes yacimientos después del perfeccionamiento que incluye entre otras cosas la aplicación del MDT en estos yacimientos de complejas estructuras de yacencia se reduce a lo siguiente (ver tabla 2.15): 53 �TABLA 2.15 Resumen de los errores de determinación del volumen de masa minera extraída en diferentes yacimientos después del perfeccionamiento (con la aplicación del modelo digital del terreno ( MDT). Yacim. Mvc Mva Mvo MvT MvH Mvp Mv 1 2 3 4 5 6 7 8 P. Gorda 0.87 0.75 - 1.17 - - 1.64 Moa 1.00 0.74 - 0.82 - - 1.50 Con un modelo maqueta construido a través de una simulación en computadora aplicando el método Spline Cúbico natural Iterado [ 57 ], se logró calcular el volumen y compararlo con el real, determinado por el Surfer [ 88 ], Volumoa [ 56 ]. El error obtenido durante la comparación de ambos modelos fue de: MvModelo = 0.29%. Entonces el error total del cálculo de volumen (MvT ), considerando los errores de campo (MvC ) antes determinados (ver tabla 2.15) y los del modelo (MvM ) se obtiene por la siguiente fórmula: M vT = ± M 2 vC + M 2 v M ...................................................................................................(2.53) Para el yacimiento Punta Gorda: M vT = ± (1.64) 2 + (0.29) 2 = 1.66% Para el yacimiento Moa: M vT = ± (1.50) 2 + (0.29) 2 = 1.53% Hasta aquí se ha abordado la influencia de estos errores en el cálculo de volumen, permitiendo disminuirlos al aplicar las medidas de perfeccionamiento a 1.53%, en el caso del yacimiento Moa y 1.66% en el yacimiento Punta Gorda. En nuestro trabajo se analizó también la posibilidad de aplicación de los sistemas de posicionamiento global (GPS) que en nuestra minería vendría a resolver un gran problema relacionado no solamente con la precisión, sino también con la efectividad de realización de los trabajos topográficos mineros y la disminución de los cotos. Este sistema lógico GPS Survey se aplica en una gran cantidad de casos en la minería mundial, por el momento en estos yacimientos lateríticos se está usando muy limitadamente. Indudablemente, durante la última década, el avance tecnológico más importante en topografía ha sido la creación del sistema de posicionamiento global (GPS), una constelación 54 �de 24 satélites dedicados a la navegación y posicionamiento, venciendo las limitaciones lógicas inherentes al empleo de los sistemas topográficos basados en tierra. Los productos basados en el GPS han revolucionado la manera en que los topógrafos realizan sus trabajos geodésicos o fotogramétricos. El sistema lógico GPS Survey se puede usar, aproximadamente, para suplementar el trabajo topográfico GPS realizado en tiempo real, por ejemplo, para determinar líneas bases de más de 10 km, o para obtener coordenadas aún con mayor precisión, en trabajos de apoyo fotogramétrico, especialmente si se trata de grandes líneas bases, para el levantamiento de los frentes mineros de extracción. El Lógical GPS Survey es un conjunto completo de módulos, todos ellos corriendo sobre Windows, diseñados para el tratamiento, en posprocesado de los datos de GPS. Sus diversas funciones incluyen la planificación y análisis gráfico de las misiones (el módulo de alerta), el posprocesado automático y/o manual de las líneas bases, el cierre gráfico, la transferencia de datos a los sistemas lógicos topográficos y a los colectores de datos ya en uso, la exportación de coordenadas, la creación de informes de datos procesados para su inclusión en el proyecto en cuestión y el ajuste de la red geodésica mediante el nódulo Trimnet plus, probado en el tiempo y homologado por las autoridades geodésicas del país de origen. En esta investigación fue analizado también el método de levantamiento fotogramétrico terrestre para valorar la influencia de estos errores en el cálculo de volumen, no pudiéndose llegar a conclusiones importantes, por que según Rodiles y Chivúnishev, 1986, [ 72] este tipo de levantamiento no puede aplicarse en los yacimientos lateriticos para calcular volumen de extracción por la cantidad de zonas muertas que se obtienen. Un resultado positivo dio este método de levantamiento al ser aplicado a la determinación de los volúmenes de escombro removido en el yacimiento Moa. Con los resultados antes elaborados se obtuvo la metodología que se describe a continuación para la toma de los datos iniciales para calcular volumen. 55 �PROPUESTA DE NUEVA METODOLOGIA PARA LA OBTENCION DE LOS DATOS INICIALES PARA CALCULAR VOLUMEN. Considerando que en estos yacimientos lateriticos no existe ninguna metodología para calcular volumen que tenga en cuenta los errores topográficos cuando se aplica el método de levantamiento taquimétrico, proponemos se aplique la siguiente metodología propuesta por el autor de la tesis. I.. Sobre la toma de los datos iniciales para calcular volumen. 1.1 Realizar el control sistemático de la extracción fundamentado en la red topográfica de apoyo. Debe existir una red de apoyo densificada y ajustada en la cual se basará el levantamiento para el control de la extracción mensual. 1.2 La determinación de los puntos de la red de levantamiento se recomienda realizar con distanciómetros electro-ópticos, empleando los métodos de microtriangulación , intersecciones, poligonales con teodolito, cumpliendo las instrucciones técnicas de Geocuba. 1.3 Los puntos de mira para la determinación del contorno de los bordes superior e inferior de los escalones deben ubicarse cada 10 m aproximadamente, para poder obtener el error mínimo. Deben ubicarse puntos en la parte quebrada donde el contorno del borde hace cambio de dirección. 1.4 La distancia máxima del instrumento a la mira en estos levantamientos de contornos blandos y sometidos a derrumbe y deslizamiento debe reducirse a 66 m. 1.5 Se deben determinar como mínimo tres puntos en la concavidad que forma el talud para minimizar el error del área que influye en el cálculo de volumen. 1.6 Las áreas menores de 400 m2 a escala 1:500 no deben medirse con planímetro, porque disminuye considerablemente su precisión (menor que 1/200). 1.7 Los frentes de explotación para la extracción de las lateritas deben ser mayores de 20 m. Con ello se asegura que el levantamiento taquimétrico garantice la determinación del volumen con la exactitud necesaria. 1.8 Los errores medio cuadráticos de la posición de los puntos del levantamiento no deben superar la magnitud de ± 0.06 m para ancho del frente de 33 m. 1.9 Los datos obtenidos deben ser filtrados para poder determinar la ley de distribución de las cotas altimétricas. 1.10 Realizar el perfeccionamiento constante de los trabajos topográficos mineros con el objetivo de elevar la precisión en el cálculo de volumen. 56 �II. Sobre la determinación de los errores que influyen en el cálculo de volumen. 2.1 Los errores de la posición de los puntos en la red de levantamiento deben considerar la irregularidad de la forma de los frentes de explotación, su influencia en el cálculo de volumen quedará representada por: M v = ± m 2 vc + m 2 vo Donde: mvc – error por la posición del punto en la red de levantamiento; mvo – error por la irregularidad de la forma del frente de extracción. 2.2 El error por la posición del punto en la red de levantamiento quedará afectado por el ancho del frente de explotación, de manera que con el aumento del ancho del frente, disminuye este error. m vc = ± m!c d 2.3 Los errores de determinación de los contornos de los bordes de los escalones deben ser analizados a través de la representación de los contornos por más de tres puntos y no por tres. 2.4 El error por la irregularidad de los perfiles de los taludes debe considerarse solamente en el caso cuando las diferencias entre las áreas de los perfiles real y linearizado sea mayor o igual 1, es decir, ∆S1 - ∆S2 ≥1. 2.5 El error de determinación de los contornos de los bordes de los escalones debe contemplar su carácter, representado a través del coeficiente de irregularidad (K). 2.6 El coeficiente que representa el carácter del contorno debe oscilar entre 0.50 – 0.65, cuando los puntos de mira sean cada 10 m. 2.7 La forma de la superficie de los escalones se determina con la aplicación del taquímetro electrónico sin uso de reflectores, siempre y cuando se cumpla la condición de que, ∆S1 - ∆S2 >1. 2.8 La distancia del instrumento a la mira cuando se determinan los errores por la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico debe aumentarse hasta 250 m. No se produce alteración del error permisible del cálculo de volumen. 2.9 Cuando se midan distancias mayores de 100 m, las lecturas deben redondearse hasta los centímetros, con dos cifras significativas. 57 �2.10 Los errores de ubicación de los puntos en el plano y los de cálculo de área son eliminados al aplicar el modelo digital del terreno (MDT). 2.11 Los errores de la representación de los contornos que influyen en el cálculo de volumen en estos yacimientos deben considerar la irregularidad del contorno (K). 2.12 El error medio cuadrático del volumen debe determinarse por las siguientes fórmulas: mvs = K *a*h* L 3 ,m 2 y comprobarlo a través de la siguiente fórmula: mvs = ms * h 3 ,m 2 En ambas fórmulas se deben obtener resultados idénticos. En unidades relativas: M vs = K *a * 100;% d* L III. Sobre la aplicación de taquímetro electrónico universal. 3.1. El levantamiento debe realizarse desde el punto más alto del frente de extracción para asegurar la mayor visibilidad posible. 3.2. Realizar las mediciones en forma radial de manera tal que abarque la mayor parte del sector a levantar ( en forma de estaciones totales). 3.3. Lograr la perpendicularidad entre la superficie del objeto que se levanta (superficie del talud) y el de la visual del instrumento, ello posibilitaría mayor precisión en la determinación de las coordenadas de los puntos. 3.4. Introducir las coordenadas del punto donde se ubica el instrumento. 3.5 Realizar el procesamiento de la información con la utilización de algún software especializado. IV. Sobre la confección automatizada de planos topográficos (cartografía digital). 4.1. Análisis de la fiabilidad de los datos de entrada. Se relaciona con el análisis de los errores técnicos y reales de las mediciones de las variables que se consideran en función de los métodos que se usarán para procesar estos y para desarrollar los cálculos. A esto se refiere esencialmente nuestro trabajo. 4.2. Análisis de la representatividad de los datos de entrada. 58 �Se refiere a que se deben tomar las medidas necesarias para que los datos reflejen las tendencias generales y particulares del fenómeno que se mide. Deben evitarse omisiones de mediciones de zonas particulares donde el fenómeno presente características anómalas. De ser posible las mediciones deberán desarrollarse sobre redes (lineales, planas o especiales) “rectangulares”. 4.3. Solución del problema de la frontera. Deberán tenerse a mano algoritmos que permitan obtener la frontera convexa de la región donde se realizan las mediciones y otros algoritmos para procesar los datos en caso de que la frontera esté dada junto con las mediciones. 4.4. Obtención de una red rectangular y completa mediante un método de estimación. En la mayoría de los casos se hace necesario crear una red rectangular y completa (grid) a partir de los datos dados. Esto se logra mediante la estimación de cada variable dependiente en todos los puntos de la red a partir de los datos dados. Entre los métodos de estimación se usan con frecuencia el de inverso de una potencia de la distancia, Kriging, míninos cuadrados, interpolación lineal con triangulación, Spline, etc. Hay que destacar que se habla de método de estimación como un concepto que incluye la interpolación (exacta o no) y la extrapolación. 4.5. Obtención de isolíneas, isofranjas mapa de una superficie a partir ciertos algoritmos. Existen diferentes opciones gráficas para representar los datos en un mapa, entre ellos se unan mayoritariamente las isolíneas, isofranjas y las superficies tridimensionales. Para generar isolíneas se utilizan diferentes algoritmos tales como proyección cilíndrica del grid, TESELADO, cortes con planos horizontales, etc [64]; no debe olvidarse que la generación de isolíneas no tiene una única solución: Las isofranjas (basadas en el hecho de que el grid obtenido posee una alta densidad) es preferido por algunos por depender solo del método de estimación utilizado. De la misma manera los mapas tridimencionales (usan “grid” menos densos) dependen solo del método de estimación. 4.6. Dibujo automatizado del gráfico. El dibujo automatizado se realiza mediante una impresora o un ploter conectado a una computadora que mediante un programa procesa los datos en los pasos 4.3, 4.4 y 4.5. Estos programas pueden ser confeccionados por el usuario en algunos de los lenguajes de programación conocidos (Basic, Pascal, C, etc) o pueden ser obtenidos software de empresas que se dedican al desarrollo de estos productos, entre ellos SURFER, SURPACK-2000, GENCOM, DATAMINE, etc. 59 �CONCLUSIONES DEL CAPITULO II 1. Los errores de la posición de los puntos en la red de levantamiento, de la posición de los puntos del levantamiento taquimétrico, de ubicación de los puntos en el plano y los de medición de las áreas no ejercen influencia significativa en la exactitud de determinación del volumen de la masa minera extraída, a diferencia de los errores de determinación de los contornos de los bordes superior e inferior de los escalones y los de la irregularidad de los perfiles de los taludes, que ejercen una influencia más significativa. 2. Los errores de determinación de los contornos de los bordes superior e inferior de los escalones y de la irregularidad de los perfiles de los taludes en los frentes de excavación surgen debido a las condiciones minero-geológicas y a la tecnología de extracción, y su magnitud depende de la variación de la forma, altura y ángulo de inclinación del talud y de la ubicación correcta en la parte quebrada donde hace cambio de dirección el contorno del borde y no depende de la distancia entre puntos en el levantamiento. 3. Los errores de la posición de los puntos en el levantamiento taquimétrico surgen debido a los errores en las mediciones angulares y lineales cuando estos son muy grandes y traen consigo desplazamiento sistemático de los contornos. 4. Los errores de ubicación de los puntos en el plano se deben a la inexactitud de los materiales utilizados, longitud medida y escala del plano. 5. Los errores de medición de las áreas con el planímetro dependen en elevado grado de la dimensión de las áreas a medir y de la escala del plano. 6. A partir de los resultados de las investigaciones realizadas se comprueba que cuando aumenta la longitud del frente de excavación, disminuye la precisión de las mediciones topográficas, lo que indudablemente influirá de forma negativa en la calidad de la determinación del volumen extraído. 7. Se obtiene una metodología para la toma de los datos iniciales para calcular volumen. 8. Fue investigada una nueva fórmula para calcular el error del volumen que considera la irregularidad de los contornos. 9. Se aplica por primera vez en estos yacimientos el modelo digital del terreno (MDT) para valorar los errores del cálculo de volumen. 60 �CAPITULO III. VIA PARA EL PERFECCIONAMIENTO DE LA ELABORACION DE LOS RESULTADOS OBTENIDOS DE LA MASA VOLUMETRICA 3.1 INTRODUCCION La importancia de dividir el yacimiento en grupos homogéneos para establecer una masa volumétrica del mineral mullido correctamente para cada sector o yacimiento, la cual será utilizada tanto en la etapa de cálculo de reservas como durante la etapa de extracción del mineral, se hace evidente. Si consideramos que el tonelaje (cantidad de mineral que ha sido extraída del área minada en el período, según las mediciones de campo y los cálculos de gabinete que se utilizan a ese efecto) existente en una zona o yacimiento mineral, se calcula aplicando la masa volumétrica establecida, llegamos a la conclusión de que cualquier inexactitud existente en el cálculo de volumen obtenido, existirá también en el tonelaje. Debido a que el tonelaje obtenido según planos representa la cantidad de mineral que la mina da por extraído, al no existir el método correcto de pesaje y muestreo, su comparación con el mineral procesado ofrece la medida de las inexactitudes existentes en la evaluación del mineral minado. Al realizar esta comparación, es inevitable tomar en consideración las variaciones que puede haber sufrido el mineral extraído, por la acción de cualquier operación intermedia entre la extracción del mineral y su entrega a la planta. La masa volumétrica en estos yacimientos se aplica con la utilización de su promedio por etapa de desarrollo geológico sin la previa realización de limpieza de datos (aplicación de filtros) para poder nominar la ley de distribución y sin la consideración de la variabilidad natural por tratarse de un yacimiento de complejas estructuras de yacencia, este hecho conduce a la obtención de errores. La tarea aquí radica en buscar un modelo geométrico estructural (zonificación del yacimiento)que considere la variabilidad del índice y permita realizar el cálculo de la masa volumétrica por zona según su variabilidad. �3.2 EXCLUSION DE LOS VALORES EXTREMOS EN LA COLUMNA DEL POZO CRIOLLO (DIRECCION VERTICAL) Y EN LOS VALORES PROMEDIOS (DIRECCION HORIZONTAL) DE LA MASA VOLUMETRICA POR TIPOS DE MENA Antes de comenzar el procesamiento de la información minero-geológica es necesario cerciorarse de su homogeneidad. En principio la homogeneidad de la información se garantiza a través de reglas de observación rígidas sobre la constancia de los factores esenciales y de las características fundamentales. En la aplicación al estudio de la masa volumétrica esto significa que: a) las muestras de rocas que son investigadas se eligen de un elemento del perfil, que se caracteriza por la homogeneidad según la composición litológica, el estado físico y por otras características; b) se cumplen las instrucciones sobre las reglas de las tomas, transportación y conservación de las muestras; c) las investigaciones de laboratorio se ejecutan con la utilización de medios técnicos, y procedimientos metodológicos iguales. Si se conoce que aunque sea una de esas exigencias es violada, todos los resultados de la investigación deberán ser excluidos del procesamiento estadístico general, independientemente de sus magnitudes y de la semejanza o diferencia con todos los demás resultados. Prácticamente no se logra cumplir con esto, ya que las causas de las violaciones de las exigencias de los cálculos pueden ser muchas. Estas exigencias pueden estar relacionadas con las mismas rocas mineras (presencia de intercalaciones, grietas, lentes) y con la metodología de ejecución de la investigación (violación de la estructura de las muestras, el trabajo incorrecto del equipamiento, los errores en la toma de las lecturas, etc). Por eso en la mayoría de los casos el explotador se acostumbra a relacionarse con materiales de cifras listas, donde los distintos resultados de las determinaciones provocan dudas a causa de que ellos notoriamente se diferencian según la magnitud de todos los demás. Dudosos son los así denominados "valores extremos". Para la solución del problema sobre el destino de estos valores la estadística propone una serie de reglas y de procedimientos que están fundamentados en el principio de la imposibilidad práctica de los sucesos de poca probabilidad. Como se cuenta con dos series de mediciones; una dada por los valores de la masa volumétrica en la columna del pozo criollo (dirección vertical) 2 �y la otra dada por los valores promedios de los pozos criollos (dirección horizontal), ambos por tipos de mena, se pasa al análisis de los valores de la masa volumétrica en la columna del pozo criollo, para ello aplicaremos el método de la magnitud centrada (criterio de Shovens), ya que se trata de una elección de pequeño volumen, como promedio n=10 mediciones. En la tabla 3.1 se muestra la columna de las determinaciones de la masa volumétrica por tipos de mena en el ejemplo del pozo criollo No61. Como desde el punto de vista de la explotación se consideran dos tipos de menas industriales, la LB y SB, se respeta tal clasificación para la determinación de la masa volumétrica, la que se realiza con una frecuencia de muestreo de un metro. En este criterio la valoración de los errores groseros se ejecuta con la utilización en calidad de medida de la dispersión, la amplitud centrada ∆ n. Previamente todos los valores de las variables aleatorias se disponen en una serie ordenada: x1, x2....xn y se calcula el volumen de la elección n. Después en dependencia del volumen establecido de la elección n, se elige el criterio de la desviación normada admisible (Z). Los resultados de las determinaciones, las cuales /D/>ZS, deberán ser considerados como errores groseros y eliminarse del conjunto de mediciones. También fue aplicado el método de la desviación normada (método de Grebbs) el cual se explica en el epígrafe siguiente a manera de comprobación: los resultados se muestran en la tabla 3.2. TABLA 3.1 Valoración de la determinación de la masa volumétrica en la columna del pozo criollo N°61 Tipos de mena Laterita de Balance No de intervalo Serpentina Blanda No de intervalo Masa volum. Seca Masa volum. Seca 1 1.55 1 0.95 2 1.78 2 1.03 3 1.10 3 0.88 4 0.96 4 0.95 3 �TABLA 3.2 Filtración de los datos en la columna de un pozo criollo por los métodos de la magnitud centrada (Shovens) y desviación normada (Grebbs) para laterita de balance y serpentina blanda Tipo de mena Fe % Ni % Co % Humed. MvH t/m3 % MvS t/m3 Métodos de filtración: Mv filt.. Magnit Desviac Centrad Normad LB SB 46.6 0.92 0.123 22.18 2.12 1.65 1.65 1.65 46.1 0.97 0.118 21.41 2.14 1.58 1.58 1.58 46.3 1.26 0.170 21.20 2.20 1.73 1.73 1.73 47.3 0.93 0.143 16.91 2.48 2.26 - - 47.2 0.96 0.204 21.67 2.31 1.81 1.81 1.81 47.0 0.94 0.160 29.59 2.22 1.53 1.53 1.53 47.6 0.78 0.130 32.93 1.84 1.23 1.23 1.23 46.5 1.44 0.102 39.77 1.70 1.02 1.02 1.02 45.0 2.13 0.107 46.71 1.55 0.62 - - 37.8 2.38 0.079 42.36 1.66 0.95 0.95 0.95 21.1 2.04 0.037 35.12 1.61 1.04 1.04 1.04 16.5 1.25 0.028 37.26 1.53 0.76 0.76 0.76 Donde: MvH y MvS – masas volumétricas húmeda y seca. Durante el análisis de los valores dudosos en los promedios de la masa volumétrica (dirección horizontal), es necesario garantizar también la homogeneidad de la información, en este caso sobre la base de los principios teóricos y de la experiencia que se tiene se impone deducir del análisis previo del material empírico, el tipo de distribución de la magnitud que se investiga. La comprobación de la pertenencia al conjunto investigado se fundamenta en que en los conjuntos de las distribuciones que son normales, la probabilidad de la desviación de un valor independiente con variable aleatoria X de su esperanza matemática M que es igual o supera a 3s, es igual a 0.0027, es decir, menor del 0.3%. Esto permite considerar que tales desviaciones 4 �prácticamente no son posibles y si ellas se tienen en la elección se debe analizar como errores groseros. En la aplicación de ésta regla al material empírico no se utiliza la desviación estandar teórica, sino su valoración calculada según la elección. La comprobación se reduce al cálculo de los limites X±3S, que aparecen trazados en el gráfico de dispersión, representando posteriormente en él los valores de la masa volumétrica. Los puntos que resulten fuera de estos límites se excluyen de los cálculos posteriores (fig. 3.1). La comprobación continúa hasta tanto todos los puntos resulten en el interior de los limites trazados en el gráfico. Indicamos ahora el cálculo realizado por tipos de mena: Los parámetros de la distribución para la laterita de balance serán: X=1.136 t/m3, S=0.2082 t/m3 y los límites reciben los valores: Superior 1.788 t/m3 e inferior 0.519 t/m3. Fuera del límite de las tres sigmas se encuentran dos variantes, la 2.16 t/m3 , y la 0.78 t/m3 , como se muestra en la figura 3.1. Después de la exclusión de las elecciones, los parámetros de la distribución se hacen iguales a X=1.126 t/m3 ,S=0.1593 t/m3 y los límites reciben valores superior 1.604 t/m3 e inferior 0.648 t/m3. Todo el resto de los valores resultan dentro de estos límites y pueden examinarse como un conjunto único según este criterio, por cuanto la comprobación de pertenencia de las distintas variantes al conjunto se desarrolla en el mismo comienzo del procesamiento de la información cuando todavía la ley de distribución no ha sido determinada. En la distribución ligeramente asimétrica como el caso nuestro, la probabilidad del error puede ser significativa, así, de acuerdo a la desigualdad de Chebyshev [87]: P{X-m>3s}<0.111 Como se estableció, la probabilidad de la desviación de los distintos valores de la variable X con respecto a la esperanza matemática M, que superan las 3s en la distribución de forma asimétrica y distinta a la normal puede alcanzar el 10%, lo que es inadmisible para los cálculos ingenieros. De ésta manera, lo realizado hasta aquí evidencia que la regla de las 3s disminuye la precisión en las distribuciones de forma asimétrica, lo que puede conducir a conclusiones erradas; es por lo que el procedimiento de la limpieza de datos debe realizarse en interrelación con la determinación de la ley de distribución para analizar su asimetría con mayor exactitud. 5 �La regla de las tres sigmas se distingue por su simplicidad y comodidad en el trabajo, posee la inconsistencia sustancial de no considerar la influencia de la cantidad de ensayos. Al mismo tiempo es evidente que cualquiera que fuera la probabilidad de aparición de uno u otro valor de la variable aleatoria, y pertenezca al mismo conjunto, al realizarse un gran número de determinaciones, a medida que crezca la cantidad de ensayos, aumenta también el grado de dispersión, circunstancia bien conocida por los investigadores. En relación con esto, para un número elevado de observaciones n>30 se debe actuar no por la regla de las 3s, si no por el criterio de la desviación normada o criterio de Grebbs, que responde a una mayor exactitud. ! ! .(2.16) ¡------.---------.--------.---------.--------X +3s=1.604 ¡. . . ............ ¡----------.---..--------.------.------------X=1.126 ¡. .. . . . .. . .. . . ... ... .. ¡------.-....-----.--.---.---.---.---.....----X -3s=0.80 ¡ ¡ .(.078) Fig. 3.1 Gráfico de control para la laterita de balance En observaciones de gran volumen, la valoración de la pertenencia al conjunto que es investigado se debe basar en la utilización del criterio de Grebbs, que está fundamentado en la aplicación de la desviación normada t = (x-X)/S. El criterio t tiene el siguiente sentido: si constituimos del conjunto normal un gran número de elecciones con volumen N, entonces al nivel de significación en solamente en el 100 α % de todas las elecciones pueden observarse las variantes que entran dentro del límite X ± t, S, en los restantes 100(1-α)% de las elecciones, tales variantes no deberán observarse. Si la magnitud alfa se toma suficientemente baja, se puede utilizar la regla de la imposibilidad práctica de los sucesos de poca probabilidad y considerar que las elecciones con tales desviaciones no deberán observarse. El nivel de significación habitualmente se acepta igual a 0.05. Los valores de t se encuentran tabulados [84 ]. 6 �A demás de realizar la limpieza de los datos de la laterita de balance y de serpentina blanda, se hizo también a los de las cotas altimétricas utilizando los métodos de la Tres Sigmas y de la Desviación Normada (tabla 3.3), donde queda excluido el valor de la cota 359.10 m. TABLA 3.3 filtración de los datos para las elecciones de los valores de las cotas altimétricas de los puntos por el método de las tres sigmas y de la desviación normada (Grebbs) Numero de Cotas, m Cotas filtradas, m orden Tres Sigmas Desviac. Normada 1 340.65 340.65 340.65 2 342.75 342.75 342.75 3 344.43 344.43 344.43 4 359.10 359.10 - 5 334.07 334.07 334.07 6 340.22 340.22 340.22 7 330.01 330.01 330.01 8 329.52 329.52 329.52 9 338.24 338.24 338.24 10 349.13 349.13 349.13 ... ...... ...... ...... ... ...... ...... ...... 119 345.07 345.07 345.07 3.3 DETERMINACION DE LA LEY DE DISTRIBUCION DE LA MASA VOLUMETRICA Después de realizada la filtración de los datos se determinó la ley de distribución tanto para el horizonte de laterita de balance como para el de serpentina blanda. La comprobación de la correspondencia de la distribución empírica con la normal fue realizada por el método de la asimetría y el exceso. En el caso del horizonte laterítico de balance el 7 �coeficiente de asimetría fue de (A=2.11) el cual supera su error (Sa=0.3) calculado según Bondarenko, 1985 [25] en más de dos veces. El exceso E=11.2 es también mayor que su error (Se =0.76), por consiguiente según este carácter la distribución que es analizada se diferencia de la normal. Del mismo modo este análisis fue realizado también para el horizonte de serpentina blanda. Los valores de la asimetría (0.47) y exceso (3.25) fueron representados en un gráfico que determina la ley de distribución, donde se ve claramente que estos se encuentran en la zona de la distribución Beta, fronteriza con la distribución Gamma y la Normal. Esto fue determinado por el criterio más flexible y efectivo para la comprobación de la hipótesis sobre la ley de distribución, el cual puede aplicarse no solamente para la comprobación con la ley normal sino también con cualquier otro tipo de distribución, y específicamente en conjunto de pequeño volumen de datos, que es el criterio Kolmogorov-Smirnov . El análisis se realizó por tipos de mena para las distribuciones normal, gamma y beta, de donde se observa que la distribución que mejor se ajusta al proceso es la gamma (tablas 3.4 y 3.5.) Al compararlo con el valor crítico dado en tabla, podemos inferir que Dmax.<0.181 con un nivel de probabilidad de 0.95 y se acepta la hipótesis para todas las distribuciones analizadas. Para decidir la ley se toma el menor valor de la diferencia. Los parámetros de la distribución son los siguientes: - Laterita de Balance (filtrados) N=57; X=1.126; S=0.165 ; A=0.41 y E=2.9 - Serpentina Blanda (filtrados) N=31; X=0.9435; S=0.1122; A=0.94 y E=3.4 Tabla 3.4 Prueba de la bondad de ajuste por el método Kolmogorov-Smirnov por tipos de mena Tipos de mena Tipos de distribución Normal Gamma Beta LB 0.179 0.048 0.074 SB 0.116 0.113 0.072 Los valores críticos para ambos horizontes respectivamente son de 0.181 y 0.24. 8 �Además de la prueba realizada por el criterio Kolmogorov- Smirnov se aplicó también el criterio propuesto por Pearson (criterio X2 también para cualquier tipo de distribución). Todas las distribuciones analizadas cumplen con la condición de que la ley que mejor se ajusta al proceso de determinación de la masa volumétrica es la Gamma muy cercana a la normal según su asimetría . Tabla 3.5 Prueba de la bondad de ajuste por el método Chi - Cuadrado por tipos de mena Tipos de mena Tipos de distribución Normal Gamma Beta LB 6.0 3.9 6.5 SB 6.9 1.9 2.5 Los valores críticos para ambos horizontes respectivamente son 7.81 para LB y 9.5 para SB según tabla [25]. Como se ve de las investigaciones realizadas, el error relativo en el caso de dos grados de libertad se aproxima más a la condición de la bondad de ajuste de que Xobs.<Xtab., tal como se describe en [84]. Fueron procesados un conjunto de 57 datos de LB y 31 de SB. Se determinaron las características estadísticas y se realizó el ajuste de las distribuciones normal, gamma y beta a los datos de la masa volumétrica, se efectuó la estimación por el método de los momentos y el ajuste de la distribución de acuerdo con los valores modales en su caso, utilizando propiedades de las variables [91] y métodos no paramétricos según se describe en [25]. 3.4 DETERMINACION DE LOS VALORES GENERALIZADOS Y DE CALCULO DE LOS INDICES DE LA MASA VOLUMETRICA Y VALORACION DE SU EXACTITUD El método fundamental de estudio de las propiedades de las rocas y minerales que es aplicado en la práctica moderna de la investigación, consiste en la toma de las muestras de los desnudamientos naturales con cuyos índices que se han obtenidos de ésta manera se caracterizan no todas las rocas o minerales en su conjunto, sino solamente sus volúmenes no grandes, lo que habitualmente no superan algunas decenas de cm3. 9 �Para escapar de la influencia de los resultados de la determinación del efecto de escala y de la categoría de ensayo, es decir, de las particularidades de la metodología que se utiliza, la dimensión de las muestras se toma estandar, el procedimiento de todas las determinaciones y ensayos se unifican rigurosamente. En la práctica de campo, el volumen de masa minera para el cual se determinaron los índices de cálculo, en ocasiones fue mayor, pero en la mayoría se mantuvo incomparable con la magnitud de todo el mismo macizo o cuerpo mineral, el cual se hizo participar en interacción con la instalación. Los valores individuales o particulares de los índices de la masa volumétrica de las rocas y minerales que fueron establecidos como resultado de las determinaciones únicas en el laboratorio se diferenciaron siempre según su magnitud. Para eliminar o disminuir la influencia en los cálculos, habitualmente se utilizan los denominados valores generalizados y no lo valores individuales del índices. En calidad de valor generalizado del índice se recomienda elegir el valor medio de la característica que fue obtenida en los datos muestrales en cantidad suficiente. El promedio de los resultados de las determinaciones permite hasta un nivel conocido eliminar la influencia de diferentes factores aleatorios y obtener un valor, el cual se puede considerar característico para todo el macizo de roca o de homogeneidad estadística de su parte, es decir, del elemento minero geológico. Se debe no obstante considerar que la exactitud del cálculo de la media depende en mucho del volumen de la elección (n>30), la media de las elecciones se aproxima a su análogo general y puede analizarse como característica fiable por completo, en conjunto pequeño el error puede resultar significativo. Por esa causa la utilización de los valores en los cálculos siempre va asociado a un riesgo conocido y puede introducir consigo deformaciones peligrosas de la instalación que se construye. Es necesario aclarar que los valores extremos como habíamos señalado antes, siempre pueden resultar errores groseros, ellos provocan una disminución (aumento) del índice. Se recomienda previamente excluir del análisis los puntos que se encuentran fuera de los límites de las tres sigmas o desechar el 10% de los puntos extremos en la parte superior e inferior del gráfico de dispersión. Este método de determinación de los valores de cálculo se utiliza habitualmente solo en las determinaciones previas más argumentadas, como es el caso del método de la media ponderada. 10 �Para el cálculo se aplica el valor del índice que corresponda al cuantil inferior (superior) en dependencia de los cuales estos valores son menos favorables. La determinación de los errores estandar permite llegar a la elección de los valores de cálculo de la masa volumétrica, los cuales se establecen según el método de los límites de confianza en correspondencia con la confiabilidad que fue anteriormente establecida (la probabilidad de confianza). En nuestro caso, después de excluidas las variantes extremas, para el horizonte de laterita de balance se obtuvo: Valor medio (X)=1.1256, Desviación Estándar ( s)=0.1594, Número de muestras (N)=57. El intervalo de confianza se obtuvo a través del valor medio. Entonces: tcal =1.1256 t/m3 y en el caso del horizonte de serpentina blanda con X=0.937, s=0.1167, y n=32, : tcal =0.937 t/m3. De tal manera, quedan establecidos para los dos horizontes analizados los valores generalizados (media aritmética): tlb =1.126 t/m3 y tsb =0.937 t/m3 y los valores de cálculo: tcallb =1.126 t/m3 y tcal =0.937 t/m3. Es conocido que todas las características estadísticas se calculan con un determinado error. Por eso, simultáneamente con la característica estadística se acostumbra indicar su error, por ejemplo x ± Sx La magnitud del error estandar de la media aritmética se calcula según la fórmula: Sx =S/ n .................................................................................................................... (3.1) Ella tiene la misma dimensión que la media aritmética, esto dificulta la comprobación de los valores medios de distintos índices según la exactitud de su cálculo. Por eso, en la práctica se utiliza también una magnitud adimensional que es obtenida por la división del error estandar entre la magnitud de la media ðx =Sx/x ..................................................................................................................(3.2) Tal magnitud se denomina índice de la exactitud y en la mayoría de los casos se expresa en por ciento. De la expresión (3.1) se ve que el error de la media aritmética es n veces menor que la determinación por separado y disminuye a medida que la cantidad de observaciones aumenta. 11 �Se debe no obstante tener en cuenta que la disminución notable del error se observa solamente en una cantidad comparativamente pequeña de determinaciones, aproximadamente hasta 15-20, y en grandes cantidades es insignificante. Por eso no tiene gran sentido aumentar la cantidad de observaciones más allá de la indicada. Estos errores fueron calculados separadamente por horizontes de mena: - Para el horizonte laterítico: Sx =0.027 y ðx =2.4% Después de filtrados los datos, es decir, al eliminar los valores extremos se obtuvo que: Sx =0.021 y =1.94% - Para el horizonte de Serpentina blanda: Sx =0.025 y ðx =2.7% Después de excluido los valores extremos se obtuvo que: Sx =0.019 y ðx =2.1% De las cifras mostradas, todavía se ve claramente la influencia de las grandes desviaciones en los resultados de los cálculos. La precisión se obtuvo para el horizonte limonítico bastante aceptable (Por debajo del 2%), no así para el horizonte serpentinítico (Por encima del 2%), ello se debe a que el horizonte serpentinítico es más heterogéneo que el limonítico, analizado anteriormente y comprobado a través del criterio de Fisher [25], por lo tanto la cantidad de pozos criollos que se realizan para determinar la masa volumétrica de la laterita de balance no debe ser la misma que para determinar la masa volumétrica de la serpentina. 3.5 DIVISION DEL YACIMIENTO EN GRUPOS HOMOGENEOS POR TIPOS LITOLOGICOS DE MENA La masa volumétrica al igual que todos los parámetros y fenómenos tiene sus leyes de distribución, pero sucede que al analizar el método de las funciones aleatorias para el estudio del yacimiento se obtuvo un radio de autocorrelación mucho menor que el paso de la red de muestreo(R=240). La red de muestreo de los pozos criollos es de 300 x 300 m. Este análisis indica que el modelo no puede estar formado por todos los valores de la masa volumétrica de yacimiento, sino que hay que ir a una cierta división. El coeficiente de autocorrelación obtenido fue r = 0.67, esto demuestra que existe cierto enlace con las coordenadas de los pozos criollos, que no permite que el modelo esté formado por toda la representación espacial de los valores de la masa volumétrica. La tendencia es ir a una cierta agrupación. 12 �Esto obliga a pasar al modelo de las variables aleatorias que es puntual. Al existir ciertas correlaciones con las coordenadas de los pozos, se justifica entonces la zonificación. Sobre estas bases, si bien no se han aproximado las leyes, se hacen mínimas las desviaciones debido a las fluctuaciones que tiene el parámetro. Si se considera la variación espacial de la masa volumétrica en condiciones reales, entonces es necesario realizar la agrupación de los datos estadísticos en grupos homogéneos atendiendo a las coordenadas del parámetro, recordando que estas agrupaciones son procedimientos principales que sirven de instrumentos básicos de generalización de los datos estadísticos. Las agrupaciones se realizaron en grupos de 5 a 7 muestras representados en el plano (fig. 3.2). Después de determinado el valor medio ponderado de cada uno de ellos, la media en general a los 10 subgrupos, fueron representados en un gráfico de control, donde con anterioridad se trazaron líneas que fijaron el valor medio del conjunto general y los intervalos de confianza dados para una probabilidad de 95% y un nivel de significación de 0.05. Como resultado se obtuvo que los grupos 6, 8 para el caso laterita de balance y 1, 2, 6 para serpentina blanda (fig. 3.3 y 3.4) se encuentran dentro del intervalo, representando la zona No 1; a los demás se le repitió el proceso, pero en este caso la línea del valor medio y de los intervalos de confianza fueron trazados con los nuevos valores promedios (fig. 3.5 a y b) obteniéndose dos zonas más, la No 2 y la No 3. El control indica que existe alguna condición estática, y que estamos variando los valores de la masa volumétrica. Si existe una variación muy grande de los valores de la masa volumétrica, se dice que está fuera de control y por lo tanto pertenece a otro grupo. El gráfico se realizó de la siguiente manera: En el eje vertical se tiene una escala con los valores observados de la masa volumétrica, en el eje horizontal, a escala, los subgrupos obtenidos. Se trazó una línea horizontal por la media supuesta, y dos líneas paralelas de puntos por encima y por debajo de la línea continua (intervalo de confianza). Si el punto está entre las líneas de trazo discontinuo, se dice que los valores de la masa volumétrica están bajo control, es decir, pertenecen a un grupo; y si está por encima o por debajo, entonces pertenece a otro grupo. 13 �W V U T S 1.12 1.19 1.3 R 1.15 0.90 1.05 1.3 Q 1.08 1.43 1.09 1.12 1.39 1.1 P 1.20 1.54 1.03 1.2 0.92 1.10 O 0.96 1.07 1.15 1.13 1.13 1.3 1.16 0.86 1.12 0.92 0.93 1.16 0.98 1.0 1.33 0.93 1.18 N 0.96 0.78 1.38 1.2 0.95 1.08 1.04 M 1.06 L 1.00 1.02 1.08 1.16 1.15 1.2 1.18 1.35 1.03 1.15 1.19 1.21 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 K 54 56 Fig. 3.2 Representación espacial de la masa volumétrica ! ! .3 .5 ! .4 .7 !--------------------------------------X+ 3S =1.167 ! .6 .8 !--------------------------------------X=1.126 ! !---------------------------------------X- 3S=1.085 ! ! .10 .2 .1 .9 ! Fig. 3.3 Gráfico de control para la determinación de las zonas de laterita de balance. 14 56 �! ! ! .3 !---------------------------------------X+ 3S=0.98 ! .2 !----------------------------------------X=0.937 ! .1 .6 !----------------------------------------X- 3S=0.895 ! .4 ! .5 ! Fig. 3.4 Gráfico de control para la determinación de las zonas de serpentina blanda. a) ! ! ! !----------------------------------------X+ 3S=1.253 ! .3 .7 !----------------------------------------X= 1.208 ! .5 .4 !----------------------------------------- X- 3S= 1.163 ! ! ! 15 �b) ! ! ! !-------------------------------------X+ 3S=1.083 ! .1 . 10 !-------------------------------------X=1.011 ! .2 .9 !------------------------------------X- 3S=0.94 ! ! ! Fig. 3.5 Gráficos de control para la comprobación de las restantes zonas: a) para el grupo 2; b) para el grupo 3 de laterita de balance respectivamente. Las características estadísticas de las zonas por tipos de mena se encuentran en la tabla 3.6, y las zonas obtenidas para ambos horizontes litológicos se muestran en las figuras 3.6 y 3.7. W V U T S R Q zona # 3 zona # 1 zona # 2 zona # 1 zona # 3 42 43 44 45 46 47 P O N N L K zona # 2 48 49 50 51 52 53 54 55 56 Fig. 3.6 División del yacimiento en grupos homogéneos (vistos para la laterita de balance) 16 �W V U T S R Q zona # 1 P O N M L K zona # 1 zona # 3 zona # 2 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 Fig. 3.7 División del yacimiento en grupos homogéneos (vistos para la serpentina) Para conocer si las zonas elegidas son realmente heterogéneas entre si, o si cabe la posibilidad de unir una zona con otra se comprobó la homogeneidad estadística, aplicando el criterio t de Student para las zonas obtenidas, en las cuales las tres zonas pueden considerarse aproximadamente heterogéneas, dando la posibilidad a la agrupación por zonas. ( Por ejemplo, en las zonas 2 y 3 se obtuvo que t2-3 calculado es igual 2.8, y el tabulado es igual tα = 1.68, se rechaza la hipótesis de que t2-3 es menor que tα). TABLA 3.6 Principales características estadísticas de la distribución de las zonas por tipos de mena Menas Zonas X s A E Xcal. LB 1 1.022 0.193 0.29 2.9 1.022 1.137 0.1765 0.82 0.2340 0.41 0.867 0.146 0.30 3.4 0.867 0.915 0.115 0.11 3.18 0.915 1.045 0.204 0.23 2 3 SB 1 2 1.208 17 3.25 2.61 1.137 1.208 1.045 �3 2.00 La división del yacimiento en grupos homogéneos fue comprobada por el método paramétrico de Student para k objetos [25] en la cual la muestra inicial se subdividió en distintos grupos y mediante éstos se calcularon las estimaciones de las medias aritméticas y las varianzas muestrales. Como resultado de este tratamiento, se pudieron distinguir los grupos estadísticos homogéneos por la magnitud de su masa volumétrica, o bien se demostró que todos los k objetos ( entiéndase por k objeto a los subgrupos del 1-10 vistos en el caso anterior) están caracterizados por la diferencia significativa de los valores de sus masas volumétricas promedios. De esta manera, la investigación efectuada con los 10 subgrupos de muestras permitió dividir el yacimiento en tres grupos de objetos por el valor medio de la masa volumétrica: el grupo 1 une a los subgrupos 6 y 8 con una estimación de la masa volumétrica promedio de 1.022 ; el grupo 2 el cual está compuesto por los subgrupos 3, 4, 5 y 7 con una estimación de 1.137 y el grupo 3 formado por los subgrupos 1, 2, 9 y 10 con una estimación de la masa volumétrica de 1.208. Del mismo modo se realizó para la serpentina blanda. 3.6 EFECTO DE LA APLICACIÓN DE LAS METODOLOGIAS ELABORADAS El efecto se obtuvo en función del volumen calculado y la masa volumétrica obtenida según la zonificación creada. Para ello fue necesario tener en cuenta los datos de la extracción de un año en el yacimiento Punta Gorda, para poder compararlo con los resultados obtenidos con la aplicación de las metodologías propuestas de determinación del volumen de mineral extraído y masa volumétrica mullida. a) Efecto considerado por los errores del levantamiento taquimétrico: - Producción anual de la mina 1 147 748.4 m3 al año; - Error obtenido en el yacimiento Punta Gorga 3.3%; Por tanto, 1 147 748.4 * 0.033 = 37 876 m3 - Masa volumétrica (promedio de LB y SB)= 1,105 t/m3 ; Entonces 37 876 * 1.105 = 41 853 t. b) Efecto producido por la aplicación de la filtración de los datos a las cotas altimétricas: 1 147 748.4 * 0.016 = 18 364 m3 18364 * 1.105 = 20 292 t 18 �Efecto total: 41 853 + 20 292 = 62 145 t en un año. Si a la diferencia hallada le aplicamos las correcciones por el modelo geométrico estructural (zonificación de yacimiento) de la masa volumétrica para el año analizado se obtiene lo siguiente: c) Balance anual del mineral calculado según propuesta del modelo para el año 1994. MES Real minado, t Según modelo, t Diferencia, t % ENERO 128 652 116 075 12 575 9.8 FEBRERO 128 646 114 931 13 715 10.0 MARZO 113 694 102 154 11 540 10.1 ABRIL 64 036 60 689 3 347 5.2 MAYO 72 796 67 665 5 131 7.0 JUNIO 123 927 112 805 11 122 9.0 JULIO 146 979 134 909 12 070 8.2 AGOSTO 83 179 76 799 6 380 7.7 SEPTIEMBRE 81 947 75 258 6 689 8.2 OCTUBRE 134 946 123 359 11 587 8.6 NOVIEMBRE 89 538 81 902 7 636 8.5 DICIEMBRE 99 926 91 379 8 547 8.5 TOTAL 1 268 262 1 157 923 110 339 8.7 Real minado 1 268 262 Alimentado a hornos 1 055 736 diferencia 212 526 Según los cálculos realizados en el yacimiento Punta Gorda, se obtiene una disminución de casi el 50% de la diferencia total anual considerado solo por esta causa. Conociendo que la excavadora estuvo trabajando en el año que se analiza en los bloques P51 y P-52 (fig. 3.6 y 3.7), se aplica la masa volumétrica promedio de la zona homogénea obtenida (para ambos tipos de mena). Como resultado se obtiene una diferencia de 110 339 t con respecto al real minado(1 268 262 t). A las diferencias obtenidas según modelo (zonificación) se le suman las obtenidas por los errores topográficos (62 145 t) que hacen un total de 172 484 t, que con respecto a la diferencia inicial (212 526 t) se logra disminuir en un 81 %. 19 �CONCLUSIONES DEL CAPITULO 11I. 1. De los métodos de filtración de los datos aplicados a los valores iniciales de la masa volumétrica y las cotas altimétricas resulta que el criterio de la desviación normada es más exacto que el de las tres sigmas. 2. Se comprueba que los datos iniciales de la masa volumétrica se aproximan mejor a la distribución gamma que a la normal, demostrado a través de la prueba de la bondad de ajuste(criterio de Kolmogorov-Smirnov, tablas 3.4 y 3.5). 3. En la valoración de la exactitud del cálculo de las características estadísticas generales, según datos empíricos, se demostró que los horizontes de laterita de balance y serpentina blanda, son de diferente precisión, por lo que la masa volumétrica debe determinarse por separado, para cada tipo litológico de mena. 4. Se obtuvo la división del yacimiento en grupos homogéneos por tipos litológicos de mena en las cuales disminuyen las fluctuaciones del parámetro. 20 �CONCLUSIONES 1. Fue investigada la valoración y control del volumen y masa volumétrica en los yacimientos estudiados reflejando de manera crítica el estado de los trabajos topográficos y el comportamiento de la masa volumétrica. Se pudo establecer que el cálculo de volumen exceder de su valor permisible. 2. De acuerdo a las investigaciones realizadas se aplicó una metodología para la filtración de los datos iniciales a los valores de la masa volumétrica y de las cotas altimétricas de los puntos en las cuales quedan excluidos los valores extremos. De aquí se deduce que la ley de distribución debe ser determinada después de realizada la filtración de los datos. En base al método elegido fueron determinados: - Valores generalizados y de cálculo de la masa volumétrica. - Valoración de la exactitud del cálculo de las características estadísticas generales según datos empíricos. - Zonificación del yacimiento por tipos litológicos de mena en los cuales disminuyen las fluctuaciones del parámetro. 3. Se aplicó una metodología para la valoración de la influencia de los errores topográficos cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico en el cálculo de volumen en dos minas de la Unión del Níquel obteniéndose valores que sobrepasan del límite permisible (2,5%). 4. De acuerdo a las investigaciones realizadas en estas minas los errores de la posición de los puntos en la red de levantamiento, de la posición de los puntos del levantamiento taquimétrico y los de la medición de las áreas, no ejercen influencias significativas en la exactitud de la determinación de volumen, a diferencia de los errores de determinación de los contornos de los bordes superior e inferior de los escalones y los de la irregularidad de los perfiles de los taludes que ejercen una influencia mucho mayor. 5. Los errores de la ubicación de los puntos en el plano y los de medición de área surgen debido a las condiciones minero-geológicas y a la tecnología de extracción, y la magnitud de ellos depende ante todo de la distancia entre puntos y de la ubicación correcta del punto en la parte quebrada donde hace cambio de dirección. 6. De los resultados de la investigación realizada se comprueba que en la medida que aumenta el ancho del frente de extracción aumenta la precisión de las mediciones 21 �topográficas lo que indudablemente influirá de forma positiva en la calidad de la determinación del volumen extraído. 7. Se argumenta científicamente la determinación de los errores cometidos en el levantamiento taquimétrico en estos tipos de yacimientos de estructura variable de yacencia y su influencia en el cálculo de volumen. 8. Fue creada una metodología para la toma de los datos iniciales para calcular volumen cuando se utilizan los resultados del levantamiento taquimétrico. 9. Fue creado un modelo geométrico estructural (zonificación) para la determinación de la masa volumétrica del mineral mullido en los yacimientos lateriticos. 10. Se perfecciona el cálculo de volumen y el levantamiento taquimétrico con la aplicación de nuevas técnicas y tecnologías. 11. Se crearon tres nuevas fórmulas para el cálculo del error del volumen cuando se considera la irregularidad de los contornos de los bordes de los escalones. 12. La aplicación del modelo digital del terreno (MDT) a la determinación de los errores del levantamiento taquimétrico permitió elevar la precisión del cálculo de volumen de mineral extraído de los frentes de arranque estudiados. 13. Las medidas del perfeccionamiento del cálculo de volumen cuando se utilizan los datos del levantamiento taquimétrico permitieron disminuir el error total de 4,85 % a 1.64 % en el yacimiento Punta Gorda, y de 6,8 % a 1,5 % en el yacimiento Moa, alcanzándose un efecto de alrededor de 391 000 pesos al año. 22 �RECOMENDACIONES 1. Determinar la masa volumétrica a los distintos tipos de horizontes por separado: para laterita de balance y para serpentina blanda de balance. 2. Considerar el índice de exactitud para determinar la cantidad necesaria de observaciones de la masa volumétrica. 3. Aplicar el método propuesto de zonificación de la masa volumétrica para minimizar las oscilaciones que tiene el parámetro. 4. Aplicar las metodologías propuestas para disminuir los errores que influyen en la determinación de la masa volumétrica y cálculo de volumen. 5. Aplicar las medidas de perfeccionamiento antes propuestas para la disminución de los errores. 6. Realizar el cálculo de volumen aplicando el modelo digital del terreno (MDT) y el modelo digital de elevación (MDE) con la utilización del SURFFER, TOPOCEISS, TIERRA. 7. Aplicar cuando sea oportuno la técnica GPS para la obtención de los datos primarios para la creación del MDT. 23 �BIBLIOGRAFIA 1.- Análisis estadístico de los datos en geología. (en ruso). Muscú, Nedra, 1990. 2.- Belete Fuentes, O. Influencia de la irregularidad de los perfiles de los taludes en la exactitud de determinación de los volúmenes de masa minera extraída en las canteras. Revista Tecnológica Serie Níquel. Vol.I N0 1, 1997. 4- 8 p. 3.- Belete Fuentes, O. Análisis de las condiciones geológico-mineras de yacencia de las serpentinas del yacimiento Moa como base para elaborar su tecnología de extracción. Departamento de Minería, ISMM, Moa, 1986, inédito. 4.- Belete Fuentes, O. Influencia de los errores de medición de las áreas en la exactitud de determinación de volúmenes de masa minera extraída de las canteras. 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Vías para la elaboración de los resultados obtenidos de la masa volumétrica en el yacimiento Punta Gorda. Revista Memorias del tercer congreso cubano de geología y minería. La Habana, 1998, 56- 59 p. 13.- Bernal H, S; O, Belete. Particularidades de la determinación de la tendencia de la variabilidad y de la anisotropía en los bloques de extracción del yacimiento Moa. Centro de información ISMM, Moa, Inédito. 31 �14.- Bernal, S; E.I. Azbel; O, Belete; O. López. Particularidades del establecimiento de la componente casual de la variabilidad. Revista Minería y geología, 1989. 15.- Bernal, S. Determinación de la tendencia de la variabilidad de la calidad de la mena en los bloques de extracción del yacimiento laterítico de Moa, Revista Minería y geología, N01, 1994. 16.- Bernal H, S; O. Belete y otros. Exigencias a las valoraciones de los parámetros durante el procesamiento de la información en la explotación de los yacimientos minerales dentro del modelo matemático de la magnitud casual. 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Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Vías para el perfeccionamiento del cálculo de volumen de mineral extraído en los yacimientos lateríticos cubanos Creator An entity primarily responsible for making the resource Orlando Belete Fuentes Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 1998 Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/561caf4c9c584e980e3bbc99b14e85ae.pdf dc69ffd8e338e3806de206fc194c79c6 PDF Text Text TESIS Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Omer Enrique Vílchez Fernández �Página legal Título de la obra: Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos,61pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015 -- ISBN: 1. Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández Maracaibo, 2014 �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología Título: Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Tesis en opción al título académico de Máster en Geología Autor: Omer Enrique Vílchez Fernández Tutor: Dra. C. Mayda Ulloa C Maracaibo, 2014 �ÍNDICE INTRODUCCIÓN 1 CAPÍTULO I – MARCO TEÓRICO 6 1.1 1.2 1.3 6 7 8 9 9 11 13 14 16 16 17 17 19 19 20 20 20 22 22 23 23 23 24 28 39 Antecedentes de la investigación Área de estudio. Instrumento legal y normativo de la investigación 1.3.1Constitución de la República Bolivariana de Venezuela 1.3.2 Decreto 883 Articulo 10 1.3.3 Decreto 2635 Articulo 50 1.4 Menes 1.5 Métodos de evaluación de impacto ambiental 1.6 Método de criterios relevantes integrados (CRI ) 1. 6.1 Identificación de impacto 1. 6.2 Indicadores de impacto 1. 6.3 Valor de impacto ambiental 1. 6.4 Ponderación de los indicadores de impacto 1. 6.5 Ficha descriptiva de los resultados de la evaluación 1. 6.6 Jerarquización de impacto ambiental 1. 6.7 Aplicación de medidas de prevención, mitigación o corrección 1.7 Análisis SARA CAPÍTULO II –MARCO METODOLOGICO 2.1 Tipo de investigación. 2.2 Nivel de la investigación. 2.3 Metodología aplicada. 2.3.1 Observación de campo. 2.3.2 Caracterización del área de estudio. 2.3.3 Toma de muestras. 3.3.4 Aplicación del Método de los criterios relevantes integrados. CAPITULO III- ANALISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFIA 48 59 60 61 VII �ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1.1 Ubicación geográfica del área de estudio 8 Figura 1.2 Mene cerro la estrella mene grande 14 Figura 1.3 Diagrama del VIA 18 Figura 1.4 Diagrama ternario SARA 21 Figura 2.1 Etapas metodológicas de la investigación 22 Figura 2.2 Cauce de agua 24 Figura 2.3 Estación de flujo concordia 24 Figura 2.4 Pozo abandonado T-194 24 Figura 2.5 Mene 1 24 Figura 2.6 Mapa del distrito colon 25 Figura 2.7 Columna estratigráfica de los campos de distrito colon 27 Figura 2.8 Mapa estructural campo las cruces 28 Figura 2.9 Corte geológico campo las cruces 28 Figura 2.10 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de suelo 30 Figura 2.11 Toma de muestra suelo 1 30 Figura 2.12 Toma de muestra suelo 2 30 Figura 2.13 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo del agua 33 Figura 2.14 Toma de muestra de Agua de Mene 33 Figura 2.15 Muestra de Agua Caño 1 34 Figura 2.16 Muestra de Agua Caño 2 34 Figura 2.17 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de menes 37 Figura 2.18 Toma de muestra Mene 1 37 Figura 2.19 Toma de muestra Mene 2 37 Figura 3.1 Diagrama ternario SARA de las muestras M1 y M2 54 VIII �INDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Límites máximos de calidad de líquidos vertidos. 10 Tabla 1.2. Anexo D Concentraciones máximas permisibles en lixiviados. 12 Tabla 1.3. Límites permisibles de la mezcla suelo/desecho. 13 Tabla 1.4. Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. 15 Tabla 1.5. Escala de clasificación de impactos. 18 Tabla 1.6. Criterios de evaluación y peso asignado 19 Tabla 1.7. Jerarquización de impactos. 20 Tabla 2.1. Identificación de la Muestras de suelo. 29 Tabla 2.2. Análisis de las Muestras de Suelo. 31 Tabla 2.3. Identificación de las Muestras de Agua. 33 Tabla 2.4. Resultados de las muestras de agua. 35 Tabla 2.5. Identificación de las muestras de Mene. 37 Tabla 2.6. Resultados análisis SARA. 38 Tabla 2.7. Impactos de Ambientes a Evaluar. 39 Tabla 2.8. Jerarquización del impacto sobre el suelo. 40 Tabla 2.9. Jerarquización del impacto sobre los cauces de agua. 42 Tabla 1.10. Jerarquización del impacto sobre el aire. 43 Tabla 2.11. Principales representantes de la vegetación del Fundo los Clavelitos. 44 Tabla 2.12. Jerarquización del impacto sobre la flora. 45 Tabla 2.13. Principales representantes de la fauna en el Fundo los Clavelitos. 46 Tabla 2.14. Jerarquización del impacto sobre la fauna. 47 Tabla 3.1. Comparación de las muestras de suelo con parámetros permisibles 49 Tabla 3.2. Comparación de las muestras de agua con parámetros permisibles. 51 Tabla 3.3. Resumen del método CRI 57 IX �INTRODUCCIÓN Los hidrocarburos son compuestos químico-orgánicos que resultan de la combinación del carbono (C) con el hidrogeno (H), abarcan los cuatro estados: Gaseosos, líquidos, semisólidos y sólidos, como aparecen en la superficie terrestre, o gaseosos y líquidos en las formaciones geológicas en el subsuelo. La fuente de los hidrocarburos tiene una procedencia de tipo orgánico, lo que indica que la materia orgánica tuvo que ser sintetizada por organismos vivientes y por lo tanto debió depositarse y preservarse en sedimentos. Dependiendo de las condiciones geológicas dadas parte de este material se transforma en compuestos de naturaleza petrolera. La base fundamental para la producción masiva de materia orgánica fue la fotosíntesis, la cual apareció aproximadamente hace 2000 millones de años en tiempos precámbricos. Desde esa época a la era devónica la primera fuente de materia orgánica fue el fitoplancton marino. A partir del devónico, la mayor contribución a la materia orgánica fue por parte de plantas terrestres. Algunos animales grandes como peces, contribuyeron muy poco a la generación de materia orgánica. En resumen, los principales contribuidores de material orgánico en los sedimentos fueron las bacterias, fitoplancton, zooplancton y plantas de mayor tamaño. Los escudos continentales en áreas de aguas tranquilas, como lagos, cuencas profundas y pendientes continentales, poseen las condiciones favorables para la deposición de los sedimentos ricos en materia orgánica. Las tres etapas principales para la evolución de la materia orgánica son diagénesis, catagénesis y metagénesis. La diagénesis toma lugar en sedimentos recientemente depositados donde se presenta actividad microbial. Al finalizar la diagénesis, la materia orgánica consta principalmente de un residuo fosilizado e insoluble llamado kerógeno. La catagénesis resulta de un incremento en la temperatura durante el sepultamiento del material en las cuencas sedimentarias. La mayor parte de la generación de hidrocarburos se debe a la descomposición térmica del kerógeno. 1 �La metagénesis toma lugar a altas profundidades, donde tanto la presión como la temperatura son altas. En esta etapa, la materia orgánica está compuesta solamente de metano y carbono residual. Los constituyentes del kerógeno residual se convierten en carbono granítico. (Escobar, 2004) El origen del hidrocarburo radica, en la existencia de una cuenca sedimentaria donde exista la posibilidad de acumulación de sedimentos. La roca madre es una de las partes más importantes de una cuenca sedimentaria; es la responsable de la generación del hidrocarburo. Una vez formado migra en el subsuelo por medio de rocas permeables y porosas, así como también por la acción de factores estructurales (fallas, diaclasas, pliegues, etc.), hasta conseguir en su trayecto rocas impermeables o arreglos estructurales que permitan el entrampamiento del mismo. De esta manera, se constituye tanto la roca almacén, donde se acumulan los hidrocarburos que se extraen comercialmente, también conocida como yacimiento petrolífero y la roca sello, secuencia litológica de porosidad y permeabilidad reducidas, la cual sirve como sello a la migración del hidrocarburo, y soporta la constitución de una trampa petrolífera. Los menes nombre dado en Venezuela por los incas Copey, son emanaciones naturales de hidrocarburos, las cuales afloran a la superficie por medio de fracturas (fallas y diaclasas), estos dieron origen a los nombres de campos petroleros como Mene Grande, en el estado Zulia y Mene Mauroa, en el Estado Falcón. Los romanos los llamaron Lacus Asfaltitus, los egipcios mumiya (árabe), Los persas le decían mum. Los indios precolombinos mexicanos los llamaban chapapoteras y de allí chapapote, Los colonos de los hoy Estados Unidos los denominaron seepages. Puede decirse que, en mayor menor escala, en muy variados sitios de la Tierra existen emanaciones o rezumaderos que atrajeron la atención de los exploradores en busca de posibles acumulaciones petrolíferas comerciales. Los recientes adelantos científicos tecnológicos empleados en exploraciones costa fuera han permitido detectar emanaciones petrolíferas en el fondo de los mares. Tal es caso de 2 �hallazgos hechos frente a las costas de California en el océano Pacífico y en las de Louisiana y Texas en el golfo de México. (Barberii, 1998) La presencia comercial de hidrocarburos en Venezuela data desde principios de siglo XX con el descubriendo del pozo Zumaque 1 en 1914 en Mene Grande, Estado Zulia, esto conllevó al estudio geológico de todo el territorio nacional en busca de nuevos yacimientos petrolíferos. La actividad petrolera ha generado presencia de hidrocarburos en diversas áreas como la exploración, producción, transporte y almacenamiento. En la región de Casigua El Cubo, específicamente en el Campo Las Cruces, existen yacimientos de petróleo y por ende numerosos pozos, algunos de estos depletados con el pasar del tiempo lo cual ha traído como consecuencia su abandono. En dicho campo se han realizado algunos estudios geológicos que tuvieron como finalidad la búsqueda de hidrocarburos lo cual ha permitido obtener información sobre el mismo, tal como: Estratigrafía de la zona, Corte Geológico, Mapa Estructural. La zona presenta una geología compleja “El Campo Las Cruces es un domo fallado alargado en dirección NE-SO sobre el corrimiento de tarra. El corrimiento determina tres unidades tectónicas. El flanco este sobrecorrido, una cuña de falla entre dos planos convergentes. Se aprecia un sistema de fallas inversas transversales, de rumbo Noreste-Suroeste y buzamiento oeste con desplazamientos de 100 hasta 1000 pies.” (PDVSA- Intevep, 1997) La problemática planteada en dicha investigación radica en que existe presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, Casigua El Cubo, Municipio Jesús María Semprún del Estado Zulia, lo cual está generando un impacto ambiental. Dicho Fundo se encuentra dentro del Campo petrolero denominado Las Cruces. Las posibles causas de la presencia de hidrocarburo en la zona, son pozos petroleros abandonados, específicamente el T-194, T-219 y el T-184, la estación de flujo Concordia, así como también afloramientos naturales de hidrocarburos (Menes). Esto trae como consecuencia la afectación de la flora, fauna, aire, suelos y cauces de 3 �agua. Cabe destacar que el propietario de la finca reporta que en los últimos 14 años se ha incrementado la presencia hidrocarburos lo que ha ocasionado la muerte de varios animales, entre ellos ganado vacuno de su propiedad. Por los motivos antes expuestos el problema de la investigación es la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, por lo que se desea conocer el impacto ambiental, así como también los factores que lo generan, para de esta manera proponer medidas que permitan mitigar la contaminación. Debido al problema planteado el presente trabajo tiene como objetivo general Evaluar el Impacto Ambiental por presencia de Hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Para dar cumplimento con el objetivo general planteado nos trazamos una serie de objetivos específicos: • Identificar los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. • Caracterizar los rasgos geológicos del área de estudio. • Analizar la composición físico química de las muestras de agua, suelo e hidrocarburos obtenidas en el en el Fundo Los Clavelitos y comparar con la normativa ambiental Venezolana. • Aplicar el método de los criterios relevantes integrados para la determinación del impacto ambiental. • Proponer un sistema de medidas mitigantes y correctoras de la contaminación. El objeto de la investigación es la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos el cual se encuentra dentro de la estructura geológica del Campo Las Cruces, dicho campo está ubicado en la parte suroeste del Lago de Maracaibo. Para lograr el objetivo planteado se parte de la hipótesis de que, a través, de los datos obtenidos mediante la toma de muestras en el Fundo Los Clavelitos y el levantamiento geológico del área afectada es posible saber el origen y la magnitud del impacto generado por el hidrocarburo en el Fundo. 4 �Los principios metodológicos que se aplicaran serán la observación de campo, lo cual nos permitirá saber de dónde proviene la presencia de hidrocarburo, la caracterización del área de estudio, la tomas de muestras representativas de suelo, agua de cauce y menes necesarias para la aplicación del método de evaluación del impacto ambiental seleccionado, para posteriormente proponer el sistemas de medidas mitigantes y correctoras en el Fundo Los Clavelitos. Por otro lado, cabe señalar que los análisis de saturados, aromáticos, resinas asfáltenos (SARA), realizadas nos permitirán determinar la naturaleza fisicoquímica del hidrocarburo existente en el Fundo Los Clavelitos, a través del diagrama de tisott, para así poder diferenciar si el crudo es normal o pesado biodegradado. Con relación a la justificación del tema de estudio es de mencionar que en la actualidad no se conocen estudios previos realizados sobre la contaminación e impacto ambiental generados por la presencia de Menes en Venezuela, así como referencias del mismo en otras partes del mundo, solo han sido estudiados desde el punto de vista de la geoquímica, lo cual permite determinar a través de la distribución de biomarcadores el origen de la roca madre que los genero. De allí, la importancia de llevar a cabo dicha investigación, dando así un aporte significativo en el conocimiento de las acciones mitigantes y correctivas que se pueden aplicar para minimizar la contaminación que ellos generan. Cabe destacar que el presente estudio servirá de antecedente para investigaciones futuras relacionadas con el tema. 5 �CAPÍTULO I – MARCO TEORICO Este capítulo contiene la sustentación teórica de los objetivos planteados en la investigación, en el mismo el investigador realiza una revisión y análisis de las teorías desarrolladas y demostradas por autores dentro del área de estudio, así como antecedentes de otras investigaciones referentes al tema investigado. 1.1 Antecedentes de la investigacion. La presencia de menes en Venezuela constituyeron un atractivo en la exploración de hidrocarburos a principios del siglo XX, las investigaciones relacionadas con los mismos han dado como resultado aportes importantes con respecto a su origen. Como soporte para esta investigación se consultaron algunos trabajos relacionados con los mismos. El estudio de Rojas (2008), sobre la Geoquímica de los menes y relación GeológicaEstructural con la falla El Tigre, sector Cachiri, Estado Zulia. Con este estudio geoquímico detallado, se logró caracterizar los biomarcadores presentes en las fracciones de hidrocarburos saturados y aromáticos; así como determinar los niveles de metales trazas (vanadio y níquel) y las concentraciones de azufre presentes en los crudos. Esta última información fue interpretada, utilizando herramientas de la geoquímica orgánica del petróleo. Esto permitió realizar un sistema de clasificación de crudos (Hunt, 1996; Tissot y Welte, 1984; Moldowan y Peters, 1993) para establecer el ambiente deposicional de la roca madre que generó estos fluidos orgánicos; así como los vínculos genéticos que tienen entre si las muestras analizadas. Paralelamente, se realizó la interpretación geológico-estructural de la falla El Tigre y su relación con las emanaciones de hidrocarburos, en el área de estudio. Este estudio represento un aporte importante a la investigación, ya que se tomo como guía para la clasificación del hidrocarburo presente en el Fundo Los Clavelitos 6 �a través del diagrama ternario SARA de Tissot y Welte, 1984 el cual es utilizado en el mismo., el crudo presente es normal o es un crudo pesado alterado. Petróleos de Venezuela S.A (PDVSA) en 2011, La División costa oriental del lago Exploración y Producción Occidente presentó el Proyecto Abandono y desincorporación de pozos del campo Mene de Acosta en 2011. En este proyecto PDVSA comprometida con el ambiente y los recursos naturales, profundizó su gestión en salvaguardar la flora y fauna autóctonas de las áreas de desarrollo de interés petrolero y en especial, en el Centro Occidente del País se incrementa su potencial sin que esto signifique una afectación cuantiosa de los recursos naturales de la región, por lo cual se planificó la desincorporación del Campo Mene de Acosta, en el Estado Falcón. En virtud de que se trata de disminuir los impactos ambientales en las áreas a través de la implementación de tecnologías más amigables con el entorno se integró este adendum al Estudio de Impacto Ambiental y Socio Cultural, para describir de manera detallada los aspectos considerados a implementar en la desincorporación, cementación y abandono definitivo de los pozos existentes en el campo Mene de Acosta del Estado Falcón. En el proyecto se aplicó el método de los criterios relevantes integrados para la evaluación del impacto ambiental y se estableció un programa de medidas para aminorar los efectos al ambiente, por tal motivo fue de gran ayuda para la investigación debido a que se utilizó el mismo método. 1.2 Área de estudio. El Fundo Los Clavelitos se encuentra ubicado al suroeste del Lago de Maracaibo en el municipio Jesús María Semprún específicamente en la capital Casigua El Cubo el Cubo, posee una intensión de 50 hectáreas, en la figura 1.1 se muestra su ubicación geográfica. 7 �División política territorial mapa 16 1995 Figura. 1.1 Ubicación geográfica del área de estudio. Fuente: Vílchez 2013. Datos de Casigua El Cubo. � Temperatura del área: En la zona de se registra una temperatura anual promedio de 24ºc. � Precipitaciones: El promedio anual es de 2334mm. � Tipo de Clima: Tropical lluvioso de selva con fuerte e intensas precipitaciones todo el año. 1.3 Instrumento to legal y normativo de la investigacion. Para esta investigación se consideraron algunas disposiciones establecidas por el estado venezolano en materia ambient ambienta tales como: La Constitución de la República Bolivariana de Venezuela, Decreto 883 y el decreto 2635 8 �1.3.1 Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. En referencia al trabajo de investigación la Constitución de la República Bolivariana de Venezuela de 1999 en el Capítulo IX de los derechos ambientales en su Artículo 129 reza “Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio cultural. (....). 1.3.2 Decreto No. 883 “Normas para la clasificación y control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o afluentes líquidos”. Gaceta Oficial Extraordinaria Nº 5.021 de fecha 18 de diciembre de 1995 En el decreto se señala la calidad de un cuerpo de agua a través de la caracterización física, química y biológica de aguas naturales para determinar su composición y utilidad al hombre y demás seres vivos. El mismo considera que la contaminación de las aguas es la acción o efecto de introducir elementos, compuestos o formas de energía capaces de modificar las condiciones del cuerpo de agua superficial o subterráneo de manera que se altere su calidad en relación con los usos posteriores o con su función ecológica para el desarrollo de la vida acuática y ribereña. Sección III De las Descargas a Cuerpos de Agua. Artículo 10. A los fines de este Decreto se establecen los siguientes rangos y límites máximos de calidad de vertidos líquidos que sean o vayan a ser descargados, en forma directa o indirecta a ríos, estuarios, lagos y embalses ver (Tabla 1.1.) 9 �Tabla. 1.1 Límites máximos de calidad de líquidos vertidos. Parámetros Físico-Químicos Aceites minerales e hidrocarburos Aceites y grasas vegetales y animales. Alkil Mercurio Aldehídos Aluminio total Arsénico total Bario total Boro Cadmio total Cianuro total Cloruros Cobalto total Cobre total Color real Cromo total Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) Demanda Química de Oxígeno (DQO) Detergentes Dispersantes Espuma A Estaño Fenoles Fluoruros Fósforo total (expresado como fósforo) Hierro total Manganeso total Mercurio total Nitrógeno total (expresado como nitrógeno) Nitritos + Nitratos (expresado como nitrógeno) pH Plata total Plomo total l Selenio Sólidos flotantes Sólidos suspendidos Sólidos sedimentables Sulfatos Sulfitos Sulfuros Zinc Límites máximos o rangos 20 mg/l 20 mg/l No detectable (*) 20 mg/l 5 mg/l 0,5 mg/l 5 mg/l 5 mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l 1000 mg/l 0,5 mg/l 1 mg/l 500 Unidades de Pt-Co 2 mg/l 60 mg/l 350 mg/l 2,0 mg/ 2,0 mg/l Ausente 5,0 mg/l 0,5 mg/l 5,0 mg/l 10 mg/l 10 mg/l 2,0 mg/l 0,01 mg/l 40 mg/l 10 mg/l 6-9 0,1 mg/l 0,5 mg/ 0,05 mg/l Ausentes 80 mg/l 1,0 ml/l 1000 mg/l 2,0 mg/l 0,5 mg/l 5,0 mg/l Fuente: Vilchez 2013 10 �1.3.3 Decreto 2635 “Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos”. Gaceta Oficial Extraordinaria No 5245 del 3 de agosto de 1998. Este decreto considera que un desecho peligroso es un desecho en cualquier estado físico sólido, líquido o gaseoso, que presenta características peligrosas o que está constituido por sustancias peligrosas y que no conserva propiedades físicas ni químicas útiles y por lo tanto no puede ser rehusado, reciclado, regenerado u otro diferente. Artículo 50.- La práctica de esparcimiento en suelos se llevará a cabo cumpliendo con las siguientes condiciones: 1) El área de disposición final debe estar alejada por lo menos 500 m de cuerpos de agua o fuera de la planicie de inundación de dichos cuerpos, de acuerdo a la información hidrológica existente. 2) La topografía del área de disposición final deberá tener una pendiente menor de 3 %, orientada hacia el cuerpo de agua superficial más cercana. 3) El desecho no debe exceder las concentraciones máximas permisibles en lixiviados, establecidas en el Anexo D. (Tabla. 1.2) 11 �Tabla. 1.2 Anexo D Concentraciones máximas permisibles en lixiviados. ANEXO D CONCENTRACIONES MAXIMAS PERMISIBLES EN LIXIVIADOS Constituyente Arsénico Bario Cadmio Cromo hexavalente Níquel Mercurio Plata Plomo Selenio Acrilonitrilo Clordano O-cresol M-cresol P-cresol Acido 2,4- diclorofenoxiacetico 2,4-dinitrotolueno Endrin Hexacloroetano Lindano Metoxicloro Nitrobenceno Pentaclorofenol 2,3,4,6-tetraclorofenol Toxafeno (canfenoclorado tecnico) 2,4,5-triclorofenol 2,4,6-triclorofenol Acido 2,4,5-tricloro fenoxipropionico (silvex) Concentración máxima permitida (mg/l) 5.0 100.00 1.0 5.0 5.0 0.2 5.0 5.0 1.0 5.0 0.03 200.0 200.0 200.0 Constituyente 10.0 Benceno Eter bis (2-cloro etilico) Clorobenceno Cloroformo Cloruro de metilo Cloruro de vinilo 1,2-diclorobenceno 1,4-diclorobenceno 1.2-dicloroetano 1.1-dicloroetileno Disulfuro de carbono Fenol Hexaclorobenceno Hexacloro-1,3butadieno Isobutanol 0.13 0.02 3.0 0.4 10.0 2.0 100.0 1.5 0.5 Etilmetilcetona 1.1.1.2-tetracloroetano 1.1.2.2-tetracloroetano Tetracloruro de carbono Tetracloroetileno Tolueno 1.1.1-tricloroetano 1.1.2-tricloroetano Tricloroetileno Concentración máxima permitida (mg/l) 0.5 0.05 100.0 6.0 8.6 0.2 4.3 7.5 0.5 0.7 14.4 14.4 0.13 0.5 36.0 200.0 10.0 1.3 0.5 0.7 14.4 30.0 1.2 0.5 400.0 2.0 1.0 Fuente: Decreto 2635. Modificado Vílchez 2013 12 �4. La mezcla suelo/desecho debe cumplir con los parámetros establecidos en la lista siguiente. (Tabla. 1.3). Tabla. 1.3 Límites permisibles de la mezcla suelo/desecho. pH Conductividad eléctrica (mmhos/cm) Cloruros totales (ppm) Relación de adsorción de Sodio (RAS) Aluminio intercambiable (meq/100 gr) Saturación con bases (%) Aceites y grasas (% en peso) Arsénico Bario Cadmio Mercurio Selenio Plata Cromo Cinc Plomo 5-8 < 3,5 < 2.500 <8 < 1,5 > 80 ≤1 25 mg/kg 20.000 mg/kg 8 mg/kg 1 mg/kg 2 mg/kg 5 mg/kg 300 mg/kg 300 mg/kg 150 mg/kg Fuente: Vílchez 2013 1.4 Menes. El petróleo se menciona desde la llegada de los españoles a Venezuela. Al recorrer las costas de Maracaibo a la Isla de Cubagua y llegando a esta última, es donde descubren ese “Licor Verde”. Desde esa fecha, se empieza hablar de un aceite de olor desagradable que fluye de manera natural “junto al mar”, al que los aborígenes dan diversos usos: Calafatear sus barquichuelos, proteger ciertos enseres, hacen luz quemándolo y en aplicación con fines medicinales. Este mineral que describe Fernández de Oviedo G. y Valdez (1535), en su Historia Natural de los Indios y Tierra Firme del Mar Océano, lo llama “según los naturales starcus daemonii o Mene, como lo denominan los indígenas del Lago de Maracaibo. Es el emperador Carlos V quien, en 1539, recibe el primer barril de petróleo exportado por un país, enviado desde la isla de Cubagua por el Tesoro de Nueva 13 �Cádiz Francisco de Costellao, para aliviar la gota del emperador. Es una señal de lo que sería el signo de la Venezuela del siglo XX XX. (Muñoz, 1987). Los menes son emanaciones petrolíferas que provienen del subsuelo y afloran o salen len a la superficie de forma natural, a través, de la porosidad de la roca o fracturas abiertas. El termino mene es el nombre que le asignaron nuestros indígenas. La existencia de un mene podría ser los primeros indicios de la presencia de hidrocarburos en el subsuelo, los primeros geólogos exploradores de petróleo lo usaban como signo de la existencia de un posible yacimiento petrolífero. petrolífero (Figura. 1.2) Figura. 1.2 Mene cerro la estrella mene grande. Fuente: Vílchez 2013 1.5 Métodos de evaluación de impacto ambiental. Los métodos y técnicas usualmente aceptadas están destinados a medir tanto los impactos directos, que involucran pérdida parcial o total de un recurso o el deterioro de una variable ambiental, como la acumulación de impactos ambientales y la inducción de riesgos potenciales. La utilización de métodos para identificar las modificaciones en el medio, es una tarea relativamente fácil. Pero otra cosa es la calificación de esas modificaciones: todos los aspectos y parámetros pueden medirse; la dificultad está en valorarlos. La medición puede ser cuantitativa o cualitativa; ambas son igualmente importantes, aún cuando requieren de criterios específicos para su definición adecuada. La 14 �predicción implica seleccionar los impactos que efectivamente pueden ocurrir y que merecen una preocupación especial por el comportamiento que pueda presentarse. Es importante contrastarlos con indicadores de la calidad ambiental deseada. Algunos de los métodos utilizados permiten identificar los impactos. A continuación se muestran en la tabla. 1.4 los principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. Tabla 1.4 Principales métodos para la evaluación de impactos ambientales. Métodos 1.- Reuniones de expertos. Solamente a considerar cuando se trata de estudiar un impacto muy concreto y circunscrito. Si no ocurre así, no se puede pretender ni rapidez ni exhaustividad, a causa de los cruces interdisciplinarios. El método Delphi ha sido de gran utilidad en estos casos. 2.- Lista de Chequeo “check lists”. Son listas exhaustivas que permiten identificar rápidamente los impactos. Existen las puramente “indicativas”, y las “cuantitativas”, que utilizan estándares para la definición de los principales impactos (por ejemplo contaminación del aire según el número de viviendas). 3.- Matrices simples de causa-efecto. Son matrices limitadas a relacionar la variable ambiental afectada y la acción humana que la provoca. 4.- Grafos y diagramas de flujo. Tratan de determinar las cadenas de impactos primarios y secundarios con todas las interacciones existentes y sirven para definir tipos de impactos esperados. 5.- Cartografía ambiental o superposición de mapas (overlay). Se construyen una serie de mapas representando las características ambientales que se consideren influyentes. Los mapas de síntesis permiten definir las aptitudes o capacidades del suelo ante los distintos usos, los niveles de protección y las restricciones al desarrollo de cada zona. 6.- Redes. Son diagramas de flujo ampliados a los impactos primarios, secundarios y terciarios. 7.- Sistemas de Información Geográficos. Son paquetes computacionales muy elaborados, que se apoyan en la definición de sistemas. No permiten la identificación de impactos, que necesariamente deben estar integrados en el modelo, sino que tratan de evaluar la importancia de ellos. 8.- Matrices. Consisten en tablas de doble entrada, con las características y elementos ambientales y con las acciones previstas del proyecto. En la intersección de cada fila con cada columna se identifican los impactos correspondientes. La matriz de Leopold es un buen ejemplo de este método. En matrices más complejas pueden deducirse los encadenamientos entre 9.- Criterios relevantes integrados. El método consiste en asignar valores a los efectos adversos relevantes de acuerdo a los criterios de probabilidad , intensidad, duración, extensión y reversibilidad del efecto , para obtener un valor de impacto ambiental por efecto y la jerarquización de los mismos Fuente: Espinoza 2001 Modificada Vílchez 15 �Como se aprecia en la tabla 4 existe una amplia variedad de métodos que permiten la evaluación de impacto ambiental en una determina área o actividad. La selección del método apropiado a utilizar es un punto crucial en los resultados de la evaluación. No es posible establecer una formula única para emplear un método en particular en una evaluación de impacto ambiental, por lo tanto ningún método por sí solo, puede ser utilizado para satisfacer la gran variedad y tipos de actividades que intervienen en un estudio de impacto ambiental, por lo tanto la clave está en seleccionar adecuadamente el método más apropiado de acuerdo a las necesidades de cada estudio. Por lo antes expuesto en el presente estudio se aplicará el método de los Criterios relevantes integrados (CRI) formulado por Buroz en Venezuela en 1990, el mismo requiere de un grupo multidisciplinario de profesionales, consiste en establecer la identificación del impacto a estudiar, con sus indicadores ponderados y su respectiva tabla de valoración para dichos indicadores, para posteriormente aplicar una series de medidas de prevención, mitigación o de corrección. Se decidió utilizar dicho método debido a los antecedentes del mismo aplicado por PDVSA en relación a los casos de abandono y desincorporación de pozos petroleros en razón de derrames de hidrocarburos provocados por estos debido a filtraciones de los revestidores. 1.6 Método de los criterios relevantes integrados (Buroz, 1990). El método a utilizar para la evaluación de los impactos ambientales denominado Criterios relevantes integrados (Buroz, 1990) está basado en un análisis multicriterio, partiendo de la idea de que un impacto ambiental se puede estimar a partir de la discusión y análisis de criterios con valoración ambiental, de los cuales se seleccionan dependiendo de la naturaleza del proyecto. 1.6.1 Identificación de los impactos. Para identificar los impactos que están operando o interactuando sobre el área previamente seleccionada, es requisito indispensable conocer las diferentes 16 �actividades que se generan durante la ejecución del proyecto y las cuales producen efectos sobre el medio físico, biológico y socio-económico. Se mantiene un orden consecutivo según el medio afectado. Medio Físico MF - 01 Medio Biológico MB - 01 Medio Socioeconómico MSE – 01 1.6.2 Indicadores del impacto. � Intensidad (I): Cuantificación de la fuerza, peso o rigor con que se manifiesta el proceso o impacto puesto en marcha. � Extensión (E): Influencia espacial o superficie afectada por la acción antrópica. Es decir, Medida del ámbito espacial o superficie donde ocurre la afectación. � Duración (D): Lapso o tiempo que dura la perturbación. Período durante el cual se sienten las repercusiones del proyecto o número de años que dura la acción que genera el impacto. � Reversibilidad (Rv): La posibilidad o dificultad para retornar a la situación actual. � Riesgo (Ri): Probabilidad de que el efecto ocurra. La escala de valores para todos los indicadores estará comprendida entre 1 y 10. 1.6.3 Valor de impacto ambiental (VIA). Este método considera que el valor del impacto ambiental (VIA), es generado por una acción es producto de las siguientes variables tal como se muestra en la figura 1.3. 17 �MÉTODO DE LOS CRITERIOS RELEVANTES INTEGRADOS Intensidad Extensión Duración Reversibilidad Riesgo Valor de Impacto Ambiental (VIA) Figura 1.3 Diagrama del VIA Fuente: Buroz, (1990). En la tabla 1.5 se muestra la clasificación de los impactos según su valor Tabla. 1. 5 Escala de clasificación de impactos Valor 6-10 Intensidad Alta Extensión Generalizada > 75% Duración Larga (>5años) 3-5 Media Local o Extensiva 10% - 75% Media (2>5 años) 1-2 Baja Puntual < 10 % Corta (<2 años) Reversibilidad Irreversible (baja capacidad o irrecuperable) Medianamente reversible de 11 a 20 años, largo plazo Reversible (a corto plazo <de 10 años Riesgo Alto (>50%) Medio (10 a 50%) Bajo (<10%) Fuente: Buroz, (1990). Posterior a la asignación de valores para cada una de las variables antes descritas se procede a introducir esos datos en la siguiente formula, para asignarle una categoría: VIA = I x Wi + E x We + D x Wd + Rv x WRv + Ri x WRi (1) Donde, I = Intensidad E = Extensión D = Duración 18 �Rv = Reversibilidad Ri = Riesgo Wi = Peso con que se pondera la intensidad We = Peso con que se pondera la extensión Wd = Peso con que se pondera la duración WRv = Peso con que se pondera la reversibilidad WRi = Peso con que se pondera el riesgo 1.6.4 Ponderación de los indicadores de impacto. La prueba del método en numerosos proyectos indicó la necesidad de diferenciar el peso de cada indicador. Los diferentes análisis indicaron que los mejores resultados se obtenían con la ponderación mostrada en la siguiente tabla 1.6 Tabla 1.6. Criterios de evaluación y peso asignado. Indicador Peso (%) Intensidad 30 Extensión 20 Duración 10 Reversibilidad 20 Riesgo 20 Fuente: Buroz, (1990). Los resultados de la evaluación se reflejan en la ficha descriptiva que se muestra a continuación 1.6.5 Ficha descriptiva del resultado de la evaluación Jerarquización de los impactos Nombre / Código Descripción 19 �1.6.6 Jerarquización de impacto ambiental (JIA). Una vez que se han aplicado las metodologías pertinentes, para identificar los impactos ambientales, los ordenamos de mayor a menor valor, con el fin de establecer prioridades, en cuanto a las propuestas y ejecución de medidas. La siguiente tabla, presenta la Jerarquización de los impactos a partir del valor de impacto ambiental (VIA). (Tabla 1.7) Tabla 1.7 Jerarquización de impactos. Categoría I II III IV Ocurrencia Muy alta Alta Moderada Baja Valor de VIA VIA >8 6< VIA ≤ 8 4< VIA ≤ 6 VIA ≤ 4 Fuente: Buroz, 1990. 1.6.7 Aplicación de medidas ambientales de prevención, mitigación o corrección. � CATEGORÍA I. Probabilidad de ocurrencia muy alta. VIA ≥ 8. Máxima atención. Medidas preventivas para evitar su manifestación. � CATEGORÍA II. Probabilidad de ocurrencia alta. 6 <VIA < 8. Medidas mitigantes o correctivas (preferiblemente estas últimas). Normalmente exigen monitoreo o seguimiento. � CATEGORÍA III. Probabilidad de ocurrencia moderada. 4 < VIA < 6. Medidas preventivas, que pueden sustituirse por mitigantes, correctivas o compensatorias cuando el impacto se produzca, si aquéllas resultaran costosas. � CATEGORÍA IV. Probabilidad de ocurrencia baja o media. VIA ≤ 4. No se aplican medidas, a menos que se trate de áreas críticas o de medidas muy económicas. 1.7 Análisis S.A.R.A. Consiste en la determinación de las cuatro familias de compuestos químicos que conforman el crudo, en términos de la concentración de hidrocarburos saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos. 20 �La representación de estas variables, en un diagrama ternario de las concentraciones en % en peso que incluye hidrocarburos saturados, aromáticos y resinas más asfáltenos en los tr tres vértices del mismo (Figura. 1.4), ), posibilitó a Tissot y Welte (1984) la inclusión de 636 muestras de crudos de todo el mundo, incluyendo incluye algunos crudos pesados y a asfaltos de arenas bituminosas. El gráfico permite reconocer: En primer término un campo de isofrecuencias, correspondiente a una concentración de hidrocarburos saturados en el orden de 60% en peso, que determina la familia de crudos normales (maduros, no alterados) que generalmente son del tipo parafínicoparafínico nafténico (Tissot y Welte, 1984). Un segundo grupo de crudos, normales, con tenores de saturados en el orden de 3535 40% en peso, representan crudos de carácter más aromático. El tercer grupo, con valores de resinas más asfáltenos superiores a 40% en peso, constituyen una familia de crudos pesados y asfaltos, muy probablemente alterados, aunque este subgrupo abarca también crudos pesados inmaduros térmicamente (Tissot y Welte, 1984). Figura. 1. 1.4 Diagrama ternario SARA Fuente: Tissot y Welte, 1984 21 �CAPÍTULO II – MARCO METODOLOGICO. Para toda investigación es importante que los hechos y relaciones que establecen los resultados obtenidos tengan el grado máximo de confiabilidad, es por ello que se plantea una sistematización de la información que servirá para establecer los hechos y fenómenos hacia los cuales está orientada nuestra investigación. En la figura 2.1 se muestra el procedimiento para el desarrollo las etapas metodológicas de la investigación. Observación de campo Caracterización del área de estudio Toma de muestras Procesamientos de la información Evaluación del impacto ambiental Determinación del sistema de medidas mitigantes y correctoras Figura. 2.1 Etapas metodológicas de la investigación Fuente: Vílchez 2013 2.1 Tipo de investigación. La investigación de campo es aquella que consiste en la recolección de datos directamente de los sujetos investigados, o de la realidad donde ocurren los hechos (Datos primarios), sin manipular o controlar variable alguna, es decir, el investigador obtiene la información pero no altera las condiciones existentes. De allí su carácter 22 �no experimental. (Arias, 2006). De acuerdo a lo planteado anteriormente podemos decir que este estudio es de tipo investigación de campo ya que en la misma se toma y recopila toda la información requerida directamente de los menes los cuales son nuestra objeto de estudio, todo esto a través de la observación directa, hojas de registro de datos y la toma de muestras, sin la manipulación de las variables asociadas. 2.2 Nivel de la investigación. El nivel de investigación tal como lo plantea (Arias, 2006). “se refiere al grado de profundidad con que se aborda un fenómeno u objeto de estudio”. En virtud de lo antes expuesto podemos decir que el tema de estudio es de nivel (exploratorio, transversal), se considera exploratorio en virtud de que el tema elegido ha sido escasamente estudiado, carente de antecedentes previos, atendiendo al tiempo de recolección de los datos es transversal ya que los mismos fueron recolectados en un solo momento (muestras de agua, suelo y menes), con la finalidad de describir las variables y analizar su incidencia e interacción en un momento dado. 2.3 Metodología aplicada. 2.3.1 Observación de campo. Se realizó un recorrido por el Fundo Los Clavelitos específicamente por las áreas afectadas por la presencia de hidrocarburos, se observó el estado en que se encontraban los cauces de agua, los árboles, la fauna, los pozos petroleros abandonados, así como también la estación de flujo concordia. Algunos de estos se aprecian en las figuras. 2.2, 2.3, 2.4, y 2.5 23 �Figura. 2.2 Cauce de agua Figura. 2.3 Estación de flujo concordia Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 do T-194 Figura. 2.4 Pozo abandonado Figura. 2.5 Mene 1 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 2.3.2 Caracterización del área de estudio estudio. Los campos de área de Casigua El Cubo se encuentran 100 km al oeste del extremo sur del Lago de Maracaibo tal como se muestra en la figura.. 2.6. El pozo que descubrió la producción del área fue el T T-1 (Toldo-1) 1) localizado por geología de superficie en el Campo Las Cruces Cruces.. Perforado a percusión fue completado por la Colón Development Company en la Formación Carbonera el 16 de Julio de 1916, con producción oducción de 800 B/D. 24 �Figura. 2.6 Mapa del distrito colon Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 Estratigrafía Regional. La columna estratigráfica comprende formaciones del Cretáceo, Paleoceno, Eoceno y Post-Eoceno, sobre la formación Mucuchachí (Carbonífero). En la concesión Barco la clasificación estratigráfica fue establecida por el Dr. H.D. Hedberg, quien publicó un mapa geológico detallado de los anticlinales de Petrólea y de Río de Oro. Se inicia el Cretáceo con un ambiente fluvio-continental de areniscas cuarzosas de grano grueso, formación Río Negro. Sigue el Grupo Cogollo, con las calizas de la formación Apón (miembros Tibú, Guáimaros y Mercedes); y continúa la transgresión cretácica a las formaciones Aguardiente y Capacho (miembros La Grita, Seboruco, 25 �Guayacán), que culminó con las calizas La Luna del Cretáceo medio y las lutitas masivas de la formación Colon. Termina el Cretáceo con la formación Mito Juan de lutitas con capas de arenisca. Se presenta después un ciclo regresivo Orocué-Mirador y un ciclo transgresivo Mirador-Carbonera. El Paleoceno está representado por el Grupo Orocué con sus tres formaciones (Catatumbo, Barco y Los Cuervos) de lutitas y limolitas, depositadas en ambiente de plano deltáico bajo a alto de un ciclo regresivo, granocreciente. Discordantemente, continúan las formaciones eocenas Mirador y Carbonera, de areniscas, lutitas, limolitas y carbón. Mirador, de ambiente fluvial de ríos meandriformes y Carbonera de plano deltáico medio-alto en un ciclo transgresivo granodecreciente. La formación Carbonera fue mencionada por Kehrer en 1930 como “Lutitas Arenosas”. La empresa Shell la llamó “Primer horizonte de carbón”, nombre inválido aplicado en la región de Cúcuta, reemplazado en 1944 por Carbonera. Se compone principalmente de arcilitas y lutitas con areniscas arenosas. Presenta una notoria capa de carbón sub-asfáltico de uno a tres metros de espesor, excelente estrato-guía en pozos y afloramientos desde Colombia hasta el campo Los Manueles, recubierto por el intervalo petrolífero de 500’ denominado informalmente “areniscas de El Cubo”. Sigue la columna estratigráfica con la formación León del Oligoceno tardío y Mioceno temprano (latitas y areniscas carbonáceas); y el Grupo Guayabo (Formaciones Palmar, Isnotú y Betijoque) representando la sedimentación miocena con areniscas, arcillas carbonáceas y conglomerados que se extienden hasta el Plioceno. Figura 2.7 26 �Figura. 2.7 Columna estratigráfica de los campos de distrito colon Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 Estructura del Campo Las Cruces. El Campo Las Cruces es un domo fallado alargado en dirección NE-SO sobre el corrimiento de Tarra. El corrimiento determina tres unidades tectónicas: el flanco oeste sobrecorrido, una cuña de falla entre dos planos convergentes, y un flanco este afectado a su vez por fallas convergentes. Se aprecia un sistema de fallas inversas transversales, de rumbo noreste-suroeste y buzamiento oeste con desplazamiento de 100 hasta 1.000 pies. Figura. 2.8 27 �Figura. 2.8 Mapa estructural campo las cruces Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 En la Figura. 2.9 Se muestra un corte geológico del Campo Las Cruces. Figura. 2.9 Corte geológico campo las cruces Fuente: Código geológico de Venezuela PDVSA-Intevep, 1997 2.3.3 Toma de Muestras. La muestra es una porción representativa de la población, que permite generalizar sobre ésta, los resultados de una investigación. Su propósito básico es extraer 28 �información que resulta imposible estudiar en la población, porque esta incluye la totalidad. (Chávez, 2004) Para esta investigación se tomaron siete (7) muestras, a tres (3) de agua y dos (2) de suelo se le realizaron análisis físico químico para fundamentar los criterios de valoración sobre el factor agua y suelo respectivamente y a dos (2) muestras de menes se le realizo el análisis SARA para determinar a través de diagrama de Tissot la clasificación del hidrocarburo presente en los menes. En este sentido, el muestreo es no probabilístico intencional ya que no se determinará probabilidad alguna y el investigador establece previamente las unidades de análisis. (Stracuzzi ,2010) Análisis de las muestras. La empresa PDVSA a través del convenio con la Fundación Instituto Zuliano de Investigaciones Tecnológicas (INZIT), solicitó realizar una serie de análisis al agua, suelo y hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos. Identificación de las muestras de Suelo. Se captaron por el personal del INZIT, dos (02) muestras de sedimento el día 30 de julio del año 2013. La muestra 1 se codifico bajo las ordenes Nº 1802 (anexo D) y 1803 (artículo 50), figura 2.11, y la muestra 2 bajo las ordenes No 1819 (anexo D) y 1818 (artículo 50), figura 2.12. Se identificaron como se indica en la Tabla 2.1. Tabla 2.1 Identificación de la Muestras de suelo. Código INZIT Descripción Coordenadas 1803-36-13-13328 1802-36-13-13327 1818-36-13-13357 1819-36-13-13358 Suelo 1 (S1) Suelo 1 Suelo 2 (S2) Suelo 2 N: 08°35'32,73" W: 72°31'59,33" N: 08°35'42,11" W: 72°31'55,11" Fuente: Vílchez 2013 En la figura 2.10 se muestra la ubicación geográfica de las muestras de suelo 29 �Figura. 2.10 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de suelo Fuente: Vílchez 2013 Suelo contaminado Suelo contaminado Figura. 2.11 Toma de muestra suelo 1 Figura. 2.12 Toma de muestra suelo 2 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 Metodología. La muestra se analizó siguiendo los procedimientos descritos en EPA (1997) Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/Chemical Methods SW-846. SW Método de muestreo. Las muestras de sedimento se captaron siguiendo los procedimientos descritos en el "ENVIRONMENTAL PROTECT PROTECTION AGENCY / SW 846(EPA)". 30 �Parámetros analizados. Según lo referido en el Decreto 2.635, articulo 50; Para esparcimiento en suelos, publicados en la Gaceta Oficial N° 5.245 "Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos". Cuantificación de Arsénico, Bario, Cadmio, Cromo, Mercurio, Plata, Plomo, Selenio, Zinc, Porcentaje de Saturaci6n de Bases, Aceites y Grasas, Aluminio Intercambiable, Cloruros totales, Conductividad eléctrica 1:2 agua/suelo, relación de Adsorción de Sodio, medición de pH. En Lixiviado; cuantificación de Arsénico, Bario, Cadmio, Cromo, Mercurio, Níquel, Palta, Plomo, Selenio. Resultado de los parámetros analizados. La tabla 2.2 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de las muestras de suelo y anexo D. Tabla. 2.2 Análisis de la Muestras de Suelo. Código muestra Orden Descripción Determinación de aceites minerales e hidrocarburos Determinación de aceites y grasas Determinación de aluminio intercambiable Determinación de cloruros totales Determinación de conductividad eléctrica 1:2 agua/suelo Determinación de relación Absorción de sodio Determinación de PH Preparación de muestra por digestado Suelo 1 1803-36-13-13328 1803 Límites Articulo 50 Decreto No. 2635 Mezcla sueloHidrocarburos Suelo 2 1818-36-13-13357 1818 Resultado Suelo 1 Suelo 2 .... 1.02% en peso 1.02% en peso <= 1 % en peso 1.87 % en peso 0.69 % en peso < 1.5 meq/100 < 0.01 meq/100 < 0.01 meq/100 < 2500 ppm < 161 ppm < 161 ppm < 3.5 mS < 0.13 mS < 0.13 mS <8 0.22 0.20 5-8 6.66 6.35 .... Realizada Realizada 31 �(Cont…) Descripción Determinación de porcentaje de saturación de bases Determinación de plata Determinación de arsénico Determinación de cadmio Determinación de cromo Determinación de mercurio Determinación de plomo Determinación de selenio Determinación de zinc Determinación de bario Límites Articulo 50 Decreto No. 2635 Mezcla sueloHidrocarburos Suelo 1 Resultado Suelo 2 >= 80 100 100 <= 5 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 25 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 8 mg/Kg <= 300 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 150 mg/Kg <= 2 mg/Kg <= 300 mg/Kg <= 2000 mg/Kg <= 34.6 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 31.7 mg/Kg <= 99 mg/Kg Muestra Código Orden Suelos 1 1803-36-13-13327 1802 Suelos 2 1819-36-13-13358 1819 Descripción Anexo D Suelo 1 Preparación de la muestra solida por lixiviados Determinación de arsénico Determinación de bario Determinación de cromo Determinación de cadmio Determinación de mercurio Determinación de plata Determinación de selenio Determinación de Níquel <= 34.9mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 56.8 mg/Kg <= 150 mg/Kg Resultado Suelo 2 ... Realizada <= 5 mg/L <= 0.01mg/L <= 100 mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 2.4 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.2 mg/L <= 0.001mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 5 mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <= 0.02 mg/L Realizada <= 0.01mg/L <= 2.6 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.001mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <= 0.02 mg/L Fuente: Vílchez 2013 Identificación de las muestras de Agua. Se captaron por el personal del INZIT, tres (03) muestras de agua el día 30 de Julio del año 2013, fig. 16, 17,18. Las muestras fueron codificadas bajo la orden N° 1806 e identificadas como se indica en la Tabla 2.3 32 �Tabla. 2.3 Identificación dentificación de las Muestras de Agua Agua. Código INZIT Descripción Coordenadas 1806-02-13-13335 Agua de mene (Am) N:08°35'14,1" W:72°31'56,3" 1806-02-13-13336 Agua de caño 1 (Ac1) N:08°35'17,0" W:72°32'52,2" 1806-02-13-13337 Agua de caño 2 (Ac2) N:08°36'15,0" W:72°31'36,8" Fuente: Vílchez 2013 En la figura 2.13 se muestra lla ubicación geográfica de las muestras de agua. Figura. 2.13 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo del agua Figura Figura. 2.14 Toma de muestra de Agua de Mene Fuente: Vílchez 2013 33 �Figura. 2.15 Muestra uestra de Agua Caño 1 Figura. 2.16 Muestra uestra de Agua Caño 2 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 Metodología. Las muestras de agua fueron analizadas siguiendo los procedimientos descritos en el "Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater" 20th Edition, mientras que las de sedimento, se analizaron siguiendo los procedimientos descritos en EPA (1997) Test Methods for Evaluating Solid Waste, Physical/ Physical/Chemical Chemical Methods SW-846. Método de muestreo. Las muestras fueron tomadas en envases plásticos y de vidrio de diferentes capacidades (500 mL y 1L). Las muestras se preservaron con los reactivos necesarios (ácido etilendiaminotetraacé etilendiaminotetraacético EDTA, ácido sulfúrico H2SO4, ácido nítrico HNO3, hidróxido xido de sodio NaOH, acetato de zinc (CH3 (CH3COO COO) 2Zn) para evitar fenómenos de adsorció adsorción de elementos traza en Ia superficie de los envases en algunos casos, y en otros, adecuar las condiciones fisicoquímicas y evitar perdida o contaminación del analito durante el almacenaje y transporte. Una vez tomadas y preservadas con los reactivos correspondientes, el conjunto de muestras fue conservado vado a temperatura controlada ((-4 4 °C) y trasladadas en el menor tiempo posible ible al laboratorio para los análisis respectivos. 34 �Parámetros analizados. Muestras de agua: Art. 10 decreto Nº 883. Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos: aceites minerales e hidrocarburos, aceites y grasas, demanda bioquímica de oxígeno, demanda química de oxígeno, detergentes, espuma, nitrógeno total, pH, sólidos sedimentables, sólidos flotantes, sólidos suspendidos, color real, cuantificación de metales: fosforo, hierro, manganeso, cromo, estaño, aluminio, arsénico, bario, boro, cadmio, cobalto, cobre, mercurio, plata, plomo, selenio, zinc, fenoles, sulfuros, fluoruros, nitritos+nitratos, sulfatos, sulfitos, cloruros, cianuros, coliformes totales. Resultado de los parámetros analizados. La tabla 2.4 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de la muestra de agua. Tabla. 2.4 Resultados de las muestras de agua. Agua de mene Código muestra 1806-02-1313335 Orden 1806 Descripción Determinación de aceites minerales e hidrocarburos Determinación de aceites y grasas Determinación de cloruros Determinación de color real Determinación de demanda bioquímica de oxigeno Determinación de demanda química de oxigeno Determinación de detergentes Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Agua de caño 1 Agua de caño 2 1806-02-1313336 1806 1806-02-1313337 1806 Resultados Agua de mene Agua de caño 1 Agua de caño 2 <= 20 mg/l I57 mg/l 0.31 mg/l 0.51 mg/l <= 20 mg/l 191 mg/l I.13 mg/l 1.72 mg/l <= 1000 mg/l <= 500 Pt-Co 4 mg/l 11 Pt-Co 7 mg/l 5 Pt-Co 5 mg/l 9 Pt-Co <= 60 mg/l 19 mg/l 6 mg/l 8 mg/l <= 350 mg/l 98 mg/l 28 mg/l 42 mg/l <= 2 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l 35 �(Cont…) Descripción Determinación de cianuros Determinación de sólidos suspendidos Determinación de aluminio Determinación de arsénico Determinación de bario Determinación de boro Determinación de cobalto Determinación de cobre Determinación de cromo Límites Articulo 10 Decreto No. 883 <= 0,2 mg/l Resultados Agua de mene < 0,05 mg/l Agua de caño 1 < 0,05 mg/l Agua de caño 2 < 0,05 mg/l <= 80 mg/l 156 mg/l 26 mg/l 38 mg/l <= 5 mg/l <= 0,5 mg/l <= 5 mg/l <= 5 mg/l <= 0,5 mg/l <= 1 mg/l <= 2 mg/l < 0,1 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,3 mg/l < 0,03 mg/l < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l < 0,002 mg/l < 0,8 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,30 mg/l < 0,03 mg/l < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l Determinación de cadmio <= 0,2 mg/l Determinación de estaño Determinación de plata Determinación de plomo Determinación de fosforo total Determinación de nitritos + nitratos Determinación de nitrógeno total Determinación de sólidos flotantes Determinación de sólidos sedimentables Determinación de sulfatos Determinación de sulfitos Determinación de sulfuros Presencia de espuma Medición de pH Determinación de fenoles Determinación de fluoruros Determinación de hierro Determinación de manganeso Determinación de selenio <= 5 mg/l <= 0,1 mg/l <= 0,5 mg/l < 0,1 mg/l < 0,01 mg/l < 0,1 mg/l < 0,30 mg/l < 0,03 mg/l < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l < 0,002 mg/l < 0,8 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l <= 10 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l < 0,05 mg/l <= 10 mg/l 9.43 mg/l 7.15 mg/l 10.5 mg/l <= 40 mg/l 9.43 mg/l 7.15 mg/l 10.5 mg/l Ausentes 0.4 mg/l < 0.1 mg/l 0.1 mg/l <= 1 mg/l < 0.5 mg/l < 0.5 mg/l < 0.5 mg/l <= 1000 mg/l <= 2 mg/l <= 0,5 mg/l Ausente 6-9 <= 0,5 mg/l <= 5 mg/l <=10 mg/l < 5 mg/l < 0.5 mg/l < 0.2 mg/l Ausente 6 0.13 mg/l 0.16 mg/l 0.23 mg/l < 5 mg/l < 0.1 mg/l < 0.2 mg/l Ausente 5.98 < 0.05 mg/l 0.44 mg/l 1.23 mg/l < 5 mg/l < 0.1 mg/l < 0.2 mg/l Ausente 6 < 0.05 mg/l 0.07 mg/l 1.62 mg/l <= 2 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l <=0,05 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l Determinación de zinc <= 5 mg/l <=0,01 mg/l Determinación de bacterias coliformes totales <=1000NMP/ 100m < 0,01 mg/l < 0,001 mg/l 2400 NMP/100m < 0,01 mg/l Determinación de mercurio < 0,01 mg/l < 0,001 mg/l 4 NMP/100m < 0,002 mg/l < 0,8 mg/l < 0,01 mg/l < 0,01 mg/l < 0,001 mg/l 2400 NMP/100 Fuente: Vílchez 2013 36 �Identificación entificación de muestra de hidrocarburos provenientes de los menes. Se captaron por el personal del INZIT dos (02) muestras de hidrocarburos provenientes de los menes menes, el día 01 de agosto de 2013, tal como se muestra en las figuras 2.18 y 2.19 las mismas fueron y entregadas tregadas al Laboratorio de Petróleo Petró el mismo día para sus respectivos análisis, las muestras fueron eron codificadas con la orden Nº 1804 e identificadas ificadas de la siguiente manera. (Tabla 2.5) 2.5). Tabla. 2.5 Identificación dentificación de la las muestras de Mene. Código INZIT 1804-06-13-13329 1804-06-13-13330 Descripción Mene 1 (M1) Mene 2 (M2) Coordenadas N:08°35'13,23" N:08°35'44,54" W:72°31'57,23" 31'57 W:72°31'54,84" 31'54,84 En la figura 2.17 se muestra lla ubicación geográfica de las muestras de menes Figura. 2.17 Ubicación geográfica de los puntos de muestreo de menes Suelo contaminado Figura. 2.18 Toma de muestra Mene 1 Figura. 2.19 Toma de muestra Mene 2 Fuente: Vílchez 2013 Fuente: Vílchez 2013 37 �Metodología. Para realizar los análisis correspondientes se siguieron los procedimientos descritos en el "Standard ASTM for Petroleum Products and Lubricants" Método de muestreo. Las muestras fueron captadas atmosféricamente en el Fundo Los Clavelitos y colocadas en envases plásticos de 500 ml de capacidad, estas fueron tapadas inmediatamente para evitar cualquier posible contaminación de algunos elementos traza debido a fenómenos de adsorción. Conservadas a temperatura ambiente fueron trasladadas al laboratorio para sus respectivos análisis. Parámetros analizados. A las muestras se le realizaron los análisis de: saturados, aromáticos, resinas y asfáltenos (SARA) Resultado de los parámetros analizados. La tabla 2.6 muestra los resultados obtenidos de los análisis de laboratorio de la muestra de menes Tabla. 2.6 Resultados Análisis SARA. Muestra % Saturados % Aromáticos % Resinas % Asfáltenos Mene 01 26,47 23,53 39,78 10,22 Mene 02 26,67 30,00 27,23 16,10 Fuente: Vílchez 2013 3.3.4 Aplicación del Método de los criterios relevantes integrados. Los impactos a ser evaluados por el método CRI se dividen en dos impactos del medio físico y del medio biológico tal como se muestra en la tabla 2.7. 38 �Tabla. 2.7 Impactos de Ambientes a Evaluar. Impactos Medio Físico-Natural MF-01 Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de menes MF-02 Afectación de cauces (Afluentes) de agua por presencia de hidrocarburos provenientes de menes MF-03 Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Medio Biológico MB-01 Afectación de la flora (Cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes MB-02 Alteración del habitad para la fauna (Migración y muerte) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Fuente: Vilchez 2013 Componente Medio Físico-Natural. Código MF-01: Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Suelo. � Localización: Fundo Los Clavelitos, Áreas de los menes M1 y M2. � Acción generadora: Emanaciones de hidrocarburos naturales (Menes). � Efectos: Alteración en la composición del suelo, afectación a la flora y fauna asociada al mismo. � Descripción del impacto: Los menes afectan la capa superficial de los suelos del Fundo Los Clavelitos compactándolos, reducen el espacio poroso, la composición, producen cambios de la geomorfología y también alteran el paisaje. Cabe destacar que los suelos son de gran importancia tanto para el desarrollo de la flora como para la diversidad de fauna de la zona. Criterios de valoración del impacto. � Intensidad: Esta afectación está asociada con el caudal y el grado de contaminación del hidrocarburo que brota del mene, en este caso por ser la descarga continua y de poco caudal, se considera como de media intensidad (4). 39 �Este � Extensión: impacto se presenta en diversas áreas del fundo; principalmente donde se encuentran los menes M1 y M2, y se extiende en dirección de la menor de pendiente de estos. La superficie afectada es de aproximadamente 4.5 hectáreas. Por lo tanto, el nivel de extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del agente contaminante. Debido a que existen reportes de la presencia de hidrocarburos de por lo menos 10 años, La misma se considera como larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad estará asociada a los correctivos necesarios a implementar para lograr que el medio retome su condición original. Por ser el mene un fenómeno natural que siempre afectara el suelo. Se deben perforar pozos de petróleo para disminuir su caudal, Su efecto se considera medianamente reversible con un valor de (5). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo contamine el suelo por la continua descarga, los resultados de los parámetros aceites y grasas cercanos a los menes arrojaron que no cumple con la normativa legal vigente, pero para las zonas alejadas a los menes se cumplen todos los parámetros, por lo tanto se considera el riesgo como focalizado alto (8). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.8. Tabla. 2.8 Jerarquización del impacto sobre el suelo. Medio Afectado Suelo I E D Rv Ri VIA Categoría 4 4 10 5 8 5,6 III Fuente: Vilchez 2013 Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18) VIA = 4 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 8 x 0.2 = 5,6 40 �Código MF-02: Afectación de cauces de agua por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Cauces de agua. � Localización: Fundo Los Clavelitos, diversos Cauces. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2. � Efectos: Alteración de las propiedades físico químicas del agua de los cauces, afectación a la flora y fauna asociada a los mismos. � Descripción del impacto: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes de los menes M1 y M2 afectan los cursos de agua del Fundo Los Clavelitos, alteran la composición físico química de los mismos. Estos cauces son de gran importancia tanto para las plantas acuáticas y peces, como para la diversidad de fauna de la zona. Criterios de valoración del impacto � Intensidad: La intensidad de la afectación está asociada con el caudal y el grado de contaminación del hidrocarburo proveniente de los menes el cual llega hasta los diversos cauces de agua del Fundo Los Clavelitos, la descarga no es continua y de poco caudal. Se considera como de baja intensidad (2). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los cauces de agua que se encuentran ubicados por debajo de la pendiente de los menes M1 y M2; Sin embargo, El proceso de escorrentía se expande aguas abajo aproximadamente hasta un 1 Km, esto de acuerdo a lo observado en el estudio de campo. Por lo tanto, el nivel de afectación por extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: Este criterio está asociado al tiempo de duración del agente contaminante, la presencia de hidrocarburos en los cauces de agua ha estado presente en un periodo mayor a 10 años, la duración se considera como larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar para lograr que el medio retome su condición original. Se deben 41 �colocar barreras de contención de tierra alrededor de los menes lo cual reduciría considerablemente la probabilidad de contaminación de los cauces, por lo antes expuesto se considera medianamente reversible (5). � Riesgo: La probabilidad de que el hidrocarburo contamine los cauces de agua por el continuo brote es baja, ya que los análisis físicos químicos del agua de los caños 1 y 2 arrojaron que los parámetros aceites minerales e hidrocarburos, y aceites y grasas se encontraban en el rango de la normativa nacional vigente, solo estaban fuera de parámetros el agua de mene, por lo tanto en el riesgo se considera como medio (4). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.9. Tabla. 2.9 Jerarquización del impacto sobre los cauces de agua. Medio Afectado Cauces de agua I E D Rv Ri VIA Categoría 2 4 10 5 4 4,2 III Fuente: Vilchez 2013 Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18). VIA = 2 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 4 x 0.2= 4,2 Código MF-03: Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Aire. � Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas cercana a los menes M1 y M2. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 ocasionan variaciones en la calidad del aire. � Efectos: Afectación a la flora y fauna cercana a los menes M1 y M2. � Descripción del impacto: La liberación de los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 afecta la calidad del aire y 42 �por ende la flora y fauna del Fundo Los Clavelitos. Criterios de valoración del impacto. � Intensidad: La afectación de este parámetro se relaciona con el caudal de hidrocarburos volátiles que se libera y su grado de contaminación, por presentar una descarga continua de poco caudal. Se considera como de media intensidad (3). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona cercana a los menes M1 y M2, en un área aproximada de 6 hectáreas. Por lo tanto, el nivel de afectación por extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del agente contaminante. Debido a que la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos es mayor a 10 años, se considerara de larga duración (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar, medidas que permitan que el medio retome su condición original. El mene es un fenómeno natural activo y la liberación de hidrocarburos volátiles continua. Se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir la liberación de los componentes volátiles a la atmósfera. Su efecto se considera medianamente reversible (5). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 contaminen el aire por la continua liberación, por lo tanto se considera el riesgo como alto (10). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.10. Tabla. 2.10 Jerarquización del impacto sobre el aire. Medio Afectado Aire I E D Rv Ri VIA Categoría 3 4 10 5 10 5,7 III Fuente: Vilchez 2013 43 �Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18) VIA = 3 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 10 x 0.2= 5,7 Componente Medio Biológico. Código MB-01: Afectación de la flora (cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Flora. � Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas de los menes M1 y M2, la zona cercana a los mismos y la zona de los cauces de agua. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2. � Efectos: Afectación a la flora por impregnación y filtración del suelo por hidrocarburos, lo cual ocasiona sequía de la diversidad de plantas, esto ocurre principalmente en las áreas de los menes M1, M2 y sus alrededores. � Descripción del impacto: La vegetación que se encuentra el Fundo Los Clavelitos son principalmente las que se muestran en la tabla 2.11. Estas son afectadas por infiltración de los suelos y por impregnación de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2, lo cual trae como consecuencia su deterioro y sequía. Tabla 2.11 Principales representantes de la vegetación en el Fundo Los Clavelitos. Nombre común Nombre científico Pasto guinea Palo maría Escobilla Yagrumo Pega pega Helechos Palma curuba Lengua de suegra Pira Mocote Junco de agua Rabo de zorro Estoraque Panicum máximum Triplaris caracasana Scoparia dulcis Cecropia peltata Desmodium spp Pteridium spp Attalea butyracea Dieffenbachia spp Amaranthus Cassia alata Cyperus ligularis Setaria geliculata Vernonia brasiliana Fuente: Vilchez 2013 44 �Criterios de valoración del impacto. � Intensidad: La afectación de este parámetro es consecuencia del caudal de hidrocarburos que se infiltra en los suelos e impregna la vegetación de la zona de los menes M1, M2 y sus alrededores. Por presentar los resultados de los análisis de lixiviados en las muestras de suelos en el rango de la normativa venezolana. (Tabla. 2.2, Anexo D, pág. 30). Su intensidad se considera baja y continua (1). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los menes M1, M2 y la zona cercana, así como también la vegetación en los afluentes con un área aproximada de 6 hectáreas. El nivel de afectación por extensión se considera como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto se asocia al tiempo de duración del agente contaminante. Se reporta la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos en un periodo mayor a 10 años, la duración se considera larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar, medidas que permitan que el medio retome su condición original. Por ser el mene un fenómeno natural activo y de presencia continua, se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir su brote y la colocación de barreras de tierra alrededor de los menes M1 y M2. En los cauces de agua se recomienda colocar barreras tipo cortina para evitar que la cobertura vegetal se impregne de hidrocarburos. Se considera que este fenómeno naturall puede ser en la flora medianamente reversible (4). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo contamine la vegetación por la continua impregnación y en los suelos, por lo tanto se considera el riesgo como alto (8). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.12. Tabla. 2.12 Jerarquización del impacto sobre la flora. Medio Afectado Flora I 1 E 4 D 10 Rv 4 Ri 8 VIA 4,5 Categoría III Fuente: Vilchez 2013 45 �Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18) VIA = 1 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 4 x 0.2 + 8 x 0.2 = 4,5 Código MB-02: Alteración del habitad de la fauna (Migración y muerte) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes. � Medio Afectado: Fauna � Localización: Fundo Los Clavelitos, principalmente las áreas de los menes M1 y M2, la zona cercana a los mismos y la zona de los cauces de agua. � Acción generadora: Las emanaciones de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2. � Efectos: Afectación a la fauna por impregnación y liberación de hidrocarburos volátiles, esto trae como consecuencia la migración y muerte de las diversidad de especies que habitan en la zona. � Descripción del impacto: La fauna que habita en el Fundo Los Clavelitos se afecta por impregnación de hidrocarburos, así como también por la evaporación de los componentes volátiles de los mismos, lo que trae como consecuencia la migración y muerte de las especies que habitan en la zona, en la misma existen una gran diversidad. (Tabla 2.13) Tabla. 2.13 Principales representantes de la fauna en el Fundo Los Clavelitos. Nombre común Nombre científico Chiguire o piropiro Rabipelados Lapa Cunaguaro Picure Vaca Morrocoy Baba Iguana Dormilona Mono de noche Oso melero Oso frontino Hydrochanis esthmius Didelfus Agotipaca Felis perdatis Desaprocta agutí Bos primegenius Taurus Geochelone carbonara Caimán cocodrilus Iguana Epicrates concharia Actus trivigatus Tamandúa mexicana Tremaretos ornatus Fuente: Vilchez 2013 46 �Criterios de valoración del impacto � Intensidad: La afectación de este parámetro está asociada con el caudal de hidrocarburos que se esparce en la zona, específicamente donde se encuentran los menes M1, M2 y en las aguas de los cauces donde hay presencia del mismo. En la zona de los menes los animales son impregnados al caminar o posarse en dichos sitios. Se observa poca presencia de animales, por lo que la intensidad se considera como alta (6). � Extensión: La superficie afectada directamente es la zona de los menes M1, M2 y la zona de los cauces de agua que contienen presencia de hidrocarburos. El área es aproximadamente de 6 hectáreas. El nivel de afectación por extensión se considerara como local o extensiva (4). � Duración: El criterio de duración del impacto está asociado al tiempo de duración del agente contaminante. Se reporta la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos en un periodo mayor a 10 años, esta se considera como larga (10). � Reversibilidad: La reversibilidad está asociada a los correctivos necesarios a implementar medidas que permitan que el medio retome su condición original. El mene un fenómeno natural activo y la presencia de hidrocarburos continua, se recomienda la perforación de pozos petroleros para disminuir el brote de los menes, y permitir que la fauna regrese al Fundo Los Clavelitos, se considera el impacto medianamente reversible (5). � Riesgo: Existe una gran probabilidad de que el hidrocarburo impregne y afecte a la fauna, por lo tanto se considera el riesgo como alto (9). El resultado de los criterios de valoración del impacto se introduce en la tabla 2.14. Tabla. 2.14 Jerarquización del impacto sobre la fauna. Medio Afectado Fauna I 6 E 4 D 10 Rv 5 Ri 9 VIA 6,4 Categoría II Fuente: Vilchez 2013 Los datos determinados se introducen en la fórmula 1 (ver pág. 18). VIA = 6 x 0.3 + 4 x 0.2 + 10 x 0.1 + 5 x 0.2 + 9 x 0.2= 6.4 47 �CAPÍTULO III – ANALISIS DE RESULTADOS. En este capítulo se presentan y analizan los resultados obtenidos durante el desarrollo de la investigación, siguiendo la metodología expuesta en el capítulo II, Marco metodológico, así como su relación con los objetivos específicos. Siguiendo la secuencia de los objetivos planteados en la investigación para la Identificación de los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos, se realizaron dos visitas de campo al Fundo Los Clavelitos, con la presencia del propietario del mismo y con un equipo multidisciplinario conformado por el Ing. Luis duarte perteneciente a la gerencia de ambiente de PDVSA y técnicos de INZIT los días 31 de julio y 01 de agosto de 2013, la cual arrojo como resultado que los pozos petroleros que ese encuentran dentro del fundo el T-194, T-219 ,T-184, y la Estación de Flujo Concordia se encontraban desincorporados de producción y los mismos no presentaban derrames, por lo que se descartó que estos fueran los causantes de la presencia de hidrocarburos. Es de señalar que durante todo el recorrido se pudo visualizar una serie de manchas de hidrocarburos por donde no existían ningún tipo de tuberías, estas fluían naturalmente (Menes), siendo la más notorias dos manchas de aproximadamente 4.5 hectáreas. En relación al segundo objetivo sobre la caracterización geológica de la zona podemos decir que el Fundo Los Clavelitos se encuentra dentro del campo petrolero conocido como Las Cruces el cual presenta una estructura tectónica compleja, con fallas convergentes y fallas inversas transversales, lo cual pudiera explicar la presencia de los menes en diversas áreas, ya que las fallas son la principal vía por donde el hidrocarburos migra a la superficie. Los resultados de los análisis de la composición físico química de las muestras de suelo obtenidas en el Fundo Los Clavelitos y su posterior comparación con la normativa ambiental Venezolana decreto 2635 artículo 50 se muestran en la tabla 3.1 48 �Tabla. 3.1 Comparación de las muestras de suelo con los parámetros permisibles. Muestras Suelo 1 Suelo 2 Código muestra 1803-36-13-13328 1818-36-13-13357 Orden 1803 1818 Descripción Límites Articulo 50 Decreto No. 2635 Suelo 1 Comparación Suelo 2 Comparación Mezcla sueloHidrocarburos Determinación de aceites minerales e hidrocarburos .... 1.02% en peso ... 1.02% en peso ... Determinación de aceites y grasas <= 1 % en peso 1.87 % en peso No Cumple 0.69 % en peso Cumple Determinación de aluminio intercambiable < 1.5 meq/100 < 0.01 meq/100 Cumple < 0.01 meq/100 Cumple < 2500 ppm < 161 ppm Cumple < 161 ppm Cumple < 3.5 mS < 0.13 mS Cumple < 0.13 mS Cumple Determinación de relación Absorción de sodio <8 0.22 Cumple 0.20 Cumple Determinación de PH 5-8 6.66 Cumple 6.35 Cumple Preparación de muestra por digestado .... Realizada ... Realizada ... Determinación de porcentaje de saturación de bases >= 80 100 Cumple 100 Cumple Determinación de plata <= 5 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Cumple <= 1.0 mg/Kg Cumple Determinación de arsénico <= 25 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Cumple Cumple Determinación de cadmio <= 8 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Cumple <= 1.0 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg Determinación de cloruros totales Determinación agua/suelo de conductividad Determinación de cromo Determinación de mercurio Determinación de plomo Determinación de selenio Determinación de zinc Determinación de bario eléctrica 1:2 <= 300 mg/Kg <= 1 mg/Kg <= 150 mg/Kg <= 2 mg/Kg <= 300 mg/Kg <= 2000 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 34.6 mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 31.7 mg/Kg <= 99 mg/Kg Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple <= 1.0 mg/Kg <= 0.1 mg/Kg <= 34.9mg/Kg <= 1.0 mg/Kg <= 56.8 mg/Kg <= 150 mg/Kg Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple 49 �(Cont…) Muestra Suelo 1 Código Orden 1803-36-13-13327 1802 Descripción Suelo 2 1819-36-13-13358 1819 Articulo 50 Resultado Anexo D Decreto No. 2635 Suelo1 Comparación Preparación de la muestra solida por lixiviados ... Realizada ... Determinación de arsénico <= 5 mg/L <= 0.01mg/L Cumple Determinación de bario Determinación de cromo Determinación de cadmio Determinación de mercurio Determinación de plata Determinación de selenio Determinación de Níquel <= 100 mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 0.2 mg/L <= 5 mg/L <= 1 mg/L <= 5 mg/L <= 2.4 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.001mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <=0.02 mg/L Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Resultado Suelo 2 Comparación Realizada <= 0.01mg/L <= 2.6 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.02 mg/L <= 0.001mg/L <= 0.01mg/L <= 0.01mg/L <= 0.02 mg/L Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Cumple Del cuadro anterior podemos señalar que los resultados obtenidos para muestra de suelo 1 código 1803-36-13-13328, indican que el parámetro aceites y grasas, no cumplen con la normativa legal vigente, cabe destacar que esta muestra fue tomada cercana a los menes. Los obtenidos para la misma muestra anexo D código 1802-36-13-13327, indican que todos los parámetros cumplen con la normativa legal vigente. Los resultados obtenidos para muestra de suelo 2 código 1818-36-13-13357 y código 1819-36-13-13358 anexo D, indican que todos los parámetros cumplen con la normativa legal vigente. Los resultados de los análisis de la composición físico química de las muestras de agua obtenidas en el Fundo Los Clavelitos y su posterior comparación con la normativa ambiental Venezolana decreto 883 artículo 10, se muestran en la tabla 3.2. 50 �Tabla. 3.2 Comparación de las muestras de agua con los parámetros permisibles. Descripción Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Resultado Agua de Mene Comparación Resultado Agua de Caño 1 Comparación Resultado Agua de Caño 2 Comparación Determinación de aceites minerales e hidrocarburos <= 20 mg/l I57 mg/l No Cumple 0.31 mg/l Cumple 0.51 mg/l Cumple Determinación de aceites y grasas <= 20 mg/l 191 mg/l No Cumple I.13 mg/l Cumple 1.72 mg/l Cumple Determinación de cloruros <= 1000 mg/l 4 mg/l Cumple 7 mg/l Cumple 5 mg/l Cumple Determinación real <= 500 Pt-Co 11 Pt-Co Cumple 5 Pt-Co Cumple 9 Pt-Co Cumple Determinación de demanda bioquímica de oxigeno <= 60 mg/l 19 mg/l Cumple 6 mg/l Cumple 8 mg/l Cumple Determinación demanda química oxigeno de de <= 350 mg/l 98 mg/l Cumple 28 mg/l Cumple 42 mg/l Cumple Determinación detergentes de <= 2 mg/l < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple Determinación de cianuros <= 0,2 mg/l < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple Determinación de sólidos suspendidos <= 80 mg/l 156 mg/l No Cumple 26 mg/l Cumple 38 mg/l Cumple Determinación de aluminio <= 5 mg/l < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple Determinación de arsénico <= 0,5 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de bario <= 5 mg/l < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple < 0,1 mg/l Cumple Determinación de boro <= 5 mg/l < 0,30 mg/l Cumple < 0,3 mg/l Cumple < 0,30 mg/l Cumple Determinación de cobalto <= 0,5 mg/l < 0,03 mg/l Cumple < 0,03 mg/l Cumple < 0,03 mg/l Cumple de color 51 �(Cont…) Descripción Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Resultado Agua de Mene Comparación Resultado Agua de Caño 1 Comparación Resultado Agua de Caño 2 Comparación Determinación de cobre <= 1 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de cromo <= 2 mg/l < 0,02 mg/l Cumple < 0,02 mg/l Cumple Determinación de cadmio <= 0,2 mg/l < 0,002 mg/l Cumple < 0,002 mg/l Cumple < 0,002 mg/l Cumple Determinación de estaño <= 5 mg/l < 0,8 mg/l Cumple < 0,8 mg/l Cumple < 0,8 mg/l Cumple Determinación de plata <= 0,1 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de plomo <= 0,5 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de fosforo total <= 10 mg/l < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple < 0,05 mg/l Cumple Determinación de nitritos + nitratos <= 10 mg/l 9.43 mg/l Cumple 7.15 mg/l Cumple 10.5 mg/l No Cumple Determinación nitrógeno total <= 40 mg/l 9.43 mg/l Cumple 7.15 mg/l Cumple 10.5 mg/l No Cumple Determinación de sólidos flotantes Ausentes 0.4 mg/l No Cumple < 0.1 mg/l Cumple 0.1 mg/l Cumple Determinación de sólidos sedimentables <= 1 mg/l < 0.5 mg/l Cumple < 0.5 mg/l Cumple < 0.5 mg/l Cumple Determinación de sulfatos <= 1000 mg/l < 5 mg/l Cumple < 5 mg/l Cumple < 5 mg/l Cumple Determinación de sulfitos <= 2 mg/l < 0.5 mg/l Cumple < 0.1 mg/l Cumple < 0.1 mg/l Cumple Determinación de sulfuros <= 0,5 mg/l < 0.2 mg/l Cumple < 0.2 mg/l Cumple < 0.2 mg/l Cumple Presencia de espuma Ausente Ausente Cumple Ausente Cumple Ausente Cumple Medición de pH 6-9 6 Cumple 5.98 No Cumple 6 Cumple Determinación de fenoles <= 0,5 mg/l 0.13 mg/l Cumple < 0.05 mg/l Cumple < 0.05 mg/l Cumple Determinación de fluoruros <= 5 mg/l 0.16 mg/l Cumple 0.44 mg/l Cumple 0.07 mg/l Cumple de < 0,01 mg/l < 0,02 mg/l Cumple Cumple 52 �(Cont…) Descripción Límites Articulo 10 Decreto No. 883 Resultado Agua de Mene Comparación Resultado Agua de Caño 1 Comparación Resultado Agua de Caño 2 Comparación <=10 mg/l 0.23 mg/l Cumple 1.23 mg/l Cumple 1.62 mg/l Cumple <= 2 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de selenio <=0,05 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de zinc <= 5 mg/l < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple < 0,01 mg/l Cumple Determinación de mercurio <=0,01 mg/l < 0,001 mg/l Cumple < 0,001 mg/l Cumple < 0,001 mg/l Cumple Determinación bacterias totales <=1000NMP/100m 4 NMP/100m Cumple 2400 NMP/100m No Cumple Determinación de hierro Determinación manganeso de de coliformes 2400 NMP/100 No Cumple Al realizar la comparacion de los limites permisibles de las muestras de agua con la normativa ambiental Venezolana decreto 883 articulo 10 en la tabla 3.2 nos dio como resultado para muestra de agua de Mene, código 1806-02-13-13335, que los parámetros: aceites minerales e hidrocarburos, aceites y grasas, sólidos suspendidos y sólidos flotantes no cumplen. Los resultados obtenidos para muestra de agua de caño 1, código 1806-02-13-13336, indican que los parámetros : sólidos flotantes pH, bacterias coliformes totales no cumplen con la normativa legal vigente Los resultados obtenidos para muestra de agua de caño 2, código 1806-02-13-13337, indican que los parámetros: nitritos + nitratos, sólidos flotantes, coliformes totales no cumplen con la normativa legal vigente. 53 �El análisis SARA realizado a las muestras de menes M1 y M2 arrojaron a través del diagrama ternario de Tissot y Welte, 1984 que los hidrocarburos s presentes en los menes se clasifican como pesados alterados o biodegradados, con valores de resinas más alfártenos entre 43.33 y 50 % en peso, tal como se muestra mues en la figura. 3.1 Figura. 3.1 Diagrama ternario SARA de las muestras M1 y M2 Dando cumplimiento al cuarto objetivo sobre lla aplicación del el método de los CRI para la determinación del impacto ambiental podemos decir que se realizó una evaluación final sobre cada uno de los medios afectados la cual se muestra a continuación. Evaluación final del impacto mpacto sobre el medio afectado s suelo. Este impacto de clasifica a como de categoría III, posee una probabilidad de ocurrencia moderada, Se recomienda como medida mitigante realizar una barrera (muro de 54 �contención de tierra), alrededor de los menes M1 y M2 con la finalidad de retener el hidrocarburo y minimizar su avance, así como también realizar perforaciones de pozos petroleros para aliviar las presiones del yacimiento y de esta manera disminuir el caudal de salida del mene y minimizar su afectación al suelo. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado agua. Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es moderada, como medida mitigante se recomienda colocar una barrera tipo cortina, las mismas se utilizan para bajas profundidades en los cauces de agua afectados, con la finalidad de retener el hidrocarburo y de esta manera minimizar la contaminación aguas abajo. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado aire. Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es moderada, como medida correctivas se recomienda la perforación de pozos petroleros cerca de los menes M1 y M2, con la finalidad de disminuir el caudal de descarga de estos a la superficie y por consiguiente la liberación a la atmósfera de los hidrocarburos volátiles. Evaluación final del impacto sobre el medio afectado flora. Este impacto se clasifica como de categoría III, la probabilidad de ocurrencia es moderada, como medida mitigante o correctiva se recomienda la perforación de pozos petroleros cercanos a los menes M1 y M2 para de esta manera disminuir su presencia, así como también colocar muros de contención de tierra alrededor de los mismos con la finalidad de contener su avance y confinarlo a la hora de un incendio. En los cauces de agua se recomienda colocar las barreras tipo cortina esto con la finalidad de evitar la impregnación y posterior sequia de la vegetación tanto de la zona de los suelos como la acuática del Fundo Los Clavelitos. 55 �Evaluación final del impacto sobre el medio afectado fauna. Este impacto se clasifica como de categoría II, la probabilidad de ocurrencia es alta, se recomienda la máxima atención para este medio afectado. En la visita al zona de estudio se evidencio poca presencia de animales en los suelos, árboles y en los cauces de agua, se consiguieron restos de animales en los menes M1 y M2. Se recomienda como medida correctiva la perforación de pozos petroleros cercanos a los menes M1 y M2 para de esta manera disminuir el brote de estos, barreras de tierra cercadas alrededor de los menes M1 y M2 para evitar que los animales queden atrapados en ellos, así como también barreras tipo cortina cercadas. Cabe destacar que la fauna es el medio más afectado. Para finalizar con los análisis de resultados se elaboró una tabla resumen del método CRI en la cual se ordenaron los impactos del medio físico y biológico de mayor a menor VIA, con la finalidad de proponer que se ejecuten las medidas mitigantes y correctivas priorizando el orden que ellas presentan. (Tabla 3.3) 56 �Tabla. 3.3 Resumen del método Código Nombre del Impacto Descripción Medio Afectado VIA Probabilidad de Ocurrencia Aire 5,7 Moderada Suelo 5,6 Moderada Medidas a Aplicar Componente Medio Físico-Natural MF-03 MF-01 MF-02 Afectación del aire por presencia de hidrocarburos provenientes de menes La liberación de los hidrocarburos volátiles provenientes principalmente de los menes M1 y M2 afecta la calidad del aire y por ende la flora y fauna del Fundo Los Clavelitos. Afectación de suelos por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Los menes afectan la capa superficial de los suelos del Fundo Los Clavelitos compactándolos, reducen el espacio poroso, la composición, producen cambios de la geomorfología y también alteran el paisaje. Cabe destacar que los suelos son de gran importancia tanto para el desarrollo de la flora como para la diversidad de fauna de la zona. Afectación del agua de los cauces (afluentes ) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes Las emanaciones de hidrocarburos provenientes de los menes M1 y M2 afectan los cauces de agua del Fundo Los Clavelitos, alteran la composición físico química de los mismos. Estos cauces son de gran importancia tanto para las plantas acuáticas y peces, como para la diversidad de fauna de la zona. Correctivas: Perforación de pozos petroleros cerca de los menes M1 y M2 Mitigante: Muro de contención de Tierra Correctiva: Perforación de pozos de petróleo. Agua 4,2 Moderada Mitigante: Se recomienda colocar una barrera tipo cortina. Componente Medio Biológico MB-02 Alteración del habitad para la fauna ( Migración y muerte) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes La fauna que habita en el Fundo Los Clavelitos se afecta por impregnación de hidrocarburos y también por la evaporación de los componentes volátiles de los mismos, lo que trae como consecuencia la migración y muerte de las especies que habitan en la zona, en la misma existen una gran diversidad tal como se muestra en la tabla 2.13. Tabla 2.13 Principales representantes de la fauna Clavelitos. Nombre común Chiguire o piropiro Rabipelados Lapa Cunaguaro en el Fundo Los Nombre científico Hydrochanis esthmius Didelfus Agotipaca Felis perdatis Correctiva: Perforación de pozos petroleros cerca de los menes M1 y M2 Fauna 6,2 Alta Mitigante : Barreras de tierra 57 �Picure Código Nombre del Impacto Vaca Morrocoy Baba Iguana Dormilona Mono de noche Oso melero Oso frontino Desaprocta aguti (Cont…) Descripción MB-01 Afectación de la flora (cobertura vegetal) por presencia de hidrocarburos provenientes de menes VIA Probabilidad de Ocurrencia Bos primegenius taurus Geochelone carbonara Caimán cocodrilus Iguana Epicrates concharia Actus trivigatus Tamandúa mexicana Tremaretos ornatus La vegetación del Fundo Los Clavelitos son muestran.( Tabla. 2.11) Nombre común Pasto guinea Palo maría Escobilla Yagrumo Pega pega helechos Palma curuba Lengua de suegra Pira Mocote Junco de agua Rabo de zorro Estoraque Medio Afectado Medidas a Aplicar cercadas alrededor de los menes M1 y M2 Mitigante: Barreras tipo cortina cercadas. principalmente las que se Nombre científico Panicum máximum Triplaris caracasana Scoparia dulcis Cecropia peltata Desmodium spp Pteridium spp Attalea butyracea Dieffenbachia spp Amaranthus Cassia alata Cyperus ligularis Setaria geliculata Vernonia brasiliana Estas son afectadas por infiltración de los suelos y por impregnación de hidrocarburos provenientes principalmente de los menes M1 y M2, lo cual trae como consecuencia su deterioro y sequía. Flora 4,5 Moderada Mitigante: Muros de contención de tierra. Mitigante: Barreras tipo cortina. 58 �CONCLUSIONES 1.- Los principales elementos causales que generan la presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos son los menes. 2.- Los resultados del análisis SARA y el diagrama de Tissot y Welte permitieron determinar que el hidrocarburo de los menes del Fundo Los Clavelitos son crudos pesados alterados. 3.- Los resultados de los análisis de las muestras de agua y suelo y su comparación con la normativa venezolana permitieron fundamentar la evaluación del impacto ambiental sobre los factores agua, suelo y flora. 4.- La aplicación del método CRI arrojo que los impactos MF-03 (Aire) y MB- 02(Fauna), poseen un VIA de 5.7 y 6.2 respectivamente, por lo que presentan una mayor probabilidad de ocurrencia. 5.-El sistema de medidas propuestas permitirá mitigar y corregir los impactos ambientales presentes en el Fundo Los Clavelitos 59 �RECOMENDACIONES 1.- Realizar un estudio de mayor profundidad sobre el efecto de la presencia de los menes en la fauna del Fundo Los Clavelitos, en virtud de ser la más afectada. 2.- Utilizar un equipo para determinar el nivel de contaminación sobre el factor aire. 3.- Realizar un estudio geoquímico detallado para determinar el ambiente deposicional de la roca madre que genero los fluidos orgánicos de los menes presentes. 60 �BIBLIOGRAFIA Acosta, C y Ojeda, C. (2005). Bases geológicas del a problemática ambiental de la Región Zuliana. Maracaibo, Venezuela. Arias, G Fidias (2006). El proyecto de investigación. Introducción a la metodología científica. Editorial episteme. Caracas, Venezuela. Barberii, Efraín E. (1998) El pozo ilustrado, PDVSA, Editorial del Centro Internacional de Educación y Desarrollo (FONCIED) ,Caracas. Constitución de la República Bolivariana de Venezuela. Caracas 1999 Decreto 2635 (1998) “Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos”. Gaceta Oficial Extraordinaria No 5245 Decreto No. 883 (1995) “Normas para la clasificación y control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o afluentes líquidos”. Gaceta Oficial Extraordinaria Nº 5.021. Escobar, Freddy H. (2004). Fundamentos de Ingeniería de Yacimientos. Neiva Huila – Colombia. Espinoza, Guillermo. (2001). Gestión y fundamentos de evaluación de impacto ambiental, informe técnico, Banco interamericano de desarrollo – BID, Centro de estudios para el desarrollo – CED, Santiago, chile. González, Alonso. (2008). Manual para la evaluación del impacto ambiental de proyectos obras o actividades. Medellín, Colombia. PDVSA-Intevep. (1997). Código geológico de Venezuela. PDVSA. (2011). Adendum. Proyecto. Abandono y desincorporación de pozos del campo mene de Acosta. Maracaibo, Venezuela. 61 �Rojas (2008). Geoquímica de los menes y relación Geológica-Estructural con la falla El Tigre, sector Cachiri, Estado Zulia. Trabajo especial de grado. Universidad del Zulia. Stracuzzi , S y Martins, F.( 2010) FEDUPEL Fondo editorial de la Universidad Pedagógica Experimental Libertador Venezuela. Schlumberger (1997). WEC. Evaluación de pozos. Caracas, Venezuela. Tissot, B.P. and Welte. (1984). Petroleum Formation and Occurence. Second. Proyect copy. La Habra California. 62 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Evaluación del impacto ambiental por presencia de hidrocarburos en el Fundo Los Clavelitos Creator An entity primarily responsible for making the resource Omer Enrique Vílchez Fernández Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/daf01db9f75e1671aff35bfa61e4e9a8.pdf 166549510c7c169a9e615492f00a69e2 PDF Text Text TESIS PLAN DE MANEJO DE DESECHOS PARA INSTALACIONES EN LA COORDINACIÓN OPERACIONAL DE PDVSA E & P OCCIDENTE Norka Moran Castillo �Página legal Título de la obra: Plan de manejo de desechos para instalaciones en la coordinación operacional de PDVSA E & P Occidente ,81 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2015-- ISBN: 1. Autor: Norka Moran Castillo 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Miguel Ángel Barrera Fernández Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Iñeguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Facultad de Geología y Minería Departamento de Geología PLAN DE MANEJO DE DESECHOS PARA INSTALACIONES EN LA COORDINACIÓN OPERACIONAL DE PDVSA E & P OCCIDENTE Tesis en opción al título académico de Máster en Geología, Mención Geología Ambiental Autora: Ing. Norka Moran Castillo Tutor: DrC. Alina Rodríguez Infante Mayo, 2015 �Plan de Manejo de Desechos ÍNDICE RESUMEN INTRODUCCIÓN CAPTÍTULO 1. Contenidos teóricos de un estudio de manejo de desechos 1.1 Desecho. El manejo de desecho como proceso tecnológico …… …… …… 5 6 13 …… 14 1.1.1 Manejo de los desechos peligrosos …… 14 1.1.2 Recuperación de materiales peligrosos …… 15 1.1.3 peligrosos …… 18 1.2 Almacenamiento y transporte de materiales recuperados Marco legal relacionado con el manejo de desechos …… 21 1.2.2 Constitución de la República, Leyes y Normas …… 23 …… 28 …… 29 …… …… …… 32 34 35 …… 36 …… 43 …… …… …… …… …… …… …… 47 48 48 49 49 58 62 …… …… …… …… …… 72 75 76 77 81 1.2.3 Registro de actividades susceptibles a degradar el ambiente (RASDA) 1.3 Caracterización de las instalaciones objeto de estudio de la Coordinación Operacional de PDVSA E & P 1.4 Caracterización geólogo ambiental CAPÍTULO 2. 2.1 Inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional PDVSA E & P. 2.1.1 Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en Patios de Tanques 2.1.2 Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en los Terminales de Embarque. 2.2 Estudio geólogo ambiental de la zona CAPÍTULO 3. Resultados y Discusión 3.1 Objetivos y Estrategia específica 3.2 Identificación de las corrientes de desechos 3.3 Plan de manejo de Efluentes 3.4 Plan de manejos de desechos sólidos no peligrosos 3.5 Plan de manejo de desechos peligrosos y material peligroso recuperable 3.6 Consideraciones derivadas del estudio ambiental de la zona CONCLUSIONES RECOMENDACIONES BIBLIOGRAFÍA ANEXOS 2 �Plan de Manejo de Desechos INTRODUCCIÓN La industria petrolera desarrolla una serie de actividades y operaciones típicas que se consideran implícitas en todos los proyectos. Actividades, tales como: la sísmica, la perforación de pozos, la producción y la conducción, implican múltiples interacciones con el entorno natural, por lo que representan una oportunidad para prevenir, minimizar o mitigar los impactos ambientales causados por la industria petrolera por medio de la implementación de planes de manejo ambiental basados en buenas prácticas ambientales y la implementación de tecnologías ambientales costo eficientes. Este panorama plantea la necesidad de evaluar con practicidad, claridad y conocimiento, los efectos causados por las actividades de la industria petrolera y proponer soluciones ajustadas a la normatividad ambiental existente y a los avances tecnológicos disponibles. La afectación que puede causar al medio ambiente la industria petrolera por no implementar planes de manejo adecuados puede ser considerable (Rasgos fisiográficos, 2011). Los daños ambiéntales en la mayoría de los casos, se deben principalmente a la falta de conocimiento e investigación por parte de las entidades involucradas en el manejo del medio ambiente intervenido. La implementación de nuevos procedimientos y tecnologías ofrecen una mejor relación entre las petroleras y el medio ambiente. De acuerdo a lo anterior, es importante destacar, los posibles impactos ambientales que puede causar la no implementación de planes de manejo ambiental adecuados al entorno ambiental. En efecto, la explotación petrolera es un proceso que se lleva a cabo por métodos de perforación, técnicas de completamiento y métodos de producción, que a pesar de ser tan complejos tienen una misma finalidad, la obtención del petróleo (Alfaro, 2009). Durante el desarrollo de estas actividades, se obtienen diversos desechos que pueden impactar negativamente al ambiente, si el manejo y tratamiento de los mismos no es adecuado o se violan las normas y regulaciones establecidas. En el mundo se desarrollan actividades petroleras que han ignorado estas regulaciones donde se ha podido demostrar que existió una mala disposición y tratamientos de los desechos 3 �Plan de Manejo de Desechos generados, y han provocado una mayor contaminación ambiental, afectando zonas marítimas, de bosques y otras cercanas a asentamientos humanos. Los estudios de esta problemática relacionado con el manejo de los desechos son de mucha importancia ya que la contaminación genera la degradación de los ecosistemas y con ello la alteración del medio físico, también afectaciones a la biodiversidad del medio, generando enfermedades en los humanos y pérdida de la calidad de vida (Alfaro, 2009). Desde hace algunos años, se ha tomado conciencia de los efectos negativos sobre el medio ambiente que trae la industrialización y el desarrollo económico, como son la contaminación atmosférica, vertidos a mares y ríos, residuos tóxicos, entre otros, en virtud de ello, la sociedad y los gobiernos están empezando a tomar medidas efectivas al respecto (Quesada, 2007). Venezuela que es uno de los principales productores de petróleo, también ha puesto atención al cumplimiento de estas medidas. La Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente ( E: Exploración y P: Producción), está ubicada en el estado Zulia, conformada por diecisiete instalaciones: Patios de Tanques (13): Bachaquero, Lagunillas Norte, Lagunillas Sur, Tasajeras, Ulé, Taparito, Punta Gorda, H7, F6, Altagracia, Bajo Grande, Punta de Palmas y Palmarejo de Mara; Terminales de Embarque (03): Puerto Miranda, La Salina y Bajo Grande; Estaciones de Refuerzo (01): Pajuizal, cuya ubicación geográfica se puede apreciar en la figura N° 1 en la página siguiente. La Coordinación Operacional, no escapa de esta realidad, conforme lo exige la normativa ambiental. En el año 2011 se elaboró un Plan de Manejo de Desechos en esta empresa (Plan de Supervisión Ambiental PDVSA, 2011), sin embargo en la actualidad los inventarios de desechos peligrosos recuperables y almacenados no tratados, así como de desechos no peligrosos en las instalaciones que conforman esta coordinación, muestran un incremento considerable, razón por la cual se decidió desarrollar una investigación con el propósito de perfeccionar el manejo para minimizar el impacto de estos desechos en el medio ambiente (Zea, 2010). 4 �Plan de Manejo de Desechos CRP CARDÓN PDT PALMAREJO AMUAY TDE PTO MIRANDA PDT ALTAGRACIA BAJO GRANDE TDE LA ER PAJUIZAL PDT H-7 SALINA PDT PTA PALMAS PDT PTA GORDA PDT ULE PDT F-6 PDT TAPARITO PDT LL NORTE PDT TASAJERA PDT LL SUR PDT BCH Figura N° 1. Ubicación de las instalaciones Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente. En la actualidad, la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente no cuenta con un plan de manejo de desechos que considere los inventarios actualizados de desechos peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en las diecisiete instalaciones que conforman esa Coordinación, a fin de establecer los procedimientos para su recolección, transporte, tratamiento y disposición final, de acuerdo a los lineamientos establecidos en la normativa ambiental vigente (Ley N° 55 Sobre Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos, 2001). 5 �Plan de Manejo de Desechos Las actividades en Patios de Tanques y Terminales de Embarque generan grandes volúmenes de desechos contaminantes que pueden impactar negativamente el ambiente y a la salud de los trabajadores, bien sea, por aquellos materiales impregnados con hidrocarburos, dispersión muy generalizada de desechos sólidos industriales que puedan generar riegos, así como también, otros desechos de origen doméstico e industrial como lo son: baterías usadas, efluentes industriales, aceites lubricantes, entre otros. Generalmente estos desechos deben ser tratados a través de diferentes técnicas y procesos que disminuyan su grado de contaminación para después ser depositados en fosas destinadas para éste fin. Actualmente se observan algunas dificultades de las empresas de servicio en cuanto al manejo de los desechos peligrosos en la industria, debido a que en algunos casos se les da el mismo manejo y tratamiento a todos los residuos por igual, bien sea porque la empresa operadora recolecta y mezcla todos los desechos en un mismo sitio de almacenamiento, o porque la empresa de servicio encargada del manejo de estos productos no cumple las normativas (García, 2011). El incremento considerable de los desechos y las violaciones detectadas en los sitios de acumulación de los mismos, en instalaciones de la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, permiten definir el siguiente problema científico: Existe un mal manejo de los desechos e indicadores de la poca efectividad de la estrategia anterior utilizada, así como de errores en la gestión de los procesos destinados a la recolección, transporte, tratamiento y disposición final de los desechos que se generan (Ley Orgánica, 2006). Por esta razón se definen Objeto de Estudio El objeto de estudio de la investigación es la efectividad en los procedimientos para la recolección, transporte, tratamiento y disposición final de las corrientes de desechos. Campo de acción 6 �Plan de Manejo de Desechos La evaluación de la gestión del medio ambiente, específicamente en la temática manejo de desechos, en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo. La Hipótesis es la siguiente Si se realizara una investigación medio ambiental, partiendo de un diagnóstico con alcance para evaluar los procedimientos para la recolección, almacenamiento y disposición final de los desechos empleados en Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo se podría diseñar un nuevo plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente. Objetivo General Diseñar un plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo para garantizar el cumplimiento de la legislación ambiental Venezolana, la seguridad del personal y mínimo impacto al ambiente. Objetivos Específicos 1.- Diagnosticar la situación actual de los desechos peligrosos y no peligrosos en los Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente. 2.- Evaluar los procedimientos para la recolección, almacenamiento y disposición final de los desechos. 3.- Proponer una estrategia para el desarrollo de los controles ambientales pertinentes para la recolección, transporte y disposición final de los desechos peligrosos, a fin de garantizar la seguridad del personal y mínimo impacto al ambiente. El Plan de manejo de desechos que se propone realizar en la presente investigación, será ejecutado en diecisiete instalaciones de Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, a partir de los diagnósticos técnicos ambientales realizados en ellas, donde se identificaron las corrientes de desechos, las cuales han sido clasificadas de la 7 �Plan de Manejo de Desechos siguiente manera: efluentes líquidos domésticos; efluentes líquidos industriales; desechos sólidos no peligrosos; desechos y materiales peligrosos recuperables; y emisiones atmosféricas en fuentes fijas. En el desarrollo de la investigación se utilizaron diferentes métodos y técnicas para cumplir con los objetivos propuestos. Métodos teóricos: permiten la interpretación conceptual de los datos empíricos encontrados, revelando las relaciones y cualidades del objeto de investigación, y entre ellos:  Análisis y síntesis de la información obtenida a partir de la revisión de la documentación y literatura especializada para analizar los diferentes conceptos asociados a la investigación, la documentación existente, así como de las experiencias de directivos, especialistas y funcionarios consultados.  Histórico – lógico: para hacer un recorrido cronológico de los antecedentes del objeto de estudio hasta llegar a la situación actual y fundamentar el problema relacionado con devenir histórico, de la evolución y desarrollo de la incorporación de la mujer a los procesos sociales venezolanos.  Inductivo – deductivo: para decidir sobre la selección del objeto de trabajo para llevar a cabo la investigación; para diagnosticar el conocimiento sobre el desecho, su clasificación e identificar la fuente generadora. Métodos empíricos: permiten revelar y explicar las características fundamentales y relaciones esenciales del objeto de estudio, a partir de una serie de procedimientos prácticos y los medios de investigación. En la presente investigación se aplican:  La observación: permitió reunir toda la información visual sobre el objeto de estudio y el desarrollo del proceso de investigación.  Las entrevistas: proporcionaron elementos necesarios para que a través de los criterios de profesionales de experiencia, llegar a conocer los elementos que caracterizan la situación actual y futura del objeto de investigación. Igualmente, 8 �Plan de Manejo de Desechos ofrecen una gran cantidad de datos para el procesamiento de resultados y arribar a conclusiones sobre el problema de investigación. El trabajo desarrollado tiene importancia práctica, ya que con los resultados de la investigación se perfeccionan procedimientos y maneras de hacer las acciones en el manejo de los desechos, contribuye a la disminución de riesgos tanto humanos como tecnológicos y actualiza la información existente en esta temática (Plan de manejo de desechos sólidos y peligrosos, 2009). Tiene importancia social debido a que la puesta en práctica del plan de mejora en el manejo de los desechos garantizará disminuir las afectaciones a la atmósfera, la superficie terrestre (área de trabajo) a las aguas del Lago y al subsuelo, por lo tanto, significa un beneficio para todas las personas que desarrollan su vida doméstica y laboral. La redacción de los resultados se estructuró del siguiente modo: una introducción, a continuación tres capítulos: el primero destinado a presentar la información relacionada con los contenidos, elementos y materias que intervienen en un estudio de manejo de desechos. El segundo capítulo abordó materiales y métodos utilizados; el tercer capítulo se denominó Resultados y Discusión. Se incluyen las conclusiones, recomendaciones y la bibliografía, así como un conjunto de anexos que representan un importante apoyo a los resultados de la investigación. 9 �Plan de Manejo de Desechos CAPÍTULO 1: CONTENIDOS TEÓRICOS DE UN ESTUDIO DE MANEJO DE DESECHOS INTRODUCCIÓN Con el objetivo de reimpulsar la gestión ambiental en las operaciones de Occidente, y la Gerencia de Ambiente, el plan de manejo de las corrientes de desechos generadas en las instalaciones de Coordinación Operacional, resultantes de las actividades de almacenamiento, tratamiento y transporte del crudo, mantenimiento de las instalaciones y eventos no deseados (derrames y filtraciones), debe contemplar los procedimientos para su recolección, transporte, tratamiento y disposición final, de acuerdo a los lineamientos establecidos en la normativa ambiental vigente y en las Normas internas PDVSA. La elaboración del plan de manejo de las corrientes de desechos generadas en las instalaciones de Coordinación Operacional, se encuentra fundamentado en la legislación ambiental venezolana y en las normas y procedimientos internos de PDVSA, las cuales se mencionan a continuación:  Ley Orgánica del Ambiente  Decreto 883 (Normas para la clasificación y el control de la calidad de los cuerpos de agua y vertidos o efluentes líquidos).  Decreto 2.635 (Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos).  Ley 55 (Sobre el Manejo de Sustancias, Materiales y/o Desechos Peligrosos).  Decreto 638 (Normas sobre calidad del aire y control de la Contaminación Atmosférica).  Decreto 2216. (Normas para el manejo de los desechos sólidos de origen doméstico, comercial, industrial, o de cualquier otra naturaleza que no sean peligrosos.)  Normas y Procedimientos internos PDVSA: - MA-01-02-04. Manejo de aguas de producción. - MA-01-02-02. Manejo de aceites usados y aceites fuera de especificaciones. 10 �Plan de Manejo de Desechos - MDP-09-RS-05. Diseño de centro de almacenamiento temporal de desechos peligrosos. - AHO-ATE-PG-02 INTEVEP. Procedimiento para el manejo de desechos peligrosos recuperables y desechos peligrosos. 1.1 Desecho. El manejo de desecho como proceso tecnológico Desecho, es el material, sustancia, solución, mezcla u objeto para los cuales no se prevé un destino inmediato y deba ser eliminado o dispuesto en forma permanente. (Decreto 2635, 1998). De igual manera, se considera desecho, el material, sustancia, solución, mezcla u objeto para el que no se prevé un destino inmediato y debe ser eliminado o dispuesto en forma permanente. (Ley N° 55 Sobre Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos, 2001). Asimismo, se entiende como desecho, el material o conjunto de materiales resultantes de cualquier proceso u operación que esté destinado al desuso, que no vaya a ser utilizado como materia prima para la industria reutilizado, recuperado o reciclado. (Normas para el Manejo de los Desechos Sólidos de Origen Doméstico, Comercial, Industrial o de Cualquier otra Naturaleza que No Sean Peligrosos, 1992). Existen diferentes tipos de desechos entre los cuales se pueden mencionar, los desechos domésticos, que son aquellos desechos sólidos de origen doméstico, comercial, industrial, o de cualquier otra naturaleza no peligrosa, típicamente la fracción orgánica de los residuos sólidos domésticos y comerciales, formada por materiales como residuos de comida, papel de todo tipo, plásticos de todos los tipos, textiles, goma, madera, cuero y residuos del jardín, (Decreto 2216, 1992). Desecho peligroso: material simple o compuesto, en estado sólido, liquido o gaseoso que presenta propiedades peligrosas o que está constituido por sustancias peligrosas, que conserva o no sus propiedades físicas químicas o biológicas y para el cual no se encuentra ningún uso, por lo que debe implementarse un método de disposición final. El término incluye los recipientes que los contienen o los hubieren contenido. (Ley N° 55 Sobre Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos, 2001). 1.1.1 Manejo de los desechos peligrosos 11 �Plan de Manejo de Desechos Es el conjunto de operaciones dirigidas a darle a las sustancias, materiales y desechos peligrosos el destino más adecuado, de acuerdo con sus características, con la finalidad de prevenir daños a la salud y al ambiente. Dentro del manejo de los desechos peligrosos existen diferentes técnicas (Decreto 2635, 1998):  Almacenamiento de desechos peligrosos: es el depósito temporal de los desechos peligrosos bajo condiciones controladas y ambientalmente seguras, sin que se contemple ninguna forma de tratamiento ni transformación inducida de los desechos almacenados.  Tratamiento de desechos peligrosos: operaciones realizadas con la finalidad de reducir o anular algunas de las características peligrosas del desecho, a los fines de facilitar su manejo.  Disposición final de desechos peligrosos: es la operación que permite mantener minimizadas las posibilidades de migración de los componentes de un desecho peligroso al ambiente, en forma permanente, de conformidad con las normas establecidas.  Aprovechamiento de materiales peligrosos recuperables: es la operación realizada con el fin de extraer y utilizar materias primas o energía de materiales recuperable.  Eliminación de desechos peligrosos: es el proceso de transformación de los desechos peligrosos, previo a la disposición final, cuyo objetivo no sea el aprovechamiento de alguno de sus componentes, ni de su contenido energético, ni conduzca a la recuperación de los elementos resultantes.  Reciclaje de materiales peligrosos: empleo de materiales peligrosos recuperables en el mismo ciclo de producción que le dio origen.  Regeneración de materiales peligrosos: es el proceso o purificación o reelaboración de materiales peligrosos, para restablecer las mismas características del material en su estado original. 1.1.2 Recuperación de materiales peligrosos La recuperación de los materiales peligrosos tendrá como objetivo fundamental el reutilización, el reciclaje, la regeneración o el aprovechamiento de dichos materiales a escala industrial o comercial, con el propósito de alargar su vida útil, minimizar la 12 �Plan de Manejo de Desechos generación y destrucción de desechos peligrosos y propiciar las actividades económicas que empleen estos procesos o se surtan de estos materiales. (Decreto 2635, 1998). Las operaciones de recuperación de materiales peligrosos que conducen a la regeneración, reutilización, reciclado o cualquier otra utilización de los mismos son: empleo como materia prima para otros procesos; utilización como combustible o cualquier otro medio de producción de energía; regeneración de solventes, regeneración de sustancias orgánicas no usadas como solventes; reciclaje y aprovechamiento de metales o compuestos metálicos; regeneración, reutilización y reciclaje de sustancias y materias inorgánicas; regeneración , reutilización y reciclaje de ácidos o de bases. (PDVSA AHO-ATE-PG-02, 2008). Así como elaboración de nuevos productos a partir de materiales peligrosos recuperados; regeneración de productos que sirven para captar contaminantes; regeneración de catalizadores o aprovechamiento de compuestos que provienen de ellos; regeneración, reutilización y reciclado de aceites; esparcimiento en el suelo de materiales y productos con fines agrícolas o forestales; utilización de los materiales obtenidos por cualquiera de las operaciones anteriores, tratamiento biológicos o físicoquímicos aplicados como acondicionamiento previo a las operaciones anteriores; recolección, comercio y transporte de materiales peligrosos recuperables con el objeto de someterlos a cualquiera de las operaciones antes indicadas y almacenamiento temporal con objeto de someterlos a dichas operaciones; cualquier otra operación de manejo que conduzca a la recuperación (Aguilar, 2008). La recuperación de los materiales peligrosos, sólo podrá llevarse a cabo, si el producto resultante reúne las condiciones sanitarias, de seguridad y de calidad, exigidos por los usuarios directos o por las normas de fabricación existentes, el proceso se realiza en concordancia con las regulaciones ambientales y cumple con las demás regulaciones establecidas para materiales controlados por motivos de seguridad, defensa y usos restringidos. (Decreto 2635, 1998). 13 �Plan de Manejo de Desechos Cuando el material peligroso recuperable no esté envasado, ni plenamente identificado o presente contaminación se exigirá una caracterización donde se determine su factibilidad, como requisito para su recuperación. A tales fines, se harán los análisis necesarios para determinar la inflamabilidad, corrosividad, reactividad y su composición, en función de las materias primas y procesos que le dieron origen; la composición será reportada por lo menos hasta el 0,1% en peso o en volumen, dependiendo si se trata de un sólido o un líquido. (Artículo 12º Decreto 2635, 1998). Adicionalmente se establecen las condiciones específicas aplicables a los siguientes materiales peligrosos recuperables: (Decreto 2635, 1998). 1. Los aceites lubricantes, aceites de motor y solventes orgánicos podrán ser recuperados para su reutilización, reciclaje o regeneración cuando contengan menos del 10% en volumen de pentaclorofenol, plaguicidas organoclorados o cualquiera de los solventes no halogenados indicados; menos de 1000 ppm de los solventes halogenados; menos de 50 ppm de bifenilos o terfenilos policlorados ni cualquier otra de las sustancias del que no pueda ser removida mediante los procesos de recuperación previstos a utilizar (PDVSA MA-01-02-02, 2006). 2. Los aceites y solventes que presenten niveles de contaminación iguales o superiores a los indicados, podrán ser recuperados para aprovecharlos en la fabricación de otras sustancias, previa presentación de los documentos que avalen la eficiencia de la tecnología a emplear y el cumplimiento de las normas ambientales vigentes. 3. Los materiales peligrosos recuperables para aprovecharlos como combustible, deberán tener un valor calórico neto superior a 30 MJ/kg o una potencia térmica superior a 3 MW y no presentar contaminación por encima de los límites establecidos. 4. Los sólidos y líquidos generados en los sistemas de depuración de vertidos y emisiones, podrán ser recuperados si se presentan las pruebas de la factibilidad de uso o aprovechamiento, bajo condiciones que no representen peligro a la salud ni al ambiente. 14 �Plan de Manejo de Desechos 5. Los solventes usados halogenados y no halogenados, se podrán recuperar para reutilización, reciclaje y regeneración, cuando se garantice que el producto resultante alcanza un nivel de pureza igual o superior a 95% y hayan sido removidos los contaminantes peligrosos presentes; asimismo, las instalaciones donde se efectúe la operación o tratamiento deben estar dotadas de sistemas de detección de fugas, control de derrames, emisiones y vertidos que sean necesarios para prevenir la contaminación del ambiente. 6. Los solventes referidos los puntos 1, 2, 3 y 5 son: tricloroetileno, cloruro de metilo, tricloroetano, tetracloruro de carbono, 0-diclorobenceno, tetracloroetileno, clorobenceno, clorofluorocarbonos, bromofluorocarbonos, xileno, acetona, etilacetato, etilbenceno, etileter, metilisobutilcetona, alcohol n-butílico, ciclohexanona, metanol, cresol, ácido cresílico, piridina, benceno, etoxietanol, nitropropano. 7. Cualquier otro material peligroso recuperable que no sea solvente o aceite, pero que se presente contaminado o mezclado con otras sustancias, podrá ser recuperado para reutilización, reciclado o regeneración si se garantiza que el producto resultante presenta condiciones seguras para su uso, de lo contrario no podrá realizarse el proceso, a menos que se conozca que la impureza o el contaminante no afecta el uso posterior del producto, no constituye causa de peligro adicional para los usuarios, ni contradice las normas sanitarias y de fabricación o las que fije el usuario del producto. Todo material peligroso que no pueda ser objeto de recuperación se considera un desecho peligroso y su manejo estará sujeto a las condiciones establecidas para desechos peligrosos. (Artículo 14º Decreto 2635, 1998). Artículo 15.- Todo material peligroso recuperable que al cabo de tres (3) años de su generación no haya sido objeto de ningún procedimiento para reutilizarlo, reciclarlo o aprovecharlo, será manejado como desecho peligroso. En el caso de materiales generados con anterioridad a la fecha de publicación a este Decreto, el lapso de almacenamiento se definirá de acuerdo al plan de cumplimiento. (Decreto 2635, 1998). 1.1.3 Almacenamiento y transporte de los materiales peligrosos recuperables 15 �Plan de Manejo de Desechos El almacenamiento de los materiales peligrosos recuperables debe cumplir con las siguientes condiciones: (Decreto 2635, 1998). 1. El área destinada al almacenamiento de los materiales y el diseño y construcción de dichas instalaciones debe reunir las características y la capacidad acorde con el tipo de material a almacenar, su clase de riesgo, las condiciones peligrosas presentes, la cantidad a almacenar y el tiempo que permanecerá almacenado. 2. El almacenamiento de estos materiales debe estar separado del almacenamiento de desechos y de otros materiales incompatibles, de acuerdo a las condiciones de incompatibilidad, que forma parte integrante de este Decreto y se publicará a continuación de su texto en la Gaceta Oficial. 3. El material debe mantenerse protegido de la intemperie, para que no sea factible su arrastre por el viento, ni el lavado con la lluvia; se deberá contar con sistemas de drenaje que conduzcan a un tanque de almacenamiento de vertidos y con el sistema de tratamiento correspondiente. 4. Si el material presenta riesgo de la clase 3 en adelante, el área de almacenamiento estará provista de las medidas de seguridad necesarias para este tipo de riesgos y deberá contar con los equipos de protección para el personal que maneje dichos materiales. 5. El área de almacenamiento debe estar demarcada e identificada, con acceso restringido sólo a las personas autorizadas, indicando con los símbolos correspondientes el peligro que presentan dichos materiales, de acuerdo a la Norma COVENIN 2670 Materiales Peligrosos. Guía de Respuestas de Emergencias e Incidentes o Accidentes. 6. El piso o la superficie donde se almacenen materiales líquidos debe ser impermeable, cubierto con un material no poroso que permita recoger o lavar cualquier vertido, sin peligro de infiltración en el suelo. 16 �Plan de Manejo de Desechos Los envases rígidos para contener materiales peligrosos recuperables deben ser resistentes a los efectos del material, provistos de tapa hermética y en condiciones que no presenten riesgos de fugas, derrames ni contaminación. Cada envase debe tener la etiqueta que indique nombre del producto, condición peligrosa con su símbolo correspondiente, estado físico, cantidad, procedencia y fecha de envasado. (Decreto 2635, 1998). Los tanques para almacenar materiales peligrosos recuperables deben ser impermeables y resistentes al material almacenado, colocados en fosas con capacidad suficiente para una contingencia de derrame. El tanque estará identificado con su capacidad, contenido y símbolo de peligro. (Decreto 2635, 1998). Los materiales peligrosos recuperables que se presenten desagregados, deben ser almacenados en silos, sacos u otros recipientes resistentes, señalizados con el nombre del producto, peso, procedencia y símbolo de peligro. No podrán ser colocados en pilas al aire libre a menos que se trate de sólidos que no puedan ser transportados por el viento, ni desprendan gases o vapores y no ofrezcan peligro de accidentes ni contaminación al ambiente por efecto de lixiviación. (Decreto 2635, 1998). El transporte o acarreo de materiales peligrosos recuperables se llevará a cabo cumpliendo con las siguientes medidas: (Decreto 2635, 1998). 1. El transporte dentro de la industria generadora o recuperadora podrá ser realizado con los equipos y vehículos de la misma empresa, adecuados para transportar el tipo de material de que se trate, cumpliendo con las medidas de seguridad y vigilando que durante el transporte no se produzca contaminación al ambiente por fugas, derrames o accidentes ni daños a la salud. 2. El transporte fuera de la industria, se podrá realizar utilizando los vehículos de la empresa, si son adecuados para el tipo de material a transportar y cumplen con las medidas de seguridad, vigilando que no se produzcan fugas, derrames, pérdidas ni incidentes o accidentes que puedan liberar la carga, contaminar el ambiente y causar daños a la salud. 17 �Plan de Manejo de Desechos 3. La movilización de materiales peligrosos que presenten riesgos de Clase 3 en adelante, se llevará a cabo cumpliendo con las mismas normas de seguridad establecidas para el transporte terrestre, almacenamiento e instalación de sistemas de combustibles. 4. No se podrá transportar materiales peligrosos recuperables en vehículos de empresas dedicadas al transporte de pasajeros, alimentos, animales, agua potable u otros bienes de consumo que puedan contaminarse con los materiales peligrosos. Tampoco se podrán trasladar en el mismo vehículo simultáneamente materiales peligrosos incompatibles. 5. El transporte de materiales peligrosos recuperables que presenten riesgos Clase 4 ó 5 deberá realizarse por empresas especializadas en el manejo de materiales inflamables, explosivos, sustancias químicas peligrosas u otros materiales de riesgos similares y contar con una póliza de seguro de amplia cobertura que cubra los daños a terceros y los daños al ambiente. 6. El transporte de materiales peligrosos recuperables que presenten riesgos de Clase 1 y 2 podrá realizarse por transportistas no especializados en la materia. 7. Los transportistas que movilicen materiales recuperables, fuera del área de la industria, deberán portar entre sus documentos, la planilla de seguimiento referida en el artículo 24, la póliza de seguro si se requiere y el registro ante el Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales Renovables, establecido en el artículo 121, según el tipo de material a transportar y el procedimiento y equipos necesarios para atender una contingencia. Asímismo, deberán portar los documentos exigidos por otros organismos del Estado, cuando los materiales transportados estén controlados por motivos de seguridad, defensa u otros usos restringidos. 1.2 Marco Legal relacionado con el manejo de desechos 1.2.1 Estudios Precedentes El manejo apropiado de los desechos es un problema poco abordado en la gestión de residuos en el país. Quesada Hilda, Salas Juan Carlos, Romero Luis Guillermo, llevaron 18 �Plan de Manejo de Desechos a cabo en el 2007, un estudio en el que se realizó una búsqueda de información disponible en cuanto a la generación y manejo a nivel interno y externo de los desechos peligrosos por parte de las industrias nacionales. Además, en esa investigación, se trabajó con once empresas de diferentes tipos de actividades industriales para, mediante un cuestionario, entrevistas y visitas, determinar el grado de manejo integral y adecuado de los desechos que generan. Las empresas consultadas presentaron deficiencias en todas las etapas del manejo de sus desechos, a saber: generación, acumulación y almacenamiento, transporte, tratamiento y disposición final. La falta de conocimiento de la legislación y del manejo apropiado de los desechos se como la principal causa del mal manejo de los residuos. Pero, también, fue evidente la falta de entidades estatales o privadas encargadas de dar servicios de almacenamiento, transporte, tratamiento y disposición final de desechos peligrosos en el país. La perforación de pozos direccionales es la técnica más usada para la extracción de petróleo en la Faja Petrolífera del Orinoco, sin embargo, estas actividades llevan asociadas la generación de un gran volumen de desechos y residuos que por lo general son peligrosos para el medio ambiente (Giusti, 1996). En un trabajo realizado por Carlos Hernández en el 2013, se hace una descripción geográfica completa del área de estudio y se añade un estudio de sensibilidad ambiental que identifica las zonas más susceptibles de sufrir alteraciones por la actividad petrolera, se mencionan los desechos generados por la perforación de pozos direccionales y se clasifican según su peligrosidad, para después proponer un plan de manejo individual a cada corriente de desecho identificado que involucran las etapas de recepción, almacenamiento, tratamiento, reúso, recuperación y/o disposición final, acompañado de un sistema de registro y control de cada volumen de desecho generado, disminuyendo con estos procesos el nivel de impacto ambiental negativo asociados a la perforación petrolera. Por otra parte García Suarez, Francy Yenniffer (2011) en la publicación “Plan de gestión integral para los residuos y desechos sólidos y peligrosos que se generan en los diferentes procesos de un complejo industrial del sector químico y metalmecánico” utilizaron la recolección directa de la información de generación de los residuos y 19 �Plan de Manejo de Desechos desechos sólidos y peligrosos en los procesos productivos y con la participación de los trabajadores involucrados directamente en el manejo, transporte y almacenamiento de los mismos. El plan de gestión integral está conformado por los programas de acción en las áreas de educación ambiental, sistematización y gestión de la información, solvencia ambiental, fortalecimiento institucional y gerencial, manejo de desechos y control administrativo (NOPCO, 2010). 1.2.2 Constitución de la República, Leyes y Normas La Constitución de la Republica Bolivariana de Venezuela (2000) constituye la base donde se soportan las leyes venezolanas en materia de protección y recuperación ambiental. En el capítulo de los derechos ambientales, en los artículos 127,128 y 129, se otorga a los ciudadanos el derecho a un ambiente protegido:  Articulo 127 “Es un derecho y un deber de cada generación proteger y mantener el ambiente en beneficio de sí misma y del mundo futuro. Toda persona tiene derecho individual y colectivamente a disfrutar de una vida y de un ambiente seguro, sano y ecológicamente equilibrado. El Estado protegerá el ambiente, la diversidad biológica, los recursos genéticos, los procesos ecológicos, los parques nacionales y monumentos naturales y demás áreas de especial importancia ecológica. El genoma de los seres vivos no podrá ser patentado, y la ley que se refiera a los principios bioéticos regulará la materia”. “Es una obligación fundamental del Estado, con la activa participación de la sociedad, garantizar que la población se desenvuelva en un ambiente libre de contaminación, en donde el aire, el agua, los suelos, las costas, el clima, la capa de ozono, las especies vivas, sean especialmente protegidos, de conformidad con la ley”.  Articulo 128 “El Estado desarrollará una política de ordenación del territorio atendiendo a las realidades ecológicas, geográficas, poblacionales, sociales, culturales, económicas, políticas, de acuerdo con las premisas del desarrollo sustentable, que incluya la información, consulta y participación ciudadana. Una ley orgánica desarrollará los principios y criterios para este ordenamiento”. 20 �Plan de Manejo de Desechos  Articulo 129 “Todas las actividades susceptibles de generar daños a los ecosistemas deben ser previamente acompañadas de estudios de impacto ambiental y socio cultural. El Estado impedirá la entrada al país de desechos tóxicos y peligrosos, así como la fabricación y uso de armas nucleares, químicas y biológicas. Una ley especial regulará el uso, manejo, transporte y almacenamiento de las sustancias tóxicas y peligrosas”. Ley Orgánica del Ambiente (LOA) Aprobada en la Gaceta Oficial N° 5.833 de fecha 22 de diciembre de 2006, tiene como objeto establecer las disposiciones y desarrollar los principios rectores para la gestión del ambiente, en el marco del desarrollo sustentable como derecho y deber fundamental del estado y de la sociedad; en ella es importante destacar los siguientes aspectos:  Articulo 11 “Corresponde al estado, por órgano de las autoridades competentes, garantizar la incorporación de la dimensión ambiental en sus políticas, planes programas y proyectos para alcanzar el desarrollo sustentable”.  Articulo 12 “El estado, conjuntamente con la sociedad, deberá orientar sus acciones para el lograr una adecuada calidad ambiental que permita alcanzar condiciones que aseguren el desarrollo y el máximo bienestar de los seres humanos, así como el mejoramiento de los ecosistemas, promoviendo la conservación de los recursos naturales, los procesos ecológicos y demás elementos del ambiente, en los términos establecidos en esta Ley”.  Articulo 80 “Se consideran actividades capaces de degradar el ambiente: - Las que directa e indirectamente contaminen o deterioren la atmósfera, agua, fondos marinos, suelo y subsuelo o incidan desfavorablemente sobre las comunidades biológicas, vegetales y animales. - Las que aceleren los procesos erosivos y/o incentiven la generación de movimientos morfodinámicos, tales como derrumbes, movimientos de tierra, cárcavas, entre otros. - Las que produzcan alteraciones nocivas del flujo natural de las aguas. - Las que generen sedimentación en los cursos y depósitos de agua. 21 �Plan de Manejo de Desechos - Las que alteren las dinámicas físicoquímicas y biológicas de los cuerpos de agua. - Las que afecten los equilibrios de la humedales. - Las vinculadas con la generación, almacenamiento, transporte, disposición temporal o final, tratamiento, importación y exportación de sustancias, materiales y desechos peligrosos, radiactivos y sólidos. - Las relacionadas con la introducción y utilización de productos o sustancias no biodegradables. - Las que produzcan ruidos, vibraciones y olores molestos o nocivos. - Las que contribuyan con la destrucción de la capa de ozono. - Las que modifiquen el clima. - Las que produzcan radiaciones ionizantes, energía térmica, energía lumínica o campos electromagnéticos. - Las que propendan a la acumulación de residuos y desechos sólidos. - Las que produzcan atrofización de lagos, lagunas y embalses. - La introducción de especies exóticas. - La liberación de organismos vivos modificados genéticamente, derivados y productos que lo contengan. - Las que alteren las tramas tróficas, flujos de materia y energía de las comunidades animales y vegetales. - Las que afecten la sobrevivencia de especies amenazadas, vulnerables o en peligro de extinción. - Las que alteren y generen cambios negativos en los ecosistemas d especial importancia. - Cualesquiera otras que puedan dañar el ambiente o incidir negativamente sobre las comunidades biológicas, la salud humana y el bienestar colectivo Ley Penal del Ambiente (LPA) Publicada en la Gaceta oficial N° 4.358 extraordinaria del 3 de enero de 1992. El capítulo VI de la Ley Orgánica del Ambiente, tipifica como delito aquellos hechos que violen las disposiciones relativas a la conservación, defensa y mejoramiento del ambiente, y establece las sanciones penales correspondientes. Asimismo, determina las medidas precautelarías, de restitución y de reparación a que haya lugar. 22 �Plan de Manejo de Desechos La Ley Penal del Ambiente pretende ser un elemento disuasivo y de toma de conciencia, cuyo objetivo es evitar daños irreversibles al ambiente, sancionando hechos, conductas o actividades que implican, riesgo para el ambiente. Además, persigue el respeto y cumplimiento de la normativa ambiental, razones por las cuales la auditoría ambiental se convierte en una herramienta de inmensa utilidad para prevenir a tiempo y reconocer cualquier violación o riesgo, impidiendo o minimizando la posibilidad de cometer un delito ambiental y por lo tanto ser penalizado. Para tipificación del delito ambiental, la Ley Penal del Ambiente remite a las normas técnicas ambientales, vigentes en el marco legal venezolano. Ley N°55 sobre Sustancias, Materiales y Desechos Peligrosos Publicada en Gaceta Oficial N° 5.554 extraordinario, de fecha 13 de noviembre de 2001, tiene por objeto regular la generación, uso, recolección, almacenamiento, transporte y disposición final de las sustancias, materiales y desechos peligrosos, así como cualquier otra operación que los involucre, con el fin de proteger la salud y el ambiente. Dentro de los aspectos más resaltantes de la misma son:  Articulo 13 “Las personas naturales o jurídicas, públicas o privadas responsables de la generación, uso y manejo de sustancias, materiales o desechos peligroso están obligadas a:  Utilizar las sustancias y materiales peligrosos de manera segura a fin de impedir daños a la salud y al ambiente.  Desarrollar y utilizar tecnologías limpias o ambientalmente seguras, aplicadas bajo principios de prevención que minimicen la generación de desechos, si como establecer sistemas de administración y manejo que permitan reducir al mínimo los riesgos a la salud y al ambiente.  Aprovechar los materiales peligrosos recuperables permitiendo su venta a terceros, previa aprobación por el Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales, por medio de reutilización, reciclaje, recuperación o cualquier otra acción dirigida a obtener materiales reutilizables o energía.  Disponer de planes de emergencias y de contingencias, diseñados implementados de conformidad con la reglamentación técnica sobre la materia. 23 e �Plan de Manejo de Desechos  Disponer de los equipos, herramientas y demás medios adecuados para la prevención y el control de accidentes producidos por sustancias, materiales o desechos peligrosos, así como para la reparación de los daños causados por tales accidentes.  Constituir garantías suficientes y asumir los costos de cualquier daño que pueda producir como consecuencia del manejo de sustancias, materiales o desechos peligrosos, incluyendo los derivados de los diagnósticos, que permitan cuantificar los daños causados por el accidente”. Entre otras disposiciones, que se encuentran en esta. Normas Técnicas Ambientales Las Normas Técnicas Ambientales, tienen su origen en la previsión del artículo 21 de la Ley Orgánica del Ambiente. Define la situación entre una alteración, afectación o daño ambiental permisible o un delito ambiental según un límite establecido. Las Normas Técnicas están reflejadas en forma de Decretos, dentro de los cuales se pueden mencionar: Decreto 2635. Norma para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos Publicado en Gaceta Oficial 5.245 del 3 de agosto de 1998, establece los lineamientos para regular la recuperación de materiales y el manejo de desechos, cuando los mismos presenten características, composición o condición peligrosas, representando una fuente de riesgo a la salud y al ambiente. En él se definen los siguientes aspectos:  La recuperación de los materiales peligrosos está enfocado hacia la implantación de su reutilización, el reciclaje, la regeneración o el aprovechamiento de dichos materiales a escala industrial o comercial, con el propósito de alargar su vida útil, minimizar la generación y destrucción de desechos peligrosos y propiciar las actividades económicas que empleen estos procesos o se surtan de estos materiales.  El almacenamiento de materiales y desechos peligrosos 24 �Plan de Manejo de Desechos  El control administrativo de los recuperadores y manejadores de materiales y el comercio de materiales peligrosos.  Lineamientos para el manejo de desechos peligrosos.  Requisitos para incineración de desechos peligrosos desde el punto de vista técnico y operativo. Decreto 1257. Norma sobre evaluación ambiental de actividades susceptibles de degradar el ambiente. Publicado en Gaceta Oficial 54.772, de fecha 9 de agosto de 1991, tiene por objeto establecer los procedimientos conforme a los cuales se realizará la evaluación ambiental de actividades susceptibles a degradar el ambiente, que permita la toma de decisiones durante la formulación de políticas, planes, programas y proyectos de desarrollo, a los fines de la incorporación de la variable ambiental en todas sus etapas. En él se especifican los siguientes aspectos:  Las personas naturales y jurídicas, públicas y privadas, interesadas en desarrollar programa, proyectos, ampliaciones, reactivación, clausura, cierre y desmantelamiento de actividades susceptibles a degradar el ambiente que impliquen ocupación del territorio deberán notificar de un Documento de Intención al MPPA. A los efectos de la determinación por el señalado Ministerio de la metodología a seguir para la evaluación ambiental correspondiente.  Requiere de la presentación de un estudio de impacto ambiental para programas y proyectos relativos a minería, exploración o producción de hidrocarburos, forestales, agroindustria, acuicultura, producción de energía o industria, transporte, disposición de desechos, desarrollo de infraestructura generales, turísticas o residenciales. 1.2.3 Registro de actividades susceptibles a degradar el ambiente (RASDA) Es el registro que otorga el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente, a las personas naturales o jurídicas que desarrollen actividades o procesos, como generadores potenciales de materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos. Existen dos tipos de registro, como empresa Generadora y como Manejadora de 25 �Plan de Manejo de Desechos Desechos Peligrosos, dependiendo de la actividad a realizar cómo manejadora o generadora, las cuales deben consignar una serie de documentos tal cómo: Plan de manejo de desechos, Plan de contingencia, Inspección a sus instalaciones (patio), Póliza y Fianza Ambiental (RASDA, 2008). Requisitos para el registro de una empresa generadora de desechos peligrosos:  La inscripción se realiza en la Dirección Estatal Ambiental del Ministerio del Poder Popular para el Ambiente respectivo, de acuerdo a la ubicación geográfica donde se pretenda realizar la actividad.  Planilla de datos generales.  Número de Registro de Información Fiscal (RIF) y de Información Tributaria (NIT).  Registro mercantil de la empresa.  Lista de sustancias, materiales o desechos peligrosos que pretende generar.  Plan de manejo de desechos.  Plan de contingencia.  Inspección a sus instalaciones.  Póliza y Fianza ambiental. 1.3 Caracterización de las Instalaciones objetos de estudio de la Coordinación Operacional de PDVSA E & P 1.3.1 Patio de Tanques Son estructuras de mediana complejidad, donde se recolecta la producción de crudo proveniente de las estaciones de flujo y segregaciones asociadas a él. Dentro del proceso de manejo de crudo, un Patio de Tanques es una de las instalaciones más importantes para la limpieza del petróleo (Castillo, 2006). Estos sirven para el recibo, tratamiento, almacenamiento y bombeos de sus diferentes tipos de crudos, desde los centros de producción hasta los terminales de embarque y refinerías. El crudo producido es enviado desde los pozos hacia las estaciones recolectoras, de allí es bombeado en forma continua a los patios de tanques en donde generalmente se procede a almacenarlo, tratarlo (mediante un proceso de 26 �Plan de Manejo de Desechos deshidratación para adecuarlo a las condiciones de calidad exigidas por el mercado), aforarlo y bombearlo hacia los terminales, a su vez a la refinería para su proceso o en buques – tanqueros para su exportación (La comunidad petrolera, 2009). Además de las actividades descritas anteriormente, en los patios de tanques, se realizan otras muy relacionadas con las operaciones y entre las cuales se podría señalar el sistema de clarificación de agua, donde su función principal es la de mantener los equipos y procesos en forma armónica tal, que permita que las aguas provenientes del proceso de deshidratación sean acondicionadas hasta un grado optimo para ser usadas en los procesos para disposición, inyectándola en los pozos previamente seleccionados. Estas aguas deben cumplir las especificaciones establecidas por el Ministerio del Ambiente, en la protección del ambiente y la ecología (Castillo, 2006). El Patio de Tanques constituye “el último punto de llegada del crudo antes de los terminales de embarque. Aquí se trata el crudo para liberarlo del agua y sedimentos mediante el proceso de deshidratación o por medio de decantación. El crudo se almacena en tanques donde se fiscaliza para ser enviado a las refinerías o terminales de embarque” (La comunidad Petrolera, 2009). Debido a que sus operaciones son continuas veinticuatro horas diarias al año, se hace necesario tomar todas las precauciones de mantenimiento, seguridad y protección, para minimizar los riesgos de accidentes y altos costos de producción. Entre los programas de mantenimiento que se efectúan en los patios están los trabajos de mantenimiento de tanques, pintura y limpieza de los fondos. 1.3.2 Terminales de Embarque Los terminales de embarque son instalaciones que reciben los crudos provenientes de los patios de tanques y los productos elaborados por las refinerías con el fin de almacenarlos y luego embarcarlos hacia distintos sitios del país (cabotaje) o del mundo (exportación). Como se ha podido apreciar la Flota Petrolera mundial está compuesta 27 �Plan de Manejo de Desechos de una cantidad de buques de variado tonelaje y características que hacen imposible que todos los puertos y terminales puedan recibir a los todos los buques. Hay limitaciones de calado y de muelles que imposibilitan atender a todos los buques y más al tratarse de los supertanqueros de dimensiones y características excepcionales. Para estos supergigantes existen contados terminales que en si representan puntos de trasbordo de carga, donde pueden almacenarse varios millones de barriles de petróleo para luego cargar con tanqueros de menor tonelaje con destino a otros puertos (García, 2012). Los terminales de embarque son construidos en lugares donde los buques-tanque transoceánicos pueden cargar y zarpar para su destino sin pérdida de tiempo. La mayoría de los terminales de embarque constan de dos tipos de instalaciones principales: 1. Los tanques de almacenamiento, para recibir, aforar y examinar crudos o los productos refinados, si el terminal es de una refinería, para luego ser embarcados en el buque-tanque. 2. El conjunto de muelles, atracaderos y diques. La operación de carga puede ser realizada mediante gravedad, si lo permiten las condiciones físico topográfico del terminal, pero en la mayoría de los casos se utilizan poderosas bombas para acelerar este proceso. Adicionalmente, algunos terminales modernos de embarque están dotados de muelles en aguas profundas que requieren en muchos casos ser mantenidos por dragado extenso y costoso. Además, cuentan con dispositivos mecánicos que permiten la rápida manipulación de mangueras de gran diámetro, de tuberías de gran capacidad y de potentes bombas que aseguran cargar el barco con rapidez (Dragado de mantenimiento, 2011). Si manejan crudos pesados se cuenta con calentadores que ayudan en la manipulación del cargamento. Para asistir a los buques en sus maniobras se dispone de remolcadores y otros equipos modernos. Al mismo tiempo la mayoría de los terminales modernos cuentan con servicios de abastecimiento de combustible para 28 �Plan de Manejo de Desechos los buques-tanque. El abastecimiento puede hacerse directamente o por medio de barcazas. 1.3.3 Estaciones de Refuerzo Una estación de bombeo utilizada para aumentar la presión del petróleo recibido a través de un oleoducto principal para transportarlo a la estación o terminal siguiente (La comunidad petrolera, 2009). 1.4 Caracterización geólogo ambiental Una caracterización geólogo ambiental contribuye a la identificación de los principales problemas ambientales que afectan a una región o zona determinada, la información que se obtenga no solo apunta al conocimiento da la situación del medio ambiente también al manejo de los recursos naturales de una región. Este estudio según la información revisada incluye: Estudio de las condiciones climáticas. Incluye el estudio de lo registrado a lo largo de un tiempo que permita definir un comportamiento coherente. Caracterización de los suelos, incluye la descripción del estado actual de la vegetación, evaluar una posible transformación. Características geológicas principales de la zona, vista en un espacio regional más abarcador. Localizar los registros de fenómenos geológicos anteriores. Construir un esquema del desarrollo hidrográfico del territorio. Se incluyen las fuentes de abasto de agua, a la población (Anguita, 1993). Caracterización geomorfológica. Incluye los efectos de la erosión. Estudio de las cuencas hidrográficas. La valoración del estado actual de las aguas superficiales y subterráneas su calidad y efectos que puedan provocar afectaciones al medio. Realizar un muestreo hidroquímico. Hacer una clasificación de las aguas, determinándose su grado de contaminación (Geología de Venezuela, 2011). Si hay resultados positivos tratar de localizar los principales focos de contaminación. 29 �Plan de Manejo de Desechos Establecer un orden de aspectos relacionados con el medio natural y el antrópico que permitan la identificación de los principales problemas ambientales que afectan el área implicada. Si existe una comunidad incluida, la identificación de los principales peligros naturales y antrópicos a los que se exponen la población (Gerard, 1999). 30 �Plan de Manejo de Desechos CAPÍTULO 2: MATERIALES Y MÉTODOS Introducción En la realización de cualquier investigación es de vital importancia la utilización de las metodologías y métodos apropiados para lograr una mayor veracidad de los resultados esperados. Los métodos empleados en el objeto de estudio permiten detectar de forma preliminar las diferentes características e interacciones que existen entre los múltiples elementos que están presentes en la investigación (Metodología para la ejecución de los diagnósticos ambientales, 2012). Se partió de un diagnóstico para obtener los datos fundamentales con el propósito de conformar el diseño de un plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: patios de tanques, terminales de embarque y las estaciones de refuerzo, el mismo será ejecutado en dicisiete instalaciones: Patios de Tanques (13): Bachaquero, Lagunillas Norte, Lagunillas Sur, Tasajeras, Ulé, Taparito, Punta Gorda, H7, F6, Altagracia, Bajo Grande, Punta de Palmas y Palmarejo de Mara. Terminales de Embarque (03): Puerto Miranda, La Salina y Bajo Grande. Estaciones de Refuerzo (01): Pajuizal (Flujograma de procesos, 2009). El orden seguido en el diagnóstico fue el siguiente: 1. Se realizó el inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente. Se utilizaron las fichas oficiales de la empresa. Se visitaron 12 Patios de tanques; 2 terminales de embarque. 2.- Se realizó la clasificación de los desechos: Efluentes domésticos e industriales, desechos no peligrosos, materiales peligrosos recuperables y emisiones atmosféricas. 3.- Se identificaron las fuentes generadoras de desechos y se evaluó cuales podían provocar un impacto asociado a las cercanías de las comunidades. La investigación se completó con un estudio geólogo ambiental de la zona de estudio. Finalmente se elaboró el Plan de Mejoras estructurado semejante a un manual, siguiendo los componentes de la corriente de desechos (Mejia, 2011). 31 �Plan de Manejo de Desechos 2.1. Inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente Cada ficha se elaboró con los datos específicos de cada una de las instalaciones visitadas. Se tomaron notas de los siguientes aspectos para cada uno de los desechos:  El tipo de desecho generado  el volumen  el año de generación  el origen o procedencia  alternativa prevista para su manejo y  la descripción del sitio donde está ubicado el desecho. A continuación se presentan las fichas elaboradas en el siguiente orden: primero las fichas relacionadas a materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en los Patios de tanques; le siguen las fichas de materiales peligrosos ubicados en los Terminales de Embarque y finalmente los materiales y desechos generados en la Estación de Refuerzo. Se decidió mostrar en la memoria de la tesis, el cuerpo de fichas de los Patios de Tanques ubicados en Bachaquero y Lagunillas Norte y Lagunilla Sur, el resto de las fichas correspondientes a los Patios de Tanques F6, Punta Gorda y H7 aparecen en los Anexos 1, 2 y 3 respectivamente. También se decidió presentar en la tesis parte de las fichas correspondientes al Terminal de Embarque Puerto Miranda. Las otras fichas de esta instalación aparecen en el Anexo 4. Las fichas del Terminal de Embarque La Salina están ubicadas en el Aneo 5; las del Terminal de Embarque Bajo Grande, aparecen en el Anexo 6. 32 �Plan de Manejo de Desechos 2.1.1. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques. Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Bachaquero. DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Suelo sin protección Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) Si No X X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Suelo Contaminado con Hidrocarburos VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 460 m3 2010 - 2013 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) ESTE (m) 240 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Filtraciones y mantenimiento Operacional de tanques e instalaciones. ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo: Tratamiento y Disposición Final. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón Fecha de Elaboración: 23/07/2013 Pág.1 Figura N° 2. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente ÁREA OPERACIONAL Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Bachaquero DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Material Ferroso ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD 240 ton. SUPERFICIE (m 2) NORTE (m) AÑOS DE GENERACIÓN 1800 m2 2007 - 2013 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Reemplazo de tuberías y mantenimiento operacional. ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Reciclaje: Convenio Recuvensa (Reciclaje Cuba Venezuela), actualmente en ejecución del convenio. Elaborado Revisado Aprobado Aprobado por: Alfredo Romero por: José M. Bracho por Ambiente: Luís Corredor por Coordinación Operacional: Carlos Rincón Fecha de Elaboración: 23/07/2013 Pág.2 Figura N° 3. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero. Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 33 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Bachaquero DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Trapos impregnados con Hidrocarburos VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 12 m3 2013 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) ESTE (m) 10 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Mantenimiento de las Operaciones del Patio de Tanque ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo: Incineración. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón Fecha de Elaboración: 23/07/2013 Pág.3 Figura N° 4. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Techado Patio de Tanques Bachaquero Si Desechos acumulados a la intemperie Condiciones del sitio X Suelo sin protección X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Cubierto con lona /Plástico Suelos con revestimiento (impermeable) No Si X Área no demarcada/ fácil acceso X No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Desecho Electrónico ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 1 unidad 2013 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) 2 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Rectificador APC ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón Fecha de Elaboración: 23/07/2013 Pág.4 Figura N° 5. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 34 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Bachaquero DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO Desechos Domésticos (Material No Peligroso) UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 4 m3 2013 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) ESTE (m) 8 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Consumo Humano ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Relleno Sanitario Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Carlos Rincón Fecha de Elaboración: 23/07/2013 Pág.5 Figura N° 6. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Bachaquero Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Norte DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Suelo sin protección Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Suelos con revestimiento (impermeable) X Área no demarcada/ fácil acceso Si No X X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Suelo Contaminado con Hidrocarburos ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 2000 m3 2010 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) 1200 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Derrames y mantenimiento Operacional de tanques e instalaciones. ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo: Tratamiento y Disposición Final. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.1 Figura N° 7. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 35 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Norte DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Suelos con revestimiento (impermeable) X Área no demarcada/ fácil acceso No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Material Ferroso VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 160 ton. 2011 - 2013 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) ESTE (m) 1800 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Reparación de cerca y reemplazo de algunas tuberías en diferentes áreas del PDT. ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Reciclaje: Convenio Recuvensa (Reciclaje Cuba Venezuela) Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.2 Figura N° 8. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Norte DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Trapos impregnados con Hidrocarburos ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 10 m3 2013 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) 12 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Mantenimiento de las Operaciones ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo: Incineración. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.3 Figura N° 9. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 36 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Norte. DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO Desechos Domésticos (Material No Peligroso) UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) VOLUMETRIA/ UNIDAD SUPERFICIE (m2) NORTE (m) ESTE (m) AÑOS DE GENERACIÓN 9 m2 2013 8 m3 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Consumo Humano ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Relleno Sanitario Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Javier Vásquez Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.4 Figura N° 10. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Norte Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Sur DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Suelo sin protección Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Suelos con revestimiento (impermeable) X Área no demarcada/ fácil acceso Si No X X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Suelo Contaminado con Hidrocarburos ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 400 m3 2007 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) 80 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Desborde de fosas por efecto de escorrentía y derrame por ruptura de calentador. ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo: Tratamiento y Disposición Final. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.1 Figura N° 11. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 37 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Sur DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) Si No X Suelo sin protección X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO Escombros no Contaminado con Hidrocarburos UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) NORTE (m) ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 24 m3 2012 SUPERFICIE (m2) 30 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Reparación de Calentadores ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Relleno Sanitario Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.2 Figura N° 12. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Sur DESCRIPCIÓN DE SITIO No Condiciones del sitio Desechos acumulados a la intemperie Condiciones del sitio Si X Suelo sin protección Techado X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Cubierto con lona /Plástico Suelos con revestimiento (impermeable) Si X X Área no demarcada/ fácil acceso X No X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Batería ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 4 unidades 2010 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) 9 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Unidad de respaldo de energía ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.3 Figura N° 13. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 38 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente DESCRIPCIÓN DE SITIO Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Sur Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Suelos con revestimiento (impermeable) X Área no demarcada/ fácil acceso No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Material Ferroso NORTE (m) ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD SUPERFICIE (m2) AÑOS DE GENERACIÓN 3000 m2 2007 400 ton. FOTOS ORIGEN (Procedencia) Cambio de tuberías de serpentines, calentadores y reemplazo de algunas tuberías en diferentes áreas del PDT. ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Reciclaje: Convenio Recuvensa (Reciclaje Cuba Venezuela) Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.4 Figura N° 14. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Sur DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso Suelos con revestimiento (impermeable) No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO Trapos impregnados con Hidrocarburos UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD SUPERFICIE (m2) NORTE (m) AÑOS DE GENERACIÓN 30 m2 2012 80 m3 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Mantenimiento de las Operaciones del Patio de Tanque ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Centro de Manejo: Incineración. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.5 Figura N° 15. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 39 �Plan de Manejo de Desechos Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS ÁREA OPERACIONAL Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques Lagunillas Sur DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie X No Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Techado X Cubierto con lona /Plástico X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Suelos con revestimiento (impermeable) X Área no demarcada/ fácil acceso No X X TIPO DE MATERIALES Y DESECHO UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Envases Contaminados con Hidrocarburos ESTE (m) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN 10 m3 2012 SUPERFICIE (m2) NORTE (m) 12 m2 FOTOS ORIGEN (Procedencia) Envases de tomas de muestra diaria de crudo ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Reutilización y Centro de Manejo: Incineración. Elaborado por: Alfredo Romero Revisado por: José M. Bracho Aprobado por Ambiente: Luís Corredor Aprobado por Coordinación Operacional: Ennis Acosta Fecha de Elaboración: 18/07/2013 Pág.6 Figura N° 16. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Lagunillas Sur Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 2.1.2 Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminales de Embarque. Figura N° 17. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 40 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 18. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 19. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 41 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 20. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 21. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 42 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 22. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 23. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 43 �Plan de Manejo de Desechos 2.2 Estudio Geólogo ambiental de la zona de trabajo Para realizar este estudio se hizo una revisión de artículos publicados por autores venezolanos. También se tuvieron en cuenta experiencias venezolanas sobre caracterizaciones medio ambientales de zonas naturales y socioeconómicas (Anguita, 1993). Fueron útiles los informes relacionados con las prospecciones geológicas para yacimientos de petróleo y gas discutidos en PDVSA. También se tuvieron en cuenta registros de pozos de perforación cercanos al área de investigación. Este estudio abarcó el perfil geológico de una franja lo más cercana posible al Lago de Maracaibo incluyendo estudios hidrológicos y geomorfológicos (Informe Geoambiental, 2008). La columna estratigráfica de la zona de trabajo reportada aparece en el Anexo 8. Se revisaron documentos pertenecientes a entes gubernamentales del Zulia relacionados con la caracterización medio ambiental, así como las consideraciones sobre afectaciones ambientales de las industrias dentro de la zona objeto de estudio. Los documentos revisados para la descripción del clima se realizaron por consulta directa a expertos de dos Universidades del País (comunicación privada, 2014). 44 �Plan de Manejo de Desechos CAPÍTULO 3. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Introducción Luego de haber realizado la descripción, caracterización y clasificación de los desechos que se generan en las actividades que lleva a cabo la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, conformada por dieciséis (16) instalaciones: Patios de Tanques (13): Bachaquero, Lagunillas Norte, Lagunillas Sur, Tasajeras, Ulé, Taparito, Punta Gorda, H7, F6, Altagracia, Bajo Grande, Punta de Palmas y Palmarejo de Mara. Terminales de Embarque (03): Puerto Miranda, La Salina y Bajo Grande. Estaciones de Refuerzo (01): Pajuizal, el objetivo de este capítulo es analizar los resultados expuestos en el capítulo precedente, para lo cual se describe el diseño del Plan de Manejo de Desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo. 3.1 Objetivos y Estrategia específica del Plan de Manejo de Desechos 1. Establecer los procedimientos para la recolección, transporte, tratamiento y disposición final de las corrientes de desechos generadas en las instalaciones de Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, resultantes de las actividades de almacenamiento, tratamiento y transporte del crudo, mantenimiento de las instalaciones y eventos no deseados (derrames y filtraciones); en concordancia con lo establecido la normativa ambiental venezolana. 2. Aplicar una adecuada gestión ambiental, según la normativa Ambiental Venezolana y la Política Ambiental de Petróleos de Venezuela, S.A. Estrategia Específica El correcto manejo de los desechos es resultado de la gestión integrada de los procesos (Salas, 2008), donde funciona como coordinador la gerencia responsable del cumplimiento de las Normas de Calidad (Acosta, 2012). Tareas de mayor prioridad 45 �Plan de Manejo de Desechos  Capacitar al personal que ejecuta las actividades para minimizar la generación y manejo de los desechos y al personal administrativo en el significado dela gestión integrada de los procesos.  Definir los procedimientos para la recolección, almacenamiento y disposición final de desechos no peligrosos, aguas residuales domésticas e industriales.  Elaborar los manuales de procedimientos para la recolección, transporte, almacenamiento y el aprovechamiento de materiales recuperables.  Definir las condiciones para la recolección, transporte y disposición final de los desechos peligrosos, a fin de garantizar la seguridad del personal y mínimo impacto al ambiente.  Generar registros en relación con los volúmenes de desechos generados, los controles de descarga, caracterizaciones físico – químicas y bacteriológicas.  Controlar y evaluar los registros con relación a las hojas de seguimiento y certificados de tratamiento y disposición final, para validar la gestión ambiental llevada acabo. 3.2. Identificación de las corrientes de desechos De la elaboración de los diagnósticos técnicos ambientales realizados en las instalaciones de Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, se identificaron las corrientes de desechos, las cuales han sido clasificadas de la siguiente manera:  Efluentes líquidos domésticos.  Efluentes líquidos industriales.  Desechos sólidos no peligrosos.  Desechos y materiales peligrosos recuperables.  Emisiones atmosféricas en fuentes fijas. 3.3 Plan de manejo de efluentes El Plan de Manejo, se aplicará sobre los efluentes generados durante las actividades y procesos asociados al almacenamiento, tratamiento, transporte y despacho de crudo dependencia de la Gerencia de Coordinación Operacional (C.O.) PDVSA Exploración y Producción Occidente. Las descargas o efluentes deberán cumplir con los límites 46 �Plan de Manejo de Desechos permisibles establecidos en el Decreto 883 “Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Agua y Vertidos o Efluentes Líquidos”, de fecha 11 de octubre de 1.995, publicado en Gaceta Oficial No. 5.021 Extraordinario de fecha 18 de diciembre de 1.995. El manejo de los efluentes y desechos, tiene como objetivo evitar en lo posible un deterioro de las condiciones ambientales, minimizando los posibles efectos que estos pudieran ejercer sobre el ambiente, mediante la implementación de medidas de control y técnicas de tratamiento, lo que garantiza que el almacenamiento, tratamiento, transporte y disposición final de los desechos generados sea eficiente y ambientalmente seguro. El custodio de la instalación con el apoyo del equipo de gestión ambiental será responsable por el óptimo y eficiente funcionamiento de las unidades para el tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales. Cada facilidad, tanto temporal como definitiva, tendrá su sistema de drenaje perfectamente identificado y su unidad de tratamiento que aplique. Todos ellos serán independientes y se clasifican en: •Efluentes domésticos, constituidos por: - Aguas negras y grises (Baños de oficina y laboratorios, comedores, salas de operaciones). •Efluentes industriales, constituidos por: - Aguas de lluvia (contaminadas con hidrocarburos) provenientes de las hoyas y drenajes de los tanques de almacenamiento. - Aguas de producción generadas por deshidratación del crudo. Efluentes domésticos Se refiere a las aguas resultantes de las salas sanitarias y comedores, producidas por cada persona, estos efluentes serán tratados mediante sistemas de tratamiento biológicos, a través de una planta de tratamiento con capacidad de acuerdo al caudal y concentración de contaminantes generados en las instalaciones; de igual manera se pueden disponer los efluentes domésticos de acuerdo a la infraestructura de cada instalación en pozos sépticos como manejo temporal de desechos. 47 �Plan de Manejo de Desechos Manejo y disposición final de los efluentes domésticos  Los efluentes domésticos, serán recolectadas y conducidas a las plantas de tratamiento instaladas en los patios de tanques (PDT) pertenecientes a la gerencia de Coordinación Operacional, serán canalizados a través de tuberías hacia la planta de tratamiento biológico. Este sistema utiliza el método extendido de aireación; el mismo comprende el contacto del desecho con colonias de bacterias capaces de degradar la materia orgánica, luego es pasado a la unidad de clarificación y por último a la de desinfección donde el agua clarificada se pone en contacto con pastillas de cloro hasta obtener un desecho ambientalmente aceptable.  Se tomarán muestras de los efluentes domésticos, a la salida de la planta de tratamiento, luego serán analizadas en un laboratorio. Si cumplen con la normativa ambiental (Decreto 883 sobre Normas para la Clasificación y el Control de la Calidad de los Cuerpos de Aguas y Vertidos o Efluentes Líquidos), Sección III, Artículo 10 “De las descargas a cuerpos de agua”, ver tabla N° 1, se podrán descargar y/o serán asperjadas en áreas adyacentes a la instalación (zona de seguridad). De no estar bajo norma, se reincorporarán al proceso de tratamiento hasta alcanzar los parámetros exigidos en la legislación ambiental Venezolana. El volumen total (Todas las instalaciones de Coordinación operacional) estimado de efluentes domésticos a procesar es el siguiente: Número de personas estimadas: 600/día Volumen estimado a procesar en m3: 240 Volumen estimado por persona: 400 L/día  Los productos secundarios generados por este sistema de tratamiento, tales como: lodos sedimentados, resinas saturadas, etc., deberán ser evaluados de acuerdo a lo establecido en el decreto No. 2.635 contentivo a las “Normas para el Control de la Recuperación de Materiales Peligrosos y el Manejo de los Desechos Peligrosos”, publicado en Gaceta Oficial No 5245 de fecha 03 de Agosto de 1998, artículo 49 para la disposición mediante técnicas de confinamiento. 48 �Plan de Manejo de Desechos  Si se desea aplicar la técnica de esparcimiento en suelos, se deberá aplicar el artículo 50; de no cumplir con los parámetros establecidos, estos desechos deberán ser incinerados y/o enviados a centros de manejo autorizados para tales fines.  Aquellas instalaciones que no poseen sistemas de tratamiento de aguas residuales domesticas (plantas de tratamiento), dispondrán dichas aguas en pozos sépticos como manejo temporal de las mismas bajo condiciones especificas. El pozo séptico coadyuva a remover los sólidos sedimentarios y flotantes del agua negra, a su vez que remueve materia sólida (cieno). También permite digestión anaeróbica de una porción de la materia sólida y almacena la porción no digerida. El proceso de remoción de la materia sólida (cieno) se lleva a cabo por decantación, al detener agua residual en el tanque, que permite que precipiten los sedimentos y que flote la capa de impurezas. Para que esta separación ocurra, agua residual debe retenerse en el tanque por un mínimo de 24 horas hasta que el 50 % de los sólidos retenidos en el tanque se descomponen. La materia sólida (cieno) restante se acumula en el tanque. No se necesitan aditivos biológicos ni químicos para ayudar o acelerar la descomposición. El cieno continúa acumulándose en el fondo del pozo mientras se usa el sistema séptico, sin ningún tipo de intervención.  Los pozos sépticos deben estar diseñados debidamente para la acumulación de al menos, tres años de materia sólida (cieno) en un espacio seguro junto con un volumen de agua residual no tratada.  Cuando el nivel de materia sólida (cieno) sobrepasa el límite volumétrico del diseño del pozo y/o tanque séptico, las aguas negras tienen menos tiempo para separar la materia sólida del agua antes de salir del tanque, por lo que el proceso deja de realizarse con eficacia. Mientras sube el nivel del materia sólida (cieno), más materia sólida entra en el área de filtración. Si el cieno se acumula durante demasiado tiempo, no ocurre ninguna separación de materia sólida del agua; para prevenir esto, el tanque tiene que ser vaciado de materia sólida (cieno),  normalmente con una bomba de un vehículo especial para el achique de Pozos Sépticos.  El plazo para el achique de un Pozo Séptico depende, básicamente de: 49 �Plan de Manejo de Desechos - La capacidad del tanque séptico. - La cantidad de aguas residuales (relacionado con la población que genera los efluentes) - El volumen de materia sólida en el agua residual.  Se debe contratar a una empresa especializada, que realice el vacío mediante bombeo, y transporte el agua residual y la materia sólida (cieno) de los pozos o fosas sépticas, a plantas de tratamiento y/o centros de manejo cumpliendo con las normas y legislación ambiental vigente.  Se debe supervisar la limpieza para asegurar que se haga debidamente. Para extraer todo el material del pozo, se tiene que dispersar la capa de impurezas y mezclar las capas de materia sólida (cieno) con la parte líquida del tanque (aguas residuales no tratadas), para facilitar su vaciado lo más completo posible. La tabla a continuación muestra un segmento de los parámetros físicos y químicos con sus respectivos rangos. La tabla completa puede verse en el Anexo 7. Tabla N° 1. Rangos y límites máximos de calidad de las descargas a cuerpos de agua artículo 10, sección III. PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS LÍMITES MÁXIMOS O RANGOS Aceites minerales e hidrocarburos Aceites y grasas vegetales y animales Alfil Mercurio Aldehídos Aluminio total Arsénico total Bario total Boro Cadmio total Cianuro total Cloruros Cobalto total 20 mg/l 20 mg/l No detectable (*) 2,0 mg/l 5,0 mg/l 0,5 mg/l 5,0 mg/l 5,0 mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l 1000 mg/l 0,5 mg/l Fuente: Decreto n°. 883, Artículo 10.  La caracterización físico-química y biológica del efluente tratado, lo realizará un laboratorio ambiental autorizado por el MPPA. Este laboratorio será el encargado de captar, preservar y analizar las muestras, cumpliendo con lo establecido en el Decreto No. 883, Gaceta Oficial No. 5.021 Extraordinario, Sección VI, Artículo 16 “De las descargas o infiltraciones en el subsuelo” y siguiendo la metodología estándar establecida. 50 �Plan de Manejo de Desechos  El efluente tratado podrá ser descargado al suelo o cuerpo de agua, luego de medir los parámetros y verificar que cumple con los requisitos establecidos por la legislación ambiental venezolana. Los resultados de estas mediciones serán presentados al MPPA. Efluentes industriales Son aquellos efluentes constituidos por: las aguas de lluvia contaminada dentro de la instalación con derrame de aceite, gasoil ó cualquier hidrocarburo confinada en hoyas y drenajes de los tanques de almacenamiento, así como también las provenientes de los procesos de deshidratación del crudo. Las aguas de producción son aquellas extraídas en conjunto con el hidrocarburo, en las operaciones de producción de un yacimiento, separadas en superficie mediante el proceso de deshidratación, presentan composición fisicoquímica variable, incluyendo sales, metales pesados, hidrocarburos y otros compuestos orgánicos disueltos. La norma PDVSA MA-01-02-04 establece los lineamientos, criterios, consideraciones y responsabilidades para el manejo de las aguas de producción generadas durante el proceso de exploración y producción de hidrocarburos, a fin de prevenir, minimizar, controlar y mitigar los riesgos e impactos socio–ambientales. Manejo y disposición final de los efluentes industriales (Aguas de lluvia contaminadas con hidrocarburos) (PDVSA MA-01-02-04, 2006).  Estos son recolectadas en la red de los canales internos que existen alrededor de la instalación, lo que permite confinar todas las áreas de operación conteniendo cualquier desecho líquido accidentalmente derramado, siendo luego conducidos a las tanquillas de recolección y luego hacia los separadores API, donde son tratados físicamente retirando la fracción de hidrocarburo y el agua continua en el proceso para su adecuación para inyección en la recuperación secundaria de hidrocarburos con un remanente que debe ser tratado y descargado hacia cuerpos de aguas o transportados a un sitio autorizado por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente (MPPA). 51 �Plan de Manejo de Desechos  Las aguas de lluvia contaminadas con hidrocarburos deben ser enviadas o incorporadas a las tanquillas y separadores API, para ser sometidas al proceso de tratamiento.  Si el agua de lluvia no se ha contaminado podrá ser descargada previa verificación del personal de operaciones o custodio de la instalación, observando la presencia de algún brillo aceitoso u otra evidencia de contaminación. Manejo y disposición de las aguas de producción (PDVSA MA-01-02-04, 2006).  Durante todas las etapas del manejo de las aguas de producción se debe diseñar, implantar y mantener las medidas preventivas necesarias para evitar derrames de aguas de producción fuera de especificación al ambiente.  El agua de producción debe ser recolectada, caracterizada, tratada y dispuesta de acuerdo con lo establecido en la legislación ambiental vigente y en la presente norma.  Se debe mantener la integridad mecánica de toda instalación y el equipo necesario para el manejo de aguas de producción, a través de un plan de mantenimiento predictivo, preventivo y correctivo, según lo indicado en la Norma PDVSA IR–S–14.  Se debe registrar, en el libro o bitácora de operaciones, la información generada del control de funcionamiento de los sistemas de tratamiento de aguas de producción.  Se debe buscar la minimización de los caudales de las aguas de producción en la fuente, para lo cual se promoverá la aplicación de procesos y equipos de separación en fondo de pozo, tales como: hidrociclones, bombas duales, geles, polímeros, entre otros.  Se debe diseñar y construir la infraestructura requerida para el tratamiento de las aguas de producción, considerando su calidad y el volumen asociado a los estimados de producción de hidrocarburos, basados en los estudios integrales de yacimiento y los planes de desarrollo.  En el caso de instalaciones existentes, se debe adecuar la infraestructura en función de la calidad y el volumen de aguas de producción generados y del plan de negocio. Recolección, Transporte y Almacenamiento de Aguas de Producción 52 �Plan de Manejo de Desechos  La recolección y transporte de las aguas de producción hasta su área de tratamiento debe realizarse a través de un sistema cerrado. Si las aguas son de baja salinidad, su recolección y transporte hasta el área de tratamiento, podrá realizarse a través de un sistema abierto.  En el caso que aplique el transporte con vehículos, el transportista debe portar la siguiente documentación vigente: a. Copia de la póliza del seguro ambiental. b. Copia del RASDA de Manejador de Sustancias, Materiales y/o Desechos Peligrosos, así como autorización de cómo transportista de aguas de producción. c. Hoja de seguimiento, debidamente firmada por el generador y el transportista. d. Plan de ruta, aprobado por PDVSA. e. Plan de emergencia específico para la actividad aprobado por PDVSA. f. Documentación del conductor del transporte (Licencia, certificado médico). g. Seguro de responsabilidad civil del vehículo. h. Constancia de Revisión Técnica Parcial, otorgada por el Instituto Nacional de Transporte y Tránsito Terrestre. i. Otras consideraciones establecidas en la Norma PDVSA SI–S–04 “Requisitos de Seguridad Industrial, Ambiente e Higiene Ocupacional en el Proceso de Contratación”.  La infraestructura de almacenamiento temporal debe estar construida con material impermeable para evitar la percolación del agua de producción.  Se deben construir pozos piezométricos o de monitoreo, aguas arriba y aguas abajo en dirección de las aguas subterráneas, para el seguimiento de su calidad en el área de influencia del sitio de almacenamiento. En las áreas donde se utilicen tanques para el almacenamiento de aguas de producción, se evaluará la necesidad de construir pozos de monitoreo. Caracterización y Clasificación de Aguas de Producción  Las aguas de producción deben ser caracterizadas de acuerdo con los parámetros establecidos en la legislación ambiental vigente y en la presente norma, pudiendo incluirse cualquier otro parámetro que propicie la selección de opciones de uso y/o 53 �Plan de Manejo de Desechos disposición de las aguas, contemplando aquellas que conduzcan al beneficio socio– ambiental del entorno.  Se deben realizar caracterizaciones periódicas de las aguas de producción, enmarcadas en el Programa de Seguimiento Ambiental aprobado por la Autoridad Ambiental Nacional, por un laboratorio autorizado por dicha Autoridad. Los resultados de la caracterización deben ser remitidos a la Gerencia de Ambiente e Higiene Ocupacional y demás gerencias involucradas.  Los criterios para clasificar las aguas de producción, para seleccionar la opción de disposición final, se basan en la salinidad y compuestos orgánicos disueltos, indicados en los siguientes puntos: a. Baja salinidad: Aquellas cuyo contenido de Cloruros o Sulfatos es inferior al límite que establezca la legislación ambiental vigente (Valor actual Cloruros: 1000ppm y Sulfatos 1000ppm). b. Alta salinidad: Aquellas cuyo contenido de Cloruros o Sulfatos sea superior al límite que establezca la legislación ambiental vigente (Valor actual Cloruros: 1000ppm y Sulfatos 1000ppm). c. Baja carga orgánica: Aquellas cuya contenido de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) sea inferior a 1000 ppm y/o 10 ppm de fenoles. d. Alta carga orgánica: Aquellas cuyo contenido de la Demanda Química de Oxígeno (DQO) sea superior a 1000 ppm y/o 10 ppm de fenoles. Nota 1: Los valores descritos son únicamente para la clasificación de las aguas de producción y definición de opciones de tratamiento, en ningún caso para su disposición final. Nota 2: Independientemente del resultado de clasificación del agua de producción, es obligatorio que el tratamiento seleccionado asegure el cumplimiento de los límites de todos los parámetros o contaminantes indicados en la legislación ambiental vigente, para el tratamiento y selección de su disposición. Nota 3: Esta clasificación no sustituye la indicada en el Decreto Nº 883 y tiene como única finalidad facilitar la selección del tratamiento. 54 �Plan de Manejo de Desechos Tratamiento, Reutilización y Disposición Final de Aguas de Producción  Basado en la caracterización de las aguas de producción, se debe establecer el tratamiento necesario para su disposición final que, permita el cumplimiento de la legislación ambiental vigente y de la presente norma, asegurando la protección del ambiente.  En aquellos casos que se requiera la inyección de aguas para los procesos de recuperación secundaria, se le debe dar prioridad al uso de las aguas de producción. Figura N° 24. Esquema general para el manejo y disposición final de las aguas de producción Fuente: Norma PDVSA MA-01-02-04 55 �Plan de Manejo de Desechos 3.4 Plan de manejo de desechos sólidos no peligrosos Los desechos sólidos de naturaleza no peligrosa generados durante las operaciones en las instalaciones de coordinación operacional, han sido clasificados en desechos sólidos no peligrosos de origen domestico y no peligrosos de origen industrial, según lo establecido en el Decreto No. 2.216 relativo a las “Normas para el Manejo de los Desechos Sólidos de Origen Doméstico, Comercial, Industrial o de Cualquier otra Naturaleza que no sean Peligrosos”. Este plan de manejo de desechos pretende inicialmente identificar los tipos de desechos generados y establecer los procedimientos para su recolección, almacenamiento temporal, transporte y/o disposición final (Costa, 2011). Desechos sólidos no peligrosos de origen doméstico Estos desechos son generados producto de la actividad humana en las áreas de oficinas administrativas, salas de control, comedores y baños, y están constituidos por restos de alimentos, envases plásticos, cartón, vidrio, residuos de papelería, restos de vegetación del corte de maleza, entre otros. La figura a continuación muestra lo que se ha descrito. Figura N° 25. Desechos Domésticos (papel, cartón, vidrio) Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Recolección, almacenamiento, transporte y disposición final de desechos sólidos no peligrosos  Para la recolección de restos de alimentos, envases plásticos, cartón, vidrio y residuos de papelería colocarán en las oficinas, comedores, baños y salas de control, papeleras de 40 litros de capacidad, contentivas de bolsas negras de igual 56 �Plan de Manejo de Desechos volumen. Estas papeleras deben ser de color verde y estar plenamente identificadas y bajo ningún concepto se podrán disponer desechos de otra naturaleza, es decir, que no sean peligrosos.  En las áreas del patio o donde los volúmenes de generación sean mayores se dispondrán de contenedores metálicos de mayor capacidad (200 litros), con sus respectivas tapas para protegerlos de las aguas de lluvia, de color verde y plenamente identificados. Igualmente con bolsas negras de gran resistencia para su facilitar su manejo.  Los contenedores de desechos se llenarán hasta su capacidad antes de su disposición final, de manera de optimizar los recursos.  Se prohibirá colocar en  estos contenedores, recipientes o bolsas que contengan o hayan contenido productos químicos, o cualquier desecho de clasificado como peligros. Para esto se debe realizar la divulgación de este plan al personal obrero, supervisor y administrativo de todas las instalaciones involucradas. (Responsable: Ambiente Coordinación Operacional)  Los desechos serán trasladados hasta los rellenos sanitarios autorizados por el MPPA más cercanos a cada una de las instalaciones, a través del servicio de aseo urbano de cada municipio. En aquellos sitios donde este servicio no sea eficiente, se realizará con esfuerzo propio en vehículos de PDVSA. La frecuencia de traslado dependerá de la cantidad de desechos generados. Sin embargo, se estima un traslado de dos (2) veces a la semana.  Específicamente para los restos de vegetación generados durante los cortes de maleza, serán depositados en los camiones volteos de las empresas o cooperativas responsables de la actividad, inmediatamente luego de ser cortados. Los camiones deben disponer de lonas o cubiertas durante el transporte de los residuos hacia los botaderos de escombros autorizados por el MPPA más cercanos.  Se llevarán registros y reportes de los desechos generados en cada instalación (Planilla de Registro de desechos sólidos no peligrosos). El personal de control de acceso a cada instalación (PCP) será el responsable de llenar estos registros y semanalmente los entregará al supervisor de la instalación para ser archivado. 57 �Plan de Manejo de Desechos Desechos sólidos no peligrosos de origen industrial Durante las actividades de mantenimiento y construcción de nuevas obras se generan numerosos materiales que pueden ser reutilizados en otros procesos industriales, tales como: válvulas, secciones de tuberías, chatarra, electrodos usados, mangueras de muelle, desecho electrónico, entre otros. La cantidad de estos desechos variará, puesto que dependerá de la operación que se ejecute en un momento dado. Los mismos se clasificarán y almacenarán en áreas a cielo abierto plenamente identificadas y serán trasladados a los Patios de Salvamento y Chatarra de PDVSA ubicados en Bachaquero y la Salina, allí serán dispuestos de forma temporal, hasta tanto se decida la viabilidad de los métodos de recuperación y/o reutilización, o por el contrario, el procedimiento a seguir para ser desechados de forma definitiva. La figura a continuación se refiere a esta chatarra. Figura N° 26. “racks” de tuberías Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA El material ferroso y otros metales como cobre y aluminio, son acumulados y puestos a la venta mediante un proceso licitatorio, algunos materiales como tubería y válvulas podrán ser recuperados para otros proyectos. Aquellos materiales que se encuentren en condiciones adecuadas podrán ser reparados y reutilizados (andamios, “racks” de tuberías, etc), mientras que aquellos que hayan perdido sus propiedades por completo debido al avanzado estado de deterioro podrán ser trasladados hasta diferentes acerías para su posterior fundición y reutilización como materia prima. Aquellos que carezcan de cualquier valor comercial deberán ser trasladados hasta rellenos sanitarios debidamente autorizados por el MPPA para ser dispuestos en cumplimiento de las 58 �Plan de Manejo de Desechos normativas ambientales correspondientes y de las condiciones que impongan las autoridades competentes (Decreto 2.216). La figura a continuación muestra desechos recuperables. Figura N° 27 Patios de Salvamento PDVSA “racks” de tuberías Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 3.5 Plan de manejo de desechos peligrosos y material peligroso recuperable Los desechos y materiales peligrosos recuperables generados en las instalaciones de Coordinación Operacional producto de las actividades mantenimiento y eventos no deseados (derrames o filtraciones), han sido clasificados de acuerdo a su disposición final. Desechos sólidos peligrosos para Biotratamiento En las instalaciones de coordinación operacional se generan sedimentos petrolizados durante el mantenimiento de los tanques, fosa de almacenamiento temporal de hidrocarburos (ATHI), tanquillas, fosas de retrolavado de los DAL’s y separadores API y por la ocurrencia de eventos no deseados como derrames y/o filtraciones por fallas en líneas de flujo, tanques de almacenamiento, separadores API, calentadores entre otros. Por este motivo se establece el procedimiento para sanear las áreas afectadas y manejar los volúmenes de sedimentos petrolizados generados:  Cuando se produzcan sedimentos a raíz de un evento no deseado se realizará la etapa de remoción de los sedimentos y suelo impactado, a través de las contratistas que prestan servicio a la Unidad de Prevención y Control de Derrame (PCD) de la Gerencia de Ambiente. Para esto se utilizarán equipos pesados como 59 �Plan de Manejo de Desechos cargador frontal, retroexcavadora y camiones volteos que trasladarán los sedimentos removidos hasta un área acondicionada dentro de la instalación para su apilamiento  Durante el mantenimiento de tanques y/o separadores API la empresa contratista encargada de la actividad, dispondrá de personal obrero que realizará la remoción de los sedimentos del interior de los tanques. Una vez fuera se utilizarán equipos pesados para su recolección y traslado al área de apilamiento.  El área de apilamiento debe estar acondicionada con material de textura franco limosa o franco arcillosa, en un área no inundadle, distanciada de cursos de agua y claramente demarcada e identificada como área de disposición temporal para garantizar condiciones ambientalmente seguras hasta el momento de realizar la disposición final.  Los sedimentos se trasladaran a centros de manejo autorizados por al MPPA, o aplicando la técnica de biotratamiento en sitio cuando exista disponibilidad de espacio dentro de las instalaciones. Traslado a centros de Manejo  La carga y el transporte de los sedimentos petrolizados se realizará a través de terceras empresas, contratadas por la Gerencia de Coordinación Operacional y bajo la supervisión del personal de ambiente. La empresa responsable de estas actividades dispondrá del RASDA y la autorización vigente como manejador, también será responsable de llenar las hojas de seguimiento y entregarlas a los custodios junto con los certificados de tratamiento del centro de manejo autorizado por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente.  El transporte de realizará en camiones volteos cerrados herméticamente con perfiles de acero en las esquinas y lonas o cubiertas en la parte superior, con lo que se garantizará un traslado ambientalmente seguro desde las instalaciones de coordinación operacional hasta los centros de manejo.  El custodio de la instalación será responsable de archivar y resguardar las hojas de seguimiento y los certificados, como evidencia de una disposición final adecuada de 60 �Plan de Manejo de Desechos estos desechos ante el organismo competente (Ministerio del Poder Popular para el Ambiente). Biotratamiento en Sitio  La etapa de homogenización se realizará con la mezcla de los sedimentos y las capas de suelo afectado con aporte de material limpio hasta alcanzar el 10% de hidrocarburos totales.  Para el mezclado y homogenización se utilizará equipos tipo motoniveladora, tractores de oruga, cargador frontal, retroexcavadora, entre otros y para alcanzar la humedad necesaria en el biotratamiento se suministrará agua mediante el uso de camiones cisternas y fertilizantes como aporte de nutrientes de las bacterias encargadas de biodegradar los hidrocarburos.  El seguimiento y control del biotratamiento se realizará a través de caracterizaciones en las siguientes etapas: Al inicio del proceso de biotratamiento de acuerdo con lo establecido en el artículo n° 53 del Decreto n° 2.635. Durante el proceso de biotratamiento. Los parámetros a evaluar serán: contenido de Aceites y Grasas, pH y Contenido de Humedad. Al final del proceso de biotratamiento de acuerdo con lo establecido en el artículo  n° 50 del Decreto n° 2.635. La práctica de esparcimiento en suelos se llevará a cabo cumpliendo con las condiciones establecidas en el artículo n° 50 del Decreto n° 2.635: 1. El área de disposición final debe estar alejada por lo menos 500 m de cuerpos de agua o fuera de la planicie de inundación de dichos cuerpos, de acuerdo a la información hidrológica existente. 2. La topografía del área de disposición final deberá tener una pendiente menor de 3 %, orientada hacia el cuerpo de agua superficial más cercana. 3. El desecho no debe exceder las concentraciones máximas permisibles en lixiviados. 4. La mezcla suelo/desecho debe cumplir con los parámetros establecidos en la lista siguiente: 61 �Plan de Manejo de Desechos Tabla N° 2. Valores permisibles articulo 50 Decreto 2.635. pH 5–8 Conductividad eléctrica (mmhos/cm) < 3,5 Cloruros totales (ppm) < 2.500 Relación de adsorción de Sodio (RAS) <8 Aluminio intercambiable (meq/100 gr) < 1,5 Saturación con bases (%) > 80 Aceites y grasas (% en peso) ≤1 Arsénico 25 mg/kg Bario 20.000 mg/kg Cadmio 8 mg/kg Mercurio 1 mg/kg Selenio 2 mg/kg Plata 5 mg/kg Cromo 300 mg/kg Cinc 300 mg/kg Plomo 150 mg/kg Fuente: Decreto 2.635 Desechos sólidos peligrosos para Incineración Durante las actividades de mantenimiento de las instalaciones y equipos como válvulas, tuberías, calentadores, hornos y bombas entre otros, se generan ciertos volúmenes de trapos y guantes impregnados con hidrocarburos, los cuales son considerados como desechos peligrosos según lo establecido en el Decreto 2.635 referente a las “Normas para el control de la recuperación de materiales peligrosos y el manejo de los desechos peligrosos” ya que el mismo plantea que todo aquel material que se ponga en contacto o se impregne de una sustancia peligrosa es considerado peligroso, y debe darse un manejo adecuado en cuanto a su recolección, almacenamiento temporal y disposición final. De igual manera los envases capta muestras de crudo requeridos para análisis de laboratorio son considerados como desecho peligroso. Recolección, almacenamiento, transporte y disposición final de desechos sólidos peligrosos 62 �Plan de Manejo de Desechos  Para su recolección se dispondrán en distintas áreas de los patios y durante la ejecución de actividades de mantenimiento, contenedores metálicos de 200 litros de capacidad. Bajo ningún concepto deben depositarse en estos contenedores desechos sólidos no peligrosos, ya que al mezclarse, estos también se considerarán desechos peligrosos.  El sitio de almacenamiento temporal debe cumplir con las siguientes características: - Los contenedores metálicos serán de color rojo, rotulados con la identificación del desecho, el nombre del generador, fecha en la cual fueron envasados, cantidad contenida y símbolo de peligrosidad ajustados a la Norma COVENIN venezolana 3060 sobre “Materiales Peligrosos. Clasificación, Símbolos y Dimensiones de Señales de Identificación” y la Nacional Fire Protecion Association (NFPA). - Los desechos sólidos impregnados con hidrocarburos se clasifican: Inflamables (3), Riegos a la salud (1) y Reactividad (0), mediante el símbolo o rombo de seguridad. Figura N° 28. Rombo de seguridad de la NFPA (Sólidos impregnados con hidrocarburos) - El área de almacenamiento estará separada de las áreas de producción, servicio, oficinas y de los almacenes de materias primas, excedentes y productos terminados. Alejado de fuentes de calor u otras fuentes de energía, ubicado en una zona no inundable, no expuesto a contingencias como derrumbes, descargas, emisiones u otros vertidos industriales. - En este mismo deposito se almacenarán desechos líquidos peligrosos como aceites gastados, por lo cual se colocarán muros de contención, sistemas de drenaje y fosas de captación para impedir el arrastre de derrames, vertidos o lixiviados fuera del área 63 �Plan de Manejo de Desechos de almacenamiento, la capacidad de las fosas debe ser por lo menos la quinta parte de todo el volumen almacenado. - El piso debe ser de material impermeable o impermeabilizado con canales de desagüe que conduzcan a la fosa de retención; y los envases deben colocarse sobre paletas de madera. - Las instalaciones deben contar con sistemas de detección y extinción de incendio, adecuados para el tipo de desecho almacenado. - Según el artículo No 35 del Decreto 2.635 los desechos no podrán permanecer en el sitio de almacenamiento temporal por más de 5 anos. - El supervisor de la instalación es responsable de mantener un inventario actualizado de los desechos peligrosos almacenados. - El transporte e incineración de estos desechos se realizará a través de terceras empresas, contratadas por la Gerencia de Coordinación Operacional y bajo la supervisión del personal de ambiente. La empresa responsable de estas actividades dispondrá del RASDA y la autorización vigente como manejador, también será responsable de llenar las hojas de seguimiento y entregarlas a los custodios junto con los certificados de incineración del centro de manejo autorizado por el MPPA. - El custodio de la instalación será responsable de archivar y resguardar las hojas de seguimiento y los certificados de incineración, como evidencia de una disposición final adecuada de estos desechos ante el organismo competente (Ministerio del Poder Popular para el Ambiente). Material peligroso recuperable Producto del mantenimiento de los equipos existentes en los terminales de embarque, patios de tanques y estaciones de refuerzo, se generan ciertos volúmenes de aceites lubricantes gastados, los cuales serán incorporados a la producción de cada instalación o manejados a través de terceras empresas y centros de manejos autorizados por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente. Recolección, almacenamiento, transporte y disposición final del material peligroso recuperable 64 �Plan de Manejo de Desechos  Para su recolección durante la ejecución de actividades de mantenimiento se dispondrán contenedores metálicos de 200 litros de capacidad sellados herméticamente, de color rojo, rotulados con la identificación del desecho, el nombre del generador, fecha en la cual fueron envasados, cantidad contenida y símbolo de peligrosidad ajustados a la norma COVENIN venezolana 3060:2002 sobre “Materiales Peligrosos. Clasificación, Símbolos y Dimensiones de Señales de Identificación” y la Nacional Fire Protection Association (NFPA). Figura N° 29. Rombo de seguridad de la NFPA (Aceites lubricantes gastados)  Según el artículo 35 del Decreto 2.635 este material peligroso no podrá permanecer en el sitio de almacenamiento temporal por más de 5 años PDVSA, MDP-09-RS05.  El supervisor de la instalación es responsable de mantener un inventario actualizado de los volúmenes almacenados.  La disposición final se estos aceites gastados puede efectuarse incorporándolo a la producción del patio de manera dosificada, sin que este altere las especificaciones requeridas del crudo.  El transporte a los centros de manejo se realizará a través de terceras empresas contratadas por la Gerencia de Coordinación Operacional y bajo la supervisión del personal de ambiente. La empresa responsable de estas actividades dispondrá del RASDA y la autorización vigente como manejador, también será responsable de llenar las hojas de seguimiento y entregarlas a los custodios. Desecho solido peligroso (asbesto) Otros tipos de desechos peligrosos como: Asbesto: se detectaron techos con láminas asbestos en los Patios de Tanques La Salina, Lagunillas y Ulé. Se observa que varias de las láminas han sido retiradas o se 65 �Plan de Manejo de Desechos han caído por acción del tiempo y de la intemperie, provocando el esparcimiento de trozos y polvo de asbesto en el suelo adyacente a dichas áreas. Manejo, Recolección y Disposición: El asbesto es considerado como un material que debe ser manejado con estrictas medidas de seguridad debido al carácter altamente cancerígeno del mismo. Su manejo, recolección y disposición deberá realizarse en concordancia con la Norma Covenin 2251-98 y con el Decreto Nº 2635. El personal que realice las labores de limpieza debe ser dotado del equipo de protección personal y respiratoria adecuada y garantizada contra fibras de asbestos. El empleador debe garantizar la existencia en el centro de trabajo, de un inventario de respiradores para fibras de asbestos. PDVSA está en la obligación de adiestrar a los trabajadores expuestos a asbestos y productos que lo contengan, en todos los aspectos relacionados con: - Conocimientos del riesgo y efectos en la salud. - Uso del equipo de protección personal. - Procedimientos adecuados de trabajo. - Medidas de higiene ocupacional y saneamiento básico industrial. - Medidas de higiene personal y saneamiento básico industrial. Los desechos de asbestos y productos que lo contengan, deben colocarse en bolsas plásticas de resistencia mecánica adecuada, debidamente sellada y con su respectiva nota de advertencia y posteriormente eliminadas de acuerdo a lo establecido en la normativa vigente para disposición de desechos peligrosos. Lo mismo debe hacerse con los empaques y sacos vacíos que se usaron para su transporte o movilización. La disposición final de estos desechos deberá hacerse únicamente en los Centros de Manejo especializados y autorizados por el MPPA para tal fin. Productos químicos desconocidos Se observaron varios contenedores metálicos y plásticos contentivos de sustancias químicas en estado líquido y de características físico químicas desconocidas en diferentes áreas del complejo. 66 �Plan de Manejo de Desechos Manejo, Recolección y Disposición: Debido al desconocimiento de las características físico químicas de estos materiales, los mismos deberán ser manejados utilizando medidas extremas de seguridad industrial, mediante la utilización de equipos de protección personal, y evitando en todo momento el contacto directo con los mismos. Inicialmente deberá realizarse una caracterización física química completa de todos estos químicos, para de esta manera determinar cual deberá ser su disposición. Los desechos deben ser dispuestos en cumplimiento de las normativas ambientales correspondientes y de las condiciones que impongan las autoridades competentes (Decreto 2.635). La solución o alternativa que se seleccione debe garantizar una disposición ambientalmente segura. La disposición final de los desechos líquidos peligrosos se efectuará transportándolos desde el sitio de disposición temporal hasta un Centro de Manejo especializado, seleccionado de acuerdo a las características de cada sustancia identificada, y debidamente autorizado por el Ministerio del Poder Popular para el Ambiente para tal fin. Cuando se realizan trabajos de mantenimiento se generaran desechos sólidos impregnados con hidrocarburos, estos serán identificados y almacenados en contenedores o recipientes que garanticen la integridad y permitan ser manipulados con seguridad y facilidad, para luego ser ubicados en área adecuadas de forma temporal, para ser transportados y tratados por los centros de manejos autorizados para tales fines, en concordancia lo tipificado en la normativa ambiental venezolana. Los envases vacíos (como tambores, cuñetes, contenedores plásticos ó metálicos u otros) que hayan contenido sustancias químicas, no podrán ser retirados por personas no autorizadas y en ningún caso el personal podrá entregarlas a los pobladores. Una vez limpios los contenedores podrán ser rehusadas para el almacenamiento de basura, chatarra, aceites usados y otros desechos sólidos. Los empaques de químicos deben ser retirados por las empresas suplidoras de este tipo de material. 67 �Plan de Manejo de Desechos Otros desechos peligrosos que puedan generarse en el desarrollo de estos trabajos como por ejemplo: baterías gastadas de plomo, níquel/cadmio, filtros, trapos con aceite u otros, serán recolectados por separados y almacenados temporalmente en los talleres de las contratistas para planificar y tramitar su tratamiento o disposición final en lotes y apoyándose en empresas manejadoras de desechos autorizadas por el MPPA Emisiones atmosféricas Las fuentes fijas de emisiones atmosféricas identificadas en las instalaciones de Coordinación Operacional están constituidas por hornos y calentadores empleados en la deshidratación del crudo ubicados en los Patios de Tanques, y las bombas de los terminales de embarque. En la actualidad se trabaja en la elaboración del inventario de estas fuentes, el cual tiene como propósito, contabilizar el número de fuentes existentes, activas y no activas. Así mismo permitirá conocer las que se encuentran adecuadas según la “Norma COVENIN 1649:2006: Chimeneas y Ductos. Determinación de la ubicación y número mínimo de puntos de muestreo”. Como resultado de este inventario se elaborará el plan de adecuación para aquellas fuentes que no posean el punto de muestreo de acuerdo a la referida Norma y el plan de monitoreo para las fuentes adecuadas, de acuerdo a lo señalado en el Decreto 638 referente a las “Normas sobre calidad del aire y control de la contaminación atmosférica”, el cual establece las siguientes premisas:  Realizar la caracterización de las emisiones al menos una vez por año (Artículo 26).  La caracterización de las emisiones provenientes de chimeneas o ductos se llevará a cabo mediante un mínimo de tres corridas en cada punto de captación seleccionado, cuando el estudio se realiza por primera vez, y de un mínimo de dos corridas, en los casos de fuentes evaluadas con anterioridad. (Artículo 13).  La determinación de la concentración de los contaminantes en emisiones provenientes de chimeneas o ductos se realizará según métodos aprobados por las Normas COVENIN o por métodos autorizados por el MPPA.  Los límites máximos para emisión de contaminantes son los establecidos en el artículo 10 del mencionado Decreto. 68 �Plan de Manejo de Desechos La tabla N° 3, a continuación, muestra la identificación de las corrientes de desechos que incluye la fuente de generación, la práctica de manejo propuesto para los desechos y la disposición final de los mismos. Tabla N°3. Identificación de las corrientes de desechos. CORRIENTE DE DESECHOS FUENTE DE GENERACIÓN PRÁCTICA DE MANEJO PROPUESTO UBICACIÓN FINAL Aguas Residuales Domésticas (negras y grises) Baños de oficinas y laboratorios, comedores y salas de operaciones. Planta de tratamiento de aguas residuales Domésticas y pozo séptico. Descarga a cuerpo de agua o red de cloacas. Aguas Residuales Industriales. Hoyas y drenajes de los tanques de almacenamiento, deshidratación del crudo, laboratorios. Plantas de tratamiento de Aguas Industriales. Inyección para recuperación secundaria y descarga a cuerpos de agua. Desechos Sólidos No Peligrosos de Origen Domésticos. Desechos Sólidos No Peligrosos de Origen Industrial. Restos de comida Papel, cartón, latas, plástico de oficinas y comedores. Residuos vegetales producto del corte de maleza. Chatarra ferrosa y material recuperable, envases de pintura Recolección y almacenamiento temporal de Rellenos sanitarios autorizados acuerdo a lo establecido en el por el MPPA. Decreto 2.216. Propiedad de PDVSA. Posterior venta Patios de salvamentos de PDVSA Desechos Sólidos Peligrosos de Origen Industrial. Trapos, guantes y envases capta muestras impregnados con hidrocarburos producto de actividades de mantenimiento y laboratorios. Sedimentos petrolizados provenientes de mantenimiento de tanques y separadores API o por derrames o filtraciones. Fosas recolectoras de crudo. Asbesto Materiales peligrosos recuperables Aceites lubricantes usados provenientes de motores, compresores, bombas y otros. Recolección y Recuperación a través de centros almacenamiento temporal de de manejo autorizados por acuerdo a lo establecido en el MPPA. Decreto 2.635. Emisiones Atmosféricas. Calentadores, hornos, bombas de transferencia de crudo. Según control y regulación establecida en el Decreto 638 Atmósfera. y normas COVENIN. Recolección y almacenamiento temporal de Incineración en centros de manejo acuerdo a lo establecido en el autorizados por el MPPA. Decreto 2.635. Recolección y almacenamiento temporal de acuerdo a lo establecido en el Decreto 2.635. Tratamiento en centros de manejo autorizados por el MPPA. Tratamiento en sitio (biorremediación). Fuente: PDVSA, Moran, (2015). 3.6 Consideraciones derivadas del estudio geólogo ambiental de la zona La zona se caracteriza por un clima seco, con escasos periodos de lluvia, que suceden sin periodicidad. La vegetación propia de sabanas; el relieve es llano con algunas ondulaciones, donde las elevaciones tienen muy poca altura. La temperatura es alta y es caracterizada con vientos que no son fuertes ni perennes El elemento fundamental que caracteriza el medio ambiente es el Lago de Maracaibo, que por su extensión 69 �Plan de Manejo de Desechos marca los elementos antes señalados (Rasgos fisiográficos, 2011). Los asentamientos urbanos están ubicados alrededor de los objetos de estudio sin un patrón uniforme, por ejemplo en la ciudad de Cabimas y Lagunillas las instalaciones están dentro del perímetro urbano (Síntesis estadística Estado Zulia, 2010). Existen áreas ocupadas por granjas agropecuarias destinadas a la cría de animales que su modo de trabajo no invade la zona ocupada por la empresa incluyendo la zona ocupada por los desechos. Esta zona se caracteriza por la no ocurrencia de eventos como huracanes, ni trombas marinas, etc. El perfil geológico de la zona muestra la presencia de areniscas con algunas intercalaciones de arcilla sobre horizontes de lutitas con calizas en la base (Ver anexo 8). Hay pocos reportes de fallas, pero no hay reportes de fallas notorias ni de movimientos sísmicos de mediana y alta intensidad en lo que va de siglo. También se caracteriza por ser una zona petrolífera con yacimientos en explotación (González de Juana, 1980). El tipo de roca en el subsuelo, el clima y las pocas pendientes del relieve asegura un comportamiento normal en la penetración del escurrimiento superficial. Se caracterizaron los principales aspectos relacionados con el medio natural, como son: las condiciones climáticas, características geológicas, geomorfológica fenómenos físicos-geológicos, por otro lado el estado actual de la vegetación, la caracterización de los suelos, desarrollo hidrográfico de la zona y las fuentes de abasto de agua en algunos asentamientos. Esta información y los resultados obtenidos de las observaciones realizadas durante los recorridos por la zona, para estudiar los lugares de acumulación de desechos y reconocimiento del medio natural y socio económico, permitieron identificar los principales problemas ambientales y los diferentes focos de contaminación. Las influencias negativas sobre el medio ambiente que pudieran afectar, la calidad del suelo y la calidad de las aguas están dadas en forma general, por la ubicación de tipos de desechos en los sitios actuales de recolección de manera indebida, también en menor medida por la actividad de mantenimiento a instalaciones, fosas de residuales de hidrocarburos en laboratorios, roturas casuales en el sistema de distribución de fluidos. También es una influencia negativa sobre el medio ambiente, la contaminación 70 �Plan de Manejo de Desechos de las aguas del lago por discontinuidades que se presentan en el proceso de tratamiento de las aguas residuales peligrosas (Bolaño-Rodríguez Y, 2011). Los cursos de aguas superficiales no tienen presencia en los sitios donde se acumulan los desechos, aún en los cortos períodos lluviosos se ven pocas afectaciones por el arrastre por lo que resulta poca la contaminación industrial por esta causa. Otros aspectos evaluados fueron:  Alteraciones a la salud del hombre. No hay reportes de afectaciones que puedan considerarse relacionados con derrames de hidrocarburos, pero no hay estudios sistemáticos.  Posibles afectaciones por el uso reactivos químicos utilizados en el proceso de tratamiento de las aguas residuales en las Plantas de tratamiento. No se detectaron.  Daños a los organismos y ecosistemas marinos. No hay reportes de estudios anteriores y no se realizaron estudios.  Alteraciones del suelo y modificación de sus propiedades. De no dársele solución a los errores detectados incluidos en el Plan de mejoras propuesto, algunos suelos pudieran verse afectados.  Cambios geomorfológicos e impacto paisajístico. No son de magnitud considerable. 71 �Plan de Manejo de Desechos CONCLUSIONES 1. El resultado del diagnóstico permitió sentenciar lo siguiente: La Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo, presenta deficiencias en lo que respecta al cumplimiento de las normativas de seguridad ambiental y el manejo de los materiales y desechos. 2. La evaluación de los procedimientos para la recolección, almacenamiento y disposición final de los desechos permitió detectar los errores en la ruta que va desde la generación de los desechos, hasta su colocación en las zonas destinadas a ellos y el tratamiento final de los mismos. Esto contribuyó a conformar una estrategia especifica donde se establece la necesidad de gestionar los procesos de manera integrada y que la coordinación sea responsabilidad de la subdirección que atiende la Calidad en la empresa. 3. Se realizó el inventario de desechos generados en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente, para ello se visitaron una Estación de Refuerzo, doce Patios de tanques y dos Terminales de embarque. Se construyeron las fichas de cada uno de estos objetos de la empresa. Se identificaron las fuentes generadoras de desechos y se detectaron cuáles podían provocar un impacto asociado a las cercanías de las comunidades. 4. Se diseñó un plan de manejo de desechos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo. Este plan perfeccionó el concepto anterior de la corriente de desechos incorporando desechos no identificados. Como parte del plan presentado se propusieron nuevos controles ambientales pertinentes para la recolección y las consideraciones para la disposición final de los desechos peligrosos, a fin de garantizar el cumplimiento de la legislación ambiental, la seguridad del personal y mínimo impacto al ambiente. 72 �Plan de Manejo de Desechos RECOMENDACIONES 1. Desarrollar un plan de saneamiento ambiental que logre minimizar las acumulaciones de desechos que constituyen violaciones hoy, con plazos específicos en la Coordinación Operacional de PDVSA E & P Occidente: Patios de Tanques, Terminales de Embarque y las Estaciones de Refuerzo, considerando los factores socioeconómicos del sitio donde se vaya a aplicar el plan. 2. Llevar a cabo auditorias internas para supervisar la calidad de las actividades que se lleven a cabo y poder ejercer un eficiente control y vigilancia de las mismas. 3. Realizar un estudio de factibilidad relacionado con la propuesta de establecer espacio limite alrededor de cada patio de tanque donde se colocará el desecho, y por otro lado ampliar las posibilidades de reciclaje y comercialización con otras empresas venezolanas y foráneas. 4. Estudiar la posibilidad de llevar a cabo la señalización de cada área de almacenamiento de desechos. 73 �Plan de Manejo de Desechos BIBLIOGRAFÍA Acosta, H. (2012) Auditoría y Evaluación de la Gestión de la Calidad en el Mantenimiento. Centro de estudios en ingeniería de mantenimiento, CUJAE, La Habana. Cuba. Aguilar, D.; Arboleda, N. (2008) Gestión de residuos peligrosos industriales en el Valle de Aburrá en los últimos diez años. Tesis en opción al título de máster, Universidad de Antioquia Medellín. Colombia. Alfaro, L. (2009) Diseño de un centro y disposición final por desechos producidos por la actividad de perforación petrolera en las regiones de Tomoporo y Tía Juana. Tesis en opción al título de máster. 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Determinación de la ubicación y número mínimo de puntos de muestreo (2006). Venezuela. 76 �Plan de Manejo de Desechos Plan de Manejo de Desechos Sólidos y Peligrosos (2009). Empresa de Servicios de la Unión del Níquel, Moa, Cuba. Plan de Supervisión Ambiental (2011) PDVSA, Filial Operaciones Acuáticas. Archivo Oficial. PDVSA. Venezuela. Quesada, H. et al (2007) Manejo de desechos industriales peligrosos Tecnología en Marcha. Vol. 20. Venezuela. Rasgos fisiográficos de Venezuela (2011) Geología Venezolana. http://www.blogspot.com Registro de Actividades Susceptibles de Degradar el Ambiente (RASDA) (2008) Dirección Estadal Ambiental Distrito Capital y Estado Vargas, Coordinación de Conservación Ambiental. Venezuela. Rosillo, A. (2002) Sistema Integrado de Tratamiento de Aguas Residuales Domesticas de Maracaibo, Convenio IDRC – OPS/HEP/CEPIS. Archivo Oficial. PDVSA. Venezuela. Salas, J. (2008) Modelo de gestión integral de desechos sólidos industriales. Tecnología en Marcha. 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Fichas correspondientes al Patio de Tanques F6 Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente ÁREA OPERACIONAL Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Desechos acumulados a la intemperie Techado Cubierto con lona /Plástico Patio de Tanques F6 Suelos con revestimiento (impermeable) TIPO DE MATERIALES Y DESECHO ESTE (m) AÑOS DE GENERACIÓN 20 Tn 1.995 No X X X X Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Área no demarcada/ fácil acceso UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Material ferroso (chatarra) VOLUMETRIA/ UNIDAD Si No X X SUPERFICIE (m2) NORTE (m) FOTOS ORIGEN (Procedencia) Operaciones del Patio de Tanques ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Convenio RECUVENSA Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez Revisado por: Luis Corredor Aprobado por: Luis Corredor Custodio Instalación: Marcos Montilla Pág.1 Figura N° 30. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques F6 Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 31. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques F6 Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA I 78 �Plan de Manejo de Desechos Anexo N° 2. Fichas correspondientes al Patio de Tanques Punta Gorda Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente ÁREA OPERACIONAL Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Desechos acumulados a la intemperie Techado Patio de Tanques Punta Gorda TIPO DE MATERIALES Y DESECHO Material ferroso (chatarra) VOLUMETRIA/ UNIDAD AÑOS DE GENERACIÓN Ver ficha anterior Ver ficha anterior Si No X X Cubierto con lona /Plástico X Suelos con revestimiento (impermeable) X Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Área no demarcada/ fácil acceso UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) ESTE (m) No X X SUPERFICIE (m2) NORTE (m) FOTOS ORIGEN (Procedencia) Operaciones del Patio de Tanques ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Convenio RECUVENSA Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez Revisado por: Luis Corredor Aprobado por: Luis Corredor Custodio Instalación: José Ramos Pág.2 Figura N° 32. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques Punta Gorda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 79 �Plan de Manejo de Desechos Anexo N° 3. Fichas correspondientes al Patio de Tanques H7 Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente ÁREA OPERACIONAL Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Si Desechos acumulados a la intemperie No X Techado Patio de Tanques H7 TIPO DE MATERIALES Y DESECHO Cubierto con lona /Plástico X Suelos con revestimiento (impermeable) X AÑOS DE GENERACIÓN Ver ficha anterior 2009 Si Suelo sin protección X No Área resguardada con acceso restringido/ demarcada X Área no demarcada/ fácil acceso X SUPERFICIE (m2) UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) Envases plásticos impregnados de crudo VOLUMETRIA/ UNIDAD Condiciones del sitio X NORTE (m) ESTE (m) FOTOS ORIGEN (Procedencia) Laboratorio Tía juana ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Debe ser dispuesto en centro de manejo Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez Revisado por: Luis Corredor Aprobado por: Luis Corredor Custodio Instalación: Alfredo López Pág.3 Figura N° 33. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques H7 Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Dirección Ejecutiva de Ambiente MATERIALES PELIGROSOS RECUPERABLES Y DESECHOS PELIGROSOS ALMACENADOS NO TRATADOS Y DESECHOS NO PELIGROSOS Dirección Ejecutiva /Filial /División/Organización Producción EyP Occidente ÁREA OPERACIONAL Coordinación Operacional PATIO DE ALMACENAMIENTO Patio de Tanques H7 TIPO DE MATERIALES Y DESECHO DESCRIPCIÓN DE SITIO Condiciones del sitio Desechos acumulados a la intemperie Techado X X Suelos con revestimiento (impermeable) X 80 ton 2009 Condiciones del sitio Si Suelo sin protección X Área resguardada con acceso restringido/ demarcada Área no demarcada/ fácil acceso UBICACIÓN (COOR. UTM, DATUM REGVEN) ESTE (m) AÑOS DE GENERACIÓN No X Cubierto con lona /Plástico Material ferroso (chatarra) VOLUMETRIA/ UNIDAD Si No X X SUPERFICIE (m2) NORTE (m) FOTOS ORIGEN (Procedencia) Operaciones del Patio de Tanques ALTERNATIVAS PREVISTAS PARA SU MANEJO Convenio RECUVENSA Elaborado por: María Ruiz y Rocely Ramírez Revisado por: Luis Corredor Aprobado por: Luis Corredor Custodio Instalación: Alfredo López Pág.4 Figura N° 34. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques H7 Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 80 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 35. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Patio de Tanques H7 Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 81 �Plan de Manejo de Desechos Anexo N° 4. Fichas correspondientes al Terminal de Embarque Puerto Miranda Figura N° 36. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 37. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 82 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 38. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 39. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 83 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 40. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 41. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 84 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 42. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 43. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 85 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 44. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 45. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 86 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 46. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Puerto Miranda Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 87 �Plan de Manejo de Desechos Anexo N° 5. Fichas correspondientes al Terminal de Embarque La Salina Figura N° 47. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 48. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 88 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 49. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 50. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 89 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 51. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 52. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 90 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 53. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 54. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque La Salina Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 91 �Plan de Manejo de Desechos Anexo N° 6. Fichas correspondientes al Terminal de Embarque Bajo Grande Figura N° 55. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 56. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 92 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 57. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 58. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 93 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 59. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 60. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 94 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 61. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 62. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 95 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 63. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 64. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 96 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 65. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 66. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 97 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 67. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 68. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 98 �Plan de Manejo de Desechos Figura N° 69. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA Figura N° 70. Materiales peligrosos recuperables y desechos peligrosos almacenados no tratados y desechos no peligrosos en el Terminal de Embarque Bajo Grande Fuente: Dirección Ejecutiva de Ambiente. PDVSA 99 �Plan de Manejo de Desechos Anexos del Capítulo 3 Anexo 7. Rangos y límites máximos de calidad de las descargas a cuerpos de agua artículo 10, sección III. PARÁMETROS FÍSICO-QUÍMICOS LÍMITES MÁXIMOS O RANGOS Aceites minerales e hidrocarburos Aceites y grasas vegetales y animales Alfil Mercurio Aldehídos Aluminio total Arsénico total Bario total Boro Cadmio total Cianuro total 20 mg/l 20 mg/l No detectable (*) 2,0 mg/l 5,0 mg/l 0,5 mg/l 5,0 mg/l 5,0 mg/l 0,2 mg/l 0,2 mg/l 1000 mg/l Cloruros Cobalto total 0,5 mg/l Cobre total 1,0 mg/l Color total 500 Unidades de Pt-Co Cromo total 2,0 mg/l Demanda Bioquímica de Oxígeno (DBO5,20) 60 mg/l Demanda Química de Oxígeno (DQO) 350 mg/l Detergentes 2,0 mg/l Dispersantes 2,0 mg/l Espuma Ausente Estaño 5,0 mg/l Fenoles 0,5 mg/l Fluoruros 5,0 mg/l Fósforo total (expresado com Fósforo) 10 mgl Hierro total 10 mg/l Manganeso total 2,0 mg/l Mercurio total 0,01 mg/l Nitrógeno total (expresado en Nitrógeno) 40 mg/l Nitritos + Nitratos (expresados como Nitrógenos) 10 mg/l pH 6–9 Plata total 0,1 Mg/l Plomo total 0,5 mg/l Selenio 0,05 mg/l Sólidos flotante Ausente Sólidos suspendidos 80 mg/l Sólido sedimentables 1,0 mg/l Sulfatos 1000 mg/l Sulfitos 2,0 mg/l Sulfuros 0,5 mg/l Zinc 5,0 mg/l Biocidas Órgano fosforados y carbonatos 0,25 mg/l Órgano clorados 0,05 mg/l Radioactividad Actividad α Máximo 0,1 Bq/l Actividad β Máximo 1,0 Bq/l Parámetros Biológicos Número más probable de organismos coniformes totales no mayor de 1.000 ml, en el 10% de una serie de muestras consecutivas y en ningún caso será superior a 5.00 por cada 100 ml. Fuente: Decreto n°. 883, Artículo 10. 100 �Plan de Manejo de Desechos Anexo 8. Columna Estratigráfica Generalizada de la Cuenca de Maracaibo * DISCORDANCIA UNIDAD INFORMAL Fuente: PDVSA (2012) Figur a 2.1 Columna Estr atigráfica Gener alizada de la Cuenca de Marac ai bo 101 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Plan de manejo de desechos para instalaciones en la coordinación operacional de PDVSA e & P Occidente Creator An entity primarily responsible for making the resource Norka Moran Castillo Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis maestría Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/71e764aa46955fe5a0165185c354919a.pdf d935fecaa6c09a5398fc7ab638fb35bb PDF Text Text �ÿ 12345672389ÿÿ�961�2 9�ÿ�542ÿ82��7�5ÿ15�5ÿ�5ÿ���8��5ÿ 56�72385�ÿ23ÿ�54ÿ�96�37�5�24ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿ ÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿÿ7ÿ �ÿ ÿ 0122�� �122��ÿ�� 0$1%�&&ÿ���1ÿ�1./���ÿ0�/�ÿ$��ÿ�0$�0 0/�ÿ � ��12��$ÿ 1 112ÿ$��ÿ�� 02� � ���1� � ÿ ÿ ÿ � 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Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Pensamiento complejo. Base teórica para la cultura ambiental en las comunidades Creator An entity primarily responsible for making the resource Noralis Columbié Puig Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Libro Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2014 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/c934b028cc94291522bb3d8c9d0227f6.pdf ecca78d89ef3be0a797bd09c2e1961d6 PDF Text Text FOLLETO Programa analítico de la asignatura Filosofía y Sociedad en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Colectivo de autores Departamento de Marxismo �Página legal   Título de la obra. Programa analítico de la asignatura Filosofía y Sociedad en el  Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, 45pp.  Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2013 ‐‐ ISBN: 978‐959‐16‐2171‐9    1. Autores: Dr. Noralis Columbié Puig                 MSc. Efraín Santos Rodríguez                 MSc. Josefina Breffe Suárez                                MSc. Arlenys Carbonell Pupo                                Lic. Maylén Carcassés Navarro    2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨    Edición: MSc. Niurbis La Ó Lobaina  Corrección: Lic. Yelenny Molina Jiménez  Diseño de cubierta: Carlos Fuentes Hierrezuelo                                Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨   Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2013    La  Editorial  Digital  Universitaria  de  Moa  publica  bajo  licencia  Creative  Commons  de  tipo  Reconocimiento  No  Comercial  Sin  Obra  Derivada,  se  permite  su  copia  y  distribución  por  cualquier  medio  siempre  que  mantenga  el  reconocimiento  de  sus  autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas.     La licencia completa puede consultarse en:   http://creativecommons.org/licenses/by‐nc‐nd/2.5/ar/legalcode   Editorial Digital Universitaria  Instituto Superior Minero Metalúrgico  Las coloradas s/n, Moa 83329, Holguín  Cuba  e‐mail: edum@ismm.edu.cu   Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum  �Programa analítico de la asignatura Filosofía y Sociedad en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Autores: Dra. Noralis Columbié Puig M. Sc. Efraín Santos Rodríguez M. Sc. Josefina Breffe Suárez M. Sc. Arlenys Carbonell Pupo Lic. Maylén Carcassés Navarro Editorial Digital Universitaria, Moa Las Coloradas s/n Moa, Holguín, Cuba   1 �Introducción En Cuba la asignatura Filosofía y Sociedad responde a iguales programas, diseñados y orientados por el Ministerio de Educación Superior, pero en cada universidad el colectivo de profesores posee la prerrogativa de diseñar su programa de estudio, atendiendo a las particularidades específicas del contexto, las características de los docentes que imparten la materia y de los estudiantes que la reciben; esto se hace siempre que se respeten las sugerencias de invariantes y de contenidos que hace la Dirección Nacional de Educación Superior a partir de líneas educativas directrices. Por la repercusión que tiene esta asignatura en la preparación integral de los estudiantes universitarios se imparte en todas las carreras del Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa, Cuba. Atendiendo a esta exigencia, un colectivo de especialistas consideró necesaria la elaboración de este material didáctico-metodológico con la intención de potenciar la autopreparación de los jóvenes docentes involucrados. Con la estructura de un Programa analítico se recogen los elementos que a continuación se presentan y que son de suma importancia para la preparación de las clases de la asignatura Filosofía y Sociedad: • Cantidad de horas para el desarrollo de las conferencias; • Cantidad de horas para el desarrollo de los seminarios; • Cantidad de horas para el desarrollo de las clases prácticas; • Dosificación general del contenido; • Objetivos educativos; • Objetivos instructivos; • Habilidades fundamentales de la asignatura que deben dominar los estudiantes; • Valores a desarrollar en los estudiantes; • Indicaciones metodológicas para el desarrollo de los contenidos; • Sistema evaluativo; • Temas, sumarios, objetivos generales, invariantes del contenido y bibliografías. objetivos específicos, Estos contenidos y demás aspectos docente–educativos son susceptibles de mejorarse y enriquecerse en las reuniones de colectivos de asignatura, a partir de las propuestas de los docentes y estudiantes.   2 �Este documento no es solamente una importante guía docente para el trabajo del profesor universitario, sino que también lo es para todos los estudiantes de primer año de cada una de las carreras de la educación superior. En él podrán encontrar los elementos esenciales y necesarios para la adquisición de conocimientos desde dicha materia y las principales fuentes bibliográficas donde encontrar los mismos. ACLARACIÓN IMPORTANTE: Contenidos que son estudiados (reiterados) en otros programas de las asignaturas de la Disciplina Marxismo-Leninismo, según recoge la tabla siguiente: Tabla 1. Contenidos Asignaturas Organización política de la sociedad y el Estado Teoría sociopolítica La ciencia como forma de la conciencia social. Aspectos generales sobre las ciencias y la tecnología Problemas sociales de las ciencias y la tecnología Globalización neoliberal Economía política Tabla 2. DOSIFICACIÓN DEL PROGRAMA ANALÍTICO POR CARRERAS No. Carrera Año y semestre en que se imparte Cantidad de horas Horas para conferencias Horas para seminarios y clases prácticas 80 h 46 h 32 h 1 Contabilidad y Finanzas Primer año Primer semestre 2 Ciencias de la Primer año Información Primer y segundo semestres 48 h 32 h 14 h 3 Geología 64 h 36 h 26 h 64 h 36 h 26 h Primer año Primer semestre 4 Minería Primer año Primer semestre   3 �5 Metalurgia Primer año 64 h 36 h 26 h 64 h 36 h 26 h 64 h 36 h 26 h 64 h 36 h 26 h Primer semestre 6 Eléctrica Primer año Primer semestre 7 Mecánica Primer año Segundo semestre 8 Informática Primer año Primer semestre Nota: En todas las carreras no se contabilizan dos horas dedicadas a una prueba parcial intrasemestral. Tab la 3 . DOS IF ICAC IÓ N DE LAS CONFER ENCIAS POR T EMA S No. Carrera Total de horas para conferencias Total de horas para cada tema de conferencia T1 T2 T3 T4 1 Contabilidad y Finanzas 46 h 8h 12 h 6h 20 h 2 Ciencias de la Información 32 h 6h 8h 4h 14 h 3 Geología 36 h 8h 10 h 4h 14 h 4 Minas 36 h 8h 10 h 4h 14 h 5 Metalurgia 36 h 8h 10 h 4h 14 h 6 Eléctrica 36 h 8h 10 h 4h 14 h 7 Mecánica 36 h 8h 10 h 4h 14 h 8 Informática 36 h 8h 10 h 4h 14 h Tabla 4. DOSIFICACIÓN DE LOS SEMINARIOS POR TEMAS No. 1   Carrera Contabilidad y Finanzas Total de horas para seminarios 30 h 4 Total de horas para cada tema de seminario T1 6h T2 6h T3 4h T4 14 h �2 Ciencias Información 3 de la 14 h 4h 4h 4h 2h Geología 26 h 6h 6h 8h 6h 4 Minas 26 h 6h 6h 8h 6h 5 Metalurgia 26 h 6h 6h 8h 6h 6 Eléctrica 26 h 6h 6h 8h 6h 7 Mecánica 26 h 6h 6h 8h 6h 8 Informática 26 h 6h 6h 8h 6h OBJETIVO EDUCATIVO DE LA ASIGNATURA Valorar, a partir de una concepción marxista–leninista del mundo, la relación hombre–naturaleza-sociedad, desde las condiciones sociohistóricas del Tercer Mundo y de Cuba, para enfrentar los retos y transformaciones sociales actuales. OBJETIVOS INSTRUCTIVOS DE LA ASIGNATURA • Explicar, desde hombre–mundo; posiciones teórico–metodológicas, la relación • Caracterizar la relación dialéctica existente entre ciencia–tecnología y cultura a partir de las leyes y categorías de la filosofía, de modo que contribuya a una formación axiológica e ideológica del profesional revolucionario y comprometido con el momento histórico concreto. HABILIDADES FUNDAMENTALES A DOMINAR POR LOS ESTUDIANTES   • Saber buscar las informaciones necesarias para abordar los temas de manera independiente; • Ser capaces de estudiar y analizar las fuentes directas (primarias) de la filosofía marxista leninista; • Dominar el trabajo con las obras de los clásicos del marxismo; • Analizar críticamente las posiciones de diferentes autores y ser capaces de discernir lo valedero en cada una de ellas, tanto en lo teórico como en lo práctico, en lo científico y en lo político e ideológico; • Establecer relaciones entre el enfoque filosófico y el de la carrera que cursa; 5 �• Defender los puntos de vista propios y saber escuchar los ajenos, para desarrollar la cultura del debate; • Argumentar, desde posiciones marxistas, los ideales humanistas como necesidad ética; • Saber aplicar los conocimientos axiológica sobre la vida. filosóficos a una concepción VALORES A DESARROLLAR EN LOS ESTUDIANTES • Capacidad de reflexión y análisis científico de la realidad; • Espíritu crítico y autocrítico; • Respeto; • Solidaridad; • Humanismo; • Honestidad y responsabilidad; • Fidelidad a la Revolución; • Internacionalismo; • Defensa de la identidad nacional. En sentido general, la asignatura propicia el fomento de una identidad cultural y de convicciones políticas e ideológicas en correspondencia con el proyecto social revolucionario cubano y su sistema político, desde una óptica científica, dialéctica, materialista, atea y antropológica del mundo. INDICACIONES METODOLÓGICAS   • La exposición del contenido se realiza a partir de una secuencia lógica que se tiene en cuenta desde el programa analítico; • Durante la impartición de la asignatura es necesario tener presente la existencia de otras asignaturas en la Disciplina Marxismo-Leninismo para propiciar y facilitar la vinculación de los contenidos y la profundidad en su tratamiento; • Es necesario insistirle a los estudiantes sobre el valor metodológico de la filosofía: 6 �a) Como concepción del mundo constituye un sistema integrador, totalizador, teórico y general, válido de ser aplicado a todas las asignaturas y en el modelo profesional del estudiante; b) Permite comprender la posición y labor del hombre en la realidad, como agente transformador de la sociedad y la naturaleza, a la vez que lo pertrecha de una función humanista y emancipatoria sobre la base de principios programáticos; c) Reafirma el abandono de la rígida concepción metafísica de dividir la filosofía en el materialismo dialéctico e histórico y como una de las tres partes integrantes del marxismo. Se impone un tratamiento holístico, desde la complejidad y la dialéctica; d) Es importante el estudio de la producción de la vida material como fundamento de la espiritual, sin llegar a reducir la segunda a la primera al margen de todo tipo de concepciones de determinismo economicista, planteando el papel social y humano de lo espiritual; e) Reafirma las raíces históricas nacionales de la opción socialista desde una perspectiva de lo universal inserto en lo singular. Permite expresar la correcta armonía entre marxismo, martianismo y fidelismo como ideología de la Revolución cubana.   7 �DOSIFICACIÓN GENERAL DEL CONTENIDO PROGRAMA DE 64 HORAS 18 CONFERENCIAS: 36 horas Tema I: 8 h Tema II: 10 h Tema III: 4 h Tema IV: 14 h 11 SEMINARIOS: 22 horas En el caso específico de la carrera de Contabilidad y Finanzas se desarrollan 16 seminarios con 30 horas (ver explicación en notas de la dosificación). Tema I: 6 h Tema II: 4 h Tema III: 2 h Tema IV: 10 h 2 CLASES PRÁCTICAS: 4 horas En el caso de la carrera de Contabilidad y Finanzas son 6 horas de clases prácticas. Tema II: 2 h: Análisis de la obra de Engels: El papel del trabajo en la transformación del mono en hombre. Obras Escogidas (OE) de Marx y Engels, t. 3, p. 66-79. Tema III: 2 h: Carácter marxista de la Revolución cubana. Tema IV: 2 h: La identidad cultural en la obra Nuestra América de José Martí. (Específicamente para la carrera de Contabilidad y Finanzas). Ver notas a continuación. NOTAS Y ACLARACIONES SOBRE LA DOSIFICACIÓN Primero: En el caso específico de la carrera de Contabilidad y Finanzas, independientemente de que se imparte el mismo contenido que en el resto de las carreras, deben desarrollarse cinco seminarios más sobre temas no concebidos en la planificación general:   8 �™ Seminario sobre la teoría del reflejo; ™ Seminario sobre la teoría de la verdad; ™ El contenido concebido para la concepción materialista de la historia y las formas de la conciencia social  se  dividirá en dos seminarios. 1. La concepción materialista de la historia: aborda las definiciones del ser social, conciencia social y su relación dialéctica. La ideología y la psicología social. 2. Formas de la conciencia social: aborda la conciencia política y su relación con la política; la jurídica y su relación con el derecho; la moral y su relación con la ética; la estética y su relación con el arte: todo desde la óptica de sus especificidades. Además se dividirá en dos seminarios el tema sobre la formación económica social y la relación naturaleza–sociedad: 1. La Formación Económica Social y su estructura (FES): aborda la definición de FES, base económica y superestructura, su relación dialéctica, el modo de producción y sus elementos: fuerzas productivas, relaciones de producción, su relación dialéctica. 2. Se desarrollará un seminario sobre la teoría de las clases sociales. 3. Se añade una clase práctica en el tema IV sobre identidad cultural en la obra de José Martí: Nuestra América, que permite demostrar la relación entre la mismidad y la otredad a través de lo universal y lo singular en la región geográfica, especificando en el caso de Cuba y su relación con la América Latina. Segundo: En el caso de la carrera de Ciencias de la Información se empleará igual concepción del contenido que Contabilidad y Finanzas, pero dividido en dos semestres. Todo quedará supeditado al criterio del profesor de la asignatura en la carrera.   9 �SISTEMA EVALUATIVO • Participación en seminarios; • Participación en clases prácticas; • Un examen intrasemestral (parcial) al concluir el segundo tema. En el caso específico de la carrera de Ciencias de la Información se aplica al concluir el primer tema, debido a que la misma recibe la Filosofía en dos semestres. En el segundo semestre, se procede de igual manera al concluir el tema III; • En los casos de estudiantes que no participan de manera sistemática en los seminarios, a criterio del profesor se pueden aplicar preguntas escritas sobre los temas seminariados u orientarles trabajos extraclases independientes; • Prueba final escrita. PLAN DE CONFERENCIAS Tema I: Naturaleza del saber filosófico. Especificidades de la filosofía como ciencia Conferencia 1: La filosofía como ciencia Sumario: 1. Surgimiento de la filosofía. Condicionamiento económico y social; 2. Evolución histórica de la filosofía como ciencia; 3. Objeto de estudio de la filosofía. Su relación con las ciencias particulares; 4. Carácter teórico-práctico de la filosofía. Sus funciones. Conferencia 2: El problema fundamental de la filosofía Sumario: 1. El problema fundamental de la filosofía. La relación pensar-ser. Sus dos aspectos; 2. La dialéctica y la metafísica como métodos; 3. Unidad entre el materialismo y la dialéctica; 4. Lo ideal y lo material como concepción del mundo.   10 �Conferencia 3: El Marxismo. pensamiento filosófico Surgimiento y revolución en el Sumario: 1. Contexto histórico, económico y social del surgimiento de la filosofía marxista. Premisas científico–naturales y fuentes teóricas; 2. La filosofía marxista como heredera de lo mejor del pensamiento anterior; 3. La filosofía marxista como revolución en el pensamiento filosófico; 4. Evolución del pensamiento de Marx y Engels desde posiciones hegelianas hacia el comunismo científico. Conferencia 4: El leninismo como continuidad Condiciones históricas de su surgimiento del marxismo. Sumario: 1. 2. 3. 4. El leninismo como continuidad del marxismo. Sus condiciones históricas; Labor filosófica y revolucionaria de V. I. Lenin; Aportes de Lenin al marxismo; La filosofía marxista-leninista como teoría general del desarrollo social y su relación con la experiencia histórico-concreta del llamado socialismo real. Crisis del marxismo. Tema II: La filosofía como concepción del mundo y metodología Conferencia 5: La unidad material del mundo Sumario: 1. Relación dialéctica entre concepción del mundo, concepción cotidiana, concepción filosófica y cuadro científico del mundo; 2. La concepción dialéctico-materialista de la realidad. Unidad material del mundo; 3. Materia y sus formas de existencia: tiempo, espacio y movimiento. Sus peculiaridades y formas de manifestarse. Conferencia 6: Teoría del reflejo Sumario: 1. 2. 3. 4.   El reflejo como forma de existencia de la materia. Tipos de reflejos; La conciencia como forma superior del reflejo; La conciencia social e individual, su interrelación dialéctica; Carácter creador y transformador de la conciencia. 11 �Conferencia 7: La dialéctica como ciencia y metodología Sumario: 1. 2. 3. 4. La dialéctica materialista como teoría general del desarrollo; Dialéctica objetiva y subjetiva. Su relación dialéctica; Principios de la dialéctica; La dialéctica como ciencia. Conferencia 8: Las leyes de la dialéctica Sumario: 1. Definición filosófica de ley; 2. Ley, unidad y lucha de los contrarios. Sus categorías y forma en que opera; 3. Ley de los cambios cuantitativos en cualitativos y viceversa. Calidad, propiedad, cantidad, medida y salto. Formas de manifestarse; 4. Ley de la negación de la negación. Su manifestación. Conferencia 9: Las categorías de la dialéctica Sumario: 1. Definición de categoría; 2. Pares de categorías: causa-efecto, contenido-forma, esencia-fenómeno, casualidad-causalidad, posibilidad-realidad, libertad-necesidad, lo singular, particular y general; 3. Valor metodológico de las categorías de la dialéctica. Tema III: Teoría marxista del conocimiento, su relación con la lógica y la dialéctica Conferencia 10: Teoría marxista del conocimiento Sumario: 1. 2. 3. 4. Objeto-sujeto del conocimiento. Papel de la práctica social; Tipos de práctica social; Práctica, valoración y valor; Conocimiento sensorial y racional. Conferencia 11: Teoría marxista del conocimiento (continuación) 1. Conocimiento empírico y teórico; 2. Teoría leninista de la verdad. Verdad absoluta y relativa. La práctica como fundamento de la verdad; 3. Relación dialéctica entre lógica, dialéctica y teoría del conocimiento.   12 �Tema IV: La concepción materialista fundamento del desarrollo social de la historia como Conferencia 12: Concepción materialista de la historia 1. Ser social-conciencia social. Relación dialéctica; 2. Formas de la conciencia social, su relación con la ideología y la psicología social; 3. Importancia de las ideas de transformación social. Martí y Fidel. Importancia que le conceden a las ideas en el proceso revolucionario. Conferencia 13: Las formas de la conciencia social 1. Conciencia política, jurídica y estética. Función de la política en el proceso revolucionario cubano y latinoamericano actual. Principales pensadores: Bolívar, Martí, Fidel, Che y Mariátegui; 2. Conciencia moral. Ética, axiología y valores; 3. Valores objetivos y subjetivos e institucionales. Su relación dialéctica. Conferencia 14: La religión como forma de la conciencia social 1. La religión como forma de la conciencia social. Definición, características y funciones en el contexto actual; 2. Religiones universales. Principales características; 3. Manifestaciones religiosas en Cuba; 4. La religión en América Latina, su función emancipadora. . Conferencia 15: Relación naturaleza-sociedad 1. La FES. Sus tipos y principales características; 2. Base económica y superestructura como elementos de la FES; 3. Papel determinante de la producción de bienes materiales en el desarrollo social; 4. Relación naturaleza-sociedad. Crisis ecológica y su influencia en el desarrollo social. Conferencia 16: Las clases sociales 1. Surgimiento y desarrollo de las clases. Su condicionamiento histórico; 2. Definición leninista de clases sociales; 3. La lucha de clases como fundamento del desarrollo social.   13 �Conferencia 17: Teoría de la Revolución social 1. La Revolución social. Condiciones objetivas y subjetivas. Situación revolucionaria; 2. Fuerzas motrices de la Revolución. Los sujetos sociales de los procesos revolucionarios actuales en América Latina. Masas populares y personalidad en la historia. Pensamiento del Fidel sobre el tema; 3. Revolución, progreso social, revolución, reforma y contrarrevolución; 4. El marxismo-leninismo y la Revolución cubana. Conferencia 18: Cultura e identidad 1. 2. 3. 4. Definición de cultura e identidad. Relación dialéctica; Globalización cultural y posmodernismo; Cultura, enajenación y emancipación; Identidad latinoamericana contra neoliberalismo. PLAN DE SEMINARIOS S 1: Clase 1: Naturaleza del saber científico S 2: Clase 2: Problema fundamental de la filosofía S 3: Clases 3 y 4: El marxismo-leninismo S 4: Clases 5 y 6: Unidad material del mundo. Materia y sus atributos S 5: Clases 7 y 8: Dialéctica, principios y leyes S 6: Clase 9: Categorías de la dialéctica S 7: Clases 10 y 11: Teoría del conocimiento S 8: Clases 12 y 13: Concepción materialista de la historia. Formas de la conciencia social S 9: Clase14: La religión como forma de la conciencia social S 10: Clase15: La FES. Relación naturaleza-sociedad S 11: Clase 18: Cultura–identidad. Globalización cultural   14 �TRATAMIENTO DIDÁCTICO DE LAS CONFERENCIAS Tema I: Naturaleza del saber filosófico. Especificidades de la filosofía como ciencia Conferencia 1: La filosofía como ciencia Sumario: 1. Surgimiento de la filosofía. Condicionamiento económico y social; 2. Evolución histórica de la filosofía como ciencia; 3. Objeto de estudio de la filosofía. Su relación con las ciencias particulares; 4. Carácter teórico-práctico de la filosofía. Sus funciones. Objetivo general: Demostrar las especificidades que posee la filosofía en comparación con otras ciencias particulares, que la convierten en la más general de todas las ciencias. Objetivos específicos: • Explicar las condiciones económicas y sociales que dieron lugar al surgimiento y desarrollo de la filosofía como ciencia; • Analizar la evolución histórica de la filosofía como ciencia; • Evaluar cómo fue evolucionando el objeto de estudio de la filosofía hasta la declaración del mismo en el siglo XIX; • Definir el objeto de estudio de la filosofía y su carácter general al compararse con el de otras ciencias particulares. Invariantes del contenido:   • Forma en que se valoraba el mundo en la comunidad primitiva antes del surgimiento de la filosofía; • Condiciones económicas, sociales, científicas condicionaron el surgimiento de la filosofía; • Significado etimológico del término filosofía; 15 y prácticas que �• La filosofía como madre de las ciencias y ciencia de las ciencias. Su explicación y comparación con respecto a otras ciencias; • Surgimiento y desarrollo de la filosofía como ciencia. Sistemas y escuelas filosóficas más importantes en su evolución. Grecia y Roma en la antigüedad, el feudalismo, el renacimiento, la filosofía inglesa del siglo XVII, la ilustración francesa del siglo XVIII, la ilustración alemana del siglo XIX; • Formulación del objeto de estudio de la filosofía moderna. Su relación con las ciencias particulares; • Funciones de la filosofía: cosmovisiva, lógico-metodológica, gnoseológica, axiológica, práctico-revolucionaria, ética, estética, hegemónica, humanista–emancipatoria e ideológica; • Demostrar el carácter teórico–práctico de la filosofía a partir de sus funciones. Bibliografía: 1. Engels, Federico: Dialéctica de la naturaleza. Editorial Grijalbo, México, 1961, p. 173–174. 2. Guadarrama, Pablo y Carmen Suárez Gómez: “Para qué filosofar. Funciones de la Filosofía”. En: Filosofía y Sociedad, t. 1, primera parte. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 44–66. 3. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 4. Iovchuk, M. T. y T. I. Oizerman: Historia de la Filosofía, t. 1. Editorial Progreso, Moscú, 1978, p. 5–23. 5. Sánchez Linares, Felipe: “La Filosofía. Su objeto y las esferas de la contraposición filosófica”. En: Filosofía Marxista Leninista. Materialismo Dialéctico e Histórico, t. 1, Sección 2. Editorial ENPES, Santiago de Cuba, 1980, p. 129–175. 6. García Galló Gaspar Jorge: Cómo la Filosofía se hace ciencia con el Marxismo. En: Filosofía Ciencia e Ideología. Primera parte. Qué es Filosofía, pág. 7 – 36. Cuarta parte: Raíces gnoseológicas de la Filosofía Marxista- Leninista. Breve recorrido por la Historia de la Filosofía hasta Feuerbach. Editora Científico –técnica, La Habana, 1980, p. 147–223. 7. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista-leninista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 3–19. 8. Colectivo de autores: Filosofía Marxista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. V–VII.   16 �9. Colectivo de autores: Filosofía Marxista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. 3–74. Conferencia 2: El problema fundamental de la filosofía Sumario: 1. El problema fundamental de la filosofía. La relación pensar-ser. Sus dos aspectos; 2. La dialéctica y la metafísica como métodos; 3. Unidad entre el materialismo y la dialéctica; 4. Lo ideal y lo material como concepción del mundo. Objetivo general: Evaluar la relación existente entre el pensar y el ser como problema fundamental de la filosofía y su importancia metodológica en la concepción y comprensión del mundo. Objetivos específicos: • • • • Definir el problema fundamental de la filosofía en su doble aspecto; Explicar el partidismo filosófico a partir de la toma de posición ante el problema fundamental de la filosofía; Analizar la dialéctica como método del conocimiento y transformación del mundo, a través de la posición materialista ante el problema fundamental de la filosofía; Definir lo ideal y lo material y su relación dialéctica, a partir de la interpretación del problema fundamental de la filosofía. Invariantes del contenido: • • • • • • •   El problema fundamental de la filosofía en sus dos aspectos: ontológico y gnoseológico; El partidismo filosófico: idealismo y materialismo a partir de la explicación del problema fundamental de la filosofía; Expresiones históricas de idealismo y materialismo: materialismo ingenuo, vulgar y dialéctico. Idealismo objetivo y subjetivo; Posiciones ante el problema ontológico: monismo y dualismo; Posiciones ante el problema gnoseológico: gnosticismo, agnosticismo y escepticismo; Por qué este es el problema fundamental de la filosofía y no otro; Explicar el método dialéctico y su relación con la posición materialista; 17 �• • • Reconocimiento de la existencia de la dialéctica en posiciones idealistas; Vínculo de lo ideal y lo material con el problema fundamental de la filosofía. La relación dialéctica entre el pensar y el ser; Relación de determinación del ser y de influencia del pensar. Bibliografía: 1. Engels, Federico: “Ludwing Feuerbach y el fin de la filosofía clásica alemana”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1970, p. 353–395. 2. Engels, Federico: “Introducción a la Dialéctica de la Naturaleza”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1970, p. 39–56. 3. Engels, Federico: “Viejo prólogo al Antidüring. Sobre la dialéctica”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1970, p. 57–65. 4. Lenin, V. I.: Materialismo y Empiriocriticismo. Los partidos en filosofía y los filósofos acéfalos. En: Selección de Textos de Marx, Engels y Lenin, t. 1. Editorial Ciencias Sociales, La Habana, 1972, p. 179–216. 5. Lenin, V. I.: “El significado del materialismo militante”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1981, p. 681–689. 6. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 7. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista-leninista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 10–30. 8. Colectivo de autores: Filosofía Marxista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. 9-40. 9. Sánchez Linares, Felipe: “La lucha entre el materialismo y el idealismo, ente la dialéctica y la metafísica en la filosofía premarxista”. Sección 1, Capítulo 1. En: Filosofía Marxista Leninista. Materialismo Dialéctico e Histórico, t. 1. Editorial ENPES, Santiago de Cuba, 1980, p. 13–99. Conferencia 3: El Marxismo. pensamiento filosófico Surgimiento y revolución en el Sumario: 1. Contexto histórico, económico y social del surgimiento de la filosofía marxista. Premisas científico–naturales y fuentes teóricas; 2. La filosofía marxista como heredera de lo mejor del pensamiento anterior; 3. La filosofía marxista como revolución en el pensamiento filosófico; 4. Evolución del pensamiento de Marx y Engels desde posiciones hegelianas hacia el comunismo científico.   18 �Objetivo general: Demostrar que el surgimiento y desarrollo del marxismo, como concepción del mundo e ideología, constituyó una revolución científica en el pensamiento filosófico. Objetivos específicos: 1. Explicar el contexto histórico, económico, político y social que condicionó el surgimiento del marxismo; 2. Valorar las premisas científico–naturales y las fuentes teóricas que dieron lugar al surgimiento del marxismo y su confirmación científica como concepción del mundo; 3. Demostrar cómo el marxismo aventajó todo pensamiento filosófico anterior; 4. Analizar el condicionamiento y superación que sufrió el pensamiento de Carlos Marx y Federico Engels, desde posiciones hegelianas hacia el comunismo científico. Invariantes del contenido: • Condiciones económicas, políticas y sociales que determinaron el surgimiento del marxismo; • Fuentes teóricas del surgimiento del marxismo. No limitarse solo a la Filosofía Clásica Alemana, la Economía Política Clásica Inglesa y al Socialismo Utópico Francés. Qué elementos tomaron de cada una de ellas, esencialmente; • Las partes que componen el marxismo. La superación con respecto a las fuentes; • Evolución del pensamiento de hegelianos hacia el comunismo; • Aportes del marxismo al pensamiento filosófico que lo instauró como nueva concepción del mundo: unidad entre la dialéctica, materialismo, ateísmo, antropología y humanismo. Marx y Engels, desde jóvenes Nota: Referirse a aportes y descubrimientos tales como:   • Problema fundamental de la filosofía; • Objeto de estudio de la filosofía; 19 �• Unidad entre lo sensorial y lo racional; • Papel de la praxis revolucionaria; • Condicionamiento de las clases y la lucha de clases como fundamento del desarrollo social; • Definición de FES; • Base económica y superestructura; • Modos de producción y su relación con las fuerzas productivas y las relaciones de producción; • La plusvalía; • La misión histórica universal del proletariado; • Labor científica y revolucionaria de Marx y Engels. Sus principales obras como aporte teórico. Sus labores en las Internacionales; • Partes que conforman el marxismo: filosofía, economía política y comunismo científico; • Cómo y por qué el marxismo se convierte en la ideología del proletariado. en el conocimiento y la transformación Bibliografía: 1. Engels, Federico: Ludwing Feuerbach y el fin de la filosofía clásica alemana. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, 1974, Moscú, p. 353-395. 2. -----------------: Del Socialismo utópico al Socialismo Científico. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1974, p. 98-160. 3. -----------------: “Discurso ante la tumba de Carlos Marx”. En: Selección de Textos, de Marx, Engels y Lenin, t. 1. Editorial Ciencias Sociales, La Habana, 1972, p. 48–50. 4. Marx y Engels: Manifiesto del Partido Comunista. En: Obras Escogidas, t. 1. Editorial Progreso, Moscú, 1974, p. 110-140. 5. Lenin, V. Ilich: Carlos Marx y Federico Engels. Tres fuentes y tres partes integrantes del marxismo. Acerca de algunas particularidades del desarrollo del marxismo y Vicisitudes históricas de la doctrina de Carlos Marx. En: Selección de textos de Marx, Engels y Lenin, t. 1. Editorial Ciencias Sociales, La Habana, 1972, p. 51–75, 87–98.   20 �6. Cabrera Rodríguez, Carlos: “Marxismo: ¿Tres partes integrantes? ¿Una sola pieza?”. En: Filosofía y Sociedad, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 48–43. 7. Guadarrama, Pablo: “El marxismo no es un hongo. Fuentes teóricas del marxismo” y “Premisas teóricas, sociales, económicas y políticas del surgimiento del marxismo”. En: Filosofía y Sociedad, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 3–37. 8. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 9. Colectivo de autores: “Carlos Marx y Federico Engels. La sacudida de un mundo y el surgimiento de otro”. En: Tabloide Universidad para Todos. Primera y Segunda parte. Editorial Academia, La Habana, 2012. Conferencia 4: El leninismo como continuidad Condiciones históricas de su surgimiento del marxismo. Sumario: 1. 2. 3. 4. El leninismo como continuidad del marxismo. Sus condiciones históricas; Labor filosófica y revolucionaria de V. I. Lenin; Aportes de Lenin al marxismo; La filosofía marxista leninista como teoría general del desarrollo social y su relación con la experiencia histórico concreta del llamado socialismo real. Crisis del marxismo. Objetivo general: Analizar cómo el leninismo es la continuidad del marxismo en la etapa superior y última del desarrollo del capitalismo: el imperialismo. Objetivos específicos: • • •   Argumentar las condiciones económicas, políticas, sociales y científicas que dieron lugar al surgimiento del marxismo en nuevas condiciones históricas: el imperialismo, a finales del siglo XIX e inicios del XX; Explicar la labor filosófica y revolucionaria de Lenin en defensa del marxismo y de la clase proletaria; Explicar los aportes de Lenin al marxismo como aplicación del mismo a nuevas condiciones económicas, políticas y sociales del desarrollo del capitalismo; 21 �• Analizar las condiciones que determinaron el derrumbe del campo socialista y de la URSS, así como sus consecuencias para el marxismo como filosofía e ideología. Invariantes del contenido: • Condiciones históricas, económicas y sociales del surgimiento del leninismo como continuidad del marxismo en la época del imperialismo. Caracterización del imperialismo como fase superior y última del capitalismo; • Labor de Lenin como filósofo y dirigente político marxista, antes y después del poder político revolucionario. Dirigente de la Tercera Internacional; • Principales obras escritas por Lenin, sus aportes al marxismo: referirse a la definición de materia, la teoría del reflejo, la teoría de la verdad, teoría del conocimiento (la praxis, la vía dialéctica del conocimiento), la mal llamada crisis de la física, la teoría de la revolución social, la dictadura del proletariado, la definición de clases sociales, el estado socialista, el partido de nuevo tipo, etc.; • La desaparición del sistema socialista mundial, el desmerengamiento de la URSS, causas que la originaron y sus consecuencias; • La llamada crisis del marxismo. La pérdida de perspectivas del socialismo como sistema social y del marxismo como filosofía e ideología. La unipolaridad del mundo, la globalización neoliberal. El posmodernismo: la muerte de la historia de la filosofía y de las ideologías. Sus principales fundamentos; • El despertar del socialismo y de la izquierda a nivel mundial en los momentos actuales. Condiciones que lo determinan. Vigencia del marxismo leninismo como filosofía e ideología. Bibliografía: 1. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 2. Castro, Fidel: De la charla sobre el PURS. En: Selección de textos de Carlos Marx, Federico Engels y Vladimir I. Lenin t. 1. Editorial Ciencias Sociales, La Habana, 1972, p. 3–7. 3. Betto, Frei y Darcy Rivero: Debates sobre el marxismo. Revista Casa de Las Américas No. 176.   22 �4. Martínez Heredia, Fernando: Historia y Marxismo. La Gaceta de Cuba, La Habana, 1995. 5. Hart Dávalos, Armando: Las Ciencias Sociales y el Pensamiento Contemporáneo. Imprenta de la Dirección de Información del Ministerio de Cultura, 1984. 6. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 140. Tema II: La filosofía como concepción del mundo y metodología Conferencia 5: La unidad material del mundo Sumario: 1. Relación dialéctica entre concepción del mundo, concepción cotidiana, concepción filosófica y cuadro científico del mundo; 2. La concepción dialéctico materialista de la realidad. Unidad material del mundo; 3. Materia y sus formas de existencia: tiempo, espacio y movimiento. Sus peculiaridades y formas de manifestarse. Objetivo general: Argumentar que la unidad material del mundo no solo consiste en su ser, sino en su materialidad, manifiesta en la materia, sus formas de existencia y su relación con lo espiritual. Objetivos específicos: • Explicar la relación dialéctica que existe entre concepción cotidiana, concepción filosófica y cuadro científico del mundo en la interpretación y concepción del mundo; • Demostrar que la unidad material del mundo no radica en su ser, sino en su materialidad como elementos de la concepción del mundo; • Definir a la materia, el movimiento, tiempo y el espacio como formas de existencia de la misma. Invariantes del contenido: •   Definir concepción cotidiana; 23 �• Definir concepción filosófica; • Definir cuadro científico del mundo; • Definir concepción del mundo; • Establecer la relación dialéctica entre concepción cotidiana, concepción filosófica y el cuadro científico del mundo como elementos de la concepción del mundo; • Definir materia y su valor metodológico en la comprensión y concepción del mundo; • Definir movimiento y sus características. Automovimiento y movimiento. Sus formas de existencia: mecánico, físico, químico, biológico y social. Su interrelación dialéctica desde formas inferiores hacia superiores; • Definir espacio y sus características; • Definir tiempo y sus características; • Establecer la relación dialéctica entre materia, movimiento, espacio y tiempo, como unidad material del mundo. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: “Materialismo y empiriocriticismo”. En: Obras Completas, t. 14, p. 259. 2. Engels, Federico: Anti-Dühring. Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 1981. Primera Parte Filosofía, pp. 76–77, 149, 297–298, 328–329, 393– 394, 462–463. 3. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. Conferencia 6: Teoría del reflejo Sumario: 1. 2. 3. 4.   El reflejo como forma de existencia de la materia. Tipos de reflejos; La conciencia como forma superior del reflejo; La conciencia social e individual, su interrelación dialéctica; Carácter creador y transformador de la conciencia. 24 �Objetivo general: Argumentar el reflejo como atributo universal de la materia y la conciencia como su forma superior que demuestra la relación dialéctica entre lo material y lo ideal como unidad del mundo. Objetivos específicos: • Definir el reflejo como atributo universal de la materia en evolución desde formas inferiores a superiores; • Explicar la conciencia como la forma superior y más compleja del reflejo; • Establecer la relación individual y social; • Demostrar el carácter creador y transformador de la conciencia, como expresión de una huella que se manifiesta socialmente. dialéctica existente entre la conciencia Invariantes del contenido:   • Definir el reflejo como atributo universal de la materia; • Explicar las diferentes formas de reflejo: inorgánico y orgánico: reflejo mecánico, físico, químico, biológico, psíquico y social; • Argumentar las formas en que se manifiesta el reflejo biológico y psíquico: irritabilidad, sensibilidad, intuición y psiquis; • Definir la conciencia. Conciencia social e individual, su relación dialéctica; • Relación dialéctica entre materia y conciencia. Explicar cómo la conciencia, como lo ideal, es el reflejo de lo material; • Factores fisiológicos y sociales que determinan el surgimiento y desarrollo de la conciencia; • Relación dialéctica entre conciencia social e individual. Cómo la conciencia individual se puede adelantar, retrasar o estar al mismo nivel que la conciencia social; • Papel activo, creador y transformador de la conciencia en lo material y lo espiritual; • Explicar la huella en la conciencia como forma superior del reflejo; 25 �• Interrelación dialéctica entre los diferentes tipos de reflejos; • Relación dialéctica entre el reflejo y las demás formas universales de existencia de la materia. Relación con el movimiento, el tiempo y el espacio. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: “Materialismo y empiriocriticismo”. En: Obras Completas, t. 14. Editorial Progreso, Moscú. 2. Engels, Federico: “Papel del trabajo en la transformación del mono en hombre”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1974, p. 66–79. 3. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 4. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista-leninista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 216–266. Conferencia 7: La dialéctica como ciencia y metodología Sumario: 1. 2. 3. 4. La dialéctica materialista como teoría general del desarrollo; Dialéctica objetiva y subjetiva. Su relación dialéctica; Principios de la dialéctica; La dialéctica como ciencia. Objetivo general: Analizar la dialéctica como metodología y ciencia acerca de la teoría general del desarrollo. Objetivos específicos: • Definir la dialéctica como ciencia general del desarrollo; • Establecer la relación dialéctica entre dialéctica objetiva y subjetiva; • Explicar los principios en que se sustenta la dialéctica como metodología y ciencia. Invariantes del contenido: •   Definir qué es dialéctica, en contraposición a la metafísica como método; 26 �• Definir dialéctica objetiva y subjetiva. Su relación dialéctica; • Definir qué es un principio y explicar los principios de la dialéctica: el desarrollo, la concatenación universal, materialidad del mundo, determinismo y causalidad, contradicción y unidad, lo histórico– concreto, la unidad entre la lógica, la dialéctica y la teoría del conocimiento (No profundizar en este aspecto, luego se realizará, cuando concluya el tema 3); • Definir a la dialéctica como ciencia y su relación con el objeto de estudio de la filosofía; • Explicar el valor metodológico del conocimiento y aplicación de los principios de la dialéctica. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: “En torno a la dialéctica”. En: Obras Escogidas, t. 4. Editorial Progreso, Moscú, 1976, p. 366–412. 2. --------------: Cuadernos Filosóficos. Editora Política, La Habana, 1983. 3. --------------: “Carlos Marx”. Parte Dialéctica. En: Obras Completas, t. 21, p. 82–92. 4. --------------: “Carlos Marx”. En: Obras Escogidas, t. 1, p. 30–32. 5. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. Conferencia 8: Las leyes de la dialéctica Sumario: 1. Definición filosófica de ley; 2. Ley unidad y lucha de los contrarios. Sus categorías y forma en que opera; 3. Ley de los cambios cuantitativos en cualitativos y viceversa. Calidad, propiedad, cantidad, medida y salto. Formas de manifestarse; 4. Ley de la negación de la negación. Su manifestación. Objetivo general: Argumentar el carácter universal, científico y metodológico de las leyes de la dialéctica.   27 �Objetivos específicos: • • • • Definir ley desde el punto de vista filosófico y sus diferencias con las leyes de las ciencias particulares y las jurídicas; Explicar la ley de unidad y lucha de contrarios por intermedio de sus categorías; Explicar la ley de los cambios cualitativos en cuantitativos y viceversa, con su sistema categorial; Explicar la ley de la negación de la negación mediante la primera y segunda negación. Invariantes del contenido: • • • • • • • • • Definir filosóficamente qué es ley; Diferenciar el estudio de la naturaleza de la sociedad, desde el punto de vista del conocimiento de sus leyes; Establecer la diferencia entre las leyes de la dialéctica y las leyes jurídicas; Explicar la ley de unidad y lucha de contrarios, su manifestación a través de las categorías: contrarios, unidad, lucha, identidad, distinción y conflicto; Explicar la ley de los cambios cualitativos en cuantitativos y viceversa a partir de las categorías: cualidad, propiedad, cantidad, medida y salto; Explicar la ley de la negación de la negación a partir de las categorías negación y negación de la negación; Poner ejemplos de cómo se manifiestan las leyes; Establecer la relación dialéctica existente entre las leyes de la dialéctica. Explicar que solo se pueden separar desde el punto de vista metodológico; En qué consiste el valor metodológico de las leyes de la dialéctica. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: “En torno a la dialéctica”. En: Obras Escogidas, t. 4. Editorial Progreso, Moscú, 1976, p. 366–412. 2. Idem: Cuadernos Filosóficos. Editora Política, La Habana, 1983. 3. Engels, Federico: Anti-Duhring. Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 1981. Primera Parte Filosofía. Cap. 11, 12, 13, p. 132–174. 4. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981.   28 �Conferencia 9: Las categorías de la dialéctica Sumario: 1. Definición de categoría; 2. Pares de categorías: causa-efecto, contenido-forma, esencia-fenómeno, casualidad-causalidad, posibilidad-realidad, libertad-necesidad, lo singular, particular y general; 3. Valor metodológico de las categorías de la dialéctica. Objetivo general: Demostrar el carácter científico, metodológico y universal de las leyes de la dialéctica. Objetivos específicos: 1. Definir qué es una categoría filosófica y su contenido general, teórico y universal, en comparación con las categorías de las ciencias particulares; 2. Establecer las categoriales; relaciones dialécticas existentes entre los pares 3. Argumentar la importancia metodológica de las categorías filosóficas. Invariantes del contenido:   • Definir qué es una categoría filosófica. Demostrar su carácter general, teórico, abstracto y universal al compararla con categorías de ciencias particulares; • Explicar que las categorías, por su forma, son subjetivas y por su contenido, objetivas. Aprovechar para explicar la relación entre la dialéctica objetiva y subjetiva; • Definir y relacionar dialécticamente: lo general, particular y singular. Ejemplificar; • Definir y relacionar dialécticamente: Manifestación del motivo. Ejemplificar; • Definir y relacionar dialécticamente: la causalidad con la casualidad. Ejemplificar; • Definición y relación dialéctica entre contenido y forma. Ejemplificar; 29 la causa y el efecto. �• Definir y relacionar dialécticamente: Manifestación de lo aparente. Ejemplificar; esencia y fenómeno. • Definir y relacionar dialécticamente: la casualidad Ejemplificar; • Definir y relacionar dialécticamente: la necesidad con la libertad. Ejemplificar; • Definir y relacionar dialécticamente: la posibilidad con la realidad. Probabilidades y condiciones para que lo posible se convierta en real. Ejemplificar; • Mencionar la existencia de otras categorías tales como: el todo-la parte, sistema–estructura, abstracto–concreto, lo lógico–histórico, inducción-deducción, análisis–síntesis, etc.; • Explicar que el estudio de las categorías en pares se realiza para una mejor comprensión metodológica, pero que todas operan a la vez; • Argumentar la importancia metodológica del conocimiento y aplicación de las categorías de la dialéctica desde el punto de vista científico, práctico revolucionario y en el actuar cotidiano; • Explicar la relación dialéctica existente entre principios, categorías y leyes de la dialéctica. y necesidad. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: Cuadernos Filosóficos. Editora Política, La Habana, 1983. 2. Engels, Federico: Anti-Dühring. Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 1981. Primera Parte. Filosofía. 3. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 4. García Galló, Gaspar Jorge: Categorías del materialismo dialéctico. Editorial Gente Nueva, La Habana, 1984, p. 95. 5. Zardoya Loureda, Rubén: “¿Son conceptos las categorías?”. En: Filosofía y Sociedad, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 239–248. Tema III: Teoría marxista-leninista del conocimiento. Su relación con la lógica y la dialéctica Conferencia 10: Teoría marxista del conocimiento   30 �Sumario: 1. 2. 3. 4. Objeto-sujeto del conocimiento. Papel de la práctica social; Tipos de práctica social; Práctica, valoración y valor; Conocimiento sensorial y racional. Objetivo general: Valorar el conocimiento como un proceso sistémico, lógico y dialéctico. Objetivos específicos: • • • • Explicar el objeto y sujeto como proceso de inicio del conocimiento, mediado por la práctica social; Definir la práctica social y las diferentes maneras en que se manifiesta; Establecer la relación dialéctica existente entre práctica, valoración y valor; Analizar la etapa sensorial y racional del conocimiento como un proceso complejo y dialéctico. Invariantes del contenido:   • Definir qué se entiende por teoría del conocimiento; • Definir qué es conocimiento. Características del mismo y su contradicción dialéctica: es infinito y finito, soberano y limitado. Se mueve de lo conocido a lo desconocido y de lo desconocido, hacia lo conocido, de lo completo a lo incompleto y viceversa, de lo simple a lo profundo y viceversa, de lo simple a lo complejo, de lo sensorial a lo racional y viceversa, de lo empírico a lo teórico y viceversa, de lo concreto a lo abstracto y viceversa; • Definir qué es objeto y sujeto del conocimiento. Su relación dialéctica. Cómo el sujeto del conocimiento también se puede transformar en objeto; • Definir qué es práctica social. Su papel mediador entre el objeto y el sujeto del conocimiento; • Explicar las diferentes maneras en que se puede manifestar la práctica social: práctica cotidiana, laboral, productiva, material, científica, técnica, artística, revolucionaria; • La práctica social como punto de partida y final del conocimiento; 31 �• Definir qué es valoración y valor. La relación dialéctica existente entre práctica, valoración y valor. Su importancia en el proceso del conocimiento; • Argumentar la etapa sensorial del conocimiento. Definir sensaciones, percepciones y representaciones. Su relación dialéctica; • Explicar la etapa racional del conocimiento. Definir conceptos, juicios y razonamientos. La relación dialéctica existente entre cada uno de los peldaños; • Explicar la relación dialéctica existente entre lo sensorial y lo racional y entre cada uno de los peldaños. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: “Materialismo y empiriocriticismo”. En: Obras Escogidas, t. 4. Editorial Progreso, Moscú, 1976. 2. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. 3. Marx, Carlos: “Tesis sobre Feuerbach”. En: Obras Escogidas (tomo único), p. 24. Conferencia 11: Teoría marxista del conocimiento (continuación) Sumario: 1. Conocimiento empírico y teórico; 2. Teoría leninista de la verdad. Verdad absoluta y relativa. La práctica como fundamento de la verdad; 3. Relación dialéctica entre lógica, dialéctica y teoría del conocimiento. Objetivo general: Valorar el conocimiento como un proceso sistémico, lógico y dialéctico. Objetivos específicos:   • Explicar la relación dialéctica que existe entre los niveles empírico y teórico del conocimiento y su relación con lo sensorial y racional; • Analizar la teoría leninista de la verdad, a partir de la relación existente entre verdad absoluta y relativa; 32 �• Demostar la relación que existe entre lógica, dialéctica y teoría del conocimiento. Invariantes del contenido: • Definir conocimiento empírico; • Definir conocimiento teórico; • Establecer la relación dialéctica entre lo sensorial y lo empírico; • Establecer la relación dialéctica entre lo teórico y lo racional; • Argumentar la vía dialéctica del conocimiento. De lo concreto sensible a lo concreto pensado y de él a la práctica; • Definir verdad. Verdad concreta, verdad absoluta y verdad relativa. Su relación dialéctica; • Demostrar la no existencia de la verdad eterna. Su relación con lo absoluto y relativo; • Papel de la práctica y de la demostración lógica en la fundamentación de la verdad. Su relación con lo empírico y lo teórico. Bibliografía: 1. Lenin, V. Ilich: “Materialismo y empiriocriticismo”. En: Obras Escogidas, t. 4. Editorial Progreso, Moscú, 1976. 2. Engels, Federico: Anti-Duhring. Primera Parte Filosofía. Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 1981. 3. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981. Tema IV: La concepción materialista fundamento del desarrollo social de la historia como Conferencia 12: Concepción materialista de la historia Sumario: 1. Ser social-conciencia social. Relación dialéctica; 2. Formas de la conciencia social, su relación con la ideología y la psicología social; 3. Importancia de las ideas de transformación social. Martí y Fidel: Importancia que le conceden a las ideas en el proceso revolucionario.   33 �Objetivo general: Valorar cómo la concepción materialista de la historia, como problema fundamental de la Filosofía aplicado a la sociedad, revolucionó las concepciones sobre la investigación y estudio de la misma. Objetivos específicos: • Definir el ser social y la conciencia social; • Explicar la relación dialéctica existente entre ser social y conciencia social; • Determinar las diferentes formas de la vida espiritual que existen en la sociedad como expresión de la conciencia social; • Argumentar las formas de la conciencia social como expresión de la vida espiritual de la sociedad; • Valorar cómo las ideas (la ideología) influyen de manera activa en la transformación del ser social. Invariantes del contenido:   • Definir ser social; • Definir conciencia social; • Relación dialéctica (determinación-influencia) entre el ser social y la conciencia social; • Presentar las formas de la conciencia social: política, jurídica, moral, estética, científica, filosófica, religiosa; • Abordar la existencia de una conciencia social económica y ecológica; • La ideología y la psicología social como forma de la conciencia social. Sus definiciones y relación dialéctica; • Influencia de la vida espiritual de la sociedad (formas de la conciencia social) en la vida material (ser social). Ejemplificar. 34 �Bibliografía: 1. Engels, Federico: “Discurso ante la tumba de Marx”. En: Selección de Textos de Marx, Engels y Lenin, t. 1. Editorial Ciencias Sociales, La Habana, 1972, p. 48–50. 2. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 99. Conferencia 13: Las formas de la conciencia social Sumario: 1. Conciencia política, jurídica y estética. Función de la política en el proceso revolucionario cubano y latinoamericano actual. Principales pensadores: Bolívar, Martí, Fidel, Che y Mariátegui; 2. Conciencia moral. Ética, axiología y valores; 3. Valores objetivos y subjetivos e institucionales. Su relación dialéctica. Objetivo general: Explicar las diferentes formas de la conciencia social a partir de sus características esenciales que determinan su diferenciación. Objetivos específicos:   • Explicar las relaciones que existen entre la conciencia política y la política, la conciencia jurídica y el derecho, la conciencia estética con la estética como ciencia y de la moral con la ética; • Caracterizar la conciencia política, jurídica, estética y moral, a partir de sus principales aspectos; • Valorar la relación que existe entre la moral, la ética y la axiología; • Explicar la relación dialéctica que se presenta entre los valores y sus manifestaciones en el plano objetivo, subjetivo e institucional; • Apoyarse en las ideas de ilustres pensadores latinoamericanos (Bolívar, Martí, Fidel, Che y Mariátegui) para demostrar el papel activo de las ideas en sus diversas formas de la conciencia social, para la transformación social. 35 �Invariantes del contenido: • Definir política y conciencia política. Su relación dialéctica; • Definir derecho y conciencia jurídica. Su relación dialéctica; • Definir estética, conciencia estética y conciencia artística. Su relación dialéctica; • Definir ética, axiología y moral. Su relación dialéctica; • Definir valores y sus expresiones en las diferentes formas de la conciencia social; • Definir valores objetivos, subjetivos e institucionales. La relación dialéctica entre ellos en el proceso de socialización; • Sustentarse en ideas de Bolívar, Martí, Fidel, Che y Mariátegui para demostrar el papel creador y transformador de las mismas, en el desarrollo social, desde posiciones políticas, jurídicas, estéticas y morales, a la vez que sirvan para demostrar las especificidades de las formas de la conciencia social. Bibliografía: 1. Marx, Carlos: “Carta a P. V. Annenkov”. En: Obras Escogidas, t. 1. Editorial Progreso, Moscú, 1973, p. 532–533. 2. Marx, Carlos: “Prólogo a la contribución a la crítica de la economía política”. En: Obras Escogidas, t. 1. Editorial Progreso, Moscú, 1973, p. 518. 3. Marx, Carlos y Federico Engels: La Ideología Alemana. Editora Política, La Habana, 1979, p. 16, 26, 30, 31, 35, 219. 4. Castro, Fidel: Ideología, conciencia y trabajo político (Compilación). Editorial Política, La Habana, 1986. 5. Guevara, Ernesto: Notas para el estudio de la ideología de la Revolución Cubana: Sobre la concepción del valor y El socialismo y el hombre en Cuba. En Escritos y discursos. Tomos 4, 7 y 8. Editorial Ciencias Sociales, La Habana, 1985. 6. Betto, Frey: Fidel y la Religión. Editorial del Consejo de Estado, La Habana, 1985, p. 157. 7. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 312–398. 8. Zardoya Loureda, Rubén: “Ideales, idealidad e ideología”. En: Filosofía Marxista, t. 1. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. 169–178.   36 �Conferencia 14: La religión como forma de la conciencia social Sumario: 1. La religión como forma de la conciencia social. Definición, características y funciones en el contexto actual; 2. Religiones universales. Principales características; 3. Manifestaciones religiosas en Cuba; 4. La religión en América Latina, su función emancipadora. Objetivo general: Caracterizar la religión como una forma de la conciencia social a través de sus múltiples manifestaciones. Objetivos específicos: • Definir la religión como una forma de la conciencia social y sus manifestaciones contemporáneas; • Caracterizar de manera general las religiones universales; • Explicar la existencia de diversas manifestaciones religiosas en Cuba; • Valorar la función social de la religión en América Latina, a partir de la Teología de la Liberación. Invariantes del contenido:   • Definir la religión desde posiciones de los clásicos del marxismo, teniendo en cuenta las condiciones concretas de su época y en los momentos actuales. Criterios de Fidel al respecto; • Las religiones primitivas tribales: totemismo, animismo y fetichismo; • Caracterizar esencialmente a las principales religiones universales: cristianismo (catolicismo, protestantismo-temprano, tardío y apocalíptico- la iglesia ortodoxa, islamismo, hinduismo, judaísmo y budismo); • Referirse someramente a otros tipos de religiones importantes: taoísmo, confusionismo y sintoísmo: características esenciales. 37 �• La religión en Cuba. Sus manifestaciones: Catolicismo, protestantismo en sus diversas variantes, judaísmo, espiritismo en sus tres variantes y los cultos afrocubanos en sus diferentes manifestaciones. • Política del Partido Comunista de Cuba en la atención a la religión, la iglesia y los creyentes. Bibliografía: 1. Engels, Federico: Anti-Dühring. Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 1973. 2. Betto, Frey: Fidel y la Religión. Editorial del Consejo de Estado, La Habana, 1985. 3. Tesis y Resoluciones del Partido Comunista de Cuba. “Política acerca de la religión, la iglesia y los creyentes”. 4. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 362–371. 5. Sabater, Vivian: Sociedad y religión. Selección de lecturas, t. 1, p. 1– 31, 91–118, 119–131, 145–162, 207–258; t. 2, p. 259–321, 359– 366, 399–422. Conferencia 15: Relación naturaleza–sociedad Sumario: 1. La Formación Económica Social (FES). Sus tipos y principales características; 2. Base económica y superestructura como elementos de la FES; 3. Papel determinante de la producción de bienes materiales en el desarrollo social; 4. Relación naturaleza-sociedad. Crisis ecológica y su influencia en el desarrollo social. Objetivo general: Valorar la relación naturaleza–sociedad a través de los elementos que conforman la FES y el papel del hombre en la misma.   38 �Objetivos específicos: • Definir la FES y los elementos que la componen en su relación dialéctica; • Demostrar el papel determinante de la producción de bienes materiales en el desarrollo social, contextualizado por la base económica y la superestructura; • Valorar la relación naturaleza–sociedad en los momentos actuales y cómo en ella se ha originado la crisis ecológica. Invariantes del contenido: • Definir a la FES y sus manifestaciones históricas a lo largo del desarrollo social; • Definir base económica y superestructura, así como los elementos que la componen y su relación dialéctica de determinación e influencia; • Definir modo de producción con sus elementos, como parte de la base económica; • Demostrar por qué la producción de bienes materiales es el fundamento del desarrollo social; • Definir qué es naturaleza y medio geográfico; • Por qué la sociedad no puede existir al margen de la naturaleza; • Cómo y por qué el hombre ha degradado el medio ambiente. Principales manifestaciones de crisis ecológica; • Qué se entiende por desarrollo sustentable y las diferentes concepciones que existen en torno a la relación hombre-naturaleza: antropocentrismo, biocentrismo y ecocentrismo; • Qué debe hacer la sociedad y el hombre en función de mantener su equilibrio con la naturaleza y salvarla de una catástrofe ecológica y humana. Necesidad de una ética ambiental. Bibliografía: 1. Castro Ruz, Fidel: Mensaje a la Conferencia de las Naciones Unidas sobre Medio Ambiente y Desarrollo. Granma (Suplemento Especial) 14 jun 1992.   39 �2. Castro Ruz, Fidel: El derecho de la humanidad a existir (Compilación de reflexiones), 2012. 3. Castro Ruz, Fidel: Varias Reflexiones sobre los problemas ambientales, publicadas en el Periódico Granma. 4. Leonard, Pedro Alfonso: “Algunas consideraciones sobre los impactos ambientales de los modelos de desarrollo actuales”. En: Tecnología y Sociedad. Editorial Félix Varela, La Habana, 2006, p. 178–184. 5. Delgado, Carlos (compilador): Cuba verde. En busca de un modelo para la sustentabilidad en el siglo XXI (Compilación de artículos de la Conferencia Internacional sobre medio ambiente y sociedad). Editorial José Martí, La Habana, 1999. 6. Betto, Frei: “Medio Ambiente y conciencias plurales”. Granma 4 mayo 2012, p. 9. 7. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005, p. 178–217. 8. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 1. Editorial Pueblo y Educación, La Habana, 1992, p. 277– 307. 9. Valdés Menocal, Célida: Ecología y sociedad. Editorial Félix Varela, La Habana, 2007. Conferencia 16: Las clases sociales Sumario: 1. Surgimiento y desarrollo de las clases. Su condicionamiento histórico; 2. Definición leninista de clases sociales; 3. La lucha de clases como fundamento del desarrollo social. Objetivo general: Analizar el surgimiento y desarrollo de las clases sociales desde la óptica marxista-leninista.   40 �Objetivos específicos: • Valorar el surgimiento y desarrollo de las clases sociales a través de las diferentes FES; • Definir las clases sociales y el valor metodológico de la misma; • Valorar la lucha de clases antagónicas como fundamento del desarrollo social y el progreso histórico. Invariantes del contenido: • Causas del surgimiento de las clases sociales; • Los modos de producción y las clases sociales que han existido en cada uno de ellos; • Definir y poner ejemplos de clases sociales antagónicas y no antagónicas, esenciales y no esenciales, fundamentales y no fundamentales; • Condiciones para la desaparición de unas clases sociales y extinción de otras; • Aportes de Marx y Engels al estudio sobre las clases sociales; • Definición leninista de clases sociales; • Valor metodológico de la definición leninista de clases sociales; • La lucha de clases antagónicas como fundamento del desarrollo social y el progreso histórico. Bibliografía:   1 Engels, Federico: “El origen de la familia, la propiedad privada y el Estado”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1974, p. 217–283. 2 Marx, Carlos: “Carta a Joseph Weydemeyer. 5 de marzo de 1852”. En: Obras Escogidas, t. 1. Editorial Progreso, Moscú, 1974, p. 542. 3 Lenin, Vladimir I.: “Una gran iniciativa”. En: Obras Escogidas, t. 3. Editorial Progreso, Moscú, 1961, p. 226–230. 41 �4 Marx, Carlos y Federico Engels: “Manifiesto del Partido Comunista”. En: Obras Escogidas, t. 1. Editorial Progreso Moscú, p. 97–110. 5 Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981, pp. 67–68, 359–360, 384–385. 6 Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005. Conferencia 17: Teoría de la Revolución Social 1. La Revolución Social. Condiciones objetivas y subjetivas. Situación revolucionaria; 2. Fuerzas motrices de la Revolución. Los sujetos sociales de los procesos revolucionarios actuales en América Latina. Masas populares y personalidad en la historia. Pensamiento de Fidel sobre el tema; 3. Revolución, progreso social, revolución, reforma y contrarrevolución; 4. El marxismo leninismo y la Revolución cubana. Objetivo general: Valorar la teoría de la revolución social marxista-leninista como una concepción dialéctica y materialista en el desarrollo social y el progreso histórico, enfatizando en la revolución social socialista. Objetivos específicos: 1. Definir la Revolución Social, las causas objetivas y subjetivas para su triunfo; 2. Explicar la situación revolucionaria y la crisis general nacional como fenómenos determinantes en la Revolución Social; 3. Analizar las fuerzas motrices para el desarrollo de la Revolución Social y la definición de masas populares a través de la relación dialéctica: masas populares–personalidad en la historia como ley social; 4. Valorar la relación dialéctica existente entre revolución, reformas y contrarrevolución; 5. Ejemplificar cómo se pone de manifiesto la teoría marxista leninista en la Revolución cubana. Invariantes del contenido: •   Definición de Revolución Social; 42 �• Causas objetivas y subjetivas de la Revolución Social; • Crisis general nacional y situación revolucionaria, influencia en las causas de la Revolución Social y viceversa; • Tipos de Revolución Social. Su papel en la transformación de una FES en otra; • Definición de reformas y contrarrevolución. Su relación dialéctica con la Revolución Social; • Las fuerzas motrices de la Revolución Social. Ejemplificar en cada FES; • Las masas populares y la personalidad en la historia. Sus papeles en la Revolución Social; • Diferenciar masas populares de población. Coincidencia entre masas populares y la definición de pueblo de Fidel; • La Revolución Social como fundamento del desarrollo social y el progreso histórico; • Algunas ideas fundamentales de Fidel y el Che sobre la Revolución Social. Su materialización en Cuba. Bibliografía: 1. Castro Ruz, Fidel: La historia me absolverá.  Editorial de Ciencias Sociales, La Habana, 2007. 2. Pérez Lara, Alberto: “Sujeto histórico y revolución. Articulación del movimiento político social”. En: Filosofía Marxista I. Colectivo de autores. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. 149–168. 3. Miranda Francisco, Olivia: “El marxismo en el ideal emancipador cubano durante la república neocolonial”. En: Filosofía Marxista, t. 2. Colectivo de autores. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. 53–80. 4. Miranda Francisco, Olivia: “La articulación del marxismo leninismo y las tradiciones nacionales”. En: Filosofía y Sociedad, t. 1. Colectivo de autores. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 311–318. 5. Castillo Guada, Daysé:” Una aproximación a los momentos esenciales del pensamiento de José Martí, Julio Antonio Mella, Ernesto Che Guevara y Fidel Castro”. En: Filosofía Marxista, t. 2. Colectivo de autores. Editorial Félix Varela, La Habana, 2009, p. 127–142.   43 �6. Colectivo de autores: Lecciones de Filosofía Marxista–leninista, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2005. Conferencia 18: Cultura e identidad 1. 2. 3. 4. Definición de cultura e identidad. Relación dialéctica; Globalización cultural y posmodernismo; Cultura, enajenación y emancipación; Identidad latinoamericana contra neoliberalismo. Objetivo general: Fundamentar la relación dialéctica existente entre la cultura y la identidad, expresada como la identidad cultural. Objetivos específicos: 1. Definir cultura e identidad y la relación dialéctica que existe entre ellas. La identidad cultural como expresión de la relación; 2. Valorar la globalización cultural como fenómeno objetivo y su relación con las concepciones postmodernistas; 3. Analizar la cultura como expresión de enajenación o emancipación; 4. Fundamentar la necesidad de la defensa de la identidad cultural latinoamericana contra el neoliberalismo a partir de sus principales exponentes. Invariantes del contenido:   ƒ Definir cultura; ƒ Definir identidad desde el ámbito filosófico; ƒ Definir identidad cultural psicológico e histórico; ƒ Explicar la relación dialéctica existente identidad a partir de la identidad cultural; ƒ La globalización cultural y el postmodernismo. Su incidencia en las identidades regionales y nacionales; ƒ Explicar el proceso de transculturación aculturación y la desculturación; 44 como aspecto sociocultural, entre a cultura partir de e la �ƒ Necesidad de la defensa de la identidad cultural nacional y latinoamericana. José Martí y su ensayo Nuestra América; ƒ Elementos identitarios de la identidad cultural cubana. Bibliografía: 1. Delgado Tornés, Alisa: “El discurso filosófico y la identidad”. En: Filosofía y Sociedad, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 531–543. 2. Moya Padilla, Nereida E.: “La identidad cultural en el contexto actual”. En: Filosofía y Sociedad, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 558–562. 3. Rojas Gómez, Miguel: “La teoría de la identidad cultural y la globalización”. En: Filosofía y Sociedad, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 563–583. 4. Monal, Isabel: “Identidad entre inercia y dinámica En: Filosofía y Sociedad, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 544–556. 5. Delgado Tornés, Alisa: “La cultura popular y la defensa de la identidad”. En: Filosofía y Sociedad, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 586–593. 6. Pupo Pupo, Rigoberto: “Pensamiento independentista y tradición cultural cubana”. En: Filosofía y Sociedad, t. 2. Editorial Félix Varela, La Habana, 2001, p. 618-630. 7. Rosental e Iudin: Diccionario Filosófico. Editora Política, La Habana, 1981, p. 232. Conclusiones   • Este programa analítico de la asignatura Filosofía y Sociedad, independientemente de que posee un incalculable valor para los docentes que imparten la asignatura y para los estudiantes del curso regular diurno, su mayor importancia la adquiere en los alumnos del curso por encuentros, porque le posibilita una mayor y mejor preparación en las clases modalidad encuentros, donde se deben desarrollar habilidades de independencia investigativa y de estudios; • Todo tipo de modificaciones, que en lo adelante se le haga al programa analítico, será reflejado en esta versión digital. 45 � Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Programa analítico de la asignatura Filosofía y Sociedad en el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa Creator An entity primarily responsible for making the resource Noralis Columbié Puig Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Folleto Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2013 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/43810abb0168f69c908c7697e71be0a3.pdf a6c87459bc88f88616d55cbbb908f9a0 PDF Text Text TESIS Procedimiento para la elección del método de arranque de las rocas en canteras para áridos Naisma Hernández Jatid �Página legal Título de la obra: Procedimiento para la elección del método de arranque de las rocas en canteras para áridos, 115pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año.2016 -- ISBN: 1. Autor: Naisma Hernández Jatib 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Edición: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Corrección: Lic. Liliana Rojas Hidalgo Digitalización. Lic. Liliana Rojas Hidalgo Institución de los autores: ISMM ¨ Dr. Antonio Núñez Jiménez¨ Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2016 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://www.ismm.edu.cu/edum �REPÚBLICA DE CUBA MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR INSTITUTO SUPERIOR MINERO METALÚRGICO “Dr. ANTONIO NÚÑEZ JIMÉNEZ” FACULTAD DE GEOLOGÍA Y MINERIA DEPARTAMENTO DE MINAS PROCEDIMIENTO PARA LA ELECCIÓN DEL MÉTODO DE ARRANQUE DE LAS ROCAS EN CANTERAS PARA ÁRIDOS TESIS EN OPCIÓN AL GRADO CIENTÍFICO DE DOCTOR EN CIENCIAS TÉCNICAS NAISMA HERNÁNDEZ JATIB MOA- 2015 �Hernández Jatib N. ÍNDICE Tesis Doctoral Pág. INTRODUCCIÓN ........................................................................................................ 1 CAPÍTULO I. ANTECEDENTES Y ESTADO ACTUAL DE LA TEMÁTICA .............. 9 1.1. Introducción ................................................................................................. 9 1.2. Métodos de arranque de las rocas ............................................................. 9 1.3. El macizo rocoso ....................................................................................... 11 1.4. Clasificación de los macizos rocosos según su excavabilidad ............ 12 1.5. Actualidad y situación del tema en Cuba ................................................ 26 1.6. Conclusiones ............................................................................................. 27 CAPÍTULO II. PROCEDIMIENTO PARA LA ELECCIÓN DEL MÉTODO DE ARRANQUE DE LAS ROCAS ................................................................................. 28 2.1. Introducción ............................................................................................... 28 2.2. Identificación de los parámetros que influyen en la excavabilidad de las rocas .................................................................................................................. 28 2. 3. Método Delphi ........................................................................................... 30 2.4 Clasificación de los parámetros en índices geológicos y geomecánicos ............................................................................................................................ 33 2.5 Estructura general del procedimiento ...................................................... 34 2.5.1 Paso I. Determinación del tipo de roca y análisis estructural del macizo rocoso ............................................................................................ 35 2.5.2 Paso II. Valoración de las propiedades másicas y mecánicas de las rocas............................................................................................................ 37 IV �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral 2.5.3 Paso III. Evaluación geomecánica del macizo rocoso ................... 40 2.5.4 Paso IV. Determinación de dominios geomecánicos ..................... 43 2.5.5 Paso V. Elección del método de arranque ...................................... 50 2.6 Diagrama del procedimiento propuesto ................................................... 53 2.7 Conclusiones .............................................................................................. 56 CAPÍTULO III. VALIDACIÓN DEL PROCEDIMIENTO PROPUESTO ..................... 57 3.1 Introducción ................................................................................................ 57 3.2 Primer caso de estudio: El Cacao ............................................................. 58 3.2.1 Características geológicas del yacimiento ..................................... 58 3.2.2 Propiedades másicas y mecánicas de las rocas ............................ 62 3.2.3 Evaluación geomecánica del macizo rocoso .................................. 63 3.2.4 Dominios geomecánicos y método de arranque ............................ 64 3.2.5 Validación del método del procedimiento propuesto .................... 68 3.3 Segundo caso de estudio: Pilón ............................................................... 68 3.3.1 Características geológicas del yacimiento ..................................... 68 3.3.2 Propiedades másicas y mecánicas de las rocas ............................ 73 3.3.3 Índices geomecánicos (RMR)........................................................... 74 3.3.4 Dominios geomecánicos y método de arranque ............................ 75 3.3.5 Validación del método del procedimiento propuesto .................... 78 3.4 Tercer caso de estudio: Los Guaos .......................................................... 78 3.4.1 Características geológicas del yacimiento ..................................... 78 3.4.2 Propiedades másicas y mecánicas de las rocas ............................ 82 3.4.3 Índices geomecánicos (RMR)........................................................... 82 3.4.4 Dominios geomecánicos y método de arranque ............................ 83 3.4.5 Validación del método del procedimiento propuesto .................... 86 3.5 Conclusiones .............................................................................................. 86 CONCLUSIONES ..................................................................................................... 87 RECOMENDACIONES ............................................................................................. 88 REFERENCIAS BILIOGRÁFICAS ........................................................................... 89 V �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral ÍNDICE DE FIGURAS Pág. Figura 1.1. Clasificación propuesta por Louis (1974). -13- Figura 1.2. Clasificación propuesta por Romana (1981). -14- Figura 1.3. Clasificación propuesta por Abdullatif y Crudden (1983). -16- Figura 1.4. Clasificación propuesta por Franklin (1977). -18- Figura 1.5. Método gráfico de excavabilidad de la roca (tomado de -24- Karpuz, 1990). Figura 2.1. Estructura general del procedimiento. -35- Figura 2.2. Esquema para la obtención de los dominios geomecánicos -48- Figura 2.3. Diagrama del procedimiento propuesto. -55- Figura 3.1. Ubicación de los casos de estudio. -58- Figura 3.2. Plano geológico del extremo noreste de la provincia Granma. -59- Figura 3.3. Plano geológico del yacimiento El Cacao, modificado del plano geológico del yacimiento. -60- Figura 3.4. Diagrama de contorno y planos del agrietamiento de El Cacao. Figura 3.5. Diagrama de rosetas del agrietamiento en El Cacao. -61-62- VI �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Figura 3.6. Plano de calidad geomécanica del macizo rocoso del yacimiento El Cacao. -64- Figura 3.7. Plano de dominios geomecánicos del yacimiento El Cacao, modificado del plano geológico del yacimiento. -67- Figura 3.8. Plano geológico del área de estudio, yacimiento Pilón, modificado del plano geológico del yacimiento. -70- Figura 3.9. Cavernas desarrolladas en las calizas del yacimiento Pilón. -71- Figura 3.10. Contacto tectónico entre las calizas de la Fm Bitirí (encima) y las serpentinitas (debajo), ambas fuertemente tectonizadas. -71- Figura 3.11. Diagrama de contorno y planos del agrietamiento. -72- Figura 3.12. Diagrama de rosetas del agrietamiento. -73- Figura 3.13. Comportamiento de la Rc en el yacimiento Pilón. -74- Figura 3.14. Plano de calidad geomecánica del macizo rocoso del yacimiento Pilón. -75- Figura 3.15. Dominios geomecánicos en el yacimiento Pilón. -77- Figura 3.16. Plano geológico del yacimiento Los Guaos. -80- Figura 3.17. Diagrama de contorno y planos del agrietamiento en el yacimiento Los Guaos. -81- Figura 3.18. Diagrama de rosetas del agrietamiento en el yacimiento Los Guaos. -81- Figura 3.19. Plano de calidad geomecánica de macizo del yacimiento Los Guaos. Figura 3.20. Dominio geomecánico del yacimiento Los Guaos. -84-85- VII �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1.1. Clasificación Pág. de los macizos rocosos respecto a la excavabilidad (Romana, 1981). -14- Tabla 1.2. Valoración de la excavabilidad de los macizos rocosos, en función de los valores del índice de excavabilidad propuesto -19- por Scoble y Muftuoglu (1984). Tabla 1.3. Factores de ponderación de los parámetros del índice de volabilidad, (Lilly, 1986, 1992). Tabla 1.4. Sistema de evaluación -20- del índice de Excavabilidad -21- (Hadjigeorgiou y Scoble, 1988). Tabla 1.5. Clasificación de macizos rocosos según su escarificación -23- (Singh et al., 1989). Tabla 2.1. Valoración referente al espaciamiento de juntas, recomendada por Bieniawski (1976). -41- Tabla 2.2. Clasificación de la persistencia o continuidad de las trazas de las grietas. -41- Tabla 2.3. Clasificación de los parámetros y sus valores. -42- Tabla 2.4. Ajuste de valores por orientación de las juntas. -42- VIII �Hernández Jatib N. Tabla 2.5. Tabla Tesis Doctoral de categorías de clasificación geomecánica (Bieniawski, 1979). -43- Tabla 2.6. Matriz de evaluación de los criterios de selección. -45- Tabla 2.7. Matriz de jerarquía y peso de los criterios. -46- Tabla 2.8. Rangos de variaciones de los índices geomecánicos en canteras para áridos de Cuba oriental. -50- Tabla 3.1. Caracterización del agrietamiento en El Cacao (Tomado de Alexandre, 2006). -62- Tabla 3.2. Estadística descriptiva de propiedades físico-mecánicas del yacimiento El Cacao, tomada de 38 pozos (Vinent et al., 1983) -63- Tabla 3.3. Rangos de Rc en calizas y rocas ígneas. -63- Tabla 3.4. Yacencia de Estructuras geológicas en el yacimiento Pilón. -72- Tabla 3.5. Estadística descriptiva de propiedades físico-mecánicas del yacimiento Pilón. -73- Tabla 3.6. Yacencia de Estructuras geológicas en el yacimiento Los Guaos. -79- Tabla 3.7. Estadística descriptiva de propiedades físico-mecánicas del yacimiento Los Guaos. -82- IX �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral INTRODUCCIÓN En Cuba, desde el triunfo de la Revolución en enero de 1959, las transformaciones puestas en práctica requirieron de un impetuoso desarrollo de las construcciones y, por consiguiente, se incrementó la demanda de materiales para la construcción. Entre los más solicitados se encuentran los áridos de trituración, los cuales según Alfaro (2003) se definen como materiales minerales sólidos inertes que con las granulometrías adecuadas se usan para la fabricación de productos artificiales resistentes, mediante adición de aglomerantes hidráulicos o ligantes bituminosos. Así es que la industria de materiales para la construcción es una de las ramas más importantes para el desarrollo socio económico de Cuba, pues es la encargada de la producción de áridos y materiales que deben integrarse y compatibilizarse en dos ámbitos: La participación en los planes y programas de la Revolución y su contribución a los requerimientos de las políticas nacionales y provinciales que estén en correspondencia con el papel de cada territorio y su vinculación con el desarrollo sostenible para la prosperidad y satisfacción de las necesidades de la sociedad. En consecuencia, los Lineamientos de la Política Económica y Social del Partido y la Revolución en Cuba (Partido Comunista de Cuba, 2011) enfatizan en la necesidad de recuperar e incrementar la producción de materiales para la construcción que aseguren los programas inversionistas priorizados del país. En ellos se ha declarado que se debe definir una política tecnológica que contribuya a reorientar el desarrollo industrial. Además, en dichos lineamientos se indica: “…que comprenda el control de las tecnologías existentes en el país, a fin de promover su modernización. Asimismo, debe priorizarse que las entidades económicas en todas las formas de gestión contarán con el marco regulatorio que propicie la introducción sistemática y acelerada de los resultados de la ciencia, la innovación y la tecnología en los procesos productivos y de servicios, teniendo en cuenta las normas de responsabilidad social y medioambiental establecidas…” (PCC, 2011:22). 1 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Cuba cuenta con yacimientos de rocas para la producción de áridos de trituración de tres tipos genéticos: ígneas, sedimentarias y metamórficas, con más de 1700 millones de metros cúbicos de recursos calculados (Cardentey, 2010). Por ello, la extracción de estos recursos se ha convertido en una importante actividad minera debido a los volúmenes que se mueven cada año en las canteras en explotación que han sido laboreadas atendiendo a los proyectos aprobados al efecto. En la actualidad, se realizan inversiones para incrementar el volumen y calidad del material extraído de las canteras (Cardentey, 2010), sin embargo, en la mayoría de los casos, no se alcanzan los resultados esperados. Se considera que ello está relacionado con el uso de formas tradicionales de realizar la explotación, vinculadas con los métodos de arranque de las rocas (Watson, 2008). La explotación de estos macizos rocosos se basa tradicionalmente en análisis ingeniero-geológicos y geomecánicos a partir de los cuales se diseña el uso del método de arranque perforación y voladura. En la práctica, por lo general, no se realiza un análisis previo sobre la elección del método de arranque de las rocas, a partir de los principales factores que influyen en este proceso y sin considerar un examen del posible uso de otro método de arranque, como es el caso del mecánico. La utilización del método de perforación y voladura sin un análisis previo del método de arranque más racional o el uso de un método de arranque inadecuado, conlleva a incongruencias entre las características geológicas y geomecánicas de los macizos rocosos y el uso del método de arranque. Por tanto se obtienen resultados no deseados, es decir, bloques sobredimensionados o de pequeños tamaños, lo cual indica que el proceso de arranque no es óptimo. En los últimos años se han introducido en el país varios equipos que pueden realizar el arranque mecánico, sin embargo, han sido destinados solamente a la sustitución de los explosivos en la fragmentación secundaria de las rocas mientras que en el resto mundo estas maquinarias son empleadas eficientemente para el arranque directo en los frentes de cantera (Watson, 2008). 2 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral La disponibilidad de esta tecnología en el país abre la posibilidad de utilizar el método de arranque mecánico durante la explotación de un macizo rocoso. De ahí la necesidad de realizar estudios que permitan argumentar desde una perspectiva científico-técnológica el método de arranque más adecuado en canteras de materiales para la construcción. A partir del análisis de la literatura especializada no se pudo demostrar la existencia de un procedimiento para elegir o establecer métodos más racionales de arranque de las rocas en Cuba. Sin embargo, a nivel internacional sí se encontraron criterios establecidos para minas a cielo abierto de carbón y la construcción de carreteras, por lo que se declara como problema científico: Inexistencia de un procedimiento integrado y sistémico que garantice la elección adecuada del método de arranque de las rocas en canteras para áridos. Objeto de estudio: El macizo rocoso de las canteras para áridos. Campo de acción: Los procesos de arranque en canteras para áridos. Objetivo general: Elaborar un procedimiento integrado y sistémico para la elección del método de arranque de las rocas en canteras para áridos a partir de criterios geológicos y geomecánicos del macizo rocoso. Hipótesis: Si se caracteriza el macizo rocoso integrando y sistematizando sus características geológicas y propiedades geomecánicas, expresadas a través de índices geológicos y geomecánicos, es posible establecer un procedimiento para la elección del método más racional de arranque de las rocas en canteras para áridos. Objetivos específicos: 1. Identificar los índices geológicos y geomecánicos que posibiliten, mediante el establecimiento de los dominios genomecánicos, la elaboración del procedimiento para la elección de un método racional de arranque de las rocas 2. Diseñar las etapas que integran el procedimiento establecido para la elección del método de arranque de las rocas. 3 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral 3. Validar el procedimiento propuesto en canteras para áridos con diferentes condiciones geológicas y geomecánicas. Se definen como tareas para el cumplimiento de los objetivos específicos las siguientes: Para cumplir el objetivo 1: 1. Actualización, mediante búsqueda bibliográfica, del estado del arte relacionado con la selección y aplicación de los métodos de arranque y clasificaciones de excavabilidad de las rocas. 2. Sistematización del conocimiento científico que posibilite la selección e identificación de los índices geológicos y geomecánicos considerados durante la explotación de un macizo rocoso. Para cumplir el objetivo 2: 1. Identificación de los parámetros que influyen en la excavabilidad del macizo rocoso. 2. Determinación, mediante la metodología de consulta a expertos, de los parámetros más influyentes en la excavabilidad de las rocas en las canteras para áridos. 3. Clasificación de los parámetros geotécnicos del macizo rocoso, en índices geológicos y geomecánicos, basada en la integración de sus características. 4. Establecimiento de los dominios geomecánicos en función de los índices antes mencionados. 5. Decisión de los elementos que integran el procedimiento, así como sus pasos y diagrama de ejecución. Para cumplir el objetivo 3: 1. Caracterización geológica y geomecánica de canteras para áridos con diferentes condiciones geológicas y geomecánicas. 4 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral 2. Selección de las canteras a las que se le aplicará el procedimiento elaborado para la elección del método de arranque de las rocas. 3. Aplicación del procedimiento a las canteras seleccionadas. Novedad científica: El procedimiento para la elección del método más racional de arranque de las rocas en las canteras para áridos. Los principales métodos de investigación científica empleados en el trabajo se exponen a continuación: 1. Métodos Empíricos: a) Las encuestas para obtener información sobre los parámetros que influyen en la excavabilidad de la roca. 2. Métodos Teóricos: a) Deductivo-Inductivo: para la identificación de los principales parámetros que inciden en el proceso de excavabilidad de la roca. b) Hipotético-Deductivo: para la formulación de una hipótesis y luego, a partir de inferencias lógicas-deductivas, se arriba a conclusiones particulares que posteriormente se pueden comprobar. c) Análisis-Síntesis: para la interpretación de los resultados obtenidos en el análisis estadístico de la información procesada. El criterio de experto, a través del Método Delphi se emplea para la determinación de los parámetros que influyen en la excavabilidad de la roca en las canteras estudiadas. Estructura de la tesis Los resultados se presentan en una introducción, tres capítulos, conclusiones, recomendaciones y anexos. En el primer capítulo se exponen a través de un marco teórico- metodológico los antecedentes y estado actual sobre los métodos de arranque utilizados durante la explotación de macizos rocosos para la producción de 5 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral áridos. Este capítulo aborda además las generalidades sobre el macizo rocoso y la clasificación del mismo según su excavabilidad con énfasis en las clasificaciones geomecánicas. En el capítulo dos se desarrolla el procedimiento para elegir el método de arranque de las rocas más racional en canteras para áridos, según las características geológicas y geomecánicas de los macizos rocosos. Contiene además la concepción del diagrama a través del cual se ejecuta el procedimiento elaborado. En el tercer capítulo se muestran los resultados mediante la implementación del procedimiento elaborado en tres casos de estudio de canteras para áridos, seleccionadas en función de las diferencias en las características geológicas y geomecánicas de los macizos rocosos correspondientes. Producción científica del autor sobre el tema de la tesis Como parte de la investigación, la autora desarrolló un conjunto de trabajos relacionados con: publicaciones en revistas (4), publicaciones en eventos científicos (13), trabajos de diploma (5), y proyectos de investigación (3). Estos trabajos se relacionan a continuación. Publicaciones en eventos científicos: 1. Hernández, N.; M. Ulloa. (2010): Explotación subterránea de canteras, una alternativa económica y ambiental en zonas urbanas. CD IV Taller Regional de Medio Ambiente. Holguín /2010 ISBN 978-959-16-1209-0. 2. Hernández, N.; M. Ulloa; Y. Rosario. (2010): Impacto ambiental de la explotación del yacimiento de materiales de construcción El Cacao. V Taller Regional de Medio Ambiente. Holguín/2010. ISBN 959-7117-03-7. 3. Hernández, N.; M. Ulloa.; Y. Rosario. Evaluación socio-ambiental asociada a la explotación del yacimiento de materiales de construcción la Inagua, Guantánamo, Cuba. Memorias en CD-Rom, VI Taller Regional de Medio Ambiente. ISSN 978-959-16-2118-4. 4. Hernández, N.; Y. Rosario; Y. Almaguer; J. Otaño. (2013): Procedimiento para 6 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral la elección del método de arranque de la roca en las canteras de áridos. V Convención Cubana de Ciencias de la Tierra, GEOCIENCIAS´2013. Memorias en CD-Rom, La Habana, 1 al 5 de abril de 2013. ISSN 2307-499X. Publicaciones en revistas científicas: 1. Hernández, N.; M. Ulloa; Y. Rosario (2011): Impacto ambiental de la explotación del yacimiento de materiales de construcción El Cacao. Revista Minería y Geología / v.27 n.1 / enero-marzo / p. 38-53 ISSN 1993 8012. 2. Hernández-Jatib, N., Ulloa-Carcasés, M., Almaguer-Carmenate, Y. y Ferrer, Y. R. (2014). Evaluación ambiental asociada a la explotación del yacimiento de materiales de construcción La Inagua, Guantánamo, Cuba. Revista Luna Azul, Manizales. Colombia. ISSN 1918-2474. Recuperado de: http://lunazul.ucaldas.edu.co/index.php?option=content&task=view&id=899. 3. Hernández-Jatib, N., Almaguer-Carmenate, Y. y Ferrer, Y. R. (2014). Determinación del método de arranque de la roca. caso de estudio: Cantera Pilón, Mayarí. Revista Minería y Geología / v.31 n.2 / abril-junio / p. 38-53 ISSN 885-1583-1. 4. Hernández-Jatib, N., Almaguer-Carmenate, Y., Ferrer, Y. R. y J. Otaño (2014). Árbol de excavabilidad para elegir método de arranque en canteras de áridos de la construcción: yacimiento El Cacao. Revista Minería y Geología / v.30 n.3/ julio-septiembre / p. 67-84 ISSN 1993 8012. Trabajos de diploma tutorados: 1. Alcaide, Y. Caracterización de la industria extractiva de materiales para la construcción en la provincia Santiago de Cuba. ISMMM. Julio/2010. 2. Acuña, R. Criterios para la elección de los métodos de arranque de las rocas en las canteras de áridos. ISMMM. Julio/2012. 3. Rodríguez, A. Actualización del Proyecto de Explotación de la cantera de materiales para la construcción El Cacao. ISMMM. Julio/2013. 4. Vega, L. Elección del método de arranque de las rocas en la cantera para áridos “Los Caliches”. ISMMM. Julio/2014. 7 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral 5. Despayne, Y. Elección del método de arranque de las rocas en la cantera para áridos “Yarayabo”. ISMMM. Julio/2014. Proyectos de investigación en los que ha participado: 1. Proyecto CITMA: Criterios para la elección del método de arranque en las canteras de materiales de construcción. Innovación Tecnológica, (CITMA), 2010. 2. Proyecto Institucional: Procedimiento para la elección del método de arranque de las rocas en las canteras de materiales de construcción en la región oriental de Cuba. Grupo Empresarial de la Industria de la Construcción (GEICON), 2013. 3. Proyecto Asociado a Programa Nacional: Manejo ambiental sostenible de la explotación de yacimientos de materiales de construcción. Estrategia nacional de ciencia, tecnología e innovación. Empresas provinciales de materiales de la construcción (MICONS), 2014. 8 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral CAPÍTULO I. ANTECEDENTES Y ESTADO ACTUAL DE LA TEMÁTICA 1.1. Introducción La excavación de las rocas es un proceso complejo que depende de múltiples parámetros los cuales están estrechamente relacionados con los métodos de arranque. Esta temática no ha sido suficientemente investigada en Cuba para el caso de las canteras para áridos. Es por ello que se requiere del estudio de las clasificaciones de excavabilidad y de los trabajos precedentes que pueden contribuir en el análisis y la solución del problema investigado. El objetivo del presente capítulo es ofrecer una visión general sobre los métodos de arranque y de las clasificaciones de excavabilidad de las rocas. A partir del conocimiento de los antecedentes ha sido seleccionada y analizada la información más importante, para establecer los índices de dichas clasificaciones a considerar durante la explotación de un macizo rocoso. 1.2. Métodos de arranque de las rocas La elección del método de arranque depende de las propiedades del macizo rocoso, las exigencias en la calidad de la materia prima y los factores medio ambientales (Solis et al., 2004). Es por eso que, de acuerdo con este autor, para la excavación de las rocas blandas se puede utilizar cualquier equipo de arranque, en este caso, la preparación del macizo se conjuga con la excavación y se realiza con la misma 9 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral maquinaria mientras que la excavación de las rocas duras, se realiza con equipamiento de mayor potencia y el macizo se prepara mediante el uso de explosivos. En condiciones geólogo-mineras determinadas, el arranque mecánico de las rocas presenta ventajas sobre la perforación y voladura. La causa principal es la ausencia de vibraciones en el terreno y el no lanzamiento de fragmentos de rocas durante la explosión. De ahí que sea muy factible para utilizarlo cerca de zonas pobladas. Además, la aplicación del método mecánico, en ocasiones, posibilita la disminución del costo de la fragmentación de las rocas y las pérdidas y el empobrecimiento del material. También posibilita el aumento de la productividad del trabajo y de los equipos de carga y transporte (Solis et al., 2004). A continuación se relacionan los métodos de arranque de las rocas:  Manual  Mecánico  Perforación y voladura  Hidromecánico En el caso específico de Cuba, en particular en las canteras para áridos de trituración, usualmente se utilizan los métodos mecánicos y de perforación y voladura. El arranque mecánico puede realizarse con diferentes equipos:  Excavadoras  Tractores con escarificador  Martillos rompedores El arranque con excavadoras (excavación) puede realizarse en los macizos rocosos de constitución simple o compuesta, en sus diferentes escalas en la clasificación genética de las rocas. En este caso, los procesos de arranque y carga se realizan sucesivamente con el mismo equipo. El arranque, utilizando tractor con escarificador y martillos rompedores neumáticos o hidráulicos, se realiza como proceso de preparación de la masa minera para su 10 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral posterior transportación con distintos tipos de equipos de carga. A este método de arranque se le denomina escarificación. Al método de arranque con perforación y voladura, en lo adelante, se denomina voladura. En Cuba, en las canteras para áridos con macizos rocosos ligados, normalmente se utiliza la voladura como método de arranque, sin que se disponga de un procedimiento científicamente fundamentado para elegir, en cada caso concreto, el método de arranque idóneo a partir de las propiedades del macizo rocoso. 1.3. El macizo rocoso Un macizo de rocas está formado por bloques de roca intacta separados por discontinuidades. El comportamiento de este macizo frente a las acciones externas que actúan sobre él, depende tanto de las propiedades de la roca intacta y sus discontinuidades como de la resistencia del macizo. La roca intacta se caracteriza por:  Su génesis: ígneas, sedimentarias y metamórficas  Grado de meteorización (adimensional)  Su porosidad (%)  Sus propiedades hidrodinámicas: humedad total (%) y humedad natural (%).  Sus propiedades físicas y mecánicas: densidad (kg/m3), masa volumétrica (kg/m3), peso específico (kg/m3), peso volumétrico (kg/m3), módulo de elasticidad (N/m2), módulo de distorsión (N/m2), módulo de elasticidad volumétrico (N/m2), coeficiente de Poisson (adimensional), módulo de plasticidad (N/m2), coeficiente de plasticidad (adimensional), resistencia a compresión (MPa), resistencia a tracción (kN/m2), resistencia a cortante (MPa), resistencia a flexión (MPa), ángulo de fricción interna (grados sexagesimales), coeficiente de fricción interna (grados sexagesimales), velocidad de las ondas longitudinales (km/s), velocidad de las ondas transversales (km/s).  Sus índices minero-tecnológicos: coeficiente de fortaleza (adimensional), dureza (adimensional), abrasividad (adimensional), triturabilidad (adimensional), 11 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral perforabilidad (adimensional), explosionabilidad (adimensional), resistencia al corte y al rompimiento (MPa). Las discontinuidades se caracterizan por:  Orientación: dirección de buzamiento y buzamiento (grados sexagesimales)  Espaciado (m)  Persistencia (m)  Rugosidad: ondulación y aspereza (m)  Apertura (m)  Relleno, que incluye: ancho (m), mineralogía (adimensional), tamaño de partículas (m), grado de meteorización (adimensional), humedad (%), permeabilidad (%), flujo de agua (m3/s), número de familias de grietas (m), tamaño de bloque (m), grado de fracturación del macizo (adimensional) y resistencia al corte del mismo (MPa). Otras propiedades:  Resistencia del macizo (MPa).  Índice del macizo rocoso, RMi (adimensional). 1.4. Clasificación de los macizos rocosos según su excavabilidad Los sistemas de clasificación del macizo rocoso tienen en cuenta más o menos peculiaridades, en dependencia del contexto enmarcado (Franklin y Dusseaul, 1989). No obstante, es posible llegar a un consenso al seleccionar los tipos más relevantes de observaciones y simplificar los procedimientos para las pruebas tanto como sea posible. Numerosos investigadores han abordado el problema de la elección del método de arranque de las rocas, fundamentalmente para el laboreo de las excavaciones subterráneas, incluyendo a Duncan (1969), Franklin (1971, 1997); Louis (1974); Atkinson (1977), Romana (1981, 1997, 1994); Kirsten (1982); Abdullatif y Crudden, (1983); Scoble y Muftuoglu (1984); Bell (1987); Hadjigeorgiou y Scoble (1988), entre otros 12 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Duncan (1969) establece que las evaluaciones para determinar la facilidad o dificultad con la cual el macizo rocoso puede ser excavado, se basan en el tipo de roca (ígnea, sedimentaria o metamórfica), sus características (composición, espesores, yacencia, etc.), estado de conservación y la naturaleza, extensión y orientación de las fracturas. Louis (1974) presenta un gráfico de excavabilidad basado en el índice de calidad de la roca (RQD %) propuesto por Deere (1966) y en los valores de la resistencia a compresión simple de la roca (Figura 1.1), sin embargo no considera la influencia de la yacencia del agrietamiento y el arranque de la roca. Los criterios propuestos por estos investigadores no son muy aplicados en la actualidad, fundamentalmente para los métodos mecánicos, porque los rangos de resistencia son muy limitados o específicos. Figura 1.1 Clasificación propuesta por Louis (1974). Romana (1981) propone una clasificación de los macizos basada en la propuesta de Louis (1974) pero adaptada a las capacidades tecnológicas de las maquinarias de excavación (Figura 1.2 y Tabla 1.1). 13 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Figura 1.2 Clasificación propuesta por Romana (1981). Tabla 1.1 Clasificación de los macizos rocosos respecto a la excavabilidad (Romana, 1981) Zona Topo Rozadora Fn >25 tn Fn < 25 tn P > 80 tn 50-80 tn < 50 tn Martillo Pala A B C Posible ? Adecuado Adecuado Posible ? Adecuado Posible ? Adecuado Adecuado - - - D Adecuado Adecuado Adecuado Adecuado Posible Posible ? - E Posible Posible Adecuado Adecuado Adecuado Posible Posible ? F G - - - Adecuado - Adecuado Posible Adecuado Posible ? Posible Adecuado Posteriormente Romana (1981) presenta una versión más actualizada de dicha clasificación en función de la calidad del macizo y la resistencia a la compresión de la roca, al indicar los intervalos de aplicación de los diferentes métodos de excavación. Esta clasificación se limita a la construcción de túneles, pero se considera que presenta inconvenientes que impiden, en determinado grado, su empleo para determinar por sí sola el método de arranque de la roca. Kirsten (1982) propuso un sistema de clasificación para la evaluación de la excavabilidad, en términos de las características del macizo rocoso, tales como la tensión del macizo, tamaño del bloque, orientación relativa de la estructura geológica y tensión de la pared de la junta. El sistema se basa en las propiedades ingenieriles, desde suelos débiles hasta la roca más dura y formula el índice de excavabilidad (n), 14 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral determinado mediante el uso graduado de varios sistemas de clasificaciones para la evaluación de la escarificación de la roca. El sistema propuesto presenta algunas limitaciones relacionadas con el comportamiento estructural del macizo, lo cual no le permite determinar el método más adecuado de arranque. No se valora el grado de humedad de las rocas, un parámetro que afecta considerablemente las características de resistencia del macizo. Además no se tiene presente la estratificación del macizo, la separación en bloques ni el grado de deterioro de las rocas, siendo estos los elementos que mayor influencia tienen en el comportamiento estructural del macizo rocoso y, por consiguiente, en el proceso de arranque. Abdullatif y Crudden (1983) analizan casos de estudio donde el arranque de la roca se realiza con medios mecánicos y voladura, utilizando los valores del índice de clasificación de la masa rocosa (RMR, por sus siglas en inglés) propuesto por Bieniawski (1976), junto a los valores del índice de calidad (Q) planteado por Barton (1974), quienes estimaron que la excavación es posible hasta un RMR de 30 y escarificable hasta un valor de 60; además determinan que en los macizos clasificados como de calidad buena por el sistema RMR debe ser aplicado el método de perforación y voladura (Figura 1.3). Esta clasificación de excavabilidad, aunque permite obtener un criterio sobre el método de arranque de la roca, posee algunas limitaciones que impiden un uso más amplio en cuanto al campo de utilización. Los autores hacen una evaluación sobre valores estimados del RMR para proponer el método de laboreo, sin embargo, no existe una correcta adecuación del sistema de clasificación Q a las operaciones de arranque, ni tampoco una correlación entre el RMR y los valores de Q; a esto se le añade el hecho de que no se tiene en cuenta el valor de la resistencia del macizo sino el valor de la resistencia lineal de las rocas, lo que constituye una limitante para la aplicación de la misma. 15 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Figura 1.3 Clasificación propuesta por Abdullatif y Crudden (1983). Minty y Kerans (1983) modifican el sistema de Weaver (1975) para las condiciones australianas. El índice de factores geológicos (GFR) incorpora nuevos valores numéricos e incluyen factores para las condiciones de las aguas subterráneas, así como para la rugosidad superficial de las discontinuidades que fueron incluidos en el sistema original RMR. En este sistema se multiplica el índice GFR por la velocidad de las ondas sísmicas y se grafica el producto contra la potencia del tractor, con el objetivo de determinar si el escarificado sería satisfactorio o marginal. La velocidad de las ondas sísmicas está muy relacionada con los demás parámetros incluidos en este sistema. Romana (1994) propone un sistema de clasificación para la excavación de los macizos rocosos basado en el siguiente índice: N = Rc J RQD  Js  r Jn Ja (1.1) Donde: N, índice de excavación (adimensional); Rc, resistencia a compresión de las rocas (MPa); RQD, índice de calidad de la roca (%); Jn y Jr, parámetros del sistema de clasificación Q de Barton (adimensionales); Js, valor de la disposición relativa de los 16 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral bloques inclinados según la dirección de arranque (adimensional). Para material intacto Js = 1,0; Ja, factor de alteración de la junta (adimensional). Según el índice de excavación (N), se evalúa la facilidad al arranque mediante escarificado de la siguiente forma: Fácilmente escarificado (1 < N < 10) Escarificado duro (10 < N <1 000) Escarificado muy duro (100 < N <1 000) Escarificado extremadamente duro/voladura (1 000 < N < 10 000) Voladura (N > 10 000) Ovejero (1987) considera que la velocidad de propagación de las ondas sísmicas de las rocas en el proceso de arranque es el parámetro más significativo y que a partir del mismo se infiere su fortaleza. Esta norma se ha utilizado para clasificar las rocas en cuanto a su escarificación o volabilidad. Aunque, si bien es un parámetro muy significativo, no debe ser tenido en cuenta de manera aislada como decisor único, sino visto en conjunto con otros factores del macizo rocoso como el comportamiento mecánico de la roca y su estructura. Las clasificaciones de excavabilidad también se han establecido para la minería a cielo abierto. Franklin (1971, 1977) se basa en los valores del espaciamiento entre las grietas (Eg) y los valores de la resistencia a la compresión simple de las rocas (Rc) (Figura 1.4). En este caso, el índice de espaciamiento entre grietas es un valor promedio, por lo que su medida es aproximada y requiere del acompañamiento de un histograma o su presentación a través de intervalos de variación. En esta metodología se proponen cuatro zonas o regiones, de acuerdo con los valores de los parámetros medidos, pero no se especifican los tipos de maquinarias de arranque a utilizar ni sus capacidades (Aduvire, 1992). 17 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Figura 1.4. Clasificación propuesta por Franklin (1977). Atkinson (1977) propone un nomograma donde aparecen zonas de aplicación para cada tipo de maquinaria utilizada en el arranque de la roca en función de la resistencia a compresión simple. En la referida investigación, de acuerdo con los criterios expuestos por Noa (2003), no se consideran las discontinuidades de los macizos rocosos, un aspecto de gran influencia en el proceso de excavación porque en las rocas duras el arranque se realiza aprovechando los planos de las estructuras geológicas primarias como los estratos y secundarias como grietas y fallas. Scoble y Muftuoglu (1984) formulan un índice de excavabilidad del macizo rocoso con siete niveles de excavación (Tabla 1.2) mediante el empleo de la siguiente expresión: IE = W + S + J + B (1.2) Donde: IE, índice de excavabilidad (adimensional); W, grado de alteración del macizo rocoso, determinado en las paredes de las excavaciones subterráneas (adimensional); S, resistencia a la compresión simple (MPa); J, distancia entre grietas (m); B, Potencia de los estratos (m). 18 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral En el índice IE los límites relativos superiores de S, J y B se definen al tomar como referencia el rendimiento de las excavadoras hidráulicas. A partir de esto se determina que todos los macizos rocosos con índices menores a 70 pueden arrancarse con equipos medianos, entre 70 y 100 con equipos grandes y los de índices mayores a 100 solo con voladuras. Tabla 1.2 Valoración de la excavabilidad de los macizos rocosos, en función de los valores del índice de excavabilidad propuesto por Scoble y Muftuoglu (1984) Clase Facilidad de excavación Índice (W+ S+J+B) 1 Muy fácil <40 2 Fácil 40-50 3 Moderadamente difícil 50 - 60 4 Difícil 60 - 70 5 Muy difícil 70 - 95 6 Extremadamente difícil 95 -100 7 Extremadamente difícil > 100 Equipo de excavación Tractores de escarificado; Dragalinas; Excavadoras Dragalinas; Excavadoras Excavadoras Modelos de equipos empleados Tractor (Cat. D8) Dragalina > 5m3 (Lima 2400) Excavadora de cables > 3m3 (Ruston Bucyrus 150 RB) Tractor (Cat. D9) Dragalina > 8 m3; (Marion 195) Excavadora de Cables > 5m3; (Ruston Bucyrus 150 RB) Tractor - Excavadora – Pala; Cargadora (Cat. D9) Excavadora Hidráulica > 3 m3; (Cat. 245) Tractor - Excavadora – Pala Cargadora (Cat. D10). Excavadora Hidráulica > 3 m3; (Cat. 245 ó O&K RH40) Excavadora Hidráulica > 3 m3; Cat. 245 ó O&K RH40 Demag H111- Excavadoras; Poclain 1000 CK Hidráulicas P & H 1200 > 7 m3; R H 75 Demag H 185 Excavadoras Demag H 241 Hidráulicas O & K RH300 > 10 m3 Al igual que otras clasificaciones, la de Scoble y Muftuoglu (1984) también presenta algunas limitaciones, el índice sólo permite determinar el tipo de arranque mecánico y está definido para macizos estratificados sin poder generalizarse a otros tipos como masivos o en bloques compuestos por rocas ígneas o metamórficas. 19 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Lilly (1986, 1992) propone el índice de Volabilidad “BI” para trabajos con rocas blandas y duras, obtenido como la semisuma de las calificaciones asignadas a cinco propiedades como se muestra en la siguiente ecuación y en la tabla 1.3: BI = 0,5 (RMD + JPS + JPO + SGI + RSI) (1.3) BI, índice de volabilidad (adimensional); RMD, descripción del macizo rocoso (adimensional); JPS, espaciamiento de las juntas planares (m); JPO, orientación de las juntas planares (grados sexagesimales); SGI, peso específico (N/m3); RSI, dureza de la roca (MPa). El radio de influencia de la dureza de la roca (RSI) se estima a partir de la expresión: RSI = 0,05 x RC; donde RC es resistencia a la compresión (MPa). A partir del índice de volabilidad se puede determinar el consumo específico del explosivo (CE) y los factores de energía (FE) que se calculan con las expresiones siguientes: CE(kg anfo / t ) = 0,004·BI (1.4) FE (MJ / t )  0,015·BI (1.5) Tabla 1.3 Factores de ponderación de los parámetros del índice de volabilidad, (Lilly, 1986, 1992) PARÁMETROS GEOMECÁNICOS 1.– Descripción del macizo rocoso (RMD) Friable/poco consolidado. Diaclasado en bloques. Poco masivo. 2.– Espaciamiento entre planos de juntas (JPS) Pequeño (< 0,1 m) Medio (0,1 a 1 m) Grande (> 1 m) 3.– Orientación de los planos de juntas (JPO) Horizontal. Buzamiento normal al frente. Dirección normal al frente. Buzamiento coincidente con el frente 4.– Influencia del peso específico (SGI) (SGI es el peso específico en t/m3) CALIFICACIÓN 10 20 50 10 20 50 10 20 30 40 SGI  25 SG  50 20 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Singh et al. (1987) formulan un índice de escarificación para formaciones carboníferas. Ellos proponen gráficos para el funcionamiento del escarificador en una amplia variedad de rocas que se basan en la velocidad sísmica de propagación de las ondas de compresión (ondas P) a través del macizo rocoso mediante una prospección geofísica de sísmica de refracción (Church, 1981; Caterpillar, 2001). El índice propuesto presenta limitaciones por incluir un solo parámetro sin tener en cuenta la intensidad de agrietamiento y espaciado entre discontinuidades. Hadjigeorgiou y Scoble (1988) presentan un sistema de clasificación empírica para evaluar la facilidad de excavación de los macizos rocosos al combinar los valores de cuatro parámetros geomecánicos: resistencia bajo carga puntual (I s), tamaño de bloque (Bs), alteración y disposición estructural relativa. En la Tabla 1.4 se presentan los valores asignados a cada uno de los parámetros. Tabla 1.4 Sistema de evaluación del índice de Excavabilidad (Hadjigeorgiou y Scoble, 1988) Clase Resistencia bajo carga puntual: Is(50) Valoración (Is) Tamaño de bloque Jv (Juntas/m3) Valoración (Bs) Alteración Valoración (W) Disposición estructural relativa Valoración (Js) Valoración IE Facilidad de excavación 1 0,5 2 0,5 – 2,0 3 1,5-2,0 4 2,0-3,5 5 >3,5 0 Muy pequeño 30 5 10 Muy pequeño 10-30 15 15 Medio 20 Grande 25 Muy grande 3-10 30 1-3 45 1 50 0,6 Muy favorable 0,7 Favorable 0,8 0,9 Desfavorable 1,0 Muy desfavorable 0,5 Muy fácil < 200,5 0,7 Fácil 20-30 1,3 Muy difícil 45-55 1,5 Voladura >55 Ligeramente favorable 1,0 Difícil 30-45 El Índice de Excavabilidad (IE) se define mediante la expresión: IE  ( I S  BS )·W ·J S (1.6) 21 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Is, índice de resistencia bajo carga puntual (MPa); Bs, índice de tamaño de bloque; W, índice de alteración; Js, índice de disposición estructural relativa. Los índices Is y Bs constituyen los de mayor importancia del índice IE porque condicionan la resistencia y tamaño de bloque del macizo y por consecuencia la facilidad de excavación. Del método anterior se deduce que, en algunos casos, la mayor alteración o meteorización de los materiales rocosos puede propiciar una excavación más fácil. De igual manera, la disposición espacial de la estructura rocosa con respecto a las direcciones y sentidos de los elementos de arranque juega un papel significativo, llegando a afectar la excavabilidad de los macizos y por este motivo también interviene en el sistema de evaluación. Esta metodología es aplicable, tanto para los trabajos subterráneos como a cielo abierto, sin embargo, no toma en cuenta la distribución espacial de las características geológicas y geomecánicas. Singh et al, (1989), definen un índice de arranque de las rocas (IR) que consiste en la determinación de cuatro parámetros geomecánicos para la clasificación de los macizos rocosos (Tabla 1.5). Los parámetros del procedimiento son: la resistencia a la tracción y espaciamiento entre discontinuidades, ambos estimados a partir del índice de carga puntual o con ensayo brasiliano; el grado de meteorización, el cual se obtiene mediante observación visual y el grado de abrasividad obtenido por medio del índice de Cercha. A partir del IR se clasifican los macizos rocosos en cinco grupos de acuerdo con la facilidad de arranque mecánico de las rocas. El método expuesto ofrece información orientativa, de carácter generalizador, que requiere su precisión en cada frente o sector del yacimiento, por lo que se necesita la presencia de personal calificado en cada caso. Para las condiciones estudiadas es necesario regionalizar o sectorizar las características que definen en este sentido el método de arranque y las cualidades del macizo. 22 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Tabla 1.5 Clasificación de macizos rocosos según su escarificación (Singh et al., 1989) Parámetros 1 Resistencia a tracción (Mpa) Valoración Grado de alteración Valoración Grado de abrasividad Valoración Espaciamiento entre discontinuidades (m) Valoración Valoración total Escarificación Tractor recomendado Potencia (kW) Peso (t) Clases de macizos rocosos 2 3 4 5 <2 2-6 6-10 10-15 > 15 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 Completo Alto Moderado Ligero Nulo 0-4 4-8 8-12 12-16 16-20 Muy bajo Bajo Moderado Alto Nulo 8-12 12-16 16-20 0-4 < 0,06 4- 8 0,3-1 1-2 >2 0-10 < 22 Fácil Ningunoclase 1 ligero < 150 < 25 06 - 0,3 10 - 20 22 - 44 20-30 44-66 Difícil 40-50 > 88 Voladuras Clase 2 medio Clase 3 pesado 150-250 25-35 250-350 35-55 30-40 66-88 Marginal Clase 4 muy pesado < 350 < 55 Clase 5 ---- El método gráfico propuesto por Karpuz (1990) para seleccionar el arranque de las rocas se basa en los valores de los índices de carga puntual y espaciamiento de las discontinuidades. Este último parámetro define el tamaño de los bloques del macizo mientras que los valores de carga puntual se vinculan con la fortaleza de la roca. Dicho autor considera principalmente dos métodos de arranque de las rocas: perforación y voladura y el mecánico. Este último consta de cuatro variantes: escarificación extremadamente difícil, muy difícil, difícil y fácil (Figura 1.5). Este gráfico, muy utilizado en la actualidad, sirve de guía al basarse también en los métodos citados por Franklin (1971), Kirsten (1982), Scoble y Muftuoglu (1984) y Smith (1986) pero se recomienda la ampliación de los rangos para las propiedades descritas. 23 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Figura 1.5 Método gráfico de excavabilidad de la roca (tomado de Karpuz, 1990). Pettifer y Fookes (1994) establecen que la excavabilidad de la roca depende de propiedades individuales del macizo rocoso, del equipamiento para la excavación y del método de laboreo. Establecen que además de la tensión de la roca, expresada por el índice de carga puntual y las características de las discontinuidades, se define el tamaño individual del bloque rocoso, como uno de los parámetros más importantes para la escarificación de la roca. Dichos autores muestran un gráfico detallado, similar al propuesto por Franklin et al. (1971) que incluye una categorización más detallada de los métodos de excavación. Dicha investigación reviste importancia porque constituye la principal referencia para 24 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral el establecimiento de los rangos de los índices utilizados en la presente investigación para la delimitación de los métodos de arranque en canteras de áridos. Jamaluddin y Mogana (2000), Mohd, Amin y Tonnizam (2003), Jamaluddin y Yusuf (2003) y Caterpillar (2001, 2006) entre otros, utilizan la evaluación de los métodos de excavación sobre la base del método gráfico de Karpuz (1990), con los que se obtiene resultados satisfactorios en macizos rocosos de geología variada. Hakan (2004) realiza un estudio de excavabilidad utilizando cuatro parámetros: resistencia a la compresión uniaxial (UCS), índice de carga puntual, velocidad sísmica, espaciado de las discontinuidades. También propone el uso de la energía específica, (definida como la energía para extraer unidad de volumen de material) para las evaluaciones. Estos parámetros se dividen en cinco clases principales con respecto a la clasificación de escarificación. Aunque muchos métodos de evaluación de la excavabilidad se basan en la velocidad de las ondas sísmicas como indicador, sus resultados a menudo son poco fiables (Kramadibrata, 1998; Rucker, 1999; Hakan, 2004). Esto se debe fundamentalmente a las propiedades básicas de las rocas, tales como resistencia y abrasividad que afectan directamente en el método de escarificación. Scoble y Muftuoglu (1984) y Basarir (2006) concluyeron que las características de las rocas junto a las dimensiones de la excavación son factores que afectan la escarificación. Del análisis sobre la revisión del referido trabajo se distingue que los autores han basado su estudio sólo en dos factores al no evaluar otros índices que aseveren su conclusión, lo cual justifica la necesidad de precisar en algunos elementos tales como la estructura del macizo y la evaluación de índices geomecánicos que permitan valorar de forma más efectiva los factores que pudieran afectar al mencionado método mecánico. Por su parte, Bozdag (1988) modificó el gráfico propuesto por Franklin et al. (1971) para sugerir el tipo de equipamiento en sus casos de estudio. Este plantea que dentro de las propiedades del macizo rocoso para tener en cuenta, se incluye el tipo de roca, grado de alteración, características estructurales, abrasividad, contenido de 25 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral humedad y la velocidad de las ondas sísmicas. Como deficiencia de la investigación se considera la no utilización de parámetros como el espaciamiento entre discontinuidades y valores de resistencia a la carga puntual o a la compresión simple para estimar el método de excavación. Hoek y Karzulovic (2000) utilizaron los datos del estudio de Abdullatif y Cruden (1983) para estimar el índice de resistencia geológica (GSI) con la finalidad de evaluar la resistencia del macizo rocoso, propuesto por Hoek y Brown (1997). Para valorar este índice y la tensión de los macizos rocosos, Hoek y Karzulovic (2000) y, Tsiambaous y Saroglou (2005) sugieren un rango de GSI para diferentes métodos de excavación y proponen que los macizos rocosos pueden ser excavados con valores GSI hasta 40 y valores de tensiones del macizo de alrededor de 1 MPa, mientras que pueden ser escarificados para valores de GSI de alrededor de 60 y valores de tensión del macizo alrededor de 10 MPa. La voladura sería el único método efectivo de excavación para los macizos rocosos que exhiben valores de GSI mayores que 60 y tensiones mayores a 15 MPa. 1.5. Actualidad y situación del tema en Cuba El establecimiento de indicaciones metodológicas para la elección del método de arranque de rocas sólo ha sido evaluado en Cuba por Noa (2003), aunque su propuesta es empleada durante el laboreo de excavaciones subterráneas horizontales de pequeña y mediana sección en la región oriental del país. El autor supera algunas de las limitaciones presentes en trabajos precedentes, mediante la creación de una metodología que permite agrupar diferentes parámetros hasta entonces utilizados indistintamente y de forma aislada por varios autores. Esta investigación fue satisfactoria para los objetivos propuestos. Sin embargo, su metodología no tuvo en cuenta la delimitación de dominios geomecánicos que permitieran la agrupación del macizo por sectores con semejanzas en el comportamiento de las variables analizadas. 26 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral A pesar de los criterios anteriores, no se reporta en la literatura consultada el uso de un procedimiento que integre las principales características geológicas y geomecánicas del macizo. Todos los aspectos abordados en el análisis bibliográfico, resaltan la necesidad de estudios con enfoques sistémicos que favorezcan la aplicación de los métodos de arranque de las rocas en función de las condiciones objetivas de cada macizo rocoso. 1.6. Conclusiones La elección del método de arranque ha sido estudiada por diversos investigadores que han propuesto clasificaciones de excavabilidad de las rocas, dirigidas en lo fundamental a las excavaciones subterráneas y, en menor medida, a las labores a cielo abierto. Las clasificaciones propuestas por los diferentes autores emplean, entre otros, los parámetros geotécnicos siguientes: velocidad de las ondas sísmicas; resistencia a la carga puntual; resistencia a la compresión simple; dureza y abrasividad; así como la orientación, persistencia, distancia entre grietas y tamaño del bloque, lo que constituyen características de las discontinuidades. Estas clasificaciones no integran los índices geológicos y geomecánicos más influyentes en el proceso de arranque, por tanto se consideran poco adecuadas para la elección del método racional de arranque de las rocas. Los aspectos teórico-experimentales y tecnológicos del proceso de arranque de las rocas en las canteras para áridos en Cuba, sugieren fundamentalmente el empleo de la perforación y voladura como método de arranque. Para ello consideran las características geológicas y geomecánicas del macizo, preestablecidas para justificar la implementación del referido método. Lo anterior, demuestra la necesidad de desarrollar un procedimiento, a partir de un enfoque sistémico, para la elección del método de arranque basado en las características específicas de cada macizo, donde se integren los índices geológicos y geomecánicos del mismo. 27 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral CAPÍTULO II. PROCEDIMIENTO PARA LA ELECCIÓN DEL MÉTODO DE ARRANQUE DE LAS ROCAS 2.1. Introducción La excavabilidad de las rocas depende de diversos parámetros fundamentales que deben ser considerados en el proceso de arranque. La identificación de los principales parámetros que influyen en la excavabilidad del macizo rocoso mediante índices geológicos y geomecánicos resulta novedoso debido a que con la ayuda de tales índices se establecen los dominios geomecánicos que a su vez constituyen la base para establecer un procedimiento, que permita elegir satisfactoriamente el método de arranque más idóneo. El objetivo del presente capítulo es elaborar un procedimiento para la elección del método de arranque de las rocas en canteras para áridos. 2.2. Identificación de los parámetros que influyen en la excavabilidad de las rocas Del análisis realizado en las diferentes fuentes bibliográficas estudiadas en el capítulo anterior, se estableció que la metodología a emplear en el proceso de identificación y selección de los parámetros que influyen en la excavabilidad de las rocas debe ser la consulta a expertos, mediante el Método Delphi, por la fiabilidad que el mismo ofrece para la presente temática de investigación. 28 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Dicho método permite definir cuáles elementos serán tomados en consideración para la elaboración del procedimiento a partir de la identificación de los parámetros o criterios, como una de las exigencias principales para la excavabilidad de las rocas. En la presente investigación se valoraron los parámetros a tener en cuenta para la elaboración del procedimiento, que posibilite la elección del método de arranque de las rocas en canteras para áridos y se confeccionó un listado con los criterios más utilizados en las clasificaciones analizadas en la bibliografía. Dicho registro fue sometido a una consulta a expertos nacionales e internacionales, los cuales valoraron la propuesta y sugirieron la inclusión de nuevos parámetros. Se sometieron a criterio de expertos un grupo de 15 parámetros que influyen en la elección del método de arranque de las rocas, los cuales muestran a continuación:  Tipo de roca  Resistencia a la compresión simple de la roca  Resistencia a la carga puntual de la roca  Fortaleza de la roca  Persistencia o continuidad  Espaciamiento de las discontinuidades  Orientación de las discontinuidades  Tipo de relleno de las grietas  Tamaño del bloque  Abrasividad  Erosión  Cohesión  Ángulo de fricción residual  Velocidad sísmica  Índice de calidad del macizo (RMR). Existen diferentes métodos para el procesamiento de los criterios, de ellos se seleccionó el Método Delphi (Legrá, 2012), al considerar que el mismo permite una determinación del número de expertos mediante técnicas estadísticas, el nivel de 29 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral precisión y confianza deseada, además de aceptarlos y elegirlos en función de su nivel y competencia. Los especialistas consultados proceden de los centros vinculados con la investigación, la docencia, la producción y los servicios. Se consultaron expertos procedentes de las instituciones siguientes: Empresa de Servicios Minero Geológico (EXPLOMAT) de Ciudad de la Habana (dos especialistas) y Santiago de Cuba (dos especialistas); Empresa de Materiales de la Construcción de Holguín (un especialista); el Instituto Superior Minero Metalúrgico de Moa (un especialista). Proceden además de la Oficina Nacional de Recursos Minerales (ONRM) (un especialista); Servicio Geológico Mexicano (SGM) (un especialista); Universidad de Huelva (un especialista); Universidad de Barcelona y Universidad de Oviedo, en España (dos especialistas); Escuela Superior del Litoral, Ecuador (ESPOL) (dos especialistas) y la Universidad de Panamá (dos especialistas) para un total de 15 especialistas. 2. 3. Método Delphi Para la aplicación del método se siguieron los pasos que se exponen a continuación: 1. Elaboración del cuestionario - Se elaboró partiendo de los parámetros que se consideran en las metodologías existentes, para evaluar la facilidad de excavación de la roca en el macizo (epígrafe 2.1). 2. Determinación del número de expertos - Para la determinación del número de expertos se utilizó el método probabilístico presentado por Legrá (2012). Como resultado se obtuvo que se deben consultar 10 expertos (Anexo 1). 3. Selección de los expertos - Se eligieron 15 candidatos, los cuales fueron encuestados para evaluar su competencia y fueron seleccionados 10 especialistas. El cuestionario 30 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral presentado y los resultados de la evaluación de la competencia se recogen en los Anexos 3 y 4. 4. Rondas de Delphi Las encuestas confeccionadas se enviaron a los expertos para obtener criterios cualitativos en una primera ronda y cuantitativos en las rondas dos y tres, lo que permitió obtener una unidad de criterios acerca de los aspectos que tienen mayor incidencia en los procesos analizados. Primera ronda para determinar los criterios: En esta ronda se somete al criterio de los expertos el cuestionario elaborado (Anexo 2) para seleccionar los parámetros más importantes para evaluar la excavabilidad (ver epígrafe 2.2) y además obtener de los expertos otros criterios que deben ser considerados. Como resultado de esta ronda, fueron añadidos por sugerencia de los expertos los siguientes criterios: litología, estratificación, porosidad y fallas. Por consiguiente son aceptados 18 parámetros que serán examinados en la siguiente ronda. Segunda ronda para eliminar los criterios de más baja aceptación: En esta ronda fueron eliminados los parámetros que recibieron un apoyo muy bajo y sometido al proceso de selección 18 parámetros. Cada experto concedió un valor en una escala de 1 a 18 para cada criterio. El mayor valor (18) indica la máxima aceptación del criterio como parámetro para evaluar la excavabilidad de la roca. Fueron seleccionados 11 parámetros como resultado, los cuales pasaron a la tercera ronda (Anexos 5 y 6). Tercera ronda para seleccionar los parámetros a tener en cuenta: En la tercera ronda fueron seleccionados los parámetros que se deben tener presentes para evaluar la excavabilidad y se determina la concordancia en el criterio de los expertos. Se sometieron al criterio de expertos 11 parámetros (Anexo 7). 31 �Hernández Jatib N. Tesis Doctoral Finalmente, se realiza una prueba de significación para determinar la concordancia entre los criterios expresados por los expertos (Legrá, 2006). Al respecto, se definen las siguientes hipótesis con un nivel de significación de 0,05: Hipótesis nula: (H0): No existe consenso entre los expertos con relación a los criterios emitidos (K=0). Hipótesis alternativa: (H1): Los expertos están de acuerdo, hay consenso entre ellos (K≠0). Criterio de decisión 2 Si 2Calculada≤ Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Tesis Text A resource consisting primarily of words for reading. Examples include books, letters, dissertations, poems, newspapers, articles, archives of mailing lists. Note that facsimiles or images of texts are still of the genre Text. Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Procedimiento para la elección del método de arranque de las rocas en canteras para áridos Creator An entity primarily responsible for making the resource Naisma Hernández Jatid Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Tesis doctoral Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 2015 https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/aba6d35a8b969b06e36238efe0b33bd4.pdf 017e0be22eb6b7693b471923c6a90ba6 PDF Text Text �HIGHER INSTITUTE OF MINING AND METALLURGY OF MOA READING SELECTIONS FOR MECHANICAL ENGINEERING STUDENTS ENGLISH IV AUTHORS: M. Sc. MIRTHA ODALIS OLIVERO HERRERA M. Sc. GEORGINA AGUILERA SABORIT M. Sc. ADIS FIOL CUENCA M. Sc. ADELFA VERDECIA CRUZ M. Sc. MARIO ANDRÉS NAVARRO CONSUEGRA Lic. RICHEL FERNÁNDEZ MORA Lic. YANISEL BATISTA NUÑEZ Lic. ALIUSKA HINOJOSA CALA �Página legal Título de la obra: Reading selections for Mechanical Engineering students. English IV, 69 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 -- ISBN: 978-959-16-4174-8 1. Autor: Mirtha Odalis Olivero Herrera 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Corrección: Dr. C. Tania Bess Reyes Diseño: Wilkie Villalón Sánchez Institución de los autores: ISMM «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://edum.ismm.edu.cu �Preface Este folleto presenta una selección de textos de la literatura técnica que los estudiantes de la carrera Ingeniería Mecánica encontrarán durante su aprendizaje en la universidad y durante el desarrollo de su profesión. Con ello, se complementan folletos anteriores en los que se enseñan los aspectos gramaticales y el vocabulario general y técnico requerido para comprender el idioma inglés con fines profesionales en una forma adecuada para este nivel de enseñanza. Se presenta, además, un glosario en inglés de términos tomados del vocabulario técnico de mayor uso en libros relacionados con la especialidad. Asimismo, teniendo en cuenta que el objetivo principal de la asignatura Inglés es leer y comprender literatura técnica en este idioma, se concibió la ejercitación para que los estudiantes se apropien de un sistema de conocimientos que puedan generalizar y aplicar posteriormente. �Index Preface Page !!! Theme 1: Strength of Materials Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods 1 Reading B: Strength of Materials (Assumptions 1 and 2) 5 Reading C: Strength of Materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) 11 Reading D: Ductility and Brittleness. Hardness 17 Reading E: Beams-Shear forces 20 Theme 2: Machines Reading A: Automatic Control of Machine Tools 24 Reading B: A car wash for cleaner air 27 Reading C: Kinematic 30 Reading D: The Centre Lathe 35 Theme 3: Thermodynamic Reading A: Thermodynamics system 40 Reading B: Thermodynamics reversibility 45 Reading C: The subject of Hydraulics 49 Theme 4: Cavitations Reading A: Cavitations 54 Complementary Texts Reading A: Historical Perspective 59 Reading B: Some criteria to select the appropriate material 60 Glossary 62 �Theme 1: Strength of Materials Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods) I. Before you start reading Rate your knowledge of key vocabulary on this topic. Write an (X) next to the words you can give their Spanish equivalents. Notice the grammatical category (part of speech) in parentheses beside each word in the list. * ___ science (n) ___ relegate (v) ___ property (n) ___ stiffness (a) ___ background (n) ___ deformable (a) ___ use (v) ___ irrelevant (a) ___ place (n) ___ design (n) (v) ___ section (n) ___ body (n) ___ machine (n) ___ treat (v) ___ reliable (a) ___ motion (a ) ___ deal (v) ___ branch (n) (v) ___ ability (n) ___ strength (n) ___ cumbersome (a) * (a) = adjective (n) = noun (v) = verb II. Look up the new words in a bilingual dictionary and write them down in your notebook. III. Fill in the blanks with the corresponding word from the previous list. a) Stiffness and __________ are properties of materials. b) Strength is the _________ to resist deterioration. IV. Read the list of words provided again. Taking into account their meanings and relationships, can you predict what the title of the text will be? Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods) From «Strength of Materials» By P. Stepin The necessary, i.e., reliable dimensions strength of materials is the science of resistance and stiffness of elements of engineering structures. The methods of this science are used in design practice to determine of machine parts and various structural members. 1 �The fundamental principles of strength of materials are based on the laws and theorems of general mechanics and in the first place on the laws of statics without the knowledge of which the study of strength of materials is inconceivable. In contrast to theoretical mechanics, strength of materials deals with problems in which emphasis is placed on the properties of deformable bodies while the laws of motion of a body as a whole are not only relegated to the background but in some cases are altogether irrelevant. At the same time, due to the generality of its fundamental principles strength of materials may be regarded as a section of mechanics which is called mechanics of deformable solids. Mechanics of deformable solids includes also other branches, such as the mathematical theory of elasticity which treats essentially the same problems as strength of materials. The difference between strength of materials and the mathematical theory of elasticity lies primarily in the approach to the solution of problems. In the mathematical theory of elasticity which also studies the behaviour of deformable solids the problems are stated more rigorously. Hence the solution of problems in many cases calls for a complex mathematical apparatus and frequently involves cumbersome computational operations. In consequence the possibilities for practical application of the methods of the theory of elasticity are limited. On the other hand, a more comprehensive analysis of the various phenomena is attained. Exercises I. Begin reading I. Synonyms: From this list, choose a synonym for the word in bold type in each sentence. Use appropriate tenses for verbs and singular or plural forms for nouns. You can use the dictionary. Embarrassing Rigidity Apply Quality Equipment Failure 1. The ability to resist deformations is called stiffness. 2. The ability to resist deterioration is called strength. 2 �3. The methods of strength of materials are used to determine of machine parts. 4. Stiffness and strength are properties of materials. 5. Hence the solution of problems in many cases calls for a complex mathematical apparatus and frequently involves cumbersome computational operations. II. Complete the following cooperative crossword puzzle. Work in pairs. In order to solve this crossword puzzle, you will have to cooperate with your partner. You have only the definitions and your partner has the puzzle. Read, and if necessary, explain the definition when your partner asks. You may not look at the puzzle and your partner may not look at the definitions. In other words, you may cooperate verbally but not visually! 1 2 3 4 5 6 9 10 7 8 3 �Across 1- A Down synonym of «embarrassing», 2- A word meaning «Entre» in English. «troublesome» (parag. 5) (parag. 4) 5- The word that expresses «Ley» in 3-Something that is «trustworthy», English. (parag. 2) «dependable» (parag. 1) 10- A verb meaning «lograr», «alcanzar» 4- The ability to resist deformation, rigidity in English (in simple past). (parag. 5) (parag. 1) 6- The antecedent of the word «Application» 7- The word that means «Mientras» in English (parag. 3) 8- Distortionable (parag. 3) 9- Figure (in plural) (parag. 3) II. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. Where are the methods of Strength of materials used in? 2. What are the main principles of Strength of materials based on? 3. What are the branches of mechanics of deformable solids? 4. What is the difference between Strength of materials and The Theory of Elasticity? 5. What does The Theory of Elasticity study? II. Scan through the text and write a summary in English. 4 �Reading B: Strength of Materials (Assumptions 1 and 2) I. Before you start reading I. Fill in the blanks to complete these definitions using words from the list. a) What is a rod? A rod is a _________ with one dimension _________ than the other _________. List: two, bigger, body b) What is a block? A block is a body with three ____________ in the _________order. List: same, dimensions STRENGTH OF MATERIALS (Assumptions 1, 2) From «Strength of Materials» By P. Stepin Most of the structures an engineer has to deal with are very complicated in form, but their individual elements can be reduced to the following simplest types. A rod is a body, two dimensions of which are small as compared with the third (fig. 1a). In a particular case a rod may have a constant cross- sectional area and a straight-line axis. The axis of a rod is a line passing through the centroids of its cross sections. A rod with straight- line axis is often called a bar. a) c) 5 �b) Fig. 1 d) A plate is a body bounded by two flat surfaces, the distance between which is small as compared with the other dimensions. (fig. 1b) A shell is a body bounded by two curvilinear surfaces, the distance between which is small as compared with the other dimensions. (fig. 1c) A block is a body, where three dimensions are in the same order. (fig. 1d) Engineers are primarily concerned with bodies having the form of rods of constant rod sections, and the simplest systems composed of such rod. They deal with rods having a considerable degree of stiffness, i.e., rods which do not become noticeably deformed under load. In very slender bars, such large deformation occurs, that they cannot be disregarded, even in determining the reaction of support. Methods of analysis of slender bars, plates, shells and blocks, are treated in a subject called theory of elasticity, free of the simplifying hypothesis which is introduced in a study of strength of materials. The methods of the theory of elasticity provide exact solutions of problems treated in a course on strength of materials, as well as solutions of more complicated problems, where it is not possible to state applicable simplifying hypothesis. Methods of designing bar systems are studied in the theory of structures also known as structural mechanics. Assumptions in Strength of materials In view of the complexity of structural analysis certain simplifying assumptions are made concerning-properties of materials, loads and the nature of the interaction of a part and loads. Experimental verifications of design relations, obtained on the basis of the 6 �assumptions, given below, show that the resultant error is so insignificant that for practical purposes it can be neglected. Assumption 1 The material of a body has a solid (continuous) structure. This is fully justified form the practical point of view as most structural materials have such fine- grained structure that they can be considered solid, continuous, without giving rise to appreciable error. Calculations give satisfactory results in practice even for such materials as timber, concrete and stone. This is due to the fact that the dimensions of real parts are many times greater than interatomic distances. This assumption makes it possible to employ a method of analysing infinitesimal volumes for which the mathematical apparatus of continuous functions may be used and to apply the results obtained to real specimens. Assumption 2 The material of a part is homogeneous. i.e., it has identical properties at all points. Metals posses a high degree of homogeneity, i.e., they have practically the same properties throughout a part. Timber, concrete, stone and reinforced plastics are less homogeneous. Concrete contains an aggregate - small stones, gravel, brick – the properties of which are different from those of cement. In timber there are knots; in plastics, the properties of a resin differ from those of a filler. Nevertheless, calculations based on this assumption, give satisfactory results for main structural materials. II. Begin reading III. Expand your vocabulary. Scan through the text and find the equivalent to: a) centro de gravedad____________________________________ b) eje rectilíneo_________________________________________ c) superficie llana_______________________________________ 7 �d) trata con____________________________________________ e) propiedades de los materiales____________________________ f) de granulación fina_____________________________________ g) debido a _____________________________________________ h) muestra, tipo__________________________________________ i) no obstante____________________________________________ IV. Scan through the text and complete the following chart taking into account the similarities and the differences of these materials. Materials Similarities Differences Stone Concrete Timber Reinforced plastics V. Scan through the text again and write out of the reading: a) Two sentences with connectives of addition. b) Two sentences with connectives of concession, contrast and opposition. c) Two sentences with connectives of cause, motive and reason. 8 �d) Two sentences with connectives of purpose. VI. Scan through the text and try to organize these ideas in order of appearance in the text. a) _____A shell is a body whose surfaces are curves. b) _____The material of a body has a continuous structure. c) _____Calculations give satisfactory results for structural materials. d) _____Concrete is a material made of cement and gravel. e) _____The majority geometric forms of the structures in engineering are complicated. 9 �V. Read the text and draw information related to: Types to which individual structural elements can be reduced The advantages of the theory of elasticity The purpose of assumptions in Strength of materials III. Keep on reading I. Two Mechanical Engineering students are studying about Strength of Materials. Complete this short dialog for you to know. John: Jimmy, can you help me to complete this exercise? Do you know what the ability to resist deformations is? Jimmy: Yes, of course. It is called____________________. John: And, what a body whose surfaces are curve is? Jimmy: It is called________________. Now, it´s my turn to ask. What are the changes in shape and dimensions called? John: I think they are called__________________. Jimmy: I think I have a difficult question for you. Can you tell me what a body with one dimension bigger than the other two is? John: Wow! It´s too easy. It´s called_________________. And what is a wooden material with knots? Jimmy: It´s called______________________. List: deformations, timber, concrete, stiffness, rod, shell. II. Make a brief summary of the text in English. 10 �Reading C: Strength of materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) I. Before you start reading a) Fill the blanks with words from the following list following the sentences. 1. When a material has the same properties in all directions it is called_____________. 2. The internal forces are also called forces of __________________. 3. Non-uniform cooling can induce internal forces in ________________ parts. 4. The principle of superposition can be used with deformable bodies only under________________ conditions. 5. The word __________________ is used to express the difference between the initial position of a body and any later position a) elasticity b) steel c) certain d) displacement e) prior f) isotropic g) level out h) as well Reading C: Strength of materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) From «Strength of Materials» By P. Stepin Assumption 3. The material of a part is isotropic, i.e., it has identical properties in all directions. The crystals of which many materials consist have quite different properties in different directions. Cooper crystals are more than three times as strong in one direction than in another. However, in fine-grained materials the properties in different directions become uniform, they «level out» due to the disorderly arrangement of a great number of crystals, and these materials an be considered, virtually isotropic. 11 �For such materials as timber, reinforced concrete and plastics, the above assumption is only approximate. Such materials, whose properties are different in different directions, are called anisotropic. In the solution of some problems concerning for example, plastics, it is necessary to take into account the anisotropy of the material by the application of the methods in the theory of elasticity. Assumption 4. There are not internal (initial) forces in a body prior to loading. The forces of interaction between the particles of a material, the distances between which vary, resist changes in the shape and dimensions of the body under load. Henceforth, speaking of internal forces (or forces of elasticity) we shall have in view just these forces (stresses), without taking into account the molecular forces existing in an unloaded body as well. Stress-strain This assumption is not, strictly speaking, true of a single material. In steel parts sometimes there exist internal stresses induced by non-uniform cooling, and in timber by non-uniform drying; in concrete they arise during setting. The magnitude of these forces (stresses) is important to be known by a designer. When there is reason to suppose that these forces (stresses) are considerable, an attempt is made to determine them (experimentally). Assumption 5. The principle of superposition The effect of a system of forces acting on a body is equal to the sum of the effects of these same forces applied to the body in succession and in any order. The word «effect» implies deformation, internal forces produced in a body and displacements of individual points, depending on the particular case. It should be born in mind that the action of the separate forces of a system should be considered in conjunction with the corresponding reactions of constraints. The principle of superposition, extensively used in theoretical mechanics for absolutely 12 �rigid bodies, can be applied to deformable bodies only under the following conditions: 1. Displacements of the points of application of forces are small compared to the dimensions of the body. 2. Displacements resulting from the deformation of a body depend linearly on the acting forces. In ordinary structures both these conditions are fulfilled and therefore the principles of superposition are widely used in structural design. Assumption 6. On Saint- Venant´s principle. At points of a body, which are sufficiently distant from the places of application depends to a very small extent of loads, the magnitude of internal forces on the particular manner in which these loads are applied. This principle allows the replacement of one system of forces by another, statically equivalent system which may simplify the analysis. II. Begin reading I. Expand your vocabulary. I. a) Complete the chart with the missing word in each corresponding column. The first one has been done for you. Verb load Noun loading Adjective loaded considerable corresponding concerning apply forces Comparison, comparative structure 13 �I. b) Complete each sentence with one of the words from the chart. Nouns could be used in singular or plural. Verbs in any tense. a) There aren´t initial _____________ in a body before loading. b) We have to keep in mind the _______________ of the methods because the properties vary. c) It is important to make a _______________ design for the conditions to be accomplished. II. Expand your vocabulary. Match the words in column A with their definitions in column B. A Isotropic Principle of superposition Initial forces Anisotropic B __ can be put into practice on distortionable bodies taking into account certain conditions __when the material has the same qualities in all directions __are also called internal __ when the material has different qualities in different directions III. Try to find words related to the technical vocabulary studied in class. They can be in 14 �all directions. Then complete the sentences. A B T Z H L R R T S H E L L C Y P D R T O S I Y A L S M H C M N P O D S C C A U E I S U Q P B U U D O M P N L S T Y V A I P M N S E D B S O I B R I T L C M R S P L A T M E L Q K R K P Z L C O B R B Y I R E P O O C M P C P O E S A T C S C D Q R O K L P R O E A I S U E M M S D A I S A U T S T R E N G T H T C S E I D O B H B S Y A P E P O O P S T O O V A L P S T B N O I T A M R O F E D L T R 1. The change in shape and dimension is called ________________. 2. Deformable_____________are called real bodies. 3. The ability to resist failure is called ____________. 4. A _________ having a straight axis is called ___________. 5. ___________ is a wooden material with knots. 6. The material made of cement and gravel is called _____________. 7. A ___________ is a body which has no difference in its dimensions. 8. A body limited by even surfaces is called ___________. 9. A ____________ is a body whose surfaces are curve. 10. The principle of _______________can be used with deformable bodies only under certain conditions. 11. When a material has the same properties in all directions it is called_______. 15 �IV. First unscramble the letters to make words. The clues or simple definitions will help you. ORTCIPOSI REMTIB FSTIFENSS ETNOCREC 1. It can be put into practice on distortionable bodies taking into account certain conditions. 2. Wooden material with knots. 3. It is a property of metals. 4. Material made of cement and gravel. Next use the circled letters to form another word 5. It is a material used for making concrete. 16 �III. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). a) What is the meaning of isotropic? b) Why are the properties in fine-grained materials uniform in different directions? c) What are anisotropic materials? d) How can you solve a problem that deals with plastics? e) What initial forces are there in a body before loading? f) What may happen to a body under load? g) Which are he forces of elasticity? h) What is he meaning of effect in the assumption 5? i) With what bodies is the principle of superposition used? j) Which principles permit the replacement of one system of forces by another? II. Scan through the text and write a summary in Spanish. Reading D: Ductility, brittleness and hardness I. Before you start reading I. Fill the blanks with words from the following list following the sentences. I. a) What is ductility? It is the ___________of a material to deform appreciably under a load before ____________. List: tensile - rupture - ability 17 �I. b) What is brittleness? It is the ___________to fail with very little______________. List: deformation - tendency - ability I. c) What is hardness? It is the ability of a material to___________ wear or _____________. List: tendency - penetration - resist II. Can you predict what the title of the text will be? Reading D: Ductility, brittleness and hardness The ability of a material to acquire large permanent deformations without fracture is known as ductility. The property of ductility is of prime importance in such processes as extrusion, drawing, bending, etc. The measure of ductility is the percentage elongation d at rupture. The greater d, the more ductile is the material. Highly ductile materials include annealed copper, aluminium, brass, low-carbon steel, etc. Duralumin and bronze are less ductile. Slightly ductile materials include many alloy steels. A property opposite to ductility is brittleness, i.e., the ability of a material to fracture without any appreciable permanent deformation. Materials possessing this property are called brittle. For such materials, the amount of elongation at rupture does not exceed 2 to 5 percent, and in some cases it is expressed by a fraction of one per cent. Brittle materials include cast iron, high-carbon tool steel, glass, brick, stone, etc. The tension test diagram for brittle materials has no yield point or strain hardening zone. There are materials that are capable of sustaining larger loads in tension than in compression. These are generally materials having fibrous structure, such as wood and various plastics. Some metals, such as magnesium, possess this property. 18 �The division of materials into ductile and brittle is purely conventional not only because there is no sharp dividing line between them. Many brittle materials may behave as ductile and ductile materials as brittle, depending on the conditions of testing. The duration of loading and temperature have a very great affect on ductility and brittleness. Under rapid loading, brittleness is displayed more sharply; while under prolonged loading ductility is more pronounced. For example, brittle glass is capable of developing permanent deformations under sustained loading at normal temperature. Ductile materials, such as low-carbon steel, exhibit brittle properties under sudden impact loading. II. Begin reading I. Read the text and draw out information related to the properties of these materials. Follow the example. Material Annealed cooper Cast iron Duralumin High – carbon tool steel Glass Bronze Brick Aluminium Brass Stone Law - carbon steel Property Highly ductile II. Scan through the text and find: a) A connective indicating reason: ___________________________________________ b) Two sentences in passive voice: __________________________________________ c) The opposite of ductility: ________________________________________________ 19 �d) A sentence expressing comparison: _______________________________________ e) Two modifiers and interpret them in Spanish: ________________________________ III. Find information to answer the following questions. 1. - What is the text about? 2.- What is ductility? 3. - What is brittleness? 4. - Explain with your own words when a material has brittleness properties. 5. - Mention some ductile materials. III. Keep on reading I. Pair work. Student A: You are involved in a research project about Strength of Materials. You need to select the materials taking into account their main characteristic. Student B: You are going to help your partner to group the materials according to their main characteristic. - Act out the conversation. II. Scan through the text again and write a summary in English. Reading E: Beams-shear forces and bending moments I. Before you start reading What do you know about beams? Organize the following chunks, so as to write: 20 �1. The definition of a beam. 2. Way in which a beam is generally categorized. 3. The tendency to the bending of a beam. a) and it is called shear - to the bending of a beam In addition - to slip past the adjacent section - there is a tendency of one section of a beam. b) by bending elastically A beam - transverse loads and forces - is a member which resists. c) or statically indeterminate - They may be - as either statically determinate - generally categorized. Reading E: Beams-shear forces and bending moments Source: Statics and Strength of Materials. Milton G. Bassin and Stainly M. Brodsky U.S.A. 1960 A beam is a member which resists transverse loads and forces by bending elastically. They may be generally categorized as either statically determinate or statically indeterminate. When a simply supported beam is carrying a load, it produces a bending in the beam at all points. Any sections such as AB and CD are rotated into new positions by the bending of the beam. The length BD is shortened or compressed, and length AC is lengthened or stretched. The resistance offered to this shortening and lengthening of the fibbers is called internal fibber stress, or simply stress. The upper fibbers are in compression and the lower ones in tension. In addition to the bending of a beam, there is a tendency of one section of a beam to slip past the adjacent section. This tendency is called shear, and shear forces must be resisted by the fibbers of the beam. Shearing forces are parallel to the plane of the section. 21 �It is useful to know what shear force a beam must resist at every section. The shear force at any section of the beam is the algebraic sum of all forces acting on the beam to the left of that section. This information is conveniently represented in a shear-force diagram which is drawn in projection with the sketch of the beam in represents. The shear-force diagram is a plot of the next external shearing forces which act at each beam cross section. These forces are caused by the loading of the beam. The fibber of the beam material must resist these forces to maintain static equilibrium. II. Begin reading I. Decide whether the following statements are True or False, by referring to the information in the text. Then make the necessary changes so that false statements become true: 1. A member which resists transverse loads and forces by bending elastically is called a beam. ______ 2. A load on a simple beam produces a bending at points. ______ 3. The length BD is not shortened. ______ 4. The resistance to shortening and lengthening of fibbers is known as external fibbers stress. ______ 5. The fibbers of the beam material must not resist the shearing forces to maintain static equilibrium. ______ 6. The designer must know how the bending changes at all points in the beam. _______ 7. The algebraic sum of the moments at any section of a beam is called the bending moment. __________ 22 �II. Fill in the blanks with words from the reading. 1. The upper _________are in compression and the lower ones are in ___________ 2. The load supported by a simple beam produces a ____________ on it at different points. 3. The static equilibrium is maintained by the________ of the_________material which must resist these forces. III. Analyze and interpret in Spanish the following modifiers taken from the text studied: a) Transverse loads and forces _________________________________________________________ b) Simply supported beam _________________________________________________________ c) Internal fibber stress ________________________________________________________ d) Shear-force diagram ________________________________________________________ e) External shearing forces ________________________________________________________ III. Keep on reading I. Pair work. Student A: You are researching about the uses or functions of a beam because you have a final test the day after tomorrow. 23 �Student B: You are helping your partner to study for the test and you already know the uses or functions of a beam. - Be ready to act out the conversation. II. Scan through the text and then write a summary of the main ideas of the text in English. Theme 2: Machines Reading A: Automatic Control of Machine Tools I. Before you star reading I. What do you know about automatic control? - Organize the following chunks, so as to write: 1. The definition of automatic control. 2. The classification of the control. 3. Members of it. a) In addition - irrespective of its purpose and action - any elementary automatic control mechanism - includes three principal members: 1- The primary transducer 2- The intermediate transducer 3- The operative member 24 �b) to perform a specific operation - Any such mechanism designed - an elementary automatic-control mechanism - may be called. c) by means of command signals - into analogue and discrete signals - Automatic control of machine tools - is accomplished - which are classified. Reading A: Automatic Control of Machine Tools Various control mechanisms are installed on machine tools to automate them. Any such mechanism designed to perform a specific operation may be called an elementary automatic-control mechanism. It may be a simple one when performing but one operation, but a complex one when performing several operations. A simple mechanism, for instance, may be used for engaging the feed movement, a complex mechanism- for releasing, feeding and clamping the bar stock. Automatic control of machine tools is accomplished by means of command signals, which are classified into analogue and discrete signals. The discrete signal is sent continuously, and there is a functional relation between the input and output values of this signal. The discrete signal is sent periodically in the form of successive impulses, their amplitude, duration and repetition rate depend on the input signal value only at some moments of time. Any elementary automatic control mechanism, irrespective of its purpose and action, includes three principal members. (Sometimes there is no second member) 4- The primary transducer 5- The intermediate transducer 6- The operative member The above classification is general rather than comprehensive and does not cover the various other arrangements of automatic machine tool control systems. 25 �II. Begin reading I. Expand your vocabulary. Scan through the text and: I. a) Find the English equivalent to: a) llevar a cabo, realizar ____________________ b) avance__________________ c) liberando, aliviando___________________ d) pinzando _________________ e) engranaje___________________________ f) señal de entrada______________________ g) transductor__________________________ II. Scan through the text and find: a) The opposite of few_______________ b) A sentence in passive voice_________________________________________ _________________________________________________________________ c) Two modifiers and interpret them in Spanish____________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ 26 �III. Scan through the text and fill in the blanks with the corresponding word. 1. Many control structures are located on equipment to ____________them. 2. Classified parts of automatic control mechanism are _____________and _______________. III. Keep on reading I. Scan through the text and write a summary in English. Reading B: A car wash for cleaner air I. Before you start reading Test your vocabulary. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. Power source __Vapor 2. Pump __Bombear 3. Steam __Alfarería 4. Crankshaft __Fuente de energía 5. Pottery __Cigüeñal Reading B: A car wash for cleaner air Nitrogen oxides, carbon monoxide, particulates, hydrocarbons, lead you name it, the internal- combustion engine ejects it out. And yet nobody has invented, or even come close to inventing, a mobile power source as compact, powerful and useful as the internalcombustion engine. What can be done about its dangerous exhaust? 27 �In principle, the answer is simple let the engine burn its fuel completely. It would. Then produce carbon dioxide and steam, and nothing else. The trouble is that any flame in a closed cylinder is inevitably quenched on the surrounding cold surfaces, gyring the unpleasant products of incomplete combustion our engineers now have a solution. Imagine, they say, a porous engine, with air being pumped continuously into the cylinder through the walls. The air would sweep the flame back; it would never touch the walls, and never be cooled on them. But how to lubricate such an engine Oil would block the pores, and act as a quenching surface for the flame. At first, our engineers thought of using the incoming air itself as a lubricant. Bearing in which compressed air emerges from a group of small holes, are used in many scientific instruments. But air is too mobile and compressible to lubricate the violently hitting pistons and crankshaft of a car engine. So our engineers will bravely lubricate their porous engine not with air, but with water. Water is usually a bad lubricant it runs away too easily. But if you pump it continuously into position through porous surfaces, then it should be useful. Even better, abandon the radiator and let the engine run hot. The water will then boil as it emerges, pressurising itself with expanding steam. And porous cylinder walls which save off steam will give even cleaner combustion than air would do, the steam will «crack» any incompletely burnt fuel. It may even give a bit more power finally, for a change, our engineers want to make though porous parts of their engine from ceramics although concrete and pottery are porous, they seem unpromising engineering materials. But advanced ceramics are a tough proposition these days turbines are made of them, and an uncooled ceramics diesel engine has already been tested for military use. When perfected, the new «Wet Cement» engine (as dread co engineers have called it will dean up your car dramatically. You will have to fill up with water as well as petrol at every stop in return you will get a guaranteed clean exhaust, no dirty polluting oil, and no radiator to boil, freeze or crack. Motoring correspondents will love it too it will give them yet another chance to revive that old dream about «a car that runs on water». 28 �II. Begin reading I. Scan through and find synonyms for the following words a Energy: _________________ b Vapour: _________________ c Cooled: _________________ d Contact: ________________ e Holes: _________________ II. Scan through the text again and find: a Two possessive adjectives: ____________________________________________ b Two personal pronouns: _______________________________________________ c Two connectives and state their functions: _________________________________ dTwo sentences in passive them: _________________________________________ III. Scan through the text again and say if these sentences are True or False. a Ceramics have never been used in an engine before._____ b Water is always a bad lubricant in the porous engine described in the text._____ c The author of the text considers the internal-combustion engine as a positive invention in general.______ d The only innovation of the new engine is the porous surface of its walls._______ e If air were used instead of water, the engine would be more powerful._________ f) Do Dreadco’s engineers think that motoring correspondents will like the idea? ______ 29 �III. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). a What are exhaust fumes composed of? b Why can the new engine be uncomfortable for the user of the car? c Why did they choose water, instead of air, as a lubricant? d Why is the new engine called «Wet Cement engine»? Reading C: Kinematics I. Before you start reading I. Fill in the blanks to complete these definitions using words from the list. 1.a) What is dynamics? Dynamics is the __________ of the interaction of masses, ___________, and the corresponding _______________. a) motions b) study c) forces 1.b) What is the object of this study? The object of this study is the development of the____________to write mathematical _______________which describes these interactions, at least, to the ____________ required by the _____________ at hand. a) accuracy b) problem c) capacity d) expressions 30 �Reading C: Kinematics From «Vector Mechanics for Engineers» by Harry R. Nara Dynamics is the study of interaction of masses, forces, and the corresponding motions. The development of the capacity to write mathematical expressions which describe these interactions, at least, to the accuracy required by the problem at hand, is the object of this study. As with all attempts to describe nature through mathematical models, simplifying assumptions must often be made, but the results may still be useful as long as these results are confirmed by experiment to the accuracy demanded. A few examples will illustrate this point. In some dynamics investigations it is common to assume that the masses involved are rigid. This statement is sufficiently accurate for many problems in dynamics, where the motions of the bodies as a whole are large compared with their deformation and a useful result is obtained by neglecting the deviations from perfect rigidity. In the study of a vibrating beam, nevertheless, this assumption cannot be employed as we are primarily concerned with the displacements of the particles which make up the beam. Unless otherwise stated, the objects to be discussed are considered to be rigid, i.e., the distance between any two points and the angle between any two lines located in the body will be considered constant. The concept of the mass point or particle is another simplifying assumption we will use in formulating some problems. Although the mass of an object is distributed throughout its bulk, under some circumstances satisfactory accuracy is achieved by regarding the mass as concentrated at a point. This approximation is likely to be adequate, particularly if the important length parameters describing the geometry of motion are large compared with the dimensions of the object or if the object is subject to a pure translation without rotation. The balancing of an automobile wheel is a slightly altered example of this idea. The wheel radius which describes the motion of the true mass is large, relative to the width of the tire, justifying the common assumption that the wheel and the tire is a disk of negligible thickness. Balancing is normally performed by adding weights in the plane of the disk and no distinction is made whether the weights are added to the outside or inside the rim or to both. 31 �Two common types of problems arise in dynamics –the determination of the motion of a body or bodies under the influence of a given set of forces, and conversely, the determination of the forces required to impart prescribed motions to an object or a group of objects. The flight of a rocket is an example of the first type of problem, since it is often necessary to predict the flight path of the vehicle while under the influence of its thrust force, the atmospheric resistance, control actions, and the force of gravity. The second class of dynamics problems is met most often in the analysis of machinery mechanisms, that is, the moving parts of a given machine. The geometric configuration of a mechanism determines the motion of its elements while the forces which act on each element are to be found so that they might be proportioned adequately to carry the required loads. In both situations, a precise means of defining motion is essential. Therefore, the characteristics of motion and its specification, which is the study of kinematics, will be considered prior to discussing the underlying principles of dynamics. II. Begin reading I. Scan through the text and find the synonyms of these words. a) If, provided that: _________________ b) Girder, ray: _____________________ c) Supposition, principle: _____________ d) Exposed: _______________________ e) Emerge, rise: ____________________ II. Complete the following cooperative crossword puzzle. Work in pairs. In order to solve this crossword puzzle, you will have to cooperate with your partner. You have only the definitions and your partner has the puzzle. Read, and if necessary, explain the definition when your partner asks. You may not look at the puzzle and your partner may not look at the definitions. In other words, you may cooperate verbally but not visually! 32 �1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Across 3. Vice versa, with the alteration or order changed. (paragraph 5) 5. Girder, a horizontal heavy strong member that supports vertical loads; member on which the weight of a floor is carried. (paragraph 3) 6. Removals from the usual or proper place. (paragraph 3) 7. To push or drive with force. (parag. 5) 11. That can be neglected. (paragraph 4) Down 1. Unsuccessful efforts. (paragraph 1) 2. A synonym of however, but. (parag. 3) 4. Suppose. (paragraph 2) 8. Mass volume, an aggregate that forms a body or unit, with reference to size or amount. (paragraph 4) 9. The outer part of a wheel, border. (paragraph 4) 10. Principally, originally, at first. (parag. 3) 12. Included, implicated, implied. (parag. 2) III. Scan through the text and fill in the blanks according to the reading selection: 1. Dynamics deal with the ______________ between masses, forces and motions. 2. _______________are usually necessary when an attempt to describe nature through models is made. 3. In many cases it must be assumed that the masses are____________________. 4. A mass is assumed to be rigid when the deviations from the perfect rigidity are_________________. 5. The mass of an object is distributed ________________its bulk and yet we must sometimes regard it as concentrated at a __________________. 6. We add ________________ in the plane of the disk to perform balance. 33 �7. The flight of a rocket exemplifies the motion of a body under________________. 8. Atmospheric resistance interferes with ________________ of a vehicle. 9. To ______________machinery mechanisms is a common problem in dynamics. 10. The characteristics of _________________ is the main concern of kinematics. IV. Cross out the word that does not belong to the group. 1. particle – fraction – fragment – point 2. rigid – static – mobile – intelligent 3. employ – use – utilize – state 4. between – through – and – among 5. therefore – thus – hence – nevertheless 6. angle – mass – bulk – body 7. length – gravity – width – thickness 8. accuracy – approximation – development – deviation 9. rotation – balancing motion – distance 10. consequently – on the contrary – vice versa – conversely III. Keep on the reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. How can the result of simplifying assumptions be confirmed? 2. In which field is it usually assumed that the masses involved are rigid? 3. Why can we not assume that the masses involved in the study of a vibrating beam are rigid? 4. In what way is the mass of an object actually distributed? 34 �5. Why is the concept of the mass point or particle used in formulating some problems? 6. How is the geometry of motion described? 7. How is the motion of the true mass described in the example of the automobile wheel? 8. Give and example of the determination of he forces required to impart prescribed motions o a group of objects? 9. What determines the motions of a mechanism? 10. What does Kinematics study? Reading D: The centre lathe I. Before you start reading I. Test your vocabulary. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. Bed ____ Husillo 2. Headstock ____ Cabezal móvil 3. Spindle ____ Caja de velocidades 4. Tailstock ____ Bancada 5. Gearbox ____ Cabezal fijo Reading D: The centre lathe Source: Lathes. Houghton, Stephen Philip. Vol. 1. London. 1963. The centre lathe was the first and still is probably the most important machine tool in any engineering establishment for it will develop a true cylinder. Broadly speaking the operations performed upon the lathe may be classified under the following headings: 35 �(a) Turning, that is removing the material from the outside, or periphery of a component, thus giving a circular cross-section. (b) Facing, that is removing from the face of an article. (c) Boring, the cutting away of surplus material from the interior of a work piece, and producing a bore with a circular cross-section. (d) The cutting of threads, both single and multi-start. In addition there are several other machining operations which, with the necessary equipment, extend the usefulness of a centre lathe, and in some instance make it a special type. A few of these operations are: form turning or boring, drilling and tapping, the form-relieving of milling cutters, tabs, and hobs, oval turning and boring, also milling, grinding and tapping. The main dimensions of a centre lathe are generally listed in the following manner: a) The height of the centres measuring off the lathe bed. b) The swing which is twice the height of the centres. c) The maximum length that can be accommodated between the lathe centres. Different types of lathes are: 1) The small bench lathe, having, say, 4 in centres. 2) The standard centres lathe of around 6 to 12 in centres, mounted upon legs and having a tailstock. 3) The turning and facing lathe, the design of which omits the tailstock. 4) The gap lathe, which is often similar to 2 but has a gap so that large diameter work can be handled. 36 �5) The relieving lathe as used in the production of milling cutters, taps and hobs. 6) Roll turning lathes, which in effect, are very large centre lathes, designed to machine the large rolls as used in the steel and other mills. The lathe bed is usually a cast-iron component of sufficient depth and width to ensure strength and rigity, with freedom and distortion. The mass of metal should be arranged to absorb all the vibrational stresses which may be created during the various machining operations. The headstock is the source of power. In addition to a motor, the headstock contains a gearbox to adjust the speed of rotation. There is a distinct cleavage between the old and the modern lathes. The old lathe had a cone-pulley drive; where as the modern tendency is to arrange for an all-geared headstock, having a single-pulley drive. The spindle of the headstock, as filled to a modern-designed lathe, is usually large in diameter in order to give rigity and of the hollow type so that bar material may be passed through the bore. The spindle has a center for supporting one end of the work piece, the spindle also causes the work piece to rotate. The main purpose of the spindle is holding another centre which supports the other end of the work piece. The choice of large diameter and well-placed bearings prevents «whipping» at high speeds. At all times, speed changing should be done with care, and the maker’s recommendations strictly followed. A safe practice is always to stop the machine for any speed changing and it is essential that all tools are with drawn for the work piece prior to stopping the machine. 37 �II. Begin reading I. Scan through the text and fill in blanks with the corresponding word. 1. A lathe has two centers, one which usually moves while the other is stationary; they are used to _____________the work piece. 2. There is a difference __________ between the old and the modern lathes. 3. A synonym of hold is ____________________. 4. A _______________is a machine used for performing operations on a part. 5. In a lathe the supporting surface or structure is called the _______________. II. Scan through the text and try to organize these ideas in order of appearance in the text. a) ______ A lathe has three main dimensions. b) ______ A lathe can perform different types of operations such as turning, facing, boring and cutting of threads. c) ______The bed is one of the principal parts of the lathe. 38 �d) ______There are many other machining operations that can be performed by a lathe. e) The headstock constitutes the source of power and it contains a gearbox to adjust the speed of rotation. f) There are different types of lathes according to their functions. g) For any speed changing it is advisable to stop the machine. III. First unscramble the letters to make words. The clues or simple definitions will help you. KCOTSDAHE ARGEXOB CKOTSILTA SDLEPIN DEB 1. It contains the motor, gearbox and the spindle. 2. It adjusts speed of rotation. 3. It transmits rotational movement and holds center. 39 �4. It holds the head center 5. It supports all the principal parts. Next use the circled letters to form another word 6. It is a machine used for performing operations on a part. III. Keep on reading I. Two students are talking about the class. If you complete this dialog you can know. Be ready to act it out. Eduard: I really liked the English lesson today. Nora: Me too. Eduard, can you tell the ______________ types of _____________ a lathe can perform? Eduard: It´s too easy. They are turning, _____________, boring and ____________ of thread. Nora: That´s right. And what is one of the main parts of the lathe? Eduard: Of course, it is the ____________. Nora, what is that constitute the source of power? Nora: The ____________, and it contains a _____________ to adjust the speed of rotation. II. Scan through the text and write a brief summary in English. Theme 3: Thermodynamics Reading A: Thermodynamics systems I. Before you start reading I. Fill in the blanks to complete these definitions using words from the boxes. 40 �a) What is a system? 1.a) It is the ____________ of the universe which is ____________for thermodynamic ________________. chosen consideration portion 1.b) What does a system consist of? It ____________consists of a __________amount (or amounts) of a ___________substance (or substances). specific definite usually II. Can you predict what the title of the text will be? Reading A: Thermodynamics systems From «Thermodynamics for Chemists» By S. Glasstone. In order to develop the consequences of the laws of thermodynamics, it is necessary to define the terms of reference. The portion of the universe which is chosen for thermodynamic consideration is called a System; it usually consists of a definite amount (or amounts) of a specific substance (or substances). A system may be homogeneous, that is, completely uniform throughout, such as a gas or a mixture of gases, or a pure liquid or solid, or a liquid or solid solution. When a system is not uniform throughout it is said to be heterogeneous; it then consists of two or more phases which are separated from one another by definite bounding surfaces. Systems consisting of a liquid and its vapor, or of two immiscible (or partially miscible) liquids, or of two or more solids, which are not a homogeneous solid solution, are examples of heterogeneous systems. 41 �A system may be separated from its surroundings, which consist of the remainder of the universe, by a real or imaginary boundary through which energy may pass, either as heat or as some form of work. The combination of a system and its surroundings is sometimes referred to as an isolated system. The thermodynamic or macroscopic state, or in brief, the state, of a system can be defined completely by four observable properties or «variables of state» These are: the composition, pressure, volume and temperature. If the system is homogeneous and consists of a single substance, the composition is fixed, and hence, the state of the system depends on the pressure, volume and temperature only. If these properties are specified, all other physical properties, such as mass, density, viscosity, refractive index, dielectric constant, etc., are there definitely fixed. The thermodynamic properties thus serve to define a system completely. In actual practice it is not necessary to state the pressure, the volume and the temperature, for experiment has shown that these three properties of a simple homogeneous system of a definite mass are related to one another. The value of any one of these properties thus depends in the value of the other two. The relationship between them is called an equation of state, but its precise form lies, «strictly speaking», outside the province of pure thermodynamics; an equation of state must be derived from molecular (kinetic) theory or from direct experiments on the system under consideration. Other equations of state, particularly those involving several empirical constants, are determined from experimental data, although their general form may have a theoretical basis. The derivation of such equations is not possible by means of thermodynamics, but the results of thermodynamics may be applied to them with interesting consequences. In general, the pressure, volume and temperature of a system are not independent variables, and consequently the thermodynamic state of a simple homogeneous system may be completely defined by specifying two of these properties. The results stated above, namely, that only two of the three properties of a system, viz, pressure, volume and temperature are independently variable, and that a homogeneous system of definite mass and composition is completely defined by these two properties, are based on the tacit assumption that the observable properties of the system are not undergoing any change with time. 42 �Such a system is said to be in thermodynamic equilibrium. Actually, this term implies three different types of equilibrium which must exist simultaneously. First, there must be thermal equilibrium, so that the temperature is the same throughout the whole system. Second, if the system consists of more than one substance there must be also chemical equilibrium, so that the composition does not vary with time. Finally, the system must be in a state of mechanical equilibrium; in other words, there must be no macroscopic movements within the system itself, or of the system with respect to its surroundings. Disregarding the effect of gravity, mechanical equilibrium implies a uniformity of temperature and pressure throughout the system; if this were not the case, it would be impossible to describe the system in terms of pressure, volume and temperature. II. Begin reading I. Try to find words related to the technical vocabulary studied in class. They can be in all directions. Then complete the sentences. S U R R O U N D I N G P T A H M S T D N S V C X H Y Z I L M N X O W H O E P Q S N A M E L Y O T R M A C B C D F A G S S E Q B I T I C A T V E E B W X B P E N S E T N S Y D R L I E T N D S R A M F R E M A I D E R P H R E L A T I O N S H I P R Z W V Y V W Y Z M S T B A S S U M P T I O N D 1. Areas that is around something, vicinity. 2. Selected. 3. Homogeneous physically distinct portions of matter in system which is not homogeneous. 43 �4. Rest. 5. Separated from the rest. 6. Hence, thus, consequently. 7. Be or stay at rest in a horizontal position; be placed. 8. Connection, interrelation. 9. Not expressed. 10. That is to say, viz, videlicet. 11. Supposition. II. Scan through the text and find: a) Two connectives and state their functions: ____________________________ ____________________________ b) Two sentences in passive voice: _____________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ c) Two conditional sentences: _________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ d) A sentence in present perfect: _______________________________________ _________________________________________________________________ III. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to 44 �talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. How can a system be? 2. When is a system homogeneous? 3. When can we consider a system heterogeneous? 4. What is an isolated system? 5. How can we define the thermodynamics state of a simple homogeneous system? 6. When is a system in thermodynamic equilibrium? 9. What do we mean by thermal equilibrium? 10. What does mechanical equilibrium imply? III. Keep on reading I. Scan through the text and write a summary in Spanish. Reading B: Thermodynamics reversibility I. Before you start reading I. Rate your vocabulary. Try to write the Spanish equivalent of these words: a) Restore: _______________ b) Evolve: ________________ c) Gradients: ______________ d) Disturb: ________________ e) Take up: _______________ f) Stage: _________________ g) Absorption: _____________ h) External: _______________ 45 �II. Look up the new words in a bilingual dictionary and write them down in your notebook. Reading B: Thermodynamics reversibility. From «Thermodynamics for Chemists» By S. Glasstone. A particular type of path between two thermodynamic states is of special interest. This is the kind of path for which it is postulated that all changes occurring in any part pf the process has been performed and then reverse, both the system and its surroundings must be restored exactly to their original state. A process of this kind is said to be thermodynamically reversible. In general, in order to follow a reversible path, it is necessary that the system should always be in a state of virtual equilibrium, and this requires that the process be carried out infinitesimally slowly. A simple illustration of a reversible process is provided by isothermal evaporation carried out in the following manner. Imagine a liquid in equilibrium with its vapor in a cylinder closed by frictionless piston, and placed in a constant temperature bath, i.e., a large thermostat. If the external pressure on the piston is increased by a infinitesimally small amount, the vapor will condense, but the condensation will occur so slowly that the heat evolved, i.e., the latent heat, will be taken up by the thermostat. The temperature of the system will not rise, and the pressure above the liquid will remain constant. Although condensation of the vapor is taking place, the system at every instant is in a state of virtual thermodynamic equilibrium. Similarly, if the external pressure is made just smaller than the vapor pressure, the liquid will vaporize extremely slowly, and again the temperature and pressure will remain constant. The system is changing, since vaporization is taking place, but the process may be regarded as a series of thermodynamic equilibrium states. Rapid evaporation or condensation, by the sudden decrease or increase of the external pressure, will lead to temperature and pressure gradients within the system, and thermodynamic equilibrium will be disturbed. Processes of this kind are not thermodynamically reversible. The isothermal expansion of a gas can be carried out reversibly by placing the cylinder of gas in thermostat, as described above, and adjusting the external pressure so as to be less than the pressure of the gas by infinitesimally small amount. As the gas expands, 46 �however, its own pressure decreases, since the temperature is maintained constant. Hence, if the process is to be thermodynamically reversible, it must be supposed that the external pressure is continuously adjusted so as to be always infinitesimally less than the pressure of the gas. The expansion will then take place extremely slowly, so that the system is always in virtual thermodynamic equilibrium. The heat required by the gas, to balance the energy expended in the form of the work against the external pressure, is taken up from the thermostat, but since the process is carried out extremely slowly, the absorption of energy as heat keeps pace with the loss as a work, and the temperature of the system remains constant. If at any instant during expansion, the external pressure is adjusted so that it is maintaining just infinitesimally greater than the gas pressure, the process will be reversed, and the gas will be compressed. At every stage in the compression the system and surroundings will be, apart from infinitesimal differences, in exactly the same thermodynamic state as they were at the corresponding point in the expansion. If the expansion were carried out rapidly, e.g., by sudden and large increase of the external pressure, the processes would not be reversible. The changes would not involve a continuous succession of equilibrium states of the system, and hence they could not be reversible, there would be both temperature and pressure which would be different in the expansion and compression; the conditions for a thermodynamically reversible process would thus not be applicable. The discussion given above has referred in particular to isothermal changes; but reversible processes are not necessarily restricted to those taking place at constant temperature. A reversible path may involve a change of temperature as well as of pressure and volume. It is necessary; however, that the process should take place in such a manner that the system is always in virtual thermodynamics equilibrium. If the system is homogeneous and has a constant composition, two thermodynamics variables, e.g., pressure and volume, will completely describe its state at any point in a reversible process. 47 �II. Begin reading I. Read the text and draw out information related to: The definition of thermodynamically reversibility process Kind of process isothermal evaporation produces What rapid evaporation or condensation provokes II. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. expend 4. gradients ___ being in essence or effect but not in fact. ___to put back into its original state ___the rate of regular ascent or descent. ___to consume by use. 5. restore ___ rate of movement. 2. pace 3. virtual ___ to remove by pulling. ___marked by changes of volume under conditions of constant temperature. III. Keep on reading III. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to 48 �talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. What is necessary to follow a reversible path? 2. What happens when the internal pressure on the piston is augmented by an infinitesimally small quantity? 3. How is the system when condensation of vapor is taking place? 4. What happens if the external pressure is made just smaller than the vapor pressure? 5. How can isothermal expansion be carried out reversibly? 6. What will make the process be reversed during the expansion? 7. When wouldn´t the process be reversible? 8. Why are reversible processes no necessarily restricted to those that place at constant temperature? 9. What happens if the system is homogeneous and has a constant composition? Reading C: The subject of Hydraulics I. Before you star reading I. Rate your knowledge of key vocabulary on this topic. Write an (X) next to the words you can give their Spanish equivalents. Notice the grammatical category (part of speech) in parentheses beside each word in the list. x ___covering (n) ___provides (v) ___equilibrium (n) ___globules (n) ___concern (v) (n) ___investigate (v) ___flow (n) ___mains (n) ___channels (n) ___hydromechanics ( ___external (a) ___range (n) ___velocity (n) ___designing (n) 49 �II. Look up the new words in a bilingual dictionary and write them down in your notebook. III. Fill in the blanks with the corresponding word from the previous list. a) Hydraulics ____________ the methods of calculating and _____________ a wide ___________ of hydraulic structures. IV. Read the list of words provided again. Taking into account their meanings and relationships, can you predict what the title of the text will be? Reading C: The subject of Hydraulics From «Hydraulics» by Nekrasov The branch of mechanisms which studies the equilibrium and motion of liquids and gases and the force interactions between them and bodies through or around which they flow is called hydromechanics or fluid mechanics. Hydraulics is an applied division of fluid mechanics covering a specific range of engineering problems and methods of their solution. The principal concern of hydraulics is fluid flow constrained by surrounding surfaces, i.e., flow in open and closed channels and conduits, as well as pipes, nozzles and hydraulic machine elements. Thus, hydraulics is chiefly with the internal flow of fluids. Likewise, it investigates what might be called «internal» problems as distinct from «external» problems involving the flow of a continuous medium about submerged bodies, as in the case of solid body moving in water or in the air. These «external» problems are treated in hydrodynamics and aerodynamics in connection with aircraft and ship design. It should be noted that the term «fluid», as employed in hydromechanics, has a broader meaning than generally implied in everyday life and includes all materials capable of an infinite change of shape under the action of the smallest external forces. The difference between a liquid and a gas is that the former tends to gather in globules if taken in small quantities and makes a free surface in larger volumes. An important property of liquids is that pressure or temperature changes have practically no effect on their volume, i.e., for all practical purposes they can be regarded as incompressible. 50 �Gases, on the other hand; contract readily under pressure and expand infinitely in the absence of pressure, i.e., they are highly compressible. Despite this difference, however, under certain conditions, the laws of motion of liquids and gases are practically identical. One such condition is low velocity of the gas flow as compared with the speed of sound through gas. Hydraulics concerns itself mainly with the motion of liquids. The internal flow of gases is studied only in so far as the velocity of flow is much less than that of sound and, consequently, their compressibility can be disregarded. Such cases are frequently encountered in engineering, as for example, in the flow of air in ventilation systems and in gas mains. Investigations of the flow liquids, and even more so, of gases, is a much more difficult task than studying the motion of rigid bodies. In rigid – body mechanics, one deals with systems of rigidly connected particles in constant relative motion. Fluid mechanics as a science has developed along two different paths. The first was the purely theoretical one of precise mathematical analysis based on the laws of mechanics. It led to the emergence of theoretical hydromechanics, which for a long time existed as an independent science. Its methods provided an attractive and effective means of scientific research. Nevertheless, a theoretical analysis of fluid motion encounters many stumbling blocks, besides, it does not always answer the question in real situations. Practice soon gave rise to a new science of fluid motion, hydraulics, in which the second path was taken, that of extensive experimenting and accumulation of factual data for application to engineering problem. In theoretical hydromechanics experiments are widely used to verify the validity of its conclusions. Thus, the difference in the methods employed is gradually disappearing. The method of investigation today is as follows. The phenomenon is first simplified and idealized and the laws of the theoretical mechanics are applied. The results are then compared with experimental data, the discrepancies are established and the formulas and solutions adjusted so as to make them suitable for practical application. 51 �Hydraulics provides the methods of calculating and designing a wide range of machinery, such as: pumps, turbines, fluid couplings; and other widely used devices for machinetool design, foundry practice, the manufacture of plastics, etc. II. Begin reading I. Read the text and draw out information related to: The definition of hydraulics as a special subject. The main concern of hydraulics. Similarities between liquids and gases. Differences between liquids and gases. II. Organize the following ideas in order of appearance in the text: a) «Internal» and «external» problems. ______ b) Advantages and disadvantages of a new science. _____ c) The meaning of fluid. ______ d) Problems that hydraulics solves. ______ e) Hydraulics as a special subject. _______ 52 �III. Scan through the text and find: a) Two sentences with connectives of addition: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ b) A sentence with a connective of contrast: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ c) A sentence with a connective of reason: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ d) Two sentences with connectives of consequence: _______________________________________________________________________ ____________________________________________________________________ III. Keep on reading I. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. What does fluid mechanics study? 2. What type of flow concerns hydraulics? 3. What type of problem does hydraulics study? 4. What do we understand by «fluids» in hydromechanics? II. Scan through the text and write a summary in English. 53 �Theme 4: Cavitations Reading A: Cavitations I. Before you start reading I. Test your vocabulary. Match the words in Column A with their corresponding equivalent in Column B. Column A Column B 1. Motion ____garganta 2. Narrowing ____chorro, reacción 3. Throat ____estrechamiento 4. Pitting ____hoyo, foso 5. Jet ____movimiento Reading A: Cavitations Textually from «Hydraulics» by B. Nekrasov. In some cases of fluid motion in closed conduits, there takes place a phenomenon which is due to a change in the physical state of a liquid: vaporization and evolution of gases dissolved in it. When a liquid flows through a narrowing in a pipe its velocity increases and the pressure intensity diminishes. If the absolute pressure drops to the vapor pressure of the liquid for the given temperature, evaporation commences and gases evolve. In short, the liquid simply begins to boil locally. When the stream diverges after the throat – like narrowing, the velocity drops, the pressure increases and the boiling stops; the vapor then condenses partially or completely and the gases redissolve. This local boiling of a flowing liquid is known as cavitation. A simple device enables the phenomenon to be observed visually. 54 �Water or some other liquid is brought under pressure to a valve, through which it flows into a glass tube with a venturi contraction. When the valve is opened slightly the discharge is small, the velocity of the stream is low, the pressure drop at the throat of the tube is small, and the stream is transparent: no cavitation takes place. The wider the valve is opened, the faster the velocity of the stream and the lower the pressure in the narrowing. Cavitation announces itself by characteristic noise and vibrations. Prolonged cavitation has an erotive effect on metal walls. The reason for this is that condensation of the bubbles of vapor takes place very rapidly and the cavities collapse abruptly with high compressive stresses due to local water – hammer effects. The pitting of walls occurs not at the point where the vapor pockets appear but where they collapse. Fig. 1 Venturi tube for demonstrating Cavitation. Cavitation thus has an adverse effect on pipelines and hydraulic systems. When cavitation develops the resistance of pipes increases sharply, with a corresponding reduction in discharge. Cavitation may develop in any local narrowing followed by expansions, such as faucets, valves, gates orifices and jets. 55 �In some cases cavitation may also develop when a narrowing is not followed by a diverging section and in straight pipes when the elevation head or energy losses increase. Cavitation may occur in hydraulic machines such as pumps or turbines, and on the blades of rapidly revolving ship propeller screws. In these cases the result is a sharp decline in the efficiency of a machine and a gradual wearing of its parts. In aircraft hydraulic systems, cavitation may occur because of a reduced barometric pressure with height. In this case the cavitation zone extends over a considerable portion of the low-pressure pipelines (suction pipes) and even along the whole length. When this happens the stream in the pipe divides into a liquid and vapor phase. (a) (c) (b) (d) Fig. 2 Vapourisation in Low- Pressure Pipes. In the initial stage the vapor phase appears as minute bubbles spread evenly along the flow. As vaporization continues and the amount of vapor increases, the bubbles grow larger and drift along the upper surface of the pipe. Finally, the liquids and the vapor phases may separate completely into two streams. In thin pipes, vapor locks may form and the two phases move in intermittent columns. 56 �It is evident that the greater the vapor phase, the less the discharge through a pipe. Condensation (partial or complete) of the vapor takes place in the pump of a system, where pressure increases sharply or in the pressure pipe through which the liquid is pumped to the consumer. Cavitation phenomena are different in plain (simple) and component (complex) liquids. In a plain liquid the pressure at which cavitation occurs corresponds to the saturation vapor pressure, which depends only on temperature. A component liquid consists of so-called light and heavy fractions. The lighter fractions have a higher vapor pressure and they start boiling before the heavy ones. Condensation takes place in the reverse order. Multicomponent liquids containin light fractions are more subject to cavitation and the vapor phase persists longer, but the process is not so pronounced as in plain liquids. II. Begin reading I. Synonyms: From this list, choose a synonym for the word in bold type in each sentence. Use appropriate tenses for verbs and singular or plural forms for nouns. You can use the dictionary. 1. The velocity of a liquid increases and he pressure decreases when it flows through narrowing in a tube. 2. Vaporisation of gases dissolved in water sometimes occurs in closed conduits. 3. If the absolute pressure drops o the vapor pressure of the liquid for the given temperature, evaporisation starts and gases evolve. 4. The hole of walls does not happen at the place where vapour pockets appear. 5. The enlarged velocity diminishes again once the streamdiverges after the narrowing. II. Scan through the text to find the answers to these questions (You may be asked to talk 57 �about this in the practice session with your classmates and your language professor). 1. What affects the velocity and pressure of a liquid in a closed conduit? 2. What produces cavitation? 3. When does evaporation begin? 4. When does a liquid flowing through a narrowing begin to boil, and when does it stop? 5. What does cavitation do to metals? 6. Give examples where cavitation may happen. III. Keep on reading I. Two students are talking about the topic of the lesson. If you complete this dialog you can know. Be ready to act it out. Jimmy: Johnny, I´m in doubt. Can you help with this topic? Johnny: Of course, yes, what´s the problem? Jimmy: What is the phenomenon of a local boiling of a liquid called? Johnny: It is called ______________. Jimmy: What affect the velocity and pressure of a liquid in a closed conduit? Johnny: A narrowing in a _____________. Jimmy: What does cavitation do to metals? Johnny: It has an ____________effect on metal walls. Jimmy: What favors cavitation? Johnny: It is the easiest question of all. It may develop in any local _____________ followed by expansions, such as faucets, valves, ___________, orifices and ___________. Jimmy: Than you brother. Now I really understand. List: erosive jets cavitation 58 �gates narrowing pipe Complementary Texts Reading A: Historical perspective of materials Materials are probably more deep-seated in our culture than most of us realize. Transportation, housing, clothing, communication, recreation, and food production virtually every segment of our everyday lives is influenced to one degree or another by materials. Historically, the development and advancement of societies have been intimately tied to the members’ ability to produce and manipulate materials to fill their needs. In fact, early civilizations have been designated by the level of materials development (i.e., Stone Age, Bronze Age). The earliest humans had access to only a very limited number of materials, those that occur naturally: stone, wood, clay, skins, and so on. With time they discovered techniques for producing materials that had properties superior to those of the natural ones; these new materials included pottery and various metals. Furthermore, it was discovered that the properties of materials could be altered by heat treatments and by the addition of the substances. At this point, materials utilization was totally a selection process, that is, deciding from a given, rather limited set of materials the one that was best suited for an application by virtue of its characteristics. At was not until relatively recent times that scientists came to understand the relationships between the structural elements of materials and thief properties. This knowledge acquired in the past 60 years or so, has empowered them to fashion, to a large degree, the characteristics of materials. Thus, tens of thousands of different materials have evolved with rather specialized characteristics that meet the needs of our modern and complex society; these include metals, plastic, glasses, and fibbers. The development of many technologies that make our existence so comfortable has been intimately associated with the accessibility of suitable materials sometimes, «made to measure». Advancement in the understanding of material type is often the forerunner 59 �to the stepwise progression of a technology. For example, automobiles, planes and spaceships would not have been possible without the availability of inexpensive steel or some other comparable substitute. In our contemporary era, sophisticated electronic devices rely on components that are made from what are called semi conducting materials. Nowadays there is an important growing of different kind of materials like composites, biomaterials and nanomaterials. Reading B: Some criteria to select the appropriate material Why do we study materials? Many an applied scientist or engineer, whether mechanical, civil, chemical or electrical, will at one time or another be exposed to a design problem involving materials. Examples might include a transmission gear, the superstructure for a building, an oil refinery component, or an integrated circuit chip. Of course, materials scientist and engineers are specialists who are totally involved in the investigation and design of materials. Many times, a material is one of selecting the right material from the many thousands that are available. There are several criteria on which the final decision is normally based. First of all, the in-service conditions must be characterized, for this will dictate the properties required of the material. On only rare occasions does a material possess the maximum or ideal combination of properties? Thus it may be necessary to trade off one characteristic for another. The classic example involves strength and ductility; normally, a material having a high strength will have only a limited ductility. In such cases a reasonable compromise between two or more properties may be necessary. A second selection consideration is any deterioration of material properties that may occur during service operation. For example, significant reductions in mechanical strength may result from exposure to elevated temperatures or corrosive environments. Finally, probably the overriding consideration is that of economics: what will the finished product cost? A material may be found that has the ideal set of properties but is prohibitively expensive. Here again, some compromise is inevitable. The cost of a finished piece also includes any expense incurred during fabrication to produce the desired shape. 60 �The more familiar an engineer or scientist is with the various characteristics and structure- property relationships, as well as processing techniques of materials, the more proficient and confident he or she will be to make judicious materials choices based on these criteria. 61 �GLOSSARY: - Accomplish: realizar, confirmar, llevar a cabo -Alloy: alear, ligar, aleación -Annealed copper: cobre recocido, cobre templado -As a whole: as a unit, in general (en conjunto, como un todo) -Assume: suponer, presuponer -At least: at the mínimum; in any case (al menos, a lo menos, por lo menos) -Attain: alcanzar, lograr -Attempts: unsuccessful efforts (esfuerzo, empeño) -Axis: eje -Beam: girder, a horizontal heavy strong member that supports vertical loads; member on which the weight of a floor is carried (viga, traba) -Bed: supports all the principal parts (bancada) -Behaviour: conducta, comportamiento, funcionamiento -Bending: curvadura, flexión, torción -Blade: asp; one of the parts of a propeller (hoja, cuchilla) -Besides: also, in addition, even more so (además) -Block: bloque -Boil: hervor, ebullición, bullir, hervir -Borne in mind: kept in mind; considered (mantener en mente, tener en cuenta, memorizar) -Bound: to form the boundary of; to limit (atado, ligado) -Boundary: that which indicates or fixes a limit or extent (límite, frontera, término) -Bounding surface: surface that limits or confines (superficie que limita) -Brass: latón, cobre -Brick: ladrillo -Brittle: quebradizo, frágil 62 �-Bubble: a small body of air or gas within a liquid (burbuja, ampolla) -Bulk: mass volume, an aggregate that forms a body or unit, with reference to size or amount (bulto, volumen, grueso) -Burn: quemadura, quemar -Cast iron: de hierro colado, de fundición -Centroids: successive centers in a rod (centro de gravedad) -Channel: passage for water, canal (canal, conducto) -Chiefly: mainly, principally (principalmente, mayormente) -Chosen: selected (escoger, elegir) -Clamp: pinza, tenaza, collar -Concern: asunto, atañer, concernir, interesar -Conduit: channel or pipe for carrying liquids through distances (tubo aislante) -Constrained: confined, forced (constreñir, detener, encerrar, restringir) -Constraints: forces acting upon a body (restricciones) -Conversely: vice versa, with the alternation or order changed (contrariamente) -Coupling: device that serves to connect the ends of adjacent parts (acoplamiento) -Covering: including (cubierta, envoltura) -Crack: hendidura, grieta, crujido, estallido -Crankshaft: cigüeñal -Cross-sectional: corte transversal -Cumbersome: embarazoso -Dam: a barrier to prevent the flow of water, as a bank or wall (presa, represa) -Despite: in spite of; notwithstanding (a pesar de, a despecho de) -Discharge: emission (descarga, desempeño, liberación, derrame) -Displacements: removals from the usual or proper place (desplazamientos) -Disturb: to interrupt or alter the normal condition (disturbar, incomodar, perturbar, molestar) 63 �-Disk or disc: thin circular object or part; also a phonograph (disco) -Drift along: to float or drive along by water or air (deriva) -Drops: pendientes, descenso, lanzamiento -Ductility: ductilidad -Due to: as a result of; owing to (debido a) -Elevation head: (Hydraulics): pressure of water (Carga) -Elongation: alargamiento -Encounter: meet, find (encontrar) -Engaging: engranaje -Evenly: uniformly (uniformemente) -Even: (liso, llano) -Evolve: to exhibit or produce by evolution (desarrollar, evolucionar) -Expend: to consume by use (gastar, consumir) -Extent: extensión, punto -Factual data: data based on facts (datos, información precisa) -Faucet: the terminal ending of a pipe system that permits the outlet of water; water tap (cegrifo) -Feed: alimentar, avanzar -Fine-grained: having little fine lines and markings (de granulación fina, de fibra compacta -Flame: llama, flamear -Flat: smooth and level; even (plano, llano) -Flight: act of flying or passing through the air or outer space (tramo, arranque, vuelo) -Flume: a large, inclined channel, trough or chute for conveying water -Foundry: a place where founding takes place (fundición) -Freeze: helar, congelar -Gage: (espesor) 64 �-Gate: valve or door that permits or stops the passage of flowing water or liquid (compuerta) -Gearbox: adjust speed of rotation (caja de velocidades) -Give rise: subida, elevación, salida, dar origen -Glass: vidrio, cristal -Globule: tiny or very small drop or ball (glóbulo) -Gradients: the rate of regular or graded ascent or descent in temperature or pressure (pendiente, gradiente, declividad) -Gravel: loose rounded fragments of rock (grava, cascajo) -Hardening zone: zona de endurecimiento -Headstock: contains the motor (cabezal fijo) -Height: the condition of being high (altura) -Henceforth: from this time forward; therefore (de aquí en adelante) -High-carbon tool: herramienta de acero de alto contenido de carbono -Hitting pistons: pistones de empuje -Horse-power type: / tipo de caballo de fuerza -In short: briefly; by way of summary (en breve) -In so far as: to such extent or degree as (en cuanto) -Input signal: señal de entrada -In brief: in short, briefly (en breve, brevemente) -Involve: include, implicate, and imply (envolver, comprometer) -Isolated: separated from the rest (aislado) -Isothermal: of, relating to, or marked by changes of volumen or pressure under conditions of constant temperature (isotérmico) -Jet: stream of water that spurts or comes out suddenly with force (chorro, reacción) -Knot: a hard mass of wood formed where a branch grows out from a tree, which shows as a roundish, cross-grained piece in a board (nudo) 65 �-Lead: avance, adelanto -Level out: to make equal or uniform (nivelar) -Libounding surfaces: superficie que limita o restringe -Lie: be or stay at rest in a horizontal position; be placed (configuración, lugar, posición, sitio, ubicación) -Likewise: also, moreover, too (igualmente, así mismo, además) -Loads: cargas -Low-carbon steel: acero de bajo carbono -Main: a large pipe of water, gas, etc. (canalización eléctrica, red de consumo, conducto) -Miscible: that can be fixed or combined (es relativo a sustancias totalmente soluble) -Namely: that is to say, viz, videlicet -Motion: movimiento -Narrowing: part or place that is narrow; opposite to broad, wide (estrechamiento) -Negligible: that can be neglected (insignificante, imperceptible) -Nevertheless: however, but (sin embargo, no obstante) -Noise: ruido, divulgar -Nozzles: a projecting tube from which water is discharged, usually used at the end of a hose or tube (tobera, tubo de salida) -Outside the province of: outside the field or sphere of (fuera de provincial) -Pace: rate of movement, growth or development (paso) -Particularly: especially (particularmente, difícilmente, exigentemente) -Phases: fases, poner en fase, llevar a cabo a etapas uniformes -Phenomenon (sing.): phenomena (plural): any observable fact of scientific interest (fenómeno) -Pitting: from pit; hole, cavity (hoyo, foso) -Plate: body limited by even surfaces (placa, lamina) -Pliable: flexible, ductil 66 �-Pockets: small cavity (bolsa, depósito, bolso) -Polluting oil: aceite contaminante -Pottery: alfarería -Power source: fuente de energía -Primarily: principally, originally, at first (preliminarmente, principalmente, primeramente, originalmente) -Prior to: before (antes de) -Pronounced: strongly marked (pronunciar) -Pump: bomba -Quench: apagar, extinguir -Range: distance between certain limits; extend. Also, rank, class -Readily: quickly; easily (de buena gana, fácilmente) -Relationship: connection, interrelation (relación, conexión, interrelación) -Releasing: liberando, aliviando -Reliable: confiable, fidedigno -Remainder: rest (resto, residuo) -Restore: to bring back to or put back into a former or original state (restaurar, devolver) -Rim: the outer part of a wheel, border (llanta, aro) -Rod: varilla, vara -Rugged: reforzado -Setting: the process of hardening of concrete (fraguado, engaste) -Sharply: acutely; impetuously; strongly (agudamente, afiladamente, puntiagudamente) -Shell: body whose surfaces are curve (cilindro) -Shearing: (deslizamiento) -Shorted conductor: conductor en corto circuito -Slender: long and thin (escaso, insuficiente) 67 �-Slightly: opposite of strongly (delgado, leve, pequeño, escaso) -Slip: (deslizarse) -So-called: called or designated in this way; commonly named or called (tan llamado) -Surrounding: areas that is around something, vicinity -Specimen: one of a group or class taken to show what the others are like; kind (espécimen, muestra, tipo, sujeto) -Spindle: holds the dead center -Squirrel cage: jaula de ardilla -Stage: step; a period in a process, activity or development (fase, etapa) -Steam: vapor, vaho, humo -Steel: acero, acerado -Stiffness: rigidez -Stone: piedra -Straight-line axis: ejes rectilíneos -Strain: (tensión, torcedura) -Streama course of flowing water, current (vapor) -Strength: (fuerza, resistencia) -Stress: force; influence (esfuerzo) -Strictly speaking: speaking with exactness, rigorously (hablando estrictamente) -Stumbling blocks: an impediment to belief or understanding; an obstacle (escollo, tropezadero) -Sweep: reja excavadora, carrera (pieza de máquina), lira (tornos), desviación vertical de laminación. -Tacit: not expressed (tácito) -Tailstock: transmits rotational movement and holds center (cabezal móvil) -Take up: pick up, to remove by lifting or pulling (subir, levantar, emprender, obrar, pegar) 68 �-Tension test diagram: diagrama convencional del ensayo a la tracción, donde se plotean los valores de las deformaciones obtenidas a partir de la aplicación de esfuerzos de tracción. -Throat: garganta -Thrust: to push or drive with force (empuje) -Thereby: hence, thus, consequently (así, consecuentemente) -Timber: madera de construcción -To collapse: to fall or break down abruptly; disintegrate (desplome, fracaso, colapso) -To a very small extend: to a very small degree; very little -Transducer: transductor (estos son aparatos que convierten señales eléctricas en mecánicas y viceversa) -Turn on: encender -Vapor locks: Sp. trampas de vapor, tapón de vapor -Venturi: a short tuve inserted in pipeline used for measuring the quantity of a fluid flowing (tubo de venturi: es un dispositivo creado por el científico del mismo nombre que consiste en un estrechamiento y un ensanchamiento gradual del cauce para estudiar los efectos de las variaciones de velocidad y presión en los flujos por tuberías). -Virtual: being in essence or effect but no in fact (virtual, efectivo, eficaz) -Virtually: adverb from virtual meaning being in essence or effect, but no in fact; practically (eficazmente, virtualmente, efectivamente) -Water- hammer effect: Sp. efecto de golpe de agua o de ariete -Wearing: deterioration by use (desgaste, deterioro) -Weir: a dam in a stream to divert its flow -Yield: producción, rendimiento, cesión, límite 69 �HIGHER INSTITUTE OF MINING AND METALLURGY OF MOA READING SELECTIONS FOR MECHANICAL ENGINEERING STUDENTS ENGLISH IV AUTHORS: M. sC. MIRTHA ODALIS OLIVERO HERRERA M. sC. GEORGINA AGUILERA SABORIT M. sC. ADIS FIOL CUENCA M. sC. ADELFA VERDECIA CRUZ M. sC. MARIO ANDRÉS NAVARRO CONSUEGRA Lic. RICHEL FERNÁNDEZ MORA Lic. YANISEL BATISTA NUÑEZ Lic. ALIUSKA HINOJOSA CALA �Página legal Título de la obra: Reading selections for Mechanical Engineering students. English IV, 69 pp. Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 -- ISBN: 978-959-16-4174-8 1. Autor: Mirtha Odalis Olivero Herrera 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Corrección: Dr. C. Tania Bess Reyes Diseño: Wilkie Villalón Sánchez Institución de los autores: ISMM «Dr. Antonio Núñez Jiménez» Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2018 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Ave Calixto García Íñiguez # 75, Rpto Caribe Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: http://edum.ismm.edu.cu �Preface Este folleto es el complemento necesario a los anteriores en los que se enseña a los estudiantes los elementos gramaticales y el vocabulario general y técnico requerido para comprender el idioma Inglés con fines profesionales en una forma adecuada a este nivel de enseñanza. Se le presenta una selección de textos de la literatura técnica que encontrarán durante su aprendizaje en la universidad y durante el desarrollo de su profesión. Para ello, se realizó una investigación que consistió en revisar los libros en inglés relacionados con la especialidad para seleccionar el vocabulario técnico de mayor uso. La ejercitación se concibió con el objetivo de que los estudiantes se apropiaran de un sistema de conocimientos en este idioma para su posterior generalización y aplicación, se tuvo en cuenta que el objetivo principal de esta asignatura es leer y comprender literatura técnica en inglés. Se presenta además, un glosario de términos mecánicos que tiene como fin facilitar a los ingenieros y estudiantes de la carrera Ingeniería Mecánica un soporte para su trabajo. �Index Preface Page !!! Theme 1: Strength of Materials. Reading A: Strength of Materials (Problems and Methods……………….... 1 Reading B: Strength of Materials (Assumptions 1 and 2)…………………. 4 Reading C: Strength of Materials (Assumptions 3, 4, 5 and 6) …………… 9 Reading D: Ductility and Brittleness. Hardness……………………………. 14 Reading E: Beams-Shear forces…………………………………………….. 17 Theme 2: Machines. Reading A: Automatic Control of Machine Tools. ………………………… 20 Reading B: A car wash for cleaner air……………………………………… 22 Reading C: Kinematics……………………………………………………….. 25 Reading D: The Centre Lathe………………………………………………… 29 Theme 3: Thermodynamic. Reading A: Thermodynamics system……………………………………… 34 Reading B: Thermodynamics reversibility………………………………… 38 Reading C: The subject of Hydraulics…………………………….………… 42 Theme 4: Cavitations. Reading A: Cavitations…………………………………………………………. 46 Complementary Texts. Reading A: Historical Perspective …………………………………………… Reading B: Some criteria to select the appropriate material …………….. Glossary…………………………………………………………………………. 50 51 53 � Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Libros Dublin Core The Dublin Core metadata element set is common to all Omeka records, including items, files, and collections. For more information see, http://dublincore.org/documents/dces/. Title A name given to the resource Reading selections for Mechanical Engineering students Creator An entity primarily responsible for making the resource Mirtha Odalis Olivero Herrera Publisher An entity responsible for making the resource available Tania Bess Reyes Type The nature or genre of the resource Libro Date A point or period of time associated with an event in the lifecycle of the resource 15 de marzo de 2019 Subject The topic of the resource Idioma Inglés Description An account of the resource Libro de apoyo a la docencia en la carrera Mecánica Format The file format, physical medium, or dimensions of the resource PDF Language A language of the resource Inglés https://repoedum.ismm.edu.cu/files/original/fcd80d20963db0a7e9001cfe1332a37d.pdf 2f32ff8669f7040455eaa17c014d2328 PDF Text Text MONOGRAFÍA USO Y MANEJO DEL AGUA Dr. MIGUEL GARRIDO RODRÍGUEZ �Página legal Título de la obra: Uso y manejo del agua, 177 pgs Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 – ISBN: 978 – 959 – 16 – 2440 - 6 1. Autor: Dr. C. Miguel Garrido Rodríguez 2. Institución: Instituto Superior Minero Metalúrgico “Dr. Antonio Núñez Jiménez” Edición y corrección: M.Sc. Niurbis La Ó Lobaina Institución del autor: ISMM “ Dr. Antonio Núñez Jiménez” Editorial Digital Universitaria de Moa, año 2015 La Editorial Digital Universitaria de Moa publica bajo licencia Creative Commons de tipo Reconocimiento No Comercial Sin Obra Derivada, se permite su copia y distribución por cualquier medio siempre que mantenga el reconocimiento de sus autores, no haga uso comercial de las obras y no realice ninguna modificación de ellas. La licencia completa puede consultarse en: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.5/ar/legalcode Editorial Digital Universitaria Instituto Superior Minero Metalúrgico Las coloradas s/n, Moa 83329, Holguín Cuba e-mail: edum@ismm.edu.cu Sitio Web: https://ismm.edum.edu.cu �Tabla de contenido Introducción ......................................................................................... 3 TEMA 1 ............................................................................................ 5 CICLO DEL AGUA .................................................................................. 5 1.1. Uso de los recursos hídricos .......................................................... 8 1.2. La molécula de agua .................................................................... 9 1.3. Propiedades del agua ................................................................. 11 TEMA 2 ......................................................................................... 13 IMPUREZAS DEL AGUA NATURAL ......................................................... 13 2.1. Suspensión sólida ...................................................................... 14 2.2. Impurezas coloidales ................................................................ 14 2.3. Dispersión molecular e iónica ..................................................... 15 2.4. Crecimientos biológicos .............................................................. 16 TEMA 3 ............................................................................................ 17 PRINCIPALES INCONVENIENTES DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA ............... 17 3.1. Incrustaciones superficiales ........................................................ 17 Incrustaciones alcalinas térreas ..................................................... 18 Incrustaciones ferrosas .................................................................. 18 Incrustaciones cúpricas .................................................................. 19 Incrustaciones de sílice .................................................................. 19 3.2. Corrosión ................................................................................. 19 De alta estabilidad termodinámica ................................................... 20 De limitada estabilidad termodinámica ............................................. 20 Pasivación de los metales ............................................................... 21 3.3. Formación de espumas.............................................................. 22 TEMA 4 ........................................................................................... 23 ESTABILIDAD DEL AGUA ..................................................................... 23 4.1. Aguas agresivas e incrustantes ................................................... 23 4.2. Análisis cualitativo de la estabilidad del agua ................................ 24 Carácter ácido .............................................................................. 25 Carácter incrustante ...................................................................... 26 4.3. Análisis cuantitativo de la estabilidad del agua .............................. 29 Método para el cálculo del Índice de Langelier (LSI) ........................................ 29 Método para el cálculo del Índice de Ryznar (ISR) ............................................ 30 TEMA 5 ........................................................................................... 32 SOLUBILIDAD DE LOS GASES EN EL AGUA ............................................ 32 5.1. Termodinámica de la precipitación de sólidos ................................ 33 5.1.1. Criterios termodinámicos de equilibrio o espontaneidad de los procesos ......................................................................................... 33 5.1.2. Dependencia de la Energía Libre con la temperatura a presión constante. Ecuación Gibbs – Helmholtz.................................................................. 34 5.1.3. Equilibrio químico ............................................................................................... 36 1 �5.4. Termodinámica de reversibilidad ................................................. 37 5.5. Influencia de la temperatura en la constante de equilibrio. Ecuación de Van’t Hoff ....................................................................................... 37 5.6. Métodos aproximados de cálculo de las constantes equilibrio .......... 38 TEMA 6 .......................................................................................... 41 MEDIDAS, CONTROL Y MONITOREO DEL AGUA .................................... 41 6.1. Toma de muestra para el análisis de agua .................................... 42 6.3. Técnicas de análisis ................................................................... 44 6.3.1. Análisis organolépticos ............................................................ 44 6.3.2. Análisis de los componentes más comunes ............................................. 46 TEMA 7 ........................................................................................... 49 ANÁLISIS DE SUSTANCIAS QUE INFLUYEN EN LA POTABILIDAD DEL AGUA 49 TEMA 8 ............................................................................................ 55 TIPOS DE PROCESOS PARA LA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES .............. 55 8.1. Procesos físicos ......................................................................... 55 8.2. Procesos químicos ..................................................................... 62 8.3. Esquemas de desmineralización .................................................. 75 8.3.1. Membranas. Clasificación ..................................................... 87 8.3.2. Parámetros principales del proceso ....................................... 89 8.3.3. Otros factores que pueden afectar la efectividad del proceso de ósmosis .................................................................................. 92 TEMA 9 ........................................................................................... 97 SISTEMA DE POST-TRATAMIENTO ........................................................ 97 9.1. Métodos de desinfección ............................................................. 98 9.2. Objetivos del tratamiento del agua ............................................ 109 9.3. Control de las incrustaciones en caldera ..................................... 117 TEMA 10 ......................................................................................... 118 AGUAS RESIDUALES. TRATAMIENTO, USO Y DISPOSICIÓN FINAL .......... 118 10.1. Aguas residuales urbanas ....................................................... 118 10.2. Tipos de vertidos industriales .................................................. 120 10.3. Contaminación característica de la industria .............................. 122 10.4. Contaminantes específicos ...................................................... 125 10.5. Otras formas de medir la calidad de las Aguas ........................... 127 10.6. Tratamientos previos.............................................................. 129 10.7. Tratamiento primario o tratamiento físico-químico ..................... 149 10.8. Aplicaciones del tratamiento físico-químico ............................... 151 10. 9.Tratamiento secundario .......................................................... 158 10.10. Tratamiento de efluentes y lodos ........................................... 164 BIBLIOGRAFÍA.................................................................................. 170 2 �Introducción El agua constituye elemento esencial en el desarrollo de la humanidad, por tanto el conocimiento de sus propiedades físicas y químicas, son necesarios para lograr el desarrollo sustentable. Solo el 2,5 por ciento de los recursos hídricos mundiales son agua dulce y la mayor parte del líquido que nos rodea, el mar y los océanos, son salados. Según un informe del programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA), los seres humanos solo contamos con menos del uno por ciento del agua dulce para nuestro consumo. El Segundo Informe sobre Desarrollo de los Recursos Hídricos en el Mundo (2006) alerta que la carencia de este servicio básico está vinculada a la mala gestión del agua, a la poca creación de capacidades humanas y la escasez de las infraestructuras físicas. El uso del agua de mar en los sectores de servicios e industriales y regadíos es casi nulo y los procesos de eliminación del contenido de impurezas del agua de mar son muy costosos. Ante la evidente importancia de este bien común se elaboró el siguiente material con la finalidad de poner a disposición de docentes y estudiantes una síntesis de conocimientos científico-técnicos que favorezcan la adopción de una conducta responsable ante el uso y manejo de los recursos hídricos que la naturaleza pone a disposición de la humanidad. La monografía Uso y manejo del agua está formada por los temas siguientes: El ciclo del agua en el que se precisa la interrelación de diversos procesos y las principales propiedades físicas. Impurezas naturales del agua. En este tema se indican las impurezas presentes en las aguas superficiales y aguas subterráneas, tales como las suspensiones sólidas y coloidales, las dispersiones iónicas y moleculares y los crecimientos biológicos, así como los efectos en la calidad del agua. Estabilidad del agua basada en su carácter ácido o incrustante en dependencia de las actividades de los iones presentes y el pH. 3 �Termodinámica de la precipitación de sólidos. Se analizan métodos para evaluar la posibilidad de las reacciones que puedan tener lugar acorde a las condiciones del sistema o de la estabilidad de compuestos. Medidas, control y monitoreo del agua. Parámetros para evaluar la calidad del agua. Procesos para el control de agentes contaminantes. Procesos físicos, químicos y biológicos. Tratamiento de agua de abasto. Planta potabilizadora. Instalaciones para fines industriales. Agua para la producción de vapor. Aguas residuales. Tratamiento, uso y disposición final. Métodos de control de agentes contaminantes. Este sistema de conocimientos permite evaluar la calidad del agua y proponer los métodos para la eliminación de agentes contaminantes. 4 �TEMA 1 CICLO DEL AGUA Conocer el ciclo hídrico permite valorar las acciones para aprovechar las oportunidades para el control y uso del agua, así como tomar las medidas preventivas para mantener este equilibrio natural de la naturaleza, de forma que los impactos que el hombre produce sobre los recursos hídricos puedan ser minimizados o evitados con la correcta gestión de los procesos donde interviene este recurso. La gestión del agua implica conocer sus propiedades y sus impurezas para evaluar los tratamientos y usos a que se destina en los procesos tanto productivos como de servicio y de abasto a la población, pero también establecer las regulaciones y normativas de control y el tratamiento de los efluentes producidos. El agua en el planeta tierra se encuentra en las tres fases: sólida, líquida y gaseosa, constituyendo la hidrosfera y se distribuye en los océanos, los continentes y la atmósfera; entre los cuales existe una circulación continua - el ciclo del agua o ciclo hidrológico. El movimiento del agua en el ciclo hidrológico es mantenido por la energía radiante del sol y por la fuerza de la gravedad. El ciclo hidrológico se define como la secuencia de fenómenos por medio de los cuales el agua pasa de la superficie terrestre, en la fase de vapor, a la atmósfera y regresa en sus fases líquida y sólida. La transferencia de agua desde la superficie de la tierra hacia la atmósfera, en forma de vapor de agua, se debe a la evaporación directa, a la transpiración por las plantas y animales y por sublimación (paso directo del agua sólida a vapor de agua), aunque este es insignificante. 5 �Figura 1. Ciclo del agua. La cantidad de agua movida, dentro del ciclo hidrológico, por el fenómeno de sublimación es evaporación y insignificante por en relación transpiración, cuyo con las proceso cantidades conjunto movidas se por denomina evapotranspiración. El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 Km. El agua condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a la precipitación. La precipitación también incluye el agua que pasa de la atmósfera a la superficie terrestre por condensación del vapor de agua (rocío) o por congelación del vapor (helada) y por intercepción de las gotas de agua de las nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar). El agua que precipita en la tierra puede tener varios destinos. Una parte es devuelta directamente a la atmósfera por evaporación; otra parte se escurre por la superficie 6 �del terreno, escorrentía superficial, que se concentra en surcos y va a originar las líneas de agua. El agua restante se infiltra, esta penetra en el interior del suelo; esta agua infiltrada puede volver a la atmósfera por evapotranspiración o profundizarse hasta alcanzar las capas freáticas. La precipitación puede ocurrir en la fase líquida (lluvia) o en la fase sólida (nieve o granizo). El agua precipitada en la fase sólida se presenta con una estructura cristalina, en el caso de la nieve y con estructura granular, en el caso del granizo. Tanto el escurrimiento superficial como el subterráneo van a alimentar los cursos de agua que desaguan en lagos y en océanos La escorrentía superficial se presenta siempre que hay precipitación y termina poco después de haber terminado la precipitación. Por otro lado, el escurrimiento subterráneo, especialmente cuando se da a través de medios porosos, ocurre con gran lentitud y sigue alimentando los cursos de agua mucho después de haber terminado la precipitación que le dio origen. Así, los cursos de agua alimentados por capas freáticas presentan unos caudales más regulares. Como se dijo arriba, los procesos del ciclo hidrológico ocurren en la atmósfera y en la superficie terrestre por lo que se puede admitir dividir el ciclo del agua en dos ramas: aérea y terrestre. El agua que precipita sobre los suelos, una parte es devuelta a la atmósfera por evapotranspiración y la otra produce escurrimiento superficial y subterráneo. Esta división está condicionada por varios factores, unos de orden climático y otros dependientes de las características físicas del lugar donde ocurre la precipitación. La energía solar es la fuente de energía térmica necesaria para el paso del agua desde las fases líquida y sólida a la fase de vapor, y también es el origen de las circulaciones atmosféricas que transportan el vapor de agua y mueven las nubes. Por este motivo, y bajo un enfoque global o sistemático el ciclo del agua hay que entenderlo como una gran máquina térmica que utiliza una cuarta parte de la energía que llega del sol a la tierra, que es solo un 0,23 %. La fuerza de gravedad da lugar a la precipitación y al escurrimiento. El ciclo hidrológico es un agente modelador de la corteza terrestre debido a la erosión, al transporte y deposición de sedimentos por vía hidráulica. Condiciona la cobertura vegetal y, de una forma más general, la vida en la tierra. 7 �El ciclo hidrológico puede ser visto, en una escala planetaria, como un gigantesco sistema de destilación, extendido por todo el Planeta. El calentamiento de las regiones tropicales debido a la radiación solar provoca la evaporación continua del agua de los océanos, la cual es transportada bajo forma de vapor de agua por la circulación general de la atmósfera, a otras regiones. Durante la transferencia, parte del vapor de agua se condensa debido al enfriamiento y forma nubes que originan la precipitación. El regreso a las regiones de origen resulta de la acción combinada del escurrimiento proveniente de los ríos y de las corrientes marinas. El ciclo del agua tiene dos partes principales. La parte terrestre del ciclo hidrológico comprende todo lo que tiene que ver con el transporte, el almacenamiento de las aguas en la Tierra y en el mar. La parte atmosférica consta del transporte de agua en la atmósfera principalmente en forma de vapor. En este esquema del ciclo del agua son claramente visibles la parte atmosférica del ciclo y su parte terrestre. Los procesos de transferencia de agua entre estas distintas reservas de la hidrosfera están indicadas por flechas de color malva acompañadas por la cantidad anual de agua implicada en el proceso. El balance hidrológico del agua está dado por la siguiente expresión: Precipitaciones = evapotranspiración + escurrimiento + infiltración. El vapor de agua es transportado por la circulación atmosférica y se condensa luego de haber recorrido distancias que pueden sobrepasar 1,000 Km. El agua condensada da lugar a la formación de nieblas y nubes y, posteriormente, a la precipitación. La precipitación también incluye el agua que pasa de la atmósfera a la superficie terrestre por condensación del vapor de agua (rocío) o por congelación del vapor (helada) y por intercepción de las gotas de agua de las nieblas (nubes que tocan el suelo o el mar). 1.1. Uso de los recursos hídricos El agua que precipita debido al escurrimiento e infiltración, una parte de ella es usada por el hombre para higiene, la elaboración de los productos y el riego para 8 �la producción de alimentos. Como puede observarse en la tabla 1 el agua es tratada en dependencia al uso. Tabla 1. Proceso del agua en dependencia del uso No 1 Entradas Nubes Actividades Precipitaciones 2 Lluvia, nieve, granizos y rocío Aguas subterráneas y superficiales (agua cruda, agua de mar), obtienen impurezas Superficie terrestre 4 Agua potable 4 4 Agua Agua Agua Agua Uso del agua Población Uso Industrial 7 Agua residuales 8 Aguas tratadas 9 Aguas 3 potable suavizada desmineralizada cruda o tratada superficiales Tratamiento del agua: Potabilizadora Industrial Riego Uso para riego Tratamiento de aguas residuales: Industriales, Domésticas y Agropecuarias Superficie terrestre y Evapotranspiración Salidas Lluvia, nieve, granizos y rocío Aguas subterráneas y superficiales Agua tratada Agua potable Agua suavizada Agua desmineralizada Agua destilada Aguas residuales urbanas Aguas residuales industriales Aguas superficiales y subterráneas Aguas tratadas Aguas superficiales y subterráneas Nubes subterráneas 1.2. La molécula de agua El agua es una molécula polar, que está formada por dos átomos de hidrógeno y uno de oxígeno por medio de dos enlaces covalentes. La distribución de los átomos provoca que la molécula tenga dos cargas negativas en un lado y dos cargas positivas en el otro. En el agua siempre están presentes iones hidronio (H3O+) y oxidrilo (OH-), los cuales surgen como resultado de la descomposición de la molécula de agua según la reacción: 2H2O (l) ==== H3O+ (ac) + OH- (ac) 9 �Podemos observar la representación esquemática de la molécula de agua. Figura 2. La molécula de agua. Los círculos mayores representan los átomos de oxígeno y los menores representan los átomos de hidrógeno. El resultado es que la molécula de agua aunque tiene una carga total neutra (igual número de protones que de electrones), presenta una distribución asimétrica de sus electrones, lo que la convierte en una molécula polar, alrededor del oxígeno se concentra una densidad de carga negativa, mientras que los núcleos de hidrógeno quedan desprovistos parcialmente de sus electrones y manifiestan, por tanto, un densidad de carga positiva. Por eso en la práctica la molécula de agua se comporta como un dipolo y tiene lugar las interacciones dipolo-dipolo. El agua se comporta como un electrolito débil siendo su constante de ionización o producto iónico del agua, Kw = [H3O+][ OH-], es igual a 10-14 a 24.8 o C. En el agua pura, las concentraciones de iones hidronio u oxidrilo son iguales: [H3O+]= [ OH-] = 10-7 mol / L. Para evitar el uso de exponenciales negativas en el agua pura y las disoluciones acuosas se utilizan el término de pH, que se define como el logaritmo del reciproco de la concentración de hidronio. pH = - log [H3O+]. 10 �Entonces: la [H3O+]=[ OH-] el pH=7 y la solución es neutra; Si Si la [H3O+]>[ OH-] el pH<7 y la solución es ácida; Si la [H3O+]<[ OH-] el pH>7 y la solución es alcalina. En general, es necesario precisar la dependencia de la constante de ionización del agua en función de la temperatura, tal como se indica en la tabla. Tabla 2. Producto iónico del agua Temperatura 0 10 25 40 50 0,113 0,209 1,008 2,917 5,474 (0C) Kw. 1014 El control del pH del agua es de gran importancia en numerosos sistemas, como por ejemplo: el control de pH en los sistemas de generación de vapor y los sistemas de enfriamiento con torres de enfriamiento, etc. 1.3. Propiedades del agua En estado puro no tiene olor, no es tóxica, disuelve a todas las sales cristalinas y compuestos polares y debido a los valores elevados del calor específico y latente de vaporización constituye verdaderos volantes térmicos. A continuación se relacionan las principales propiedades del agua pura: x Densidad del agua a 4 oC es de 0,9997 g/cm3 x Temperatura de ebullición a la presión atmosférica es de 100 oC. x Temperatura de solidificación a la presión atmosférica es de 0 oC. x Calor específico (entre 14,5 a 15,5 o C) es de 4180 J / kg / o C. 11 �x Calor de fusión del hielo es de 80 kcal/kg. x Calor de vaporización 539 kcal/kg. x Energía de formación molecular es de 58 000 cal/mol. x La viscosidad del agua es de 1,007.10-2 Poise a 20 oC. x Tensión superficial del agua a 18 oC es de 73 dyna/cm3. La transparencia del agua depende de la longitud de onda de la luz que atraviesa. Los rayos ultravioletas pasan bien, pero los infrarrojos, tan útiles desde el punto de vista físico y biológico, apenas penetran en ella. 12 �TEMA 2 IMPUREZAS DEL AGUA NATURAL El agua que usa el hombre, no se encuentra en estado puro, como se conoce desde el punto de vista químico, se puede considerar como H2O + x, donde x es el conjunto de impurezas, tal como se indican en la tabla 3, las cuales se clasifican en: Suspensión sólida con tamaño de partículas entre 50 mm y 1μ, soluciones y suspensiones coloidales con tamaño de partículas desde 0,001μm hasta 0,1μm, la dispersión del tipo iónica y/o molecular con dimensiones de las partículas son menos de 0,001 μm y no son capaces de depositarse por sí misma y crecimientos biológicos de diferentes tamaños que van desde algas, hongos, virus, bacterias, protozoos, etc. Tabla 3. Tipos de impurezas presentes en las superficiales y subterráneas Tipos de impurezas Tamaño Suspensión sólida Desde 50 mm hasta 1μm Impurezas coloidales Desde 1μm hasta 0,001μm 1 2 3 Dispersión molecular iónica Moléculas de gases Características Formada por arena, arcilla y sustancias orgánicas arrastradas por la lluvia o las corrientes de agua Impurezas coloidales están formadas, fundamentalmente, por compuestos de silicio, aluminio y hierro e O2 , NH3, N2, SH2, CO2 Moléculas de sales Menores de 0,001μm CaHCO3, NH4Cl, NaAC Moléculas de ácidos HAc, H2CO3, H3PO4 Moléculas alcalinas Cationes Aniones NH4OH, H+, Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+ 13 �Tipos de impurezas 4 Tamaño Crecimientos biológicos Reino Vegetal Hongos. Sombrerillo Células microscópicas que carecen de envoltura nuclear Protistas: son unicelulares pero poseen envoltura celular OH-, Cl-, SO42-, NO3Características Desde tamaño microscopicos hasta macrocoscopicos. Algas: verdes, azules y carmelitas. Bacterias. Sulfatoreductoras, productoras de ácidos, depositadoras de metal, formadoras de babaza, nitrificantes. Los Metazoos Amebas y giardias Esponjas, escaramujos, etc. 2.1. Suspensión sólida La suspensión sólida puede tener una variada composición, aunque por lo general está formada por arena, arcilla y sustancias orgánicas arrastradas por la lluvia o las corrientes de agua. Estas partículas tienen un comportamiento condicionado por las fuerzas gravimétricas e hidrostáticas y se subdividen en: suspensión gruesa, las cuales tienen una dimensión desde 50 a 1 mm, son visibles fácilmente y se sedimentan o flotan sin dificultad (las impurezas de mayores dimensiones no se consideran suspensiones, aunque pueden acompañar al agua que se debe tratar); y suspensión sólida fina, las cuales tienen tamaños desde 5 μm hasta 1μm y son visibles con cristales de aumento (estas partículas participan en el movimiento browniano y son capaces de sedimentar o flotar, aunque con una velocidad muy lenta. 2.2. Impurezas coloidales En las aguas naturales las impurezas coloidales están formadas, fundamentalmente, por compuestos de silicio, aluminio y hierro, mientras en las aguas residuales contienen sustancias orgánicas coloidales tales como proteínas fibrosas, grasas aceitosas, etc. 14 �Las partículas 0,001μm en este tipo de dispersión tienen dimensiones que van desde hasta 0,1μm o sea demasiado pequeñas para precipitar y demasiado grandes para formar solución verdadera, si el agua está en estado de reposo un tiempo prudencial, se observa que las partículas de mayor peso específico se encuentran cercanas al fondo y las de menor peso especifico cerca de la superficie. Estas se caracterizan por el movimiento browniano, que contribuye a impedir que las partículas coloidales se depositen, pero no pueden permanecer suspendidas solo por la acción de estas fuerzas. Los coloides permanecen dispersos debido principalmente a sus cargas eléctricas. Todas las partículas sólidas de un determinado sistema coloidal son o bien electropositivas o electronegativas. Debido a que las cargas iguales se repelen las partículas se mantienen separadas. Si la carga es neutralizada por la electricidad de tipo opuesto, las partículas coloidales se depositan. 2.3. Dispersión molecular e iónica El agua disuelve una gran cantidad de sustancias debido a su polaridad, la cual aporta la energía necesaria para el proceso de hidratación. La solubilidad de muchas depende fuertemente de la temperatura y algunas presentan máximos en esta dependencia. La dispersión del tipo iónica y molecular es la que presenta mayor variedad en sus componentes y en las fuentes a partir de las cuales se forman. Las dimensiones de las partículas son menos de 0,001 μm y no son capaces de depositarse por si misma. En la mayoría de los casos, en la composición de las aguas naturales se encuentran presenten las siguientes impurezas moleculares e iónicas. x Moléculas de ácidos débiles disueltas en el agua: Ácido carbónico, ácidos orgánicos, etc. x Sales procedentes de la neutralización de un ácido fuerte con una base fuerte o viceversa: cianuro de sodio, citrato de sodio, bicarbonato de sodio, etc. 15 �x Gases disueltos en el agua: Oxígeno, nitrógeno, dióxido de carbono, amoniaco, sulfuro de hidrógeno, etc. x Iones negativos: carbonatos, silicatos, fosfatos, etc. x Iones positivos: calcio, magnesio, sodio, potasio, hierro, cobre, etc. 2.4. Crecimientos biológicos Los crecimientos orgánicos se encuentran presentes en todo tipo de agua, aunque con mayor variedad y profusión en las aguas superficiales. Algunas son visibles a simple vista, otras se hacen visibles con un aumento a través de un microscopio. Los crecimientos biológicos pueden ser de reino vegetal y de reino animal, a continuación se explica cómo los reinos van desde el vegetal hasta los animales superiores: x El reino vegetal se encuentra presente en el hábitat acuoso los hongos y algas; x Las bacterias células microscópicas de núcleo difuso, que se encuentra en el límite de los dos reinos. Por ejemplo, bacilo de Koch que produce el cólera; x Los virus, grandes moléculas de ácido nucleico (combinado con proteínas), se sitúan en la frontera de la vida. Por ejemplo: Virus de la gripe, hepatitis, etc., x En el reino animal debe comenzarse por los animales unicelulares (protozoos) que adoptan numerosas formas parásitas. Por ejemplo, las amebas; x Los Metazoos comienzan con las esponjas y concluyen con los animales superiores el mamífero. Por ejemplo, los escaramujos. Los crecimientos biológicos son muy perjudiciales en el agua potable, en la mayoría de las aguas industriales y en menor medida en las de regadíos. 16 �TEMA 3 PRINCIPALES INCONVENIENTES DE LAS IMPUREZAS DEL AGUA 3.1. Incrustaciones superficiales Las impurezas del agua producen diferentes inconvenientes en el uso cotidiano, entre los principales son: suciedades, incrustaciones en superficies, corrosión en superficies metálicas, formación de espumas y los organismos patógenos causan diferentes enfermedades. En las industrias las impurezas contenidas producen en condiciones determinadas deposiciones o incrustaciones que pueden causar disminución de la transferencia de calor, incremento de la energía de bombeo por disminución del área de trabajo y corrosión en las superficies metálicas, etc. Las formas de deposiciones se puede clasificar en: - Deposiciones primarias: producidas por precipitaciones de sales que alcanzan el punto de saturación y deposiciones. - Deposiciones secundarias que se incluyen el resto, entre ellas las más frecuentes son por deposiciones de lodos en superficies calientes y crecimientos de microorganismos. Las incrustaciones primarias se forman calentamiento, las cuales comúnmente en las superficies de se pueden dividir, según las sustancias químicas del modo siguiente: 17 �Incrustaciones alcalinas térreas Estas se forman cuando en el agua se encuentran a la vez cationes de calcio y magnesio y aniones carbonatos, sulfatos y silicatos, con los cuales se forman los compuestos insolubles de carbonato de calcio y magnesio, hidróxido de magnesio, sulfato de calcio y de magnesio, silicato de calcio y magnesio. La precipitación de las impurezas con el aumento de la temperatura del agua. De estas sales las más incrustantes por presentar muy baja solubilidad son los carbonatos de calcio y de magnesio que no están presentes generalmente como tal, sino que se producen al descomponerse los bicarbonatos correspondientes por efecto del calor. Produciendo además CO2 que acompañando al vapor resulta altamente corrosivo para las líneas de condensado si no se toman las medidas técnicas adecuadas. Ca(HCO3)2 (ac) + Calor CaCO3(s) + CO2 (g) + H2O (l) Las acciones preventivas para evitar las deposiciones consistentes en la disminución de las impurezas incrustantes presente en el agua antes de entrar en los procesos y las correctivas la limpieza de estos depósitos sobre la superficie metálica, por medios mecánicos y químicos. Incrustaciones ferrosas Las costras de óxido de hierro, fundamentalmente de hematita (Fe2O3) y óxido de hierro (II) (FeO), se forman cuando no estén presentes en el agua de alimentación los metales alcalinos térreos o cuando aparecen por desprendimiento de los productos de corrosión. En los generadores de vapor pueden surgir las incrustaciones fosfato-férricas como resultado de un régimen químico deficiente. ferrosos y fosfato de hierro sodio. Las más frecuentes son los fosfatos El óxido de hierro conocido como magnetita Fe3O4, es útil su formación como una fina película en los generadores de vapor para evitar la corrosión. La capa de magnetita se forma con la adición de oxidante fuerte como nitrito y se mantiene con la adición permanente de un medio alcalino, que mantenga el pH alrededor de 11. 18 �Incrustaciones cúpricas Las costras de óxido de cobre, fundamentalmente de CuO y cuando Cu2O se forman estén presentes en el agua de alimentación o cuando aparecen por desprendimiento de los productos de corrosión. No son muy frecuentes en las instalaciones, pero su presencia en las calderas en las etapas de lavado químico son muy dañinas, porque aceleran la corrosión ácida. Incrustaciones de sílice Otra incrustación importante y más difícil de eliminar es la de sílice, muy peligrosa en los sistemas de vapor de alta presión. La sílice se elimina modernamente por intercambio iónico del agua. El principal problema de la sílice es su presencia en las turbinas que pueden hasta desbalancearlas. En general no existe una incrustación que sea completamente de un solo tipo y las mismas pueden presentarse en todos los tipos indicados, en la práctica industrial al identificarse solo se refiere a cuál es la mayoritaria. Para evitar las incrustaciones el método más efectivo es la disminución de impurezas indeseables en el agua mediante la aplicación de los tratamientos de clarificación (sedimentación-coagulación-filtración-flotación-ósmosis), desinfección y eliminación de dureza total cuando el agua contiene demasiado calcio y magnesio. La aplicación ineficiente de un tratamiento del agua para la generación de vapor, en las calderas trae como consecuencia la deposición de una capa de depósitos que disminuyen apreciablemente el intercambio de calor y entonces hay que someter a la caldera a un lavado químico con ácidos, muy costoso y prejudicial para la caldera desde el punto de vista técnico. 3.2. Corrosión Las pérdidas que se producen por la acción del medio corrosivo aparecen reflejadas en toda la literatura especializada, y de forma general se caracterizan por las pérdidas directas y las indirectas que se producen. Las pérdidas directas son las relacionadas con el recambio de los equipos, estructuras y accesorios, mientras que las indirectas están relacionadas con las pérdidas en la producción, productos dañados y tiempo de parada debido a estos trabajos. 19 �La corrosión como proceso espontáneo es donde los metales y sus aleaciones tienden a pasar a sus formas más estables, ya sea como sales o como óxidos del metal, aunque hoy día este concepto es aún más amplio y se incluye el estudio de los fenómenos en otros materiales como la degradación de los polímeros, la acción de la atmósfera sobre las estructuras de hormigón, la durabilidad de materiales cerámicos, etc. La causa de la corrosión de los metales radica en la tendencia termodinámica de los mismos a pasar a su estado natural, por ello se clasifican como: De alta estabilidad termodinámica Este fenómeno está presente en sistema en los que las transformaciones químicas (reacciones) la variación de la energía libre (ΔG > 0) mayor que cero y no ocurre oxidación del metal, o sea la velocidad de reacción es prácticamente cero, es el caso de metales nobles (Pt, Au, Ag) en contacto con el agente agresivo. Desde punto de vista corrosivo sería idóneo de usar estos metales en la construcción, pero en la mayoría de los casos no se puede por alto costo de estos. De limitada estabilidad termodinámica La corrosión se presenta cuando la variación de energía libre del sistema es menor que cero, en este caso la velocidad de reacción es apreciable y provoca la oxidación del metal. En la mayoría de las construcciones metálicas ocurre este fenómeno, para lograr la protección de esta hay que recurrir a los métodos de protección anticorrosiva. Este es el caso de las estructuras de acero en contacto con la atmósfera que se aplica pintura. De forma general la corrosión se clasifica en dos grandes grupos: corrosión química y corrosión electroquímica. La corrosión química es un proceso de oxidación reducción que ocurre sobre la propia superficie del metal y no existe ningún medio electrolito. Me/ MeO/ Ox Me ------> Mez + ze Ox +ye ------> Oxy Mez+ + Oxy+-----> MeOx. 20 �Depende termodinámicamente del valor de la variación de la energía libre y cinéticamente de la ecuación de la velocidad de reacción: Vr = dm/dt = KcOxn. La corrosión electroquímica se caracteriza por la presencia de un medio electrolito y de áreas anódicas y catódicas definidas. Está presente en los medios acuosos. Ánodo: Me ------> Mez+ + ze Cátodo: Ox + ye ------> Oxye Pero en este caso termodinámicamente depende de la actividad del metal y la velocidad de reacción viene dada por la relación: Vr=dm/dt=icorr/nF donde icorr = ia - ic y la magnitud del proceso puede calcularse a partir de las leyes de Faraday dm/dt = Micorr/nF. La semireacción catódica que ocurre prácticamente en todos los casos de la corrosión electroquímica, es: O2 + 2H2O + 4e ------------- 4 OH- Para evitar la corrosión se debe eliminar la presencia de oxígeno, como ocurre en el interior de los generadores de vapor con la adición de sulfitos e hidracina. En la atmósfera se debe mantener una humedad muy baja, generalmente menor del 70 % para evitar la presencia de una película de agua sobre la superficie metálica. Pasivación de los metales La pasivación ocurre cuando son sistemas que tienen una variación de energía libre menor que cero, pero no hay prácticamente corrosión, ya que sobre la superficie se han formado capas protectoras que evitan la oxidación del metal. Existen cuatro grandes grupos de vías de protección de los metales y sus aleaciones, entre los que se encuentran: x Alteración de la composición del metal o de su estructura: aleaciones, tratamientos térmicos; 21 �x Alteración alteración x de la composición del medio del pH, deshumidificación de corrosivo: usos de inhibidores, la atmósfera; Aplicación de protección catódica o anódica: desplazamientos de los potenciales para disminuir la velocidad de corrosión; x Aplicación de recubrimientos protectores: aislantes al metal del medio corrosivo, pueden ser metálicos como el niquelado, inorgánicos (esmaltado del acero) y orgánicos (pinturas, grasas y gomas). 3.3. Formación de espumas Otro de los inconvenientes que trae consigo las impurezas del agua es la formación de espuma que es indeseable en cualquier sistema de agua y generalmente se asocia a la presencia de sólidos disueltos por encima de los normados para el sistema, presencia de álcalis o de grasa. En un sistema de producción de vapor es donde la formación de espuma tiene un efecto más catastrófico porque incide directamente en los arrastres de aguas de caldera que se incorporan al vapor. En generadores de vapor equipados con sobrecalentadores esto aumenta el sobrecalentamiento en los mismos y los fallos en los tubos del equipo sobrecalentador. Es aún más grave cuando a continuación de los sobrecalentadores el uso de ese vapor es en turbinas de vapor. Para evitar las espumas se controlan los sólidos, la alcalinidad, los ingresos de grasas y otros. Las medidas correctivas son el control de estos parámetros anteriores así como el uso de antiespumantes y minimización de los productos de corrosión en circulación. Los agentes químicos antiespumantes reducen el consumo de combustible significativamente por permitir bajar las extracciones produciendo un vapor de alta calidad. Ejemplos de antiespumantes son los poliglicoles y poliamidas. 22 �TEMA 4 ESTABILIDAD DEL AGUA 4.1. Aguas agresivas e incrustantes Las aguas pueden corroer a metales, calizas, cemento y algunos productos derivados como materiales de la construcción y hormigones, o precipitar sólidos insolubles que se aglomeran y se depositan en la superficie de los materiales. Entre las aguas agresivas se encuentran algunas aguas naturales de alcalinidad y dureza bajas, así como las aguas coaguladas, suavizadas por intercambio iónico y/o desmineralizado. Las aguas corrosivas debilitan la pared de las tuberías al eliminar parte del material, en los puntos corroídos aumentan las tensiones debidas a las cargas, y se produce una rugosidad elevada que disminuye la capacidad portante de los ductos. Dependiendo del material con el cual el agua entra en contacto, se puede provocar una coloración en el agua, e incluso en el caso de agua potable alterar su sabor. Con respecto a las aguas incrustantes, estas acumulan depósitos en las líneas de distribución, calderas y otros equipos, así como en los filtros de grava y arena, y en general en cualquier dispositivo que emplee agua o tanque de almacenamiento. En el caso de las tuberías, estas aguas reducen la sección útil e incrementan la velocidad y la pérdida de carga; así mismo aumentan la rugosidad y disminuyen la capacidad portante. Además de caracterizar las aguas naturales según su agresividad o incrustabilidad para uso doméstico e industrial, también es importante hacerlo en aquellos cuerpos de aguas que reciben aportes residuales municipales e industriales sin tratamiento. Dentro de los desechos que reciben se encuentran los metales pesados, los cuales se presentan como sedimentos y en formas disueltas, estas últimas interactúan con otros componentes del agua y, bajo ciertas condiciones, provocan que el agua cambie su naturaleza a incrustante o agresiva. 23 �Por lo anteriormente expuesto, es necesario utilizar la teoría apropiada para determinar, no solo de manera cualitativa sino además cuantitativa, la naturaleza del agua, y mantenerla en equilibrio; el no aplicar el modelo adecuado, podría generar errores trascendentes en la interpretación de resultados o en los posibles diseños de tratamiento. 4.2. Análisis cualitativo de la estabilidad del agua Para evitar el contacto del agua y reducir las posibilidades de corrosión es importante que los materiales mantengan una película de carbonato de calcio (CaCO3), esto se logra mediante la estabilización química del agua la cual consiste en ajustar el pH, la concentración de bióxido de carbono libre, o la concentración de carbonatos (CaCO3) del agua a su equilibrio de saturación de Ca(HCO3)2. Dado que un agua estabilizada no disuelve ni precipita CaCO3, no remueve las incrustaciones de CaCO3 que pueden proteger a las tuberías contra la corrosión, ni precipitan depósitos de CaCO3 que pueden obstruirlas. Las aguas pueden contener diferentes cantidades de CO2 libre, el cual influye en el comportamiento del carbonato de calcio contenido en tales aguas. Se dice que el CO2 de equilibrio es la cantidad de dióxido de carbono que debe estar presente en el agua para mantener en solución al bicarbonato que se encuentra en dicha agua. Si existe CO2 en exceso, este ataca al CaCO3 para aumentar la concentración del bicarbonato y mantener el equilibrio; por otro lado, si hay deficiencia de CO2, el CaCO3 se precipita para disminuir la concentración de bicarbonato, aumentando así el CO2 y restableciendo el equilibrio. Si el CO2 libre es mayor que el CO2 de equilibrio, existe exceso de CO2, por lo que se considera que el agua es agresiva. Si el CO2 libre es igual al de equilibrio, el agua está en equilibrio. Sin embargo, cuando el CO2 libre es menor que el de equilibrio, existe deficiencia en el CO2 de equilibrio, y se dice que el agua es incrustante. Estos análisis se basan en las transformaciones físico químicas que tienen lugar en el sistema CO2-H2O-CaCO3. En este sistema se puede manifestar el carácter corrosivo o incrustante del agua en dependencia de la solubilidad de del dióxido de carbono a partir de las reacciones siguientes: 24 �Carácter ácido El dióxido de carbono disuelto interacciona con el agua a través de la reacción 1- CO2 (g) + H2O (l) ==== H2CO3 (ac) Ke1 Este ácido es un electrolito débil y se ioniza en dos etapas mediante las reacciones: 2- H2CO3 (ac) ==== H+(ac) + HCO3- (ac) Ke2 3- HCO3- (ac) ==== H+(ac) + CO32- (ac) Ke3 ---------------------------------------------------------------------4- H2CO3 (ac) ==== 2H+ (ac) + CO32- (ac) Ke4= Ke2. Ke3 Por tanto la reacción total se puede plantear como: 5- CO2 (g) + H2O (l) ==== 2H+ (ac) + CO32- (ac) Ke5 En este sistema se pueden presentar varios casos particulares siguientes: a-Cuando PCO2 en la fase gaseosa > PCO2 de equilibrio de la reacción Se favorece la reacción de directa con la formación de los iones (H+ y CO32-), por tanto aumenta la a(H+) y consecuentemente disminuye el pH del aumentando la acidez del agua, luego constituye un agua más agresiva o que favorece la corrosión. b-Cuando PCO2 en la fase gaseosa = PCO2 de equilibrio de la reacción En este caso la reacción química está en equilibrio químico, es decir, que las concentraciones permanecen constantes, o sea, no se favorece ninguna de las reacciones químicas. c-Cuando PCO2 en la fase gaseosa < PCO2 de equilibrio de la reacción Se favorece la reacción de inversa con la formación del CO2 gaseoso disminuyendo su solubilidad, por tanto la a(H+) y consecuentemente aumenta el pH del disminuyendo la acidez del agua, luego constituye un agua menos agresiva o que no favorece la corrosión. 25 �Carácter incrustante La presencia del CO2 disuelto está asociado a la solubilidad del carbonato de calcio mediante las reacciones siguientes: 1- CO2 (g) + H2O (l) ==== H2CO3 (ac) Ke1 2- CaCO3 (s) + H2CO3 (ac) ==== Ca(HCO3)2 (ac) Ke2 --------------------------------------------------------------------------------3- Ca(HCO3)2 (ac) ==== Ca2+ (ac) + 2 HCO3- (ac) HCO3- + Ke3 CO32- (ac) ==== 2H (ac) + (ac) Ke4 4- 2 ------------------------------------------------------------------------------------------------------5- CO2 (g) +H2O (l) +CaCO3 (s) === Ca2+ (ac) + 2H+ (ac) + CO32- (ac) K5= Ke3. Ke4 En este caso se pueden presentar varios casos particulares siguientes: a-Cuando PCO2 en la fase gaseosa > PCO2 de equilibrio de la reacción Se favorece la reacción directa con la formación de los iones (H+), por tanto, aumenta la a(H+) y consecuentemente disminuye el pH, aumenta la solubilidad del carbonato de calcio y disminuyen las incrustaciones en las tuberías. b-Cuando PCO2 en la fase gaseosa = PCO2 de equilibrio de la reacción En este caso las reacciones químicas están en equilibrio químico, es decir, que las concentraciones permanecen constantes, o sea no se favorece ninguna de las reacciones químicas. c-Cuando PCO2 en la fase gaseosa < PCO2 de equilibrio de la reacción Se favorece la reacción de inversa con la disminución consecuentemente aumenta el pH, por tanto, se favorece de la a(H+) y la formación del carbonato de calcio, aumentando las incrustaciones en las tuberías, el agua es incrustante. Influencia del pH o de la actividad del catión hidrógeno El pH es otro factor que influye en la estabilidad del agua, es decir, en su carácter corrosivo o incrustante. Este análisis puede realizarse tomando como base a la reacción CO2 (g) +H2O (l) +CaCO3 (s) === Ca2+ (ac) + 2H+ (ac) + CO32- (ac) 26 �En este caso se pueden presentar varios casos particulares: a-Cuando pH del sistema > pH de equilibrio de la reacción o de saturación del agua En este caso la a(H+) en el sistema es mayor que la a(H+) en el equilibrio y por tanto el pH en el sistema es menor que el pH de equilibrio, entonces se produce la precipitación del carbonato de calcio favoreciéndose la formación de incrustaciones y a su vez disminuye la solubilidad del dióxido de carbono pasando este de la fase líquida a la fase vapor. Caso particular: cuando el pH es inferior a 4,1unidades todos los iones HCO3- se han convertido en dióxido de carbono. Estos determinan la alcalinidad total o (M). 2 HCO3- (ac) ==== 2H+ (ac) + CO32- (ac) b-Cuando pH del sistema = pH de equilibrio de la reacción o de saturación del agua En este caso las reacciones químicas están en equilibrio químico, es decir, que las concentraciones permanecen constantes, o sea, no se favorece ninguna de las reacciones químicas. c-Cuando pH del sistema > pH de equilibrio de la reacción o de saturación del agua En este caso la a(H+) en el sistema es menor que la a(H+) en el equilibrio y por tanto el pH en el sistema es menor que el pH de equilibrio, entonces se produce la disolución del carbonato de calcio disminuyendo las incrustaciones y su vez se incrementa la concentración de los iones carbonatos. Caso particular: cuando el pH es superior a 9,8 unidades todos los iones HCO3- se han convertido en iones carbonatos (CO32-), estos determinan la alcalinidad parcial (P) junto a los iones hidroxilos (OH). Este proceso se explica a partir de la reacción: 2 HCO3- (ac) ==== 2H+ (ac) + CO32- (ac) 27 �En general se observa la existencia de una relación entre la presión del dióxido de carbono, su solubilidad y el pH del agua con el carácter corrosivo o incrustante del agua y por tanto, una relación entre CO2- HCO3- CO32- de la forma siguiente: x x x Cuando el pH es superior a 8,1 el CO2 libre desaparece y los iones c (HCO3-) comienzan a convertirse en c (CO32-). Cuando el pH se encuentra entre 9,8 y 10 unidades todo el CO2 se ha convertido en c (CO32-). Cuando aumenta el pH la alcalinidad está determinada por la alcalinidad Relaciones cuantitativas entre la actividad de CO2- HCO3- CO32-, H2CO3 con el pH del agua: a-Dependencia de la a (HCO3-) con el pH A la presión atmosférica PCO2= 10-3,5, el dióxido de carbono disuelto en el agua es a (CO2)= 10-5 Pero este interacciona con el agua mediante la reacción: 1- CO2 (g) + H2O (l) ==== H2CO3 (ac) donde a(H2CO3) = a(CO2) = 10-5 pero el ácido carbónico se ioniza entonces se tiene que: 2- H2CO3 (ac) === H+(ac) + HCO3-(ac) Ke2= [a(H+).a(HCO3-)] / [a(H2CO3)] = 10-6,3 [a(H+).a(HCO32-)] = (10-5).( 10-6,3)= 10-11,3 Aplicando logaritmo y despejando: Loga (HCO3-)=log (Ke2) - loga(H+) + loga(H2CO3)= - 6,3 + pH - 5 Loga (HCO3-)=- 11,3 – loga (H+) o loga(HCO3-)= pH - 11,3 aplicando las propiedades de los logaritmos a(HCO3-) = 10 pH- 11,3 28 �3- HCO3-(ac) ==== H+(ac) + CO32- (ac) Ke3=[a(H+). a(CO32-)] / [a(HCO3)]= 10-10,3 despejando a(CO32-) = Ke2[a(HCO3-)]/[a(H+)] sustituyendo se cumple: a(CO32-) = 10 -10,3 [10 pH- 11,3 ] / [10-pH] a(CO32-)= 102pH-21,6 Para pH entre 4,1 y 8,3 hay equilibrio entre los iones CO32- y HCO3- a partir de la reacción: HCO3- (ac) ==== H+(ac) + CO32- (ac) 4.3. Análisis cuantitativo de la estabilidad del agua Para determinar la estabilidad del agua se conocen diferentes métodos, como el índice de saturación de Langelier, el índice de agresividad, el índice de estabilidad de Ryznar, el índice de Larson y Duswell, el índice de corrosión de Riddick, el índice de fuerza de conducción de Mc Cauley y los diagramas de Caldwell-Lawrence para determinar la agresividad e incrustabilidad del agua. El método de Mojmir Mach interrelaciona aspectos como la aportación de los iones denominados “ajenos” (todos los cationes y aniones presentes en el agua diferentes al calcio, bicarbonatos, carbonatos y protones) con la fuerza iónica, las relaciones fundamentales de disociación del agua y del ácido carbónico y la ecuación de electroneutralidad. A bajas temperaturas se aplica el índice de saturación para conocer si un agua tiene tendencia a las incrustaciones o corrosión. Este término es muy aplicado en los sistemas de enfriamiento. Métodos para identificar el carácter agresivo e incrustante del agua Método para el cálculo del Índice de Langelier (LSI) LSI = pHA - pHS, Donde: pHA = pH actual del agua pHS = pH de saturación o pH al cual se logra el equilibrio calcio carbónico del agua 29 �pHS = (9,3 + A + B) - (C + D) Donde: A = (Log [Sólidos totales disueltos mg/L] -1)/10 B = -13,12 x Log (Temperatura en ºC + 273) + 34,55 C = Log [Ca+2 como CaCO3 en mg/L] D =Log [Alcalinidad como CaCO3 en mg/L] Si IL = 0, agua en equilibrio químico Si IL < 0, agua con tendencia a ser corrosiva Si IL > 0, agua con tendencia incrustante Método para el cálculo del Índice de Ryznar (ISR) Se define el índice de estabilidad de Ryznar, como: ISR 2 pH S � pH De acuerdo con el valor obtenido, se maneja una escala que indica la tendencia incrustante o corrosiva del agua. Tabla 4. Índices de saturación del agua Condición ISR 3.0 Extremadamente incrustante 5.0 Severamente incrustante 5.5 Moderadamente incrustante 5.8 Levemente incrustante 6.0 Estable 6.5 Estable con leve tendencia corrosiva 7.0 Levemente corrosiva 8.0 Moderadamente corrosiva 9.0 Fuertemente corrosiva 30 �Índice Práctico de Incrustación El Índice Práctico de Incrustación, desarrollado por Puckorius, es similar al de Ryznar, salvo que utiliza un valor calculado de pH del agua en lugar del pH medido en el circuito. PSI 2 pH S � pH * 1- A partir de la reacción H2CO3 (ac) === H+(ac) + HCO3-(ac) Ke2= [a(H+).a(HCO3-)] / [a(H2CO3)] log(Ke2 ) = loga(HCO3-) + loga(H+) - loga(H2CO3) - loga(H+) = - log(Ke2) - loga(H2CO3) + loga(HCO3-) pH = - loga(H2CO3) + loga(HCO3-) - log(Ke2) pH = - loga(H2CO3) + loga(HCO3-) + pKe2 como a(H2CO3) = a(CO2) pH = loga(HCO3-) + pK2 - loga(CO2) pK1 : el logaritmo negativo de la constante Ke. 31 �TEMA 5 SOLUBILIDAD DE LOS GASES EN EL AGUA El agua actúa como un buen disolvente para un gran número de gases, entre los que se encuentra el oxígeno, dióxido de carbono, amoníaco y el sulfuro de hidrógeno. La solubilidad depende de la naturaleza del gas y de la temperatura. Un concepto básico para analizar las leyes que permiten evaluar las solubilidades de los gases en el agua es la presión de vapor, es decir, la presión que caracteriza el equilibrio líquido –vapor, al igualarse las velocidades de los procesos de evaporación y condensación para una sustancia dada en un sistema cerrado a temperatura constante. Luego la presión de vapor es una variable que depende de la naturaleza de sustancias y de la temperatura. Entre las leyes que permiten analizar la solubilidad de los gases en el agua se encuentran las siguientes: Ley de Henry: La masa de gas disuelta en la fase líquida es directamente proporcional a la presión que este ejerce sobre la fase líquida. Donde: Xi = k Pi Pi- presión del gas sobre la fase líquida, k- constante de Henry y Xi- fracción molar del gas en la fase líquida. La constante de Henry depende de la naturaleza del disolvente y de la temperatura. Otras leyes que están relacionadas con la solubilidad de los gases son: Ley de Raoult: La presión de vapor del gas en equilibrio con la fase gaseosa es directamente proporcional a su presión de vapor en estado puro. Donde: Pi= XiPi0 Pi- presión del gas sobre la fase líquida, Xi- fracción molar del gas en la fase líquido Pi0 - presión de vapor en estado puro. 32 �Ley de las presiones aditivas: En una mezcla gaseosa la presión total es igual a la suma de las presiones parciales de cada gas. Para una mezcla de gases formada por A y B, entonces, Pt= ∑ Pi, por tanto, Pt= PA + PB Ley de Dalton: La presión parcial de cada gas en una mezcla gaseosa es directamente proporcional a su fracción molar en la fase gaseosa. Donde: Pi= YiPT Pi- presión parcial del gas en la fase gaseosa Yi- fracción molar del gas en la fase gaseosa PT - presión total en el sistema 5.1. Termodinámica de la precipitación de sólidos 5.1.1. Criterios termodinámicos de equilibrio o espontaneidad de los procesos Se define como afinidad química a la capacidad de las sustancias para interaccionar o reaccionar. Termodinámicamente, la variable que permite cuantificar esta, es el Potencial Isobaro Isotérmico o variación de energía libre. (∆G). Por definición G = H-TS, como H y S son funciones de estado y propiedades extensivas, entonces la energía libre cumple estas características. Luego ∆G= ∆H-T∆S y ∆G=G2-G1, G2- energía libre total de los productos G1, - energía libre total de los reactivos En general se cumple que: a- Cuando G2>G1, (∆G>0). La reacción directa no ocurre espontáneamente. b- Cuando G2=G1, (∆G=0). Equilibrio químico. c- Cuando G2<G1, (∆G<0). La reacción directa ocurre espontáneamente. La dependencia de la energía libre con el estado del sistema y la cantidad de sustancias, está dada por la ecuación siguiente: G = f(T, P y n(i)) 33 �La variación de alguna de estas variables se indica mediante la ecuación: dG § wG · § wG · § wG · ¨ ¸ dt � ¨ ¸ dP � ¨ ¸ dn(i ) © wT ¹ P, N © wP ¹T , N © wn ¹ P,T Como G = H-TS y H = E + PV, sustituyendo y transformado las ecuaciones § wG · ¨ ¸ =-S © wT ¹ P , N § wG · ¨ ¸ =V © wP ¹ § wG · ¸ = μ(i) - Energía Libre Parcial Molar o Potencial © wn ¹ P ,T y ¨ Químico. dG VdP � SdT � μ(i) dn(i) Para los sistemas cerrados dG VdP � SdT , esta ecuación expresa la dependencia de la energía libre con la presión y la temperatura. 5.1.2. Dependencia de la Energía Libre con la temperatura constante. Ecuación Gibbs – Helmholtz Conociendo que 0 'G RT a presión 0 'H RT � T'S 0 RT , entonces, derivando en función de la temperatura: 0 'GRT 0 § w'H RT ¨¨ © wT 0 · § w'S RT ¸¸ � T ¨¨ ¹p © wT 0 · § w'H RT ¸¸ . Donde el término ¨¨ ¹p © wT · ¸¸ , se determina aplicando ¹p la ecuación de Kirchhof. Como 'S 'H , la dependencia de la energía libre con la temperatura está dada T por la ecuación siguiente: 0 'GRT T2 T2 ª § ·º 0 ¨ 'S Rt0 � 'CpdT ¸» « CpdT T 'H RT � ' � ³ ³ 1 1 T ¸¹» «¬ ¨© T1 T1 ¼ Esta ecuación permite calcular el Potencial Isobaro Isotérmico y luego aplicando el criterio de equilibrio o espontaneidad, analizar la posibilidad de que las reacciones puedan tener lugar acorde a las condiciones del sistema. Además, las representaciones graficas del Potencial Isobaro Isotérmico en función de la temperatura, permiten analizar como varia la afinidad química de las sustancias que toman parte en las reacciones o de la estabilidad de compuestos. 34 �Por ejemplo, en las figuras se muestran los Potenciales Isobaros Isotérmicos en la formación de óxidos, sulfuros y cloruros de varios metales. Figura. 3. Potenciales Isobaros Isotérmicos en la formación de óxidos. 35 �Figura. 4. Potenciales Isobaros Isotérmicos en la formación de sulfuros. 5.1.3. Equilibrio químico Un gran número de reacciones químicas se caracterizan por ser reversibles, alcanzando el equilibrio químico, el que se caracteriza por: - Las velocidades de la reacción directa e inversa son iguales; - Equilibrio dinámico; - Los factores externos influyen en el grado de desarrollo de las reacciones. El análisis del equilibrio químico mediante la ley de acción de masas permite definir la constante de equilibrio de las reacciones químicas, pues en ella se plantea que: La velocidad de las reacciones químicas es proporcional a las concentraciones molares de las sustancias que toman parte en la reacción. Luego al igualarse las velocidades es posible obtener la ecuación de equilibrio. 36 �Por ejemplo, para la reacción. a A + b B----- c C + d D La velocidad de la reacción directa vd=k1ca(A).cb (B) La velocidad de la reacción inversa vi=k2cc(C).cd (D) Luego en el equilibrio vd = vi despejando Ke k2 k1 cc �C �.c d ( D) c a ( A).cb ( B) 5.4. Termodinámica de reversibilidad El método termodinámico empleado en la derivación de la constante de equilibrios de aplicación general es aplicable a reacciones homogéneas y heterogéneas. Como la reacción ocurre a P y T constantes sus propiedades termodinámicas se pueden expresar en función de las energías parciales molares o potenciales químicos. Luego para la reacción 'G (cPC � dP D ) � (aP A � bP B ) Conociendo que el Potencial Químico de cada sustancia en cualquier estado está dado por: Pi Pi0 � RT ln ai , sustituyendo y transformándola se obtiene la Ecuación Isoterma de Reacción. 'GR T § aCc .aDd · 'G � RT ln¨¨ a b ¸¸ o 'GR © a A .aB ¹ 0 R 'GR0 � RT ln K En el equilibrio el Potencial Isobaro Isotérmico es igual a cero, despejando 'GR0 � RT ln Ke Luego Ke " � 'G 0 RT , donde Ke es la constante de equilibrio de la reacción química. La ecuación Isoterma de Reacción se puede plantear como 'GR0 §K · RT ln¨ ¸ , luego © Ke ¹ la relación existente entre K y Ke, determinan el valor del Potencial Isobaro Isotérmico. 5.5. Influencia de la temperatura en la constante de equilibrio. Ecuación de Van’t Hoff Para analizar la influencia de la temperatura se parte del equilibrio químico en la reacción 37 �'GR0 � RT ln Ke , derivando respecto a la temperatura a presión constante. ª w'G 0 º « » ¬ wT ¼ P ª w ln Ke º � RT « » � R ln Ke Multiplicando por T ¬ wT ¼ P ª w'G 0 º T« » ¬ wT ¼ P ª w ln Ke º � RT 2 « � 'G 0 . De acuerdo con la Ecuación de Gibbs » ¬ wT ¼ P Helmholtz, 'G 0 0 § 'H RT ¨¨ 2 © RT § w ln Ke · ¨ ¸ © wT ¹ P § w'G 0 · ¸¸ sustituyendo se obtiene la ecuación 'H � T ¨¨ w T © ¹P 0 · ¸¸ ¹ Casos particulares: 0 a- Cuando ∆Cp=0 'H RT § Ke · ln¨¨ 2 ¸¸ © Ke1 ¹ 'H R0 § T2 � T1 · ¨ ¸ � R ¨© T2T1 ¸¹ 0 integrando entre T1 y T2, 'H 298 § Ke · o log¨¨ 2 ¸¸ © Ke1 ¹ � 'H R0 § T2 � T1 · ¸ ¨ 2,303R ¨© T2T1 ¸¹ b- Cuando ∆Cp es dado por un polinomio ln Ke � 0 'H 298 T R § 1 1 · 'a 'b 'c 2 ¨¨ � ¸¸ � ln(T2 � T1 ) � (T2 � T1 ) � (T2 � T12 ) 2R 6R © T2 T1 ¹ R 5.6. Métodos aproximados de cálculo de las constantes equilibrio A partir de los datos termodinámicos es posible calcular el Potencial Isobaro Isotérmico y a su vez la constante de equilibrio mediante los métodos siguientes: I- Aproximaciones de Ulich a- Cuando ∆Cp no es función de la temperatura. Considerando que la capacidad calorífica no cambia con la temperatura, se cumple que ∆Cp=0, luego 'GT0 0 0 . En este caso tanto el calor de reacción 'H 298 � T'S298 como la variación de la entropía no dependen de la temperatura de reacción. b- Cuando ∆Cp no es función de la temperatura, pero se asume ∆Cp=a. Integrando entre 298 K y T. 38 �§ T · 0 'H 298 � T'ST0 � at (T � 298) � aT ln¨ ¸ © 298 ¹ 'GT0 'GT0 § 298 · § T · 0 'H 298 � T'ST0 � aT (1 � ¨ ¸ � ln¨ ¸ © T ¹ © 298 ¹ 'GT0 § T · § 298 · 0 � 1¸ 'H 298 � T'ST0 � aT ln¨ ¸�¨ ¹ © 298 ¹ © T Estas ecuaciones se pueden escribir de modo general 'GT0 f (T ) 0 'H 298 � T'ST0 � aTf (T ) donde: § T · § 298 · ln¨ � 1¸ , con ayuda de las tablas se puede calcular el termino f(T). ¸�¨ © 298 ¹ © T ¹ II- Método de Temkin-Shvartsman Cuando ∆Cp es función de la temperatura y se da por la serie exponencial, 'Cp 'f � 'ET � 'JT 2 Integrando se cumple que: 0 'H 298 � T'S T0 � T >'ff 0 (T ) � 'Ef 1 (T ) � 'Jf 2 (T )@ 'GT0 Donde las funciones f(T) o Mi, se determinan para cualquier temperatura con ayuda de tablas elaboradas con anterioridad o mediante las ecuaciones. M0 f0 § T · § 298 · ln¨ ¸ �1 y M n ¸�¨ © 298 ¹ © T ¹ Cuando 'Cp f n (T ) § T n · § 298n �1 · § 298 · ¨¨ ¸¸ � ¨¨ ¸¸ � ¨ ¸ © n(n � 1) ¹ © (n � 1)T ¹ © n ¹ 'D � 'ET � 'Jf 2 (T ) � 'Jf � 2T �2 , entonces el potencial se calcula mediante la ecuación: 'GT0 0 0 'H 298 � T'S298 � T >'ff0 (T ) � 'Ef1 (T ) � 'Jf 2 (T )@ � 'J 1 f � 2 (T ) Para calcular f1 (T ) M1 1 y f�2 2T (T � 298)2 M2 1§ 1 1· � ¸ ¨ 2 © 298 T ¹ 2 Los cálculos del equilibrio se facilitan mediante el uso de las tablas elaboradas preliminarmente. 39 �III- Método aproximado de Vladimirov La dependencia de la constante de equilibrio con la temperatura está dada por la ecuación de Vant Hoff. § w ln Ke · ¨ ¸ © wT ¹ p 0 'GRT 'H Rt0 , integrando ln Ke RT 2 � 0 'H RT � const. . Luego se cumple que: T 0 0 'H RT � T'S RT y conociendo que ∆G= - RTlnKe entonces ln Ke log Ke � � 0 'H RT 0 � 'S RT o RT 0 0 'H RT 'S RT � 4,573T 4,573R Al comparar las ecuaciones se identifica como constante el termino (const = 0,21858∆SRT) En el caso que ∆Cp=0, ln Ke § 'H R0 298 · �0,21858¨¨ � 'S R0 298 ¸¸ Por consiguiente, para © T ¹ cualquier reacción: log Ke 'M � 'N Donde 'M T 0 �0,21585'H R 298 y 'N 0 �0,21858'S R 298 Los valores de las funciones M y N se pueden encontrar tabuladas o se calculan a partir de ∆H0f y S0 de las sustancias que toman parte en la reacción. 40 �TEMA 6 MEDIDAS, CONTROL Y MONITOREO DEL AGUA La preocupación por la mejor utilización de las reservas de agua y la creciente complejidad de las instalaciones de tratamiento de agua, exigen un monitoreo constante de los parámetros del agua y así determinar sus características en dependencia del uso y su destino. Para poder gestionar el agua se deben tener los resultados de su composición, el nivel de precipitaciones, existencia de aguas subterráneas y superficiales, infiltraciones, características de los tratamientos del agua según su uso y/o depuración. El agua en su todo su curso sobre la tierra es sometida análisis, los más importantes son: x x Análisis de los parámetros de la lluvia caida. Red Hidrológica; Análisis de los parámetros de las aguas de las cuencas subterráneas. Red Hidrogeológica; x Análisis de los parámetros de las aguas de abasto. Estaciones superficiales y subterráneas; x Monitoreo de las plantas potabilizadoras. Por ejemplo, Acueducto; x Monitoreo del agua en plantas industriales. Por ejemplo, Termoeléctricas; x Monitoreo de las agua de riegos, pecuaria, piscicultura, etc.; x Análisis de agua de piscinas; x Análisis de las aguas residuales de industrias y estaciones de vigilancia. 41 �El nivel de impurezas de los contaminantes presente en el agua está en dependencia al tipo. El agua lluvia es casi pura, las aguas subterráneas normalmente de bajo contenido de sólidos en suspensión, pero ligeramente salinizada, las aguas superficiales en general, contienen sólidos en suspensión y baja salinización, las aguas potables con una composición en impurezas que permite usar para beber, en las plantas industriales se usan normalmente agua suavizada o agua desmineralizada y las aguas residuales que contiene un alto nivel de impurezas que son necesarias remover para su reuso. 6.1. Toma de muestra para el análisis de agua La toma de muestra para análisis de agua se puede realizar de diferentes formas, pero siempre teniendo en cuenta que esta sea lo más representativo posible del lugar muestreado y con qué fin se realice, así se tiene que se pueden realizar diferentes tipos de tomas de muestras. Para ello se debe tener en cuenta: x El tamaño de la muestra; x Precauciones para realizar el muestreo; x Muestras para pruebas bacteriológicas; x Toma de muestras de aguas residuales; x Consideraciones para el trabajo de análisis de las muestras en el laboratorio. Las técnicas de análisis de laboratorio y los analistas deben estar certificados por la norma ISO 17025, conociendo la incertidumbre en cada ensayo. En la implementación y mantenimiento de la acreditación están sometidos todos los laboratorios de agua en Cuba. 6.2. Parámetros comunes x Caudales Uno de los datos fundamentales a la hora de proyectar una planta de tratamiento es la cantidad de vertido por unidad de tiempo que va a llegar a la instalación. Esta 42 �cantidad o caudal depende de la población servida por la planta de tratamiento y de las costumbres en relación al uso de agua. Por ejemplo, para la misma población se observa que la cantidad de agua utilizada por día es mayor en pueblos que no tienen instalado un sistema de contadores individualizado. x Medidas de presión Las medidas de presión en las plantas de tratamiento de agua son muy numerosas: en la impulsión de bombas, en el recipiente a presión y en la operación de los filtros, etc. x Medida de temperatura La medida de temperatura del agua a tratar es interesante para obtener un funcionamiento óptimo de una planta, ya que, como es sabido, las velocidades de las reacciones químicas, los tiempos de floculación y las actividades microbianas son función de la temperatura del agua sometida a tratamiento. Las mediciones condensadores, de la temperatura de operación de las calderas, de los sistemas de enfriamiento son de los importantes sus determinaciones para conocer el estado de funcionamiento de los procesos. La medida de temperatura debe hacerse “in situ”. En una zona representativa de la masa de agua que se va a analizar. Se suele medir en zonas de corriente (no en aguas estancadas) La temperatura influye en la solubilidad de sales y gases y así condiciona la medida de pH y conductividad. La solubilidad de sales suele aumentar con la temperatura y la de los gases disminuye cuando la temperatura aumenta. La temperatura condiciona también el desarrollo de ciertas algas. El agua de consumo humano se recomienda entre 12 ºC–25 ºC aunque no existen límites de temperatura. Para vertidos industriales se establece una temperatura máxima de 40 ºC (en algunos casos hasta 50 ºC). La normativa exige que cuando estos vertidos se 43 �devuelven a los cauces públicos la variación de temperatura no sea superior a 3 ºC con respecto al valor nominal del cauce. 6.3. Técnicas de análisis El control de los parámetros físico-químicos y microbiológicos es muy importante tanto en los sistemas industriales como en la potabilización y depuración del agua. Sin embargo, en los lugares donde el agua es consumida por el hombre o es reutilizada, el factor de riesgo está asociado con la ingestión de agua con alto contenido de iones presentes y la exposición a agentes biológicos que incluyen bacterias patógenas, helmintos, protozoos y virus. En los usos industriales está más relacionado con los problemas de corrosión e incrustaciones de las superficies metálicas. Par poder conocer la composición y calidad de cualquier tipo de agua es necesario realizar determinaciones analíticas, para ello en los laboratorios se disponen de diferentes técnicas analíticas de acuerdo con las propiedades específicas que las determinan, existen determinaciones físicas, químicas, radiológicas, biológicas (microbiológicas) y otras. Las técnicas analíticas se basan fundamentalmente en: Técnicas gravimétricas, volumétricas e instrumentales. El análisis instrumental es ampliamente utilizado para determinar la calidad del agua mediante las técnicas potenciométricas, colorimetría en los rangos ultra violeta, visible e infrarrojo, espectrofotometría de llama, (emisión), espectrometría de absorción atómica, espectrometría de masa y cromatografía, etc. Los análisis más comunes son: Análisis organolépticos, análisis de los componentes más comunes, Análisis de las sustancias que influyen en la potabilidad del agua, Análisis de sustancias tóxicas, Análisis de los parámetros de la contaminación de aguas residuales, Análisis microbiológico. 6.3.1. Análisis organolépticos Las características organolépticas del agua se determinan por apreciación sensitiva y tiene carácter subjetivo y son: color, olor, sabor y turbidez. 44 �Medida del color Hay varios métodos para determinar el color, la norma cubana de agua potable 9302.1998 aplica la escala de platino. Concentración máxima deseable 5U y máxima admisible 15 U. La técnica consiste en comparar el agua analizar con soluciones de platino-cobalto de diferentes concentraciones. Se utiliza la escala siguiente 5, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 50 y 70. El agua en principio es incolora. Las sustancias que lleve en disolución pueden darle una coloración “verdadera”, y además si lleva sustancias en suspensión puede llevar una coloración “aparente”. Por ejemplo: verde: algas, tonos amarillos-pardos: formas solubles de Fe y Mn y amarillo: desechos de cromato (CrO4-) Gustos y olores Apreciación. Agradable, no desagradable y desagradable. Para el agua potable se desea que el olor y sabor sean agradable y admisible no desagradable. Cuando la muestra de agua presenta olor siempre es signo de contaminación o de la presencia de materia orgánica en descomposición. Es más frecuente en aguas residuales o de vertidos. Las aguas potables no deben poseer ningún olor, salvo el característico del desinfectante (cloro), dentro de unos límites tolerables. No deben tener olor ni en el momento de la toma de muestra, ni transcurridos 10 días en un recipiente cerrado a una temperatura de 26ºC. El sabor de una agua puede deberse a la presencia de sales minerales, de materia orgánica o de partículas de tierra en suspensión en el agua. Ej. Sales minerales cloruros dan sabor salado, magnesio da sabor amargo, aluminio da sabor terroso. Materia orgánica algas verdes dan sabor a hierba, actinomicetos (hongos) dan sabor terroso, algas verde-azuladas dan sabor a podrido. Las aguas potables deben tener sabor débil y agradable. También puede dar sabor el agente desinfectante (cloro) y se tolera dentro de ciertos límites. Medida de la turbidez: Este indicador es proporcional al contenido de sustancias en suspensión (arcillas, limos, partículas de sílice, materia orgánica). Hay varios métodos para determinar la turbidez, la norma cubana aplica la escala de sílice. Concentración máxima 45 �deseable 5U y máxima admisible 10 U. Se expresa los grados que produce un mg de SiO2 /kg. Algunas de estas partículas se pueden eliminar por decantación o centrifugación, otras no. Las aguas de pozos y manantiales suelen ser transparentes. Las aguas superficiales (ríos, gargantas) suelen ser turbias debido al arrastre de partículas insolubles. En masas de agua (amblases, lagos, ríos, mares) la turbidez puede impedir el paso de luz a las capas inferiores deteriorando el desarrollo de vida en los fondos. Las aguas turbias son rechazadas por el consumidor aunque reúnan condiciones sanitarias aceptables. Deben ser transparentes. 6.3.2. Análisis de los componentes más comunes pH Este análisis comúnmente se realiza potenciométricamente. El pH será deseable para agua potable de 7 a 8 y máximo admisible de 6,5 a 8,5. Para los vertimientos de aguas residuales tratadas o no tratadas se encuentran aproximadamente entre 6 y 9. En caso de vertimientos a los cuerpos receptores se debe consultar las normas NC 27:1999 y NC XX: 2001. Sólidos en el agua x Sólidos en suspensión Los sólidos en suspensión es la fracción de sólidos totales que quedan retenidos en el filtro, pueden ser sedimentables cuando se eliminan por decantación, y no sedimentables cuando no se eliminan por decantación, sino por floculación. x Residuo seco Analíticamente es el contenido total de sólidos de un agua filtrada está definido como la materia que permanece como residuo después de una evaporación a 103105 oC. Para agua potable se desea como máximo 500 mg/L y admisible 1000 mg/L. Esta determinación puede realizarse también de forma conductimétrica y mediante un factor puede expresarse en mg/L. 46 �x Residuo recocido El residuo seco es una prolongación del análisis anterior y permite completar la información recibida. Para realizarlo se recose el residuo seco a temperaturas de 550 o C, con el cual su peso disminuye al eliminarse el agua cristalizada que retenían algunas sustancias y al volatilizarse las sustancias orgánicas y descomponerse lo bicarbonatos. Conductividad eléctrica Este indicador representa al contenido total de iones presente en el agua. Se determina por métodos conductimétricos en S/cm. La temperatura del agua afecta a la conductividad eléctrica de forma que su valor aumenta de un 2 a un 3 % por grado Celsius. Las conductividades de agua deben ser referidas a la temperatura de 20oC. En la práctica se acostumbra a relacionar la conductividad eléctrica y sólidos disueltos totales esta dada por la siguiente expresión: Sólidos disueltos totales (mg/L) = k * conductividad eléctrica del agua dS/m-1. Para determinaciones realizadas por diferentes investigadores con varios tipos de agua, esta expresión k se encuentra alrededor de 0,60 y 0,7, se acostumbra a tomar 0,66. Dureza total (Como carbonato de calcio) La dureza total del agua es igual a la suma de las concentraciones de los iones calcio y magnesio y ofrece un grado de la tendencia del agua a formar incrustaciones alcalinotérreas. Para agua potable la máxima deseable es de 100 y la admisible de 400 mg/L. Se determina por valoración volumétrica con solución de EDTA y eriocromo como indicador. También se puede determinar el magnesio y el calcio aparte con otros indicadores normas. Este es uno de los indicadores más importantes de los que se utilizan en la energética, los iones calcio y magnesio con varios aniones forman fácilmente incrustaciones primarias. 47 �Alcalinidad total En este indicador está contenida la representación de la suma de - los aniones - procedentes de ácidos débiles presentes en el agua (OH , HCO3 , CO3-, etc), así como los producidos por ácidos débiles. En forma experimental, la alcalinidad se determina por la valoración con ácido en presencia de indicadores ácido-alcalinos. La valoración con fenolftaleina el cambio de coloración ocurre a pH alrededor de 8,4 y con metilnaranja, el cambio de coloración ocurre a valores alrededor de pH 4, este indicador es uno de los términos para le cálculo del índice de Langelier o saturación. En el agua normal existe un equilibrio entre el contenido de carbonato-bicarbonatodióxido de carbono que depende y se desplaza de acuerdo con el pH del agua. A pH mayores que 8.3 solo existe carbonatos y a pH menores que 4.1 solo existe dióxido de carbono. Cuando el agua recibe presión estos elementos producen incrustaciones en la caldera y los que no se desplazan formar dióxido de carbono que debe ser eliminado por el deareador. La presencia de dióxido de carbono en la caldera de alta presión es indeseable porque baja los pH del sistema agua-vapor. La cantidad de carbonatos-bicarbonatos y dióxido de carbono en el agua se determina por medio de combinación de la valoración de su alcalinidad con fenolftaleína y metil naranja, ayudados por una curva de equilibrio de estos elementos en función del pH. 48 �TEMA 7 ANÁLISIS DE SUSTANCIAS QUE INFLUYEN EN LA POTABILIDAD DEL AGUA Calcio Este metal en forma iónica aporta dureza al agua. La determinación puede realizarse por diferentes métodos: volumétrico, fotometría de llama y absorción atómica. Para el agua potable la máxima deseable es de 75mg/L y la admisible de 200 mg/L en agua tratadas para calderas y sistemas de enfriamiento según las normas. Este ión es uno de los responsables de la formación de incrustaciones en el agua. En el caso de los sistemas de generación de vapor, operaciones de acabados textiles y en la limpieza y lavado en operaciones de acabado de metales, el agua usada en estos procesos deberá ser previamente suavizada o desmineralizada para eliminar totalmente el calcio. En los sistemas de enfriamiento su concentración en el agua de circulación es controlada para prevenir o minimizar la formación de incrustaciones de carbonato de calcio y otros tipos de sales de calcio. Además del intercambio iónico (suavizamiento y desmineralización), el calcio también puede ser eliminado hasta 35 mg/l, como CaCO3 mediante ablandamiento con cal en frío y en caliente ha menos de 25 mg/l CaCO3 por supuesto, que el intercambio iónico es mucho más eficiente pues puede reducirlo hasta menos de 1mg/l. El calcio está presente en muchos minerales, pero principalmente en el yeso CaSO4 y la caliza CaCO3. Magnesio Similar al calcio aporta dureza al agua. La determinación puede realizarse por diferentes métodos: volumétrico, fotometría de llama y absorción atómica. Para el 49 �agua potable la máxima deseable es de 30 y la admisible de 150mg/L. según la norma. Tiene propiedades muy similares a la del calcio, pero sus sales son en general más solubles y difíciles de precipitar, con la excepción del hidróxido de magnesio que es menos soluble. Cuando el contenido de Mg llega a varios centenares, le da al agua un sabor amargo y propiedades laxantes que pueden afectar su potabilidad. La eliminación del magnesio pude realizarse por intercambio iónico o mediante ablandamiento con cal. Sodio Todas las sales de sodio son muy solubles en el agua. El elevado contenido de cloruros en el agua de mar y salmueras está relacionado con el sodio, para el caso del agua de mar su concentración está entre 10 000 y 12 000 mg / L como Na y para el agua dulce entre 10 y 100 mg / L. El único proceso químico que elimina el sodio es el intercambio iónico. La evaporación y la osmosis inversa también lo reducen, obteniéndose una corriente con bajo contenido en sodio y una salmuera rica en sodio. Manganeso El manganeso se halla en muchos suelos y sedimentos, así como en rocas metamórficas. El ion manganeso se comporta en muchos aspectos de manera muy similar al hierro, además de actuar con cargas positivas 2 y 3 actúa con valencia �4 para formar el MnO2 insoluble. Cuando el agua está libre de oxígeno, él se encuentra en su forma soluble, es decir, como ion manganoso (Mn2� ). También se encuentra acompañando al hierro en los drenados ácidos de minas y en las aguas residuales de operaciones metalúrgicas. Es un material difícil de tratar porque puede formar una gran variedad de compuestos complejos, que depende de su estado de oxidación, pH equilibrio bicarbonato –carbonato-OH y de la presencia de otros elementos, particularmente el hierro. 50 �La forma tradicional de eliminarlo es mediante oxidación para llevarlo a Mn�3, su forma insoluble y de color negruzco, luego posteriormente se eleva en el pH a un rango entre 9,0 y 9,5 para después sepáralo del agua por clarificación o filtración. La concentración del manganeso en el agua potable está limitada hasta un valor máximo de 0,05 mg/L como Mn, concentraciones más altas ocasionan depósitos de manganeso y manchas de color negro en la ropa, tuberías, baños etc. En los sistemas industriales causa problemas en la manufactura textil y en el blanqueo de pulpa para el papel, para estos casos se recomienda mantener concentraciones inferiores a 0,01mg / l. El agua en pequeñas concentraciones produce color al agua que mancha los materiales metálicos. Para agua potable la máxima deseable es de 0,05 y la admisible de 0,1 mg/L. Se realiza por los métodos: colorimétricos y de absorción atómica. Hierro total El hierro se encuentra presente en muchas rocas ígneas y minerales arcillosos. El ion hierro se puede presentar como ion Fe2� o en la forma oxidada del ion férrico Fe3�, la estabilidad de las distintas formas químicas depende del pH, condiciones oxidantes o reductoras del medio, composición de la solución, presencia de materias orgánicas acomplejantes etc. La concentración del hierro soluble en él depende del tipo de agua; en aguas subterráneas, el hierro es del tipo Fe2� y su concentración varía normalmente de 0 a 10 mg/L. Sin embargo, al airearse o salir a la superficie se produce una oxidación del Fe2� (soluble) a hierro Fe3� insoluble, disminuyendo su concentración y tornando al agua a un color pardo –rojizo. Las aguas con hierro se denominan aguas rojas debido a las manchas de ese color que genera este elemento. Si la oxidación se produce a un pH entre 7,0 y 8,5 el hierro Fe2� puede llegar a valores muy bajos en el agua. Este proceso es el que se realiza para disminuir el hierro de valores de 0,3 o menos como Fe2, que es el parámetro establecido por las normas de potabilidad. Otra forma de eliminar el hierro es mediante intercambio iónico por coagulación y por filtración. 51 �Para agua potable la máxima deseable es de 0,1 y la admisible de 0,3 mg/L. Se realiza por los métodos: colorimétricos y absorción atómica. Cloruros Su presencia, en cantidades superiores a estos valores puede imprimirle al agua sabor salino. Para agua potable la máxima deseable es de 200 y la admisible de 400 mg/L. Los cloruros suelen determinarse por precipitación, en forma de sal de plata, volumétricamente valorando con nitrato de plata. Floruros Es un elemento muy común de muchos minerales. Tiene una gran importancia su presencia en las aguas municipales ya que controla las caries dentales, para este caso el residual de flúor en el agua es de 1,5 a 2,5 mg / l, como flúor, sin embargo, este residual debe ser muy bien controlado, porque valores mayores de 5 mg / l, producen manchas y fragilidad en los dientes. Es por esa razón es que su concentración está limitada por las normas de potabilidad. La eliminación del flúor se puede realizar mediante precipitación con cal, intercambio iónico y por adsorción con en fosfato cálcico e hidróxido de magnesio. El flúor forma depósitos de CaF2 en los sistemas de enfriamiento. Sulfato Su presencia en el agua es de la disolución de ciertos minerales especialmente el yeso. También está presente por la oxidación de materiales sulfurados. El rango típico en aguas dulces es entre 5 y 200 mg/L, como SO4, en el agua potable su valor está limitado hasta 250 mg/L debido al gusto y a su efecto catártico. El sulfato de calcio es relativamente insoluble, menos de 2000 mg/L, por lo tanto, puede ocasionar problemas de incrustación en aquellos sistemas con evaporación que tengan alto contenido de calcio. La concentración de ion sulfato en el agua puede reducirse mediante intercambio iónico o con clarificación con cal o cal – aluminato. 52 �Nitratos Su fórmula química es el NO3-, al igual que el amoníaco está presente en el agua por disolución de minerales, forma sales muy solubles y bastante más estables aunque en un medio reductor puede pasar a nitrito, nitrógeno o amoníaco. En aguas normales su concentración puede ser menor de 10 mg/L, como N y en agua de mar puede alcanzar hasta 1 mg / l. Pero en las aguas contaminadas, principalmente por fertilizantes, la concentración pude llegar hasta varios centenares de mg/L. El nitrato se elimina mediante intercambio iónico o también mediante sistemas biológicos donde se convierte a nitrógeno por medio de bacterias nitrificantes. Las normas de agua potable admiten hasta 45 mg/L de nitratos. Los nitratos y nitritos a concentraciones elevadas en el agua pueden reaccionar con la hemoglobina. Nitritos No deben estar presentes en las muestras de agua potable pues forman sustancias cancerígenas al reaccionar con las aminas secundarias y terciarias de los alimentos. La norma cubana 93-02 es muy exigente sobre el máximo permitido en agua potable de nitritos, se admite has 0,01 mg/L. Amonio La presencia de ion amonio (NH4) es un indicio de contaminación del agua haciéndola impotable o sospechosa de estar contaminada con materia orgánica o con fertilizantes. El límite permisible de amonio por la Norma cubana de agua potable es de 0,5 mg/L. Sílice La sílice es un elemento no deseable en los vapores de los generadores de vapor que cuyo destino final sea turbinas de generación de electricidad, ya que la misma produce incrustaciones muy duras dentro de los alabes de las turbinas, descompensándolas y produciendo roturas en las mismas. Por lo tanto, el contenido de sílice en los vapores debe ser menor que 20 microg/L para todos los casos. 53 �Para mantener estos valores es necesario mantener un contenido de sílice en el agua del domo que produce este vapor el cual depende de la presión de la caldera, a mayor presión debe ser menor el contenido de sílice en esta agua; esto se logra mediante un eficiente tratamiento externo del agua y control adecuado de las extracciones en el tratamiento interno. La sílice se determina por lo general por métodos calorimétricos. Se encuentra disuelta en el agua en forma de ácido silícico (H4SiO4) y como materia coloidal. Las aguas naturales contienen normalmente entre 1 y 40 mg/l como SiO2, sin embargo, en algunos casos puede alcanzar valores de hasta 100 mg/l o más. La eliminación de la sílice se consigue principalmente por intercambio iónico (la reactiva) y la coloidal solo se puede eliminar durante el proceso de ablandamiento con cal en caliente mediante el uso del magnesio. 54 �TEMA 8 TIPOS DE PROCESOS PARA LA REMOCIÓN DE CONTAMINANTES 8.1. Procesos físicos Los procesos físicos son aquellos en los que predomina la acción de las fuerzas físicas y se conocen como operaciones físicas unitarias; los más importantes son los siguientes: desbaste, tamizado, trituración, mezclado, desengrase, desarenado, sedimentación, floculación, flotación, filtración y transferencia de gases. Desbaste Los objetivos de esta operación son proteger a la estación de la posible llegada intempestiva de grandes objetos flotantes capaces de provocar obstrucciones en las distintas unidades de instalación y evacuar las materias voluminosas arrastradas por el agua bruta, que podrían disminuir la eficacia de las operaciones siguientes, o complicar la realización de los mismos. Para la realización de esta operación se realizan rejas mecánicas. Tamizado Tamizado, para eliminación de partículas en suspensión: x El tamizado es una filtración sobre tela o metálica, que se utiliza en numerosos campos del tratamiento del agua. Según las dimensiones de las mallas, se distinguen el macrotamizado y el microtamizado. x El macrotamizado (malla superior a 0,3 mm) se emplea para retener ciertas materias en suspensión, flotantes o semi-flotantes, residuos vegetales o animales, insectos, ramas, algas, hierbas, etc. 55 �x El microtamizado (malla inferior a 300 micras) se utiliza para retener materias en suspensión de muy pequeñas dimensiones, contenidas en las aguas de consumo y en las aguas residuales. Dilaceración o trituración Trituración de los elementos retenidos en el desbaste (sistema útil cuando se quiere evitar la problemática de las rejillas y extracción de subproductos). Esta operación se aplica en especial, a las aguas residuales. Tiene por objeto desintegrar las materias sólidas arrastradas por el agua. Estas materias en lugar de separarse del efluente bruto, se trituran y continúan en el circuito del agua hacia las siguientes operaciones del tratamiento. El interés de este proceso consiste en que se suprime la evacuación y la descarga de los residuos de la reja. Sin embargo, en la práctica, presenta varios inconvenientes, en especial, la necesidad de una atención frecuente sobre un material bastante delicado, el peligro de obstrucciones de tuberías y bombas provocadas por la acumulación en masas de las fibras textiles o vegetales unidas a las grasas, y la formación de una costra de lodo en los digestores anaerobios. Desarenado El desarenado tiene por objeto extraer del agua bruta la grava, arena y partículas minerales más o menos finas, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión. El desarenado se refiere normalmente a las partículas superiores a 200 micras. Desengrasado Desengrasado, para eliminación de los distintos tipos de grasas y aceites presentes en el agua residual. Los aceites y grasas, generalmente menos densos que el agua, tienden velocidad a subir a la superficie. Por ello, todo dispositivo en el que se reduzca la de flujo y que ofrezca una superficie tranquila, actúa como separador de grasas. Los equipos más usados son las trampas de grasas. 56 �Sedimentación La sedimentación es la deposición de partículas que se encuentran en suspensión en el agua, tanto si se trata de partículas sin tratamiento químico (conocida como sedimentación natural), como si se deben a la acción de un reactivo químico añadido artificialmente (coagulación, eliminación de hierro, suavización química, etc.). Floculación y coagulación La conversión de los coloides en partículas de tamaño suficiente como para ser retenidas por filtración o sedimentación se denomina comúnmente Floculación. En realidad la operación de conversión de coloides en partículas filtrables o sedimentables consta de dos pasos: coagulación y floculación. Coagulación La razón por la que el color y las partículas muy finas no pueden ser eliminados por simple sedimentación o filtración se debe al tamaño extraordinariamente pequeño de las partículas que constituyen dichas impurezas. Estas partículas están sujetas a fuerzas superficiales que no tienen importancia cuando se trata de materia gruesa, pero que en tamaños muy pequeños resultan decisivas. Las fuerzas superficiales mencionadas son las causantes de que las partículas de material en suspensión queden recubiertas por los iones o electrólitos que contiene el agua, principalmente los de carga negativa. La repulsión mutua de estas cargas hace que las materias sólidas permanezcan en suspensión por tiempo indefinido, ya que no se aglomeran para alcanzar tamaños suficientes que permitan sedimentar. La coagulación consiste, en términos simplificados, en la neutralización de las cargas eléctricas que recubren las partículas sólidas, de modo que estas puedan unirse entre sí. Dicha neutralización se realiza de un modo muy sencillo mediante sustancias que contengan iones positivos. Los más frecuentes son el Al+++ y el Fe+++ (aluminio y hierro trivalentes). Estas sustancias suelen tener la propiedad de formar precipitados muy voluminosos, y la función que realizan, una vez neutralizadas las 57 �cargas negativas, es aglomerar las pequeñas partículas hasta formar “flóculos” lo bastante gruesos para sedimentar con rapidez. x Factores que afectan la calidad de la coagulación La coagulación es la neutralización y deshidratación de los coloides y la conversión en microflóculos. Durante la coagulación las cargas eléctricas son eliminadas completamente o parcialmente por la acción de iones con carga opuesta. De este modo las fuerzas de unión permiten la formación de los microflóculos. En la coagulación una vez que se han neutralizado todas las cargas, un exceso de coagulante o una variación de pH puede provocar la transformación de las partículas coloidales en microflóculos, mediante un proceso reversible o de equilibrio. Coloide + coagulante microflóculo. Coagulantes normalmente más empleados Sulfato de aluminio: Es el coagulante empleado con más frecuencia en la simple clarificación o en el ablandamiento mediante cal. Es relativamente fácil de disolver en agua y se suele empezar siempre con él en el “Jar Test”. Su intervalo de pH es de 5,5 a 8 para clarificación y de 9 a 10,5 para ablandamiento. Puede formar hidróxido (Al (OH)3) si el pH es mayor que 8,5. Sulfito férrico: Muchas veces da mejor resultado que el sulfato de aluminio para aguas muy turbias y para ablandamiento. Su zona de trabajo oscila entre un pH de 8 a 11. Para eliminación de color varía entre 5 y 6. Cloruro férrico: Con frecuencia resulta más efectivo que los demás coagulantes, sobre todo en la clarificación de aguas residuales y en la coagulación a bajo pH. Sulfato ferroso: Se ha utilizado durante mucho tiempo y se utiliza de la misma forma que el sulfato de aluminio. En aguas que contengan oxígeno forma hidróxido férrico, para lo cual requiere 0,03 partes de 02 por cada parte de FeS04 7H20. En las que no lo contengan o estén muy contaminadas, se obtiene un precipitado verdeazulado de hidróxido ferroso. 58 �Aluminato sódico: Su principal aplicación está en el ablandamiento con cal. Es alcalino y se puede mezclar con sosa o cal en los tanques de disolución. En plantas pequeñas su empleo permite el ahorro de un dosificador de coagulante. En presencia de calcio y magnesio forma sales muy insolubles, de tal forma que no queda aluminio disuelto en el agua en cantidades detectables. Sulfato de aluminio con aluminato: La combinación de estos coagulantes, alimentados por separado, es muy efectiva en bastante casos. La alcalinidad del aluminato puede ser suficiente sin necesidad de añadir álcali para ajustar el pH. Es frecuente encontrar que el resultado obtenido con esta combinación es mejor que con igual dosis de uno de ellos solo, a igual pH. x Las principales reacciones de coagulación 1- Al2 (SO4)3 (ac) + 3 Ca (CO3H) 2 (s) = 2Al (OH) 3 (s) + 3CaSO4 (ac) + 6CO2 (g) 2- Al2 (SO4)3 (ac) + 3CO3Na2 (s) + 3H2O = 2Al (OH) 3 (s) + 3Na2SO4 (ac) + 3CO2 (g) 3- Al2 (SO4)3 (ac) + 6NaOH (s) = 2Al (OH) 4- 2 Fe Cl3 (ac) + 3 Ca (CO3H) 2 5- Fe2 (SO4)3 (ac) + 3 Ca (CO3H) 6- FeSO4 (ac) + Ca (OH) 6- 4Fe (OH) x 2 2 3 (s) + 3Na2SO4 (ac) (s) = 2Fe (OH) 2 3 (s) + 3CaCl2 (ac) + 6CO2 (g) (s) = 2Fe (OH)3 (s)+ 3CaSO4(ac) + 6CO2 (g) (s) = Fe (OH) 2 (s) + CaSO4 (ac) (ac) + O2 (g) = 4Fe (OH) 3 (s) Factores que afectan la calidad de la coagulación 1. Naturaleza de la materia en suspensión, color, turbiedad, materia orgánica, ect. 2. Iones o electrólitos presentes en el agua 3. Temperatura y Ph del agua 4. Velocidad y orden con que se agregan los reactivos 59 �x Reglas generales para realizar el proceso de coagulación a) Existe una dosis mínima de coagulante por debajo de la cual no se obtienen resultados satisfactorios. b) Deben de estar presentes algunos aniones fuertes. c) El Ph del agua debe de mantenerse dentro de los límites estrechos. d) La temperatura favorece el efecto de la coagulación, de manera de a menor temperatura se requiere mayor dosis de coagulante. x Sustancias o reactivos que deben de tenerse en cuenta, además del coagulante para el proceso x Álcalis, para elevar el pH y favorecer la precipitación; x Oxidantes (cloro o hipoclorito, principalmente), para destruir Las materias orgánicas que suelen dificultar la coagulación; x Productos “ayuda de coagulante”, que amplían la zona óptima de aplicación del mismo; x Productos densificadores, para aumentar el peso específico de los flóculos; x Absorbentes, para eliminar olores y sabores del agua. La eficacia de los coagulantes de base hierro y aluminio está ampliamente documentado y probado. Las aguas con poca carga contaminante, como la clarificación de agua potable, tienen poca repercusión en los consumos de coagulantes y la posterior formación de lodos. Los coagulantes orgánicos son polímeros formados a partir de monómeros de pequeño tamaño y fuerte carga, lo cual permite concentrar en una sola molécula 60 �multitud de cargas. Los más comunes son poliamidas terciarias y cuaternarias y los derivados del polidialquil-dimetilamonio. Los coagulantes orgánicos han comenzado a utilizarse en aguas residuales industriales; aportan una mayor efectividad y una importante reducción de lodos. Floculación La floculación es la aglomeración de los microflóculos hasta formar macroflóculos visibles y posteriormente ser filtrados o separados por decantación. En la floculación propiamente dicha, se forman los flóculos visibles como resultado de reacciones químicas en las superficies de los coloides coagulados, siendo un proceso irreversible. Coloide+ coagulante microflóculo macroflóculo Los macroflóculos solo serán destruidos por procesos mecánicos, como agitaciones excesivas o bombeo. Filtración La filtración se puede definir como el proceso por el cual se separa la materia suspendida, mediante el paso del agua a través de una capa porosa (generalmente arena) que retiene las partículas en suspensión. La filtración puede ser natural o artificial. La filtración artificial puede hacerse por medio de filtros de arena por gravedad, a presión y a vacío. La arena ha sido usada universalmente como materia filtrante tanto para filtros por gravedad y a presión. La arena puede ser calificada de acuerdo con la variación del tamaño y su distribución, formas y sus variaciones, peso específico y composición química. Aereación La aeración es un proceso, en el cual consiste en mezclar agua con aire, la mezcla puede hacerse en forma de pequeñas películas, gotas y/o spray. La aeración puede ser empleada en el tratamiento de aguas municipales para remover ciertos olores, producto de la descomposición de las algas y en el 61 �tratamiento de aguas residuales, la aereación es usada para promover la oxidación biológica de la materia orgánica. El método de aereación por desgasificación elimina fundamentalmente C02, cuando el aire se pone en contacto con el agua el C02 es arrastrado por fenómeno desorción. Este tratamiento es utilizado después de los cationitos, ya que las aguas son ricas en ácido carbónico y C02 y permite de una forma económica eliminar los aniones carbonatos y bicarbonatos que en la desmineralización serían necesarios entonces, intercambiarlos en los anionitos fuertes. Desgasificación con vapor La desareación térmica elimina todos los gases presentes en el agua, mediante los efectos combinados de la baja solubilidad de los gases en el agua a la temperatura cercana a ebullición y la aplicación de las leyes físicas de Henry y Dalton. La desareación térmica es aplicada para eliminación de gases, sobre todo oxígeno y dióxido de carbono, al agua de alimentación de los generadores de alta presión. Destilación La destilación (evaporación y condensación del agua) por el alto costo de explotación, se utiliza para la desalinización de pequeños volúmenes, como es el caso de los destiladores de los laboratorios químicos y en generación de vapor que se utilizan pequeños gastos de agua de reposición menor del 3 % del agua de alimentación y el agua inicial sea muy mineralizada. 8.2. Procesos químicos Los métodos de tratamiento con la eliminación o conversión de los contaminantes y la adición de productos químicos o gracias al desarrollo de ciertas reacciones químicas, se conocen con el nombre de procesos químicos unitarios, entre los cuales se pueden encontrar la precipitación química, desoxigenación química, intercambio iónico, electrodiálisis y osmosis inversa. 62 �Suavización - precipitación La suavización por precipitación consiste en la eliminación de los cationes formadores de incrustaciones por medio de la adición de reactivos químicos como hidróxido de cal y de sodio, carbonato de sodio y fosfatos, cuyos aniones forman sales insolubles con los cationes de calcio y magnesio. Estas sales son: carbonato de calcio, hidróxido de magnesio, fosfato de calcio y fosfato de magnesio, las cuales son eliminados en los filtros y en las extracciones de los equipos. Estos métodos por precipitación tienen baja eficiencia no mayor del 70 %, por lo cual se usan combinados con otros métodos. Un ejemplo de ablandamiento por precipitación usando hidróxido de calcio está fundamentado en las reacciones siguientes: Las primeras reacciones que tienen lugar durante la descarbonatación mediante hidróxido de calcio son las siguientes: HCO3- (ac) + OH- (ac) = CO3= (ac) + H2O (l) (1) CO3= (ac) + Ca2+ (ac) = CaCO3 (s) (2) Además de las reacciones con el ión bicarbonato, el hidróxido de calcio reacciona con el Dióxido de carbono presente en el agua para formar CaCO3 CO2 (g) + Ca (OH) 2 (s) = CaCO3 (s) + H2O (l) (3) La cal, a continuación, reacciona con el magnesio para formar el hidróxido de magnesio insoluble en agua. Mg2+ (ac) + Ca (OH) 2 (s) = Mg (OH) 2 (s) + Ca++ (ac) (4) Este método solo elimina la dureza carbonatada debido a la precipitación del CaCO3 y el Mg (OH)2. La formación de precipitados en el proceso de la descarbonatación con cal es muy lenta en ausencia del núcleo de cristalización. Para superar este problema se suelen utilizar clarificadores de recirculación de fangos. Estos clarificadores permiten que el agua y el Ca (0H)2 entren en contacto con un gran volumen de cristales de CaCO3 previamente precipitados, facilitando que las reacciones de descarbonatación de la 63 �cal alcancen rápidamente el equilibrio. Los depósitos de CaCO3 recién formados crecen sobre los cristales (sólidos) previamente formados. El proceso de precipitación mediante cal hidratada reduce la dureza temporal. Cuando se requiere la reducción de la dureza permanente se adiciona carbonato sódico (sosa) junto con un exceso de cal (proceso cal-sosa). La concentración de sílice en el agua bruta también se reduce mediante el proceso de descarbonatación por cal-carbonato si se añade MgO o sales de hierro y aluminio (cloruro férrico y aluminato sódico al clarificador. Al añadir las dosis convenientes de CL3Fe, Al2O4Na2 y Ca (OH)2 se forma con la sílice del agua bruta un precipitado que contiene Carbonato de Calcio y un complejo de Sílice, Aluminio y Hierro Desoxigenación química Esta tiene el objetivo de disminuir el contenido de oxígeno en algunos procesos para disminuir la corrosión de las instalaciones metálicas. Se puede hacer con un reductor fuerte, los más usados son el sulfito de sodio y el hidrato de hidrazina. El sulfito de sodio tiene las desventajas de producir sulfato de sodio. Se aplica solamente a generadores de vapor de baja presión. 2Na2SO3 (ac) + O2 (g) (2 Na2SO4 (ac) El hidrato de hidrazina es muy utilizado en las calderas de alta presión, porque no produce impurezas dañinas. N2H4.H2O (ac)) + O2 (g) N2 (g) + 3H2O (l) El nitrógeno es un gas inactivo que puede ser eliminado en la desgaficación térmica. Intercambio iónico El método de tratamiento por intercambio iónico se basa en la capacidad que poseen ciertas sustancias, llamadas resinas de intercambio iónico o ionitos, de variar al sentido deseado la composición iónica del medio. Los ionitos pueden intercambiar cationes (cationitos) o aniones (anionitos), en la actualidad hay numerosas firmas comerciales que fabrican diferentes tipos de ionitos. 64 �Para lograr el tratamiento del agua por intercambio iónico, se hace pasar esta a través de una masa intercambiadora. Al cruzar por entre los granos del ionito, el agua intercambia parte de los iones de los electrolitos disueltos en ella con una cantidad equivalente de iones del ionito, por lo cual se cambia la composición iónica del agua y del propio ionito. El tratamiento del agua por los métodos de intercambio iónico se diferencian de los de precipitación en el hecho de que en estos no se forman lodo y que no exigen la dosificación permanente de reactivos químicos. Esto conduce a que las instalaciones de tratamiento por intercambio iónico sean más sencillas, con menos volumen de aparatos y se obtenga un efecto en el tratamiento superior a los obtenidos con los métodos de precipitación. La capacidad de los ionitas para el intercambio iónico se explica por su estructura específica, que consiste en una red molecular sólida no soluble en agua, a la cual en distintos lugares, tanto en la superficie como en su interior, están unidos grupos funcionales de átomos del ionita químicamente activos. Como resultado de la disociación electrolítica del ionita, alrededor del núcleo no soluble en agua se forma una atmósfera iónica, la cual es un espacio limitado alrededor de la molécula del ionita en el que los iones móviles pueden intercambiarse. El intercambio iónico permite suavizar el agua (eliminación de calcio y magnesio) y desmineralizar el agua (eliminación de los iones presentes). Este proceso es posible mediante el uso de material natural o artificial que permite la adsorción de diferentes aniones y cationes que contiene el agua. Las resinas de intercambio pueden ser de varios tipos: ƒ Catiónica débil ƒ Catiónica fuerte ƒ Aniónica débil ƒ Aniónica fuerte La estructura química de las resinas viene dada por una matriz polimérica, un agente de entrecruzamiento (divinilbenceno) y un grupo funcional, quien es el que intercambia los iones con el agua como se muestra en la Figura 5. 65 �Fig.5. Estructura química de las resinas de intercambio iónico. Las resinas de intercambio iónico se clasifican según como se muestran en la Tabla siguiente: Tabla.6. Clasificación de las resinas iónicas Tipo de resina Grupo funcional Fórmula química Catiónica fuerte Sulfónico -SO-3 Catiónica débil Carboxílico -COO- Aniónica fuerte tipo I Aminas cuaternarias -CH2N+(CH)3 Aniónica fuerte tipo II Aminas 2o y 3o -CH2N+(CH3)2CH2OH Aniónica débil Aminas 3o -CH2NH2 A. Método de suavizamiento por intercambio iónico en ciclo sodio A partir del desarrollo de las resinas de intercambio iónico se desarrolla el método de suavizamiento por intercambio iónico en ciclo sodio, este método consiste en el uso de un recipiente el cual contiene un volumen de resina, la que posee una capacidad de intercambio expresada en meq / L o meq / g, siendo la primera la más 66 �usada, el método del intercambio iónico en columna comprende 4 fases o etapas que son: Agotamiento: en la cual la resina está en contacto con el agua a tratar y es donde se eliminan los iones de calcio y magnesio presentes, esta habilidad para adsorber los iones se denomina capacidad útil de la resina y es determinada mediante la información que brinda el fabricante de la resina. Contralavado: consiste en la introducción de un flujo de agua a contracorriente que permite eliminar las impurezas que durante el proceso de agotamiento se depositan en la resina por el agua. Esta operación es de suma importancia pues en ella se eliminan las impurezas mecánicas tal como dijimos, pero además se elimina los restos de resina fraccionada los cuales afectan la distribución de flujo a través de la sección transversal del equipo y permiten un mejor contacto entre el regenerante y la resina. Regeneración: Esta operación es de gran importancia pues con ella se restituye la capacidad de intercambio de la resina para el próximo ciclo de agotamiento. Para efectuar la regeneración se debe determinar el nivel de regeneración que representa la cantidad de regenerante por unidad de resina instalada generalmente como kg/M3 de resina, el nivel de regenerante adoptado es una función de la capacidad de intercambio de la resina, a mayor nivel mayor capacidad de intercambio este se toma en un límite que sea económicamente permisible. La efectividad de la regeneración también depende de la concentración del regenerante ,así como, de la velocidad del flujo y del tiempo de inyección del mismo, el cual se toma generalmente de 45-60 minutos. Para el caso que nos interesa del suavizamiento la resina se regenera con una solución de NaCl del 8-12 %; concentraciones mayores no afectan la capacidad de intercambio. Analicemos un ejemplo de cálculo y para ello emplearemos la expresión general del intercambio iónico donde: Vr = Q.S.T/ Cu 67 �Donde: Vr = volumen de resina Q = flujo de agotamiento M3/h T = tiempo de agotamiento Cu = capacidad útil en meq/l S = salinidad en este caso la dureza presente en el agua en meq/l Ejemplo de cálculo: Sea un suavizador que posee un volumen de resina catiónicas fuerte de 1m3 .Se toma del gráfico del fabricante para una dureza del agua de 250 ppm como CaCO3 un nivel de regeneración de 160 kg/M3. Para efectuar la regeneración se utilizará una solución al 12 %, a partir de una solución saturada de NaCL al 26% que tiene un contenido de 311 kg al 100 % de NaCl/M3 de solución al 26%. Los kg de sal pura al 100% son igual a 160 kg pero como tenemos que preparar una solución al 12 % el volumen de dicha solución será 160/130 = 1,2 m3 y el volumen de solución concentrada será de 160/311 = 0,51 m3 = 51 litros por lo tanto el volumen de agua de dilución será de 1,2-0,51 = 0,69 m3 ,el tiempo de inyección lo tomaremos como 55 minutos, por lo tanto el flujo de inyección será de 1200L/55min = 21,8 L/min. =1,31m3/h. Enjuague: después de efectuada la regeneración esta debe ser enjuagada para eliminar los restos de regenerante que quedan en el equipo; el enjuague se divide en dos etapas, la primera se efectúa a la misma velocidad con que se efectuó la regeneración y su objetivo es consumo de agua es de terminar el proceso regenerativo, el aproximadamente 1,5 volúmenes de Posteriormente se continúa enjuagando a la velocidad de operación resina. o de agotamiento, siendo este el llamado enjuague rápido. Criterios de agotamiento: Durante la operación de agotamiento se debe tener un criterio de cuándo el ciclo de agotamiento ha terminado. Existen dos criterios, el primero es dar por agotado el equipo cuando en el efluente aparecen trazas de dureza, este criterio tiene como ventajas la no formación de incrustaciones en calderas, equipos térmicos etc. Tiene como principales desventajas menor 68 �volumen de agua por corrida, mayor número de regeneraciones y consumo de regenerante. El segundo criterio se aplica a partir de considerar agotado el suavizador cuando se alcanzan valores de 5-10 ppm de dureza en el efluente, este criterio tiene como desventaja la posibilidad de la formación de incrustaciones en menor tiempo que en el caso anterior, pues ahora 10 ppm representan 0,2 meq/L de fuga de dureza y en el caso anterior cero dureza representa en realidad 0,036 meq/L. El segundo criterio tiene como ventajas mayor volumen de agua producida por corrida y ahorro de regenerante al disminuir el número de regeneraciones. Todo lo anterior se muestra en la siguiente figura 3. Fig 6. Curva de agotamiento. 69 �Fig. 7. Esquema del intercambio de un suavizador. B. Métodos de suavizamiento con resinas aniónicas y resinas catiónicas débiles Entre sus desventajas está la eliminación de los cationes calcio y magnesio del agua, este tratamiento se conoce también como desalcalinización. En este proceso se debe poseer dos sistemas de regeneración, uno ácido para las resinas catiónicas débiles y otro con sal para los suavizadores en ciclo sodio. El uso de los cationes débiles se fundamenta cuando se cumple la relación Dt / M t 1. Este sistema lleva acoplado una torre descarbonatadora, para eliminar el CO2 formado. 70 �Fig.8. Esquema de suavizamiento con resinas aniónicas débiles y catiónicas fuertes. Este sistema también tiene una variante, usando resina aniónica fuerte en ciclo cloruro y presenta el inconveniente de la baja capacidad de la resina aniónica. 71 �Desmineralización. Concepto La desmineralización es el proceso mediante el cual se eliminan las sales disueltas iónicas y no iónicas y gases presentes en las aguas naturales. La desmineralización se puede lograr mediante diferentes métodos entre ellos tenemos, por ejemplo: La destilación del agua, la desmineralización por intercambio iónico y mediante los procesos de membrana entre los cuales se destaca la osmosis inversa, la electrodiálisis, la nano filtración, etc. La desmineralización del agua por intercambio iónico es el proceso que logra obtener un agua libre de suspensiones sólidas y coloidales y que tenga una disminución considerable de impurezas iónica molecular, no elimina microorganismos ya que se hace a temperatura ambiente. La utilización del método de intercambio iónico es conveniente cuando el contenido de sales en el agua inicial se encuentra por debajo de 1000 mg/L, a concentraciones mayores no es justificable por índole económico. Forman parte de estas instalaciones de desmineralización por intercambio iónico, los procedimientos de clarificación, los filtros de H-cationización, los descarbonatadores y los filtros anicónicos. Como línea general se procura que los productos de las reacciones de intercambio sean los iones oxidrilo e hidronio para evitar el incremento de sales en el agua. A- Desmineralización por intercambio iónico Esta se efectúa en la actualidad mediante el uso de resinas de intercambio iónico que son polímeros de condensación: El etileno y el divinil-benceno. Un paso importante en la tecnología del intercambio iónico ocurrió en 1944 cuando D Alelio produjo la primera resina de polimerización basada en un reticulado de polyestireno y mediante una apropiada reacción química de este material fue posible la introducción de grupos sulfónicos y la obtención de un intercambiador catiónico. Posteriormente fue posible la introducción de grupos aminos y se obtuvieron resinas aniónicas fuertes y débiles debido a que el reticulado de polyestireno es químicamente estable, mucho más que las resinas de tipo fenol-formaldehido; estas resinas son producidas en forma de esferas mediante la polimerización de la suspensión en agua de un monómero del estireno y como agente reticulante de divinilbenceno, de cierta forma el material polinerzado solidifica en esferas duras transparentes el tratamiento 72 �con ácido sulfúrico u óleum, produce la introducción de los grupos sulfónicos. La introducción de grupos básicos requiere 2 reacciones, primero se introducen los grupos de clorometilo, en presencia de un catalizador y posteriormente se hacen reaccionar con una amina. Este tipo de resinas son las más usadas hoy en día, aunque están otras tales como: las acrílicas a partir de la polimerización de ácido meta acrílico con el divinilbenceno. x Intercambio iónico para ablandamiento del agua El primer cambiador iónico fue la zeolita sódica y es la más común de todas. El agua atraviesa un lecho de zeolita que intercambia los iones de sodio por los iones Ca y Mg. El agua así tratada, llamada blanda, se emplea para alimentar calderas y muchos tipos de procesos químicos. La mayoría de las resinas son materiales sintéticos plásticos tales como copolímeros de estireno y divinilbenceno. Para la eliminación de la dureza total de aguas duras (más de 200 ppm) debe usarse una instalación que consta de tres etapas: (Para calderas de baja y media presión) 1ª etapa: Desalcalinización mediante catión débil (resinas ZH+) Los bicarbonatos disueltos en el agua son causantes de alcalinidad. Con el catión débil se consigue de forma efectiva, simple y segura, la reducción de dicha alcalinidad mediante la permutación por H+ de los cationes Ca y Mg de los bicarbonatos en solución que constituye la llamada dureza temporal. La reacción que ocurre es: ªCa � � º Ca �HCO3 �2 � � ZH o ª« º» Z � CO3 H 2 « �� » ¬ Mg ¼ ¬« Mg ¼» Como se observa los iones H+ al combinarse con los bicarbonatos producen ácido carbónico (CO3H2). Para eliminarlo se realiza la 2ª etapa. 73 �2ª etapa: Desgasificación atmosférica Se hace pasar el agua a través de una torre eliminadora de CO2, a contracorriente de aire a baja presión. El CO3H2 se descompone: CO3 o CO2� gas � � H 2 O La regeneración de la resina se realiza con H2SO4 o HCl: ªCa º ªCa º Z « » � SO4 H 2 o ZH � SO4 « » ¬Mg ¼ ¬Mg ¼ La presencia de acidez se neutraliza con NaOH. 3ª etapa: Ablandamiento mediante catión fuerte (Zeolita sódica ZNa2) Como el agua todavía lleva dureza debida al Ca y Mg ligados a los aniones que dan la dureza permanente, principalmente SO4= y Cl-; se realiza el ablandamiento con la zeolita (ZNa) tal y como ya habíamos visto. ªCl � º Ca � � ª SO4 º ªCa º � « » � NaZ o « » Z � Na « » Mg � � ¬«Cl � »¼ ¬ Mg ¼ ¬« SO4 ¼» Después de la regeneración las resinas eliminan el Ca y el Mg y quedan como al inicio. 74 �8.3. Esquemas de desmineralización A. Sistema con resina catiónica fuerte y aniónica fuerte Este sistema consta de una resina catiónica fuerte más una aniónica fuerte. Si el sistema posee un descarbonatador intermedio se considera desmineralización total, si no se usa consideramos desionización porque no se elimina el CO2 y se usan resinas aniónicas fuertes de tipo 2 también, pues no se elimina la SiO2. Este esquema es el más simple de desmineralización. Fig. 9. Sistemas con cationitas y anionitas fuertes. En este caso el intercambio iónico tiene el objetivo de reducir (eliminar) todos los cationes y aniones del agua bruta. Las transformaciones físico- químicas se pueden representar por las reacciones siguientes: 75 �a- Los cambios en el catión fuerte son: ª SO4 º ª SO4 º Ca � � « � » « » ªCa º ClH » Cl » « » �� « �« Mg « � ZH o Z « Mg » � H « � �» HCO3 »» HCO 3 » � « « « » Na ¬ Na ¼ « NO � » « NO � » ¬ 3 ¼ ¬ 3 ¼ b- Los cambios en el anión fuerte son: ª SO4 º ª SO4 º » » « « H � «Cl � » � ZOH o Z «Cl � » � H 2 O « « �» �» «¬ NO3 »¼ «¬ NO3 »¼ Al ser la resina fuertemente básica también intercambia: ªCO3 H�« «¬SiO3 º ª HCO3 � º » � ZOH o Z « » � H 2O «¬ HSiO3 »¼ »¼ Las reacciones de regeneración serán: ªCa � � º ªCa º « » Z «« Mg »» � H 2 SO4 o ZH � « Mg � � » SO4 « Na � » «¬ Na »¼ ¬ ¼ El H2SO4 puede ser sustituido por HCl y en ese caso se obtendrían CaCl2; MgCl2 y NaCl2 ª SO4 º ª SO4 º » « Z ««Cl »» � NaOH o ZOH � Na � «Cl � » « �» «¬ NO3 »¼ «¬ NO3 »¼ 76 �B. Sistema con ambos tipos de resinas Estos sistemas se conocen como lechos mezclados. Dentro de la desmineralización es posible otras alternativas tal como se muestran a continuación. Estas alternativas dependen de la calidad de agua que se desea obtener. Figura 10. Sistemas combinados con descarburación. 77 �Figura 11. Sistemas combinados con descarburación. Figura 12. Sistemas combinados con descarburación. 78 �Figura 13. Sistemas combinados con descarburación. A continuación se exponen las posibles combinaciones: (a) CF - AD - Desg. (b) CD - CF - AD – Des (c) CF - AD - Des – CD (d) CD - CF - AD - Desg. CD (e) CF – AF (f) CF - Desg. – AF (g) CD - CF - Desg. –AF 79 �(h) CD - CF - Desg. AD - AF También e),f),g) o h) con lecho mixto final. CF = Cation Fuerte CD = Cation Débil AF = Anión Fuerte AD = Anión Débil Desg = Desgasificador Electrodiálisis La electrodiálisis separa iones metálicos, cuando el agua rica en iones es sometida a un campo eléctrico por medio de dos electrodos y se aplica una diferencia de potencial continua, los cationes se desplazan hacia el electrodo negativo y los aniones se dirigen hacia el electrodo positivo. Es aconsejable para salinidades inferiores a 3 g/L. Proceso de Ósmosis inversa El principio fisicoquímico de la ósmosis inversa o hiperfiltrado es semejante a la ósmosis natural, por la cual en un sistema natural formado por dos soluciones de diferentes concentraciones, separadas por una membrana porosa, se establece un movimiento de moléculas para establecer el equilibrio debido a diferentes presiones osmótica que presentan, siendo esta menor en la solución de mayor contenido de sales; de ahí que las moléculas de agua atraviesan la membrana para establecer el equilibrio, con lo cual el volumen de la solución salina aumenta, esta se diluye y la diferencia de presión desaparece y se establece el equilibrio. Para realizar la ósmosis inversa se debe elevar la presión en la sección de alta salinidad por encima de la osmótica, con lo cual se logra que las moléculas de agua se difundan hacia la sección de agua limpia y que aumente la concentración de la solución salina. Entre las ventajas que presenta este proceso con respecto a otros, 80 �se encuentra su sencillez, bajo costo de energía e independencia del contenido de sales de la solución inicial. La dificultad principal se presenta con la membrana, la cual debe tener una uniformidad elevada y garantizar una alta velocidad de filtrado. Como consecuencia, se obtienen dos corrientes: a. Una conocida como retenido o rechazo, rica en soluto, que es el producto de alta presión. b. Otra corriente que atraviesa la membrana considerada como producto o permeado, rica en solvente, que es el producto de baja presión y es obtenido generalmente a presión atmosférica y temperatura ambiente. Las membranas de ósmosis inversa rechazan totalmente los iones trivalentes y divalentes (Al 3+, Ca 2+, Mg 2+, SO4 2- ), pero los monovalentes (Cl -, Na +) se fugan a través de la membrana con relativa facilidad y son los que tienden a contaminar el permeado. No obstante, este proceso es capaz del más alto nivel de filtración posible, incluyendo la separación de sales disueltas y la remoción de bacterias, pirógenos y compuestos orgánicos del agua. Por su versatilidad de aplicación, encuentra múltiples usos en los sistemas de tratamiento de agua a) Agua pura para uso en calderas de alta presión; b) Agua de calidad de lavado y de proceso para la industria farmacéutica y cosmética; c) Agua hiperpura para la industria electrónica. Entre sus principales aplicaciones está la desalación de aguas salobres (�10 000 mg/L de TDS) y de agua de mar en agua potable. También se aplica en el tratamiento de aguas residuales industriales y urbanas. 81 �En el tratamiento de agua para uso doméstico e industrial, diferentes procesos han sido utilizados: coagulación-floculación, filtración, intercambio iónico, destilación y separación por membranas. Los procesos de separación por membranas se refieren a aquellas operaciones en las cuales se separan mezclas y soluciones con el uso de membranas semipermeables. Tienen una gran difusión en la industria actualmente por sus múltiples aplicaciones y las ventajas que ofrecen con respecto a otras técnicas de separación como evaporación, centrifugación y destilación. Entre los procesos de separación por membrana se destacan: microfiltración, ultrafiltración, nanofiltración y ósmosis inversa. En realidad como vemos la presión osmótica de una solución depende de su concentración fundamentalmente y el proceso de ósmosis ocurrirá hasta que se alcance el equilibrio, por lo tanto el proceso inverso necesitará de un incremento de energía (presión) para obtener de una solución concentrada agua pura; analicemos el proceso de la ósmosis inversa desde un punto de vista energético. Si definimos es el potencial químico del agua, μ como la energía libre que posee por cada mol es fácil comprender que el agua pura tiene un potencial químico superior que el que posee una solución salina, ya que esta ha perdido parte de su energía en el proceso de disolución de la sal(recordar energía de solvatación). Si a esto añadimos que el agua tiende siempre a moverse en el sentido de los potenciales decrecientes, esto explica porque al colocar una membrana entre una solución salina y agua pura esta tiende a pasar a través de la membrana, para invertir este proceso se la aplica energía en forma de presión y este proceso es llamado ósmosis inversa. La presión efectiva es la diferencia entre la presión de trabajo y la osmótica. 82 �ΔPefectiva= Ptrabajo −∏¨ Fig.14. Ósmosis y ósmosis inversa. 83 �Conceptos básicos más importantes Membrana: Estructura que tiene dimensiones laterales mucho mayores que su espesor, a través del cual la transferencia de masa puede ocurrir dentro de una variedad de fuerzas directoras. Membrana semipermeable: Cuando bajo condiciones idénticas, el transporte de especies moleculares diferentes ocurre a distintas velocidades. Membrana asimétrica: Membrana constituida por dos o más planos estructurales de morfología no idéntica. Membrana compuesta: Membrana que tiene capas distintas química o estructuralmente. Membrana densa: Membrana con poros no detectables. Membrana homogénea: Membrana con la misma estructura y propiedades de transporte a través de su espesor. Compactación de la membrana: Compresión de la estructura de la membrana debido a la diferencia de presión que atraviesa su espesor. Membrana sintética: Membrana formada por un proceso que no ocurre en la naturaleza. Por ejemplo: las membranas poliméricas. Módulo de membrana: Unidad múltiple que contiene una o varias membranas para separar la corriente de alimentación, re chazo y permeado. Envejecimiento físico de la membrana: Cambio en las propiedades de transporte de la membrana en un período de tiempo, debido a alteraciones en la estructura físico-química. Cut off o Valor de Corte de la membrana: Es el peso molecular mínimo de soluto que puede ser retenido por la membrana. Actualmente se utiliza el término NMWCO (Nominal Molecular Weight Cut Off) que es el peso molecular en el cual el 90 % de todas las moléculas esféricas no cargadas son retenidas. S ): Es el exceso de presión que se debe aplicar a una Presión Osmótica (S disolución para impedir el paso del disolvente hacia ella cuando los líquidos 84 �están separados por una membrana semipermeable. Es proporcional a la actividad del soluto y por tanto a la concentración de sal. Una aproximación para la presión osmótica es asumir que 100 ppm de sólidos totales disueltos (TDS) es igual a 1 psi de presión osmótica. ' P tm ): es la diferencia existente entre la presión Presión transmembrana (' en el conducto de alimentación y la presión en el conducto de filtrado. 'p TM �pf � pr � � pp 2 Donde: Pf, Pr y Pp son las presiones correspondientes al flujo de alimentación, rechazo y permeado respectivamente. Factor de concentración (CF): Indica el grado de aumento de la concentración de un componente en una operación con membrana. Se define como: CF= Cr/Cf Cr: Concentración en el rechazo (salmuera) Cf: Concentración de la alimentación Razón de flujo cruzado: Se refiere a la velocidad de fluido por encima de la membrana. Puede ser expresada en cm/s o en términos de volumen por unidad de tiempo. Recuperación o recobrado (R): Se define como el por ciento del agua de alimentación que se convierte en agua producto. Dependiendo de la calidad del agua de alimentación y las propiedades de la membrana, los sistemas de ósmosis inversa operan a conversiones de 15 a 80 %. La recuperación excesiva da como resultado incrustaciones de sales. % R= Qp/Qf x 100 % 85 �Donde: Qp: caudal del agua producto Qf: Caudal de alimentación Rechazo de sal (RS): Es la propiedad más importante de una membrana, constituye un indicador de la capacidad global de la membrana para rechazar componentes inorgánicos disueltos. Generalmente aumenta con la presión de operación: % RS= (1- Cp/Cf) 100 Donde: Cp: concentración del permeado Cf: concentración del agua de alimentación Se usa en mezclas acuosas diluidas y en nuestro caso es la propiedad más importante de la membrana. Paso de sales: Ocasionalmente el funcionamiento de un sistema de ósmosis inversa está cuantificado por un parámetro llamado paso de sales que está directamente relacionado con el rechazo. % paso de sal = 100 - % RS Rechazo Iónico (RI): % RI = {[Cond (A) - Cond (P)]/ Cond (A)} 100 Donde: Cond(A). Conductividad en la alimentación Cond (P): Conductividad en el permeado 86 �Índice de densidad de sedimento (SDI): Reconocido como índice de ensuciamiento, es una medida de la tendencia del agua de alimentación para ensuciar la membrana. Es calculado por una prueba de flujo usando un fil tro de poros de 0,45Pm. SDI= % P 30 /ti = 100[1-(ti/tf)]/t t Donde: P 30 : atascamiento a presión de alimentación de 30 psi. t t : tiempo de prueba total en minutos (usualmente 15 min. ) pero puede ser menor si ocurre un 75% de atascamiento e n 15 minutos . t i : tiempo inicial en segundos para una muestra de 500mL. t f : tiempo en segundos para recoger una muestra de 500 mL después del tiempo de prueba (t t ). Si la muestra de agua no contiene coloides, no atascará el filtro y ambos, t i y t f , serán idénticos y por lo tanto SDI será cero. 8.3.1. Membranas. Clasificación Las membranas pueden ser clasificadas como: a) Gruesas o delgadas; b) Porosas o densas; c) Homogéneas o heterogéneas; d) Simétricas o asimétricas. Las membranas gruesas tienen un espesor macroscópico (> 1 Pm), en tanto que las delgadas pueden llegar a tener espesores comparables a las dimensiones moleculares (< 1 Pm). 87 �Otra forma de clasificar las membranas es por su morfología o estructura. Esta es la que más nos interesa porque la estructura de la membrana determina el mecanismo de separación y por tanto su aplicación. Las membranas porosas consisten en una matriz sólida con agujeros definidos o poros, representan la forma más simple de membrana en lo que respecta a propiedades de transporte y modo de separación, “que se efectúa estrictamente por tamización de los poros con relación al tamaño de las partículas”. Atendiendo al tamaño de sus poros se clasifican como: a) De poro ancho (diámetro de poro entre 10 nm y 50 Pm) b) De poro fino (diámetro de poro entre 1 y 10 nm). En las membranas densas el permeante debe pasar a través de la materia que constituye la membrana propiamente, por lo que produce una separación a escala molecular entre las especies disueltas y las partículas del disolvente. Estas son las llamadas membranas semipermeables o permiselectivas y son las empleadas en los procesos de desalación por ósmosis inversa. Por su estructura las membranas sintéticas sólidas pueden ser clasificadas en simétricas o asimétricas: a) Simétricas: Son las que tienen las mismas características físico-químicas en cualquier parte de ellas. Pueden ser porosas o no porosas, el espesor está en el rango aproximado desde 10-200 Pm. b) Asimétricas: Consisten en una capa tope muy densa o “piel” con un espesor aproximado de 0,1-0,5 Pm situada sobre una capa gruesa altamente porosa, que actúa exclusivamente como soporte con un espesor aproximado entre 100-300 Pm. Estas membranas combinan la alta selectividad de la membrana densa con alta velocidad de permeado. La resistencia a la transferencia de masa es determinada en gran medida o completamente por la capa tope muy fina. Los procesos de separación por membranas se empezaron a desarrollar a finales del siglo XIX, empleándose básicamente en procesos de concentración y depuración a escala de laboratorio. 88 �Cada uno de estos materiales exige ciertos requisitos sobre el agua de entrada, los cuales deben cumplirse si se aspira a lograr la vida normal de la membrana. Los factores que más los afectan son: a) Temperatura b) pH c) Bacterias d) Cloro libre e) Índice de saturación de Langelier (LSI) para salinidades d 5000 ppm o el de Stiff-Davis (SDSI) para altas salinidades. 8.3.2. Parámetros principales del proceso a) Presión de operación Al aumentar la presión, aumenta la permeabilidad de las membranas. En el caso de las poliméricas, se deforman estrechándose los poros, lo que hace que se eleve la selectividad de las mismas. Este efecto negativo provoca que al alcanzarse la presión límite, la permeabilidad disminuya debido a los fenómenos de compactación de la zona de alta presión. Al disminuir la presión, la membrana no recobra su forma original, quedando una deformación residual de la capa activa de la misma, lo que hace que la curva de permeabilidad quede por debajo y la de selectividad disminuya. b) Temperatura de operación Un aumento de la temperatura favorece el proceso de separación porque disminuye la viscosidad de la solución y aumenta la velocidad a la cual el soluto se difunde desde la superficie hacia el seno de la solución. Se minimiza el efecto de polarización por concentración, pero existe la limitante de la resistencia al calor y las afectaciones que puede sufrir el producto. Este parámetro constituye el más importante para predecir correctamente la presión de operación de diseño de una planta de OI, esto se debe a que dicha presión disminuye un 4 % por cada ºC que aumente la temperatura. Una equivocación de 89 �varios ºC resultará en un error enorme en la selección de la bomba para un proceso y en el diseño general de la planta. c) Velocidad del flujo de alimentación La velocidad depende de la capacidad de la bomba y de la resistencia de los equipos. Al aumentar la velocidad disminuyen los efectos de polarización por concentración y se aumenta, o como consecuencia, la permeabilidad y retención de sales. d) Concentración de la solución Mientras mayor sea la concentración de soluto en la alimentación, mayor será la presión osmótica y la viscosidad de ésta, afectando desfavorablemente la permeabilidad de la membrana. Una aproximación válida de la cantidad de sales disueltas para soluciones de bajo contenido de iones es: e) pH. Este parámetro depende del tipo de membrana. En el caso de las de acetato de celulosa tienen un límite de empleo en un reducido intervalo de pH (4 - 7.5) para evitar su hidrólisis y las de poliamida soportan valores entre 2 y 11. Es sabido que aguas de alimentación con un alto pH son incrustantes y de bajo pH, corrosivas. f) Ensuciamiento y obstrucción de la membrana El ensuciamiento de la membrana ha sido reconocido como la mayor limitación del uso de los procesos de membrana en el campo del tratamiento de agua. Esto puede deberse a diferentes causas. Durante la operación normal, los elementos del sistema de ósmosis inversa están sujetos a suciedades que pueden ser con material en suspensión o sólidos solubles en agua como las sales de carbonato de calcio, sulfato de calcio, óxidos metálicos, arena y material orgánico. El ensuciamiento depende de la naturaleza de las aguas, es un fenómeno progresivo y si no se controla tempranamente hará que disminuya la vida de la membrana. Sus síntomas son una marcada disminución en el rechazo, un aumento moderado de la diferencia de presión e ntre la alimentación y el 90 �concentrado, una rápida disminución de la producción o en un aumento en la presión de operación. Este efecto puede agravarse durante los paros porque muchas de las sales antes mencionadas que se encuentran en la periferia de la m embrana se precipitan sobre la superficie. El ensuciamiento de la membrana puede ser definido como la deposición irreversible (o reversible) de partículas retenidas, coloides, emulsiones, suspensiones, macromoléculas, etc. sobre o dentro de la membrana. Esto incluye adsorción, bloqueo del poro, precipitación y formación de torta. fenómeno de teóricamente. ensuciamiento es muy complejo y difícil de El describir Aún para una solución dada, el ensuciamiento depende de parámetros físicos y químicos tales como concentración, temperatura, pH, fortaleza iónica y las interacciones específicas (enlaces de hidrógeno, interacciones dipolo-dipolo). Dentro de los fenómenos de ensuciamiento de membranas de OI se diferencian, lo que la bibliografía inglesa denomina “fouling” y “scaling” y que en la literatura hispana puede aparecer como ensuciamiento coloidal y ensuciamiento cristalino o incrustación, respectivamente. Por ensuciamiento coloidal (fouling), se entiende la deposición de coloides o partículas en suspensión en la superficie de la membrana. Entre los principales agentes causantes están los óxidos metálicos (principalmente Fe 2+ y Mn 2+), coloides (orgánicos e inorgánicos) y materiales de origen biológico (bacterias, hongos, algas, etc.) Por ensuciamiento cristalino se denota la cristalización sobre la superficie de las membranas de las sustancias disueltas en el agua de alimentación, cuando por efecto de un progresivo aumento de concentración se excede el límite de solubilidad. Los principales causantes de este tipo de ensuciamiento son el carbonato y/o bicarbonato de calcio, los sulfatos de calcio, bario y estroncio, el dióxido de silicio, el fluoruro de calcio y el hidróxido de magnesio. 91 �Una detección temprana del carbonato de calcio es esencial para prevenir daños sobre la capa activa de la membrana. Las que se hayan detectado tempranamente pueden ser eliminadas disminuyendo el pH del agua de alimentación a 3 o 4 por una o dos horas. Las acumulaciones más serias pueden eliminarse mediante recirculación de una solución de ácido cítrico al 2 % y un pH no menor que 2 en las membranas (pH 3-4). Las sales de óxidos de metales son formadas por precipitación de hidróxidos tales como el hidróxido férrico y puede lograrse su desaparición mediante los mismos métodos. El ensuciamiento con arena, materia orgánica o materia coloidal, si se determina oportunamente permite en la mayoría de los casos, restaurar la planta a su condición original. El ensuciamiento normalmente comienza por el extremo de la alimentación y progresa hacia la parte posterior del sistema excepto cuando es por sedimentación de materia coloidal, lo cual suele ocurrir en las últimas membranas pero se distingue de la incrustación porque en lugar de cristales blancos o amarillos, se observa polvillo coloi dal o algas verdes en los últimos elementos. 8.3.3. Otros factores que pueden afectar la efectividad del proceso de ósmosis x Limpieza Si los sistemas son operados adecuadamente no requieren una limpieza frecuente. Un aumento del contenido de sal en el agua producto y/o una caída de la productividad a un 10 % pueden indicar ensuciamiento de las membranas. Sin embargo, otros factores tales como: disminución de la temperatura o mal funcionamiento del pretratamiento, controles de presión o bombeo ineficientes pueden también causar estas condiciones. El tipo de solución de limpieza y la secuencia en que es usada depende del ensuciamiento presente y del tipo de cartucho. 92 �Tabla 7. Agentes de limpieza, sus concentraciones típicas y ensuciadoras removidas Agente Hipoclorito (NaOCl) Concentraciones típicas de Ensuciador presente sodio 100 mg/L como cloro activo, Biopelícula, pH 5 - 10 orgánico material Acido oxálico (C 2 H 2 O 4 ) 1%, pH 2 - 4 Fe, Mn, coloides Acido cítrico (C 6 H 8 O 7 ) 1%, pH 3 - 5 Fe, Mn, coloides Bisulfito (NaHSO 3 ) de sodio 1%, pH 5 - 6 Fe, Mn EDTA/Na-EDTA (NaO 2 CCH 2 ) 2 NCH 2 CH 2 N(NaO 2 CCH 2 ) 2 670 mg/L/2500 mg/L pH 6 Incrustaciones de Mg, Ca, metales Acido clorhídrico (HCl) pH 2 Incrustaciones de Mg, Ca, biopelícula, coloides Hidróxido (NaOH) de sodio pH 12 Cloruro de sodio Materia orgánica, coloides, biopelícula 1% Limpieza general Para la preparación de estas soluciones se utiliza agua producto (permeado) o suavizada, en caso de que la anterior no esté disponible. Se recomienda limpiar lo menos posible debido a que esto provoca interrupciones en la producción y puede acortar la vida útil de las membranas. x Sanitización El ataque bacteriano o químico a las membranas daña irreversiblemente la capa activa disminuyendo el rechazo de sales y permitiendo el paso relativamente libre de sales y agua. Se requiere una periódica sanitización para disminuir los contaminantes microbiológicos y remover la biopelícula. Su frecuencia depende de la calidad del agua de alimentación, de la pureza deseada del agua producto, del tipo de membrana y del modo de operación del sistema. 93 �Uno de los agentes sanitizantes químicos más usados es el cloro, el cual puede ser añadido al agua en forma gaseosa o en soluciones de hipoclorito de sodio frecuentemente utilizado por ser efectivo y económico en membranas de acetato de celulosa y polisulfona, recomendándose a pH entre 5,5 y 6,5 donde su efecto sanitizante es mayor. x Módulos de membranas El agua de alimentación presurizada por la bomba de alta pres ión entra en los módulos de membranas. Una característica fundamental en un módulo de OI es que los canales por los que circula la disolución alimentación – salmuera estén perfectamente sellados con respecto a los canales por los que circula el agua produc to para evitar cortocircuitos hidráulicos. Además de los aspectos analizados anteriormente los módulos deben tener otras características como son: a) Mantener condiciones de flujo ideal sobre la superficie de la membrana aún si la carga varía; b) Mantener las pérdidas fraccionales en un mínimo en el paso de la salmuera y el producto; c) Que los permeadores permitan la toma de muestras. Tipos de instalaciones en la ósmosis inversa Existen dos tipos de arreglo: de simple pase y de doble pase, pudiendo combinarse elementos en serie y paralelo para acomodar los flujos deseados de alimentación y producto y obtener así la máxima recuperación. En la de simple pase, el agua producto ha pasado a través de la membrana una vez y se utiliza para limitar al máximo la pérdida de agua de un sistema. Puede ser: Simple pase con aprovechamiento de rechazo: Consiste en alimentar a un primer grupo de módulos en paralelo y con el rechazo obtenido alimentar a un segundo grupo de módulos, el cual debe ser menor en cantidad que el primero para evitar bajos caudales en los mismos. Se logran altos valores de recobrado, más que los que se logran en las disposiciones paralelo y serie. 94 �Simple pase en paralelo: En esta disposición dos o más módulos son colocados en paralelo de manera que reciban el mismo caudal de alimentación a la misma presión. El permeado que se obtiene de cada módulo se mezcla en una conexión común al igual que el rechazo. El recobrado total del sistema se regula mediante una única válvula situada en el colector general de la salmuera. Esta disposición es útil cuando no se desea incrementar mucho la salinidad del rechazo con respecto a la salinidad de la alimentación. Simple paso en serie: Consiste en alimentar el primer módulo con la bomba de alta presión, el segundo con el rechazo del primero y así sucesivamente. En la medida que el rechazo del primer módulo se convierte en la alimentación del siguiente, la salinidad del agua se va incrementando, por lo que no se debe sobrepasar el valor de máxima salinidad recomendado por el fabricante para no provocar incrustaciones en las membranas. Esta disposición se utiliza cuando la salinidad del agua de alimentación no es elevada. Doble pase de ósmosis inversa: Es el tipo más usado para aguas de alta pureza. En este caso el agua de alimentación de la segunda etapa es el permeado de la primera; el concentrado de esta última se elimina y el de la segunda se recircula, uniéndolo a la alimentación de la primera etapa. Se utiliza cuando la salinidad inicial es muy elevada y una etapa no es suficiente para una buena desalación, o cuando se requiere un producto de mucha calidad. 95 �RECHAZO (Segundo Doble pase PERMEADO RECHAZO (Primer pase) PERMEADO Simple pase con aprovechamiento del rechazo PERMEADO Fig. 15. Configuraciones de la instalación de ósmosis inversa Simple pase en serie Simple pase en paralelo RECHAZO PERMEADO RECHAZO RECHAZO PERMEADO 9 �TEMA 9 SISTEMA DE POST-TRATAMIENTO Los tratamientos del agua producto tienen como objeto completar los procesos de desalación del agua, dejándola lista para su uso. Algunos de los procedimientos más usuales son: a) Eliminación del CO2. Una elevada concentración de CO2 en el permeado de una planta de OI puede ser perjudicial porque: 1. El CO2 incrementa el carácter corrosivo del permeado. 2. Se produce un aumento del consumo de reactivos para adecuar el pH del agua para el consumo humano y para usos industriales. El permeado puede tener un carácter corrosivo sobre todo si se le administró ácido en el pre-tratamiento al agua de alimentación. La formación de CO2 libre que atraviesa fácilmente la membrana, o de H2S, le da al permeado una cierta acidez que se elimina haciéndolo pasar por un desgasificador. b) Ajuste del pH. Si la concentración de CO2 en el permeado es inferior a 60mg/l no es rentable usar un desgasificador atmosférico para subir el pH. En ese caso y cuando se requiere un pH neutro, el pH se corrige añadiendo NaOH y KOH al permeado inyectando una disolución de estos compuestos. c) Ajuste de la dureza Si se desea que el agua contenga un mínimo de dureza, por ejemplo, 75 mg/l de calcio (expresado como CaCO3), se le adicionan sales de calcio al producto, pudiendo inyectarse CaCO3 y carbonato/bicarbonato de sodio. Los carbonatos ayudan a controlara el pH del agua producto. 97 �d) Filtración y esterilización Se utilizan cuando se requiere agua de alta pureza y libre de pirógenos, virus y bacterias. e) Control de color, olor y sabor Si el agua va a ser destinada al consumo humano, el permeado puede contener pequeñísimas cantidades de constituyentes indeseables que alteran sus características organolépticas y que la hacen inadecuada para el consumo humano, en este caso se recomienda la utilización del filtro de carbón activado. Como puede inferirse los elementos fundamentales para poder abordar un proyecto de desalación de agua por ósmosis inversa son: Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Ÿ Información detallada y exacta del agua a tratar; Información sobre las condiciones de operación de la planta; Diseño adecuado del proceso de pre-tratamiento; Diseño de la planta acorde a los fines de cantidad y calidad del agua de interés; Establecimiento de las condiciones para una correcta operación y mantenimiento de la planta. 9.1. Métodos de desinfección La desinfección consiste en la destrucción selectiva de los organismos que causan enfermedades. No todos los organismos se destruyen durante el proceso, punto en el que radica la principal diferencia entre la desinfección y la esterilización, proceso que conduce a la destrucción de la totalidad de los organismos. Los métodos más empleados para llevar a cabo la desinfección son: agentes químicos y agentes físicos. a) Agentes químicos Los agentes químicos utilizados para la desinfección incluyen: el cloro y sus compuestos; el bromo; el yodo; el ozono; el fenol y los compuestos fenólicos; los alcoholes; los metales pesados y compuestos afines; los colorantes; los jabones; los compuestos amoniacales cuaternarios; el agua oxigenada, y ácidos y álcalis diversos. Los desinfectantes más corrientes son los productos químicos oxidantes, de los cuales el cloro es el más universalmente empleado, aunque también se ha utilizado, para la desinfección del agua residual, el bromo y el yodo. El ozono es un desinfectante muy 98 �eficaz cuyo uso va en aumento, a pesar de que no deja una concentración residual que permita valorar su presencia después del tratamiento. El agua muy ácida o muy alcalina también se ha empleado para la destrucción de bacterias patógenas, ya que el agua con pH inferior a 3 o superior a 11 es relativamente tóxica para la mayoría de las bacterias. Los compuestos de cloro más frecuentemente empleados en las plantas de tratamiento del agua residual son el cloro (Cl2), el dióxido de cloro (ClO2), el hipoclorito de calcio [Ca (OCl)2], y el hipoclorito de sodio (NaOCl). Cuando se usan las dos últimas especies químicas, el proceso de cloración recibe el nombre de hipocloración. En los depósitos de gran tamaño como en las torres de enfriamiento, frecuentemente se emplean ciertas dosis combinadas de cloro y de sulfato de cobre para impedir el crecimiento orgánico. El sulfato de cobre actúa en bajas concentraciones sobre los peces. b) Agentes físicos Los desinfectantes físicos que se pueden emplear son la luz y el calor. El agua caliente a la temperatura de ebullición, por ejemplo, destruye las principales bacterias causantes de enfermedades y no formadoras de esporas. El calor se suele emplear con frecuencia en las industrias lácticas y de bebidas, pero su aplicación al agua residual no es factible debido al alto coste que supondría. Sin embargo, la pasteurización del fango es una práctica habitual en toda Europa. La luz solar también es un buen desinfectante, especialmente la radiación ultravioleta. En la esterilización de pequeñas cantidades de agua, el empleo de lámparas especiales ha resultado exitoso. La eficacia de este proceso depende de la penetración de los rayos en el agua. La geometría de contacto entre la fuente emisora de luz ultravioleta y el agua es de gran importancia debido a que la materia en suspensión, las moléculas orgánicas disueltas y la propia agua, además de los microorganismos, absorberán la radiación. Por lo tanto, la aplicación de la radiación ultravioleta como mecanismo de desinfección no resulta sencilla en sistemas acuosos, especialmente por la presencia de materia particulada. Las algas y otras plantas clorofilianas necesitan de la luz del sol para crecer, de aquí que si el agua puede almacenarse en depósitos cerrados que previene el crecimiento de estos organismos. 99 �c) Procesos biológicos unitarios Los procesos de tratamiento en los que la eliminación de los contaminantes se lleva a cabo gracias a la actividad biológica se conocen como proceso biológicos unitarios. La principal aplicación de estos procesos es la eliminación de las sustancias biodegradables presentes en el agua residual en forma, tanto coloidal, como en disolución. Básicamente esta sustancias se convierten en gases, que se liberan a la atmósfera y en tejido celular biológico eliminable en la sedimentación. Como consecuencia del aumento de las cargas contaminantes urbanas e industriales, frente al poder autodepurador de los cauces receptores, un pretratamiento e incluso una depuración primaria o física no son suficientes para poder realizar el vertido sin problemas. Es preciso subir un escalón más, entrando así en el campo de los procesos biológicos. Existen métodos básicos de tratamiento secundario se realiza con mayor o menor suministro de aire (oxigenación). Se puede realizar en tanques, estanques como las algunas de estabilización o combinación de algunos tratamientos. Los procesos biológicos pueden ser aerobios y/ o anaerobios. En tanques los procesos aerobios y anaerobios pueden ser de cultivos en suspensión (lodos activados, digestores anaeróbicos, etc) o de cultivos en fijos (biodiscos, filtros expandidos, etc). En la digestión anaeróbica se emplean cultivos biológicos para conseguir una descomposición aeróbica y oxidación de la materia orgánica, pasando a compuestos más estables. Se obtiene así un mayor rendimiento que el alcanzado por una sedimentación primaria, y por una depuración de tipo químico. En la digestión anaeróbica se produce gases en la oxidación anaerobia tiene cierto valor con combustible y el volumen producido de un compuesto orgánico en particular se puede determinar de la siguiente relación: Materia orgánica + agua dióxido de carbono + metano A temperaturas y presiones normales, un Kg. de DBO oxidado anaeróbica mente rinde cerca de 0,35 m3 de gas metano, cuyo valor calorífico es de 35 kJ/L. 100 �Tratamiento de agua de abasto Los sistemas de tratamiento de agua son instalaciones que agrupan a un conjunto de operaciones, que tienen el objetivo fundamental de regular las concentraciones de las sustancias desde los puntos de vista cualitativo y cuantitativo, que no sean objetables para el uso o su envío a un cuerpo receptor. Estos sistemas comprenden un conjunto de instalaciones que su complejidad depende de la calidad del agua, cantidad de agua a tratar y el destino final del tratamiento. Al agua cruda comúnmente se le elimina las impurezas para uso urbano e industrial. Las instalaciones más aplicadas en nuestro país son las siguientes: x Planta potabilizadora x Instalaciones para fines industriales x Otros fines Planta potabilizadora Las aguas usadas para el abastecimiento público son tomadas de los ríos, las presas, lagos, pozos y en caso extremo del mar. En muchos casos, la elección de una fuente se impone inmediatamente por las circunstancias locales. Las aguas superficiales son comúnmente ricas en sólidos en suspensión pero de bajo contenido de sales carbonatadas y de iones de calcio y magnesio. Las aguas subterráneas en general son aguas muy limpias pero de alto contenido de sales carbonatadas y de alta dureza. Estas aguas son muy incrustantes por la descomposición de los bicarbonatos solubles en carbonato insolubles. Conocido el origen de un agua y sus características físicas, químicas y bacteriológicas se compara esta con las que se requieren para un agua destinada al consumo humano, puede juzgarse sobre la necesidad de su tratamiento. El consumo de agua por persona es muy fluctuante y depende en gran medida del desarrollo del país y de los hábitos de consumo de sus habitantes, puede oscilar entre 80 y 800 Litros/persona cada día. También hay que tener en cuenta que el agua urbana es 101 �utilizada en instituciones comerciales, educacionales, recreativas y en pequeñas industrias enclavadas en la red de distribución urbana. Un agua es potable cuando está libre de sustancias nocivas o que le impartan sabor y/o color además de pura bacteriológicamente y libre de materias en suspensión. Cada país tiene sus propias normas para agua de consumo humano que estarán siempre aprobadas por las autoridades sanitarias del mismo. Una planta convencional de potabilización puede ser como la que se presenta a continuación y consta de los siguientes sistemas operacionales: Agua Pretratamiento Coagulación Sedimentación cruda Agua potable Desinfección Filtrado Fig. 16. Esquema de una planta potabilizadora. 102 �Instalaciones para fines industriales Para fines industriales se utiliza parcialmente o totalmente agua potable. En caso de la necesidad de obtener un agua de menor contenido de impurezas que la del agua potable en la misma fábrica se montan instalaciones con esos propósitos, como instalaciones de suavizamiento y de desmineralización. A continuación se relacionan algunas instalaciones de acondicionamiento de agua utilizada en nuestro país, entre ellas se encuentran: Agua de enfriamiento, Agua para la producción de vapor, Aguas para otros procesos industriales. x Agua de enfriamiento Los sistemas de enfriamiento, dependiendo de su tipo, es necesario hacer en ellos un tratamiento de agua para evitar incrustaciones, corrosión y crecimiento de organismos marinos incrustantes el los mismos. Esta es uno de los mayores usos del agua debido a su alto calor específico, amplia disponibilidad y precio bajo, estando este uso estrechamente vinculado a la energía. Con esta finalidad su utilización puede ser: a) En un solo paso y retorno a la fuente de origen Muy utilizado en aguas salobres y de mar, fundamentalmente donde se requieren grandes volúmenes de agua concentrados en pocos equipos, por ejemplo, los grandes condensadores de las centrales eléctricas y de otras producciones. Generalmente esta agua requiere de tratamientos sencillos: x Filtración gruesa para eliminar cuerpos extraños de gran tamaño; x Sedimentación para eliminar arenas y sedimentos que erosionan los equipos; x Clorinación u otros tratamientos para evitar crecimientos biológicos; x Bombeo y distribución; x Limpiezas periódicas o continuas del equipamiento. 103 �El tratamiento de agua más común es la dosificación de cloro para evitar el crecimiento de los organismos incrustantes, manteniendo un cloro residual de 0.1; esto se puede hacer mediante clorinadores que producen el cloro en el sitio o mediante balones de cloro que son producidos en otro punto de uso. Otro tratamiento común en los sistemas de enfriamiento por agua de mar es la dosificacion de sulfato ferroso al agua una vez al día para evitar la corrosión de los latones de los tubos de condensadores. b) Circuitos cerrados de enfriamiento En ellos se enfría un medio refrigerante, que puede ser agua de alta pureza de forma indirecta con otro medio refrigerante y después ese medio de alta pureza sirve como refrigerante en un sistema o proceso que la requiera, en estos sistemas la reposición es muy poca y el agua es generalmente desmineralizada o sufre otros tratamientos más especializados, las pérdidas de aguas en el sistema son mínimas pero los costos de tratamientos son generalmente altos. En sistema de enfriamiento cerrado, con reposiciones menores que 5 %, se requiere suministrarle al agua compuestos inhibidores de la corrosión por oxígeno como la hidracina y controladores de pH como el hidróxido de sodio. c) Sistemas semiabiertos o de torres de enfriamiento Este sistema consiste en el paso del agua que ha ganado calor en un sistema dado a través de una torre de enfriamiento donde es aspersada por el tope de la misma y puesta en contacto con aire atmosférico. Durante el proceso de intercambio entre el aire/agua se produce intercambio de calor y de masay ocurre la evaporación de agua con lo cual las sales que la acompañan se van concentrando y hacen que las torres requieran extracciones y reposiciones continuas, periódicas o ambas. Según el diseño, estas extracciones permiten mantener el nivel de sólidos disueltos y en suspensión en valores que hacen que el agua no sea incrustante, corrosiva o erosiva producto de los sólidos que la acompañan, por consiguiente se requieren reposiciones de agua que generalmente están entre el 3 y el 5 % del flujo de agua en circulación, así como tratamientos para evitar incrustaciones de sales, corrosión y crecimientos biológicos. 104 �Estos tratamientos estarán en dependencia de: x La calidad de la fuente de suministro; x Los materiales de construcción de los equipos y tuberías; x Factores de diseño; x Posible contaminación de esas aguas por ponches o salideros en los equipos en que es utilizada como medio de refrigeración. En sistema de enfriamiento abiertos, con % de reposiciones mayores que un 5 %, se hace necesaria una combinación de varios sistemas de tratamiento para evitar corrosión, incrustaciones y crecimiento de organismos incrustantes. Para evitar las incrustaciones se hace necesaria la dosificación de compuestos de fosfatos, mezclados con una correcta política de extracciones periódicas al sistema. Para evitar la corrosión es necesario el control adecuado del pH mediante la dosificación de hidróxido de sodio o ácido sulfúrico al sistema, mediante un correcto control del mismo y para los organismos marinos incrustantes se hace necesaria la dosificación de cloro, ozono, u otro compuesto que evite estos organismos. Esta combinación de tratamiento es compleja y requiere un adecuado conocimiento y control del sistema y sus tratamientos. En todos los procesos en que las aguas son utilizadas como agua de enfriamiento se producen generalmente efluentes de los cuales hay que disponer y que vuelven a las fuentes acuíferas, constituyendo contaminación térmica y contaminación química por el uso que se hizo de ellas o por los aditivos que fue necesario añadirle al agua para acondicionarla. Agua para la producción de vapor Después de las aguas de enfriamiento este es el segundo gran consumo de agua en la industria y el de mayor importancia por los tratamientos que requiere y por lo que estos representan desde los siguientes puntos de vista: 105 �x Costos por tratamientos especiales requeridos para evitar incrustaciones y corrosión. x Interrupciones a la producción o los servicios por fallas en el sistema. Las aguas para la producción de vapor requieren tratamientos externos e internos que en primera instancia están determinados por el fabricante del equipo, pero que de forma general están sujetos a recomendaciones generales de acuerdo con el tipo de equipo y a la presión de operación. 1. Requerimientos del agua y el vapor en la generación de vapor En general las aguas presentan una serie de características las cuales dependen de varios factores entre los que están el lugar de procedencia (ríos, lagos, pozos), naturaleza del terreno y su composición geológica. Estas características se dividen en: x Características físicas x Características químicas x Características biológicas Características físicas: a) Turbiedad: Se debe a la presencia de impurezas en suspensión o coloides, las cuales reflejan o absorben la luz. b) Color: Materias en solución. c) Olor y sabor: Materias orgánicas excepto cuando contiene H2S. d) Sólidos en suspensión. e) Total de sólidos disueltos = sólidos disueltos + sólidos en suspensión. f) Aceites. 106 �Características químicas: Incluye el pH y todas las sustancias minerales disueltas en el agua: a) “Dureza” del agua: Es el contenido de calcio y magnesio (Ca + Mg), fundamentalmente en forma de bicarbonatos. - Dureza temporal: Incluye los carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos - Dureza permanente: Incluye cloruros y sulfatos En orden relativo de abundancia las sales de Ca y Mg son: 1) Bicarbonatos 2) Sulfatos 3) Cloruros 4) Nitratos b) Alcalinidad: Las aguas normales, sin tratamiento, no contienen carbonatos e hidróxidos. Su pH raramente es superior a 8.3 y generalmente sólo contienen bicarbonatos. c) Sales de ácidos fuertes: Cloruros y sulfatos (SAC) d) Total de ácidos fuertes: (TAF): HCl y H2SO4. Se encuentran en el agua a pH < 4.3 e) Contenido de CO2 f) Contenido de SiO2 (Sílice). Las aguas naturales contienen sílice de 1 a 100 ppm (Forma incrustaciones muy duras en calderas de alta presión y es arrastrada en parte por el vapor depositándose en los alabes de las turbinas). g) Oxígeno. Fundamentalmente en aguas superficiales. El contenido máximo a 20 ºC y patm. Es 9.2 mg/l (límite de saturación). h) Sodio: Son sales muy solubles en agua. i) Hierro: Fundamentalmente hierro ferroso en forma de bicarbonato en agua de pozo. En contacto con el oxígeno de la atmósfera se oxida a hierro férrico que es insoluble y colorea el agua y todo lo que esté en contacto. El hierro rara vez es > 5 ppm, pero a partir de 0.3 ppm origina problemas. j) Manganeso: A partir de 0.2 ppm da lugar a la formación de depósitos. k) pH: Las aguas naturales tienen valores entre 6 y 8. Se aumenta por álcalis y decrece por ácidos. 107 �Características biológicas: a) Materia orgánica: Mezcla compleja de sustancias que no puede determinarse por análisis y se mide mediante índices. - Índice de permanganato MO (Materia Orgánica). Consumo de permanganato de potasio mg/l de O2. - Índice de dicromato. DQO (Demanda Química de Oxígeno). Índice consumo de dicromato potásico expresado en mg/l de O2. b) Grupo coniforme comprende los bacilos aerobios y anaerobios que fermentan la lactosa. Las dos fuentes más importantes de agua fresca son: Las aguas superficiales y las aguas subterráneas. Las aguas superficiales contienen gases atmosféricos, partículas en forma de polvo, humos industriales que han sido atrapados por el agua de lluvia al caer. Igualmente contienen partículas minerales y otras partículas finamente divididas y materias orgánicas en suspensión. Las aguas subterráneas presentan temperaturas constantes y la ausencia de materias sólidas, pero presentan mayor contenido de sales minerales debido al alto contenido de CO2. Hay otras dos fuentes de agua para la industria, que son el agua de mar y el agua de recirculación. El agua de mar se limita prácticamente a enfriamiento por industrias localizadas en las costas (principalmente termoeléctricas). El agua de recirculación es ampliamente usada en los G.V. 2. Tipos de impurezas: encontrados en el agua se pueden clasificar en tres grandes grupos: x Sólidos disueltos x Sólidos en suspensión x Gases disueltos Después de haber estudiado los principales contaminantes que puede tener el agua, veamos cuáles son las impurezas que más afectan a las calderas: 108 �a) Dureza: Causada por sales minerales de Ca y Mg, que son las responsables de las incrustaciones en los tubos (intercambiadores de calor, calderas y tuberías). b) Gases disueltos: Principalmente el oxígeno que es parte esencial del proceso de corrosión y el CO2 que al combinarse con el agua forma ácido carbónico que también causa corrosión (fundamentalmente en tuberías de vapor y condensado). c) Ácidos: Ácidos orgánicos que provienen del suelo y principalmente el ya mencionado ácido carbónico. Todos los ácidos son corrosivos. d) Álcalis: No es frecuente, pero puede ser producido en el propio tratamiento (causa fragilidad cáustica) Incluye: hidróxidos OH-, bicarbonatos HCO3- y carbonatos CO3=. e) Total de sólidos disueltos. Son sales minerales que no forman incrustaciones, pero pueden producir espumas y arrastres. 9.2. Objetivos del tratamiento del agua 1- Evitar corrosiones e incrustaciones 2- Mantener altas transferencias de calor 3- Reducir reparaciones costosas 4- Reducir costos de operación 5- Mejorar la seguridad de la caldera y su rendimiento, así como de los equipos que usan el vapor Los problemas principales derivados del agua que se produce en calderas son: x Corrosiones: Relacionados principalmente con gases disueltos y los ácidos. x Incrustaciones: Están relacionadas con la dureza. x Arrastres: Relacionados con los sólidos disueltos y otros como la materia orgánica (sólidos disueltos y no disueltos) y aceites (forman espumas, lodos e incrustaciones). x Fragilidad cáustica: Relacionada con los álcalis x Alcalinidad: Bicarbonatos (HCO3-), Carbonatos (CO3=) e Hidróxidos (OH-) 109 �Existen tres tipos de tratamientos para controlar estos problemas: tratamientos externos, tratamientos internos y purgas. Los tratamientos externos pueden se pueden subdividir en los procesos siguientes: 1- Aireación: a) Reducción de CO2 b) Reducción de amoníaco y ácido sulfúrico c) Oxidación del hierro y manganeso 2- Cloración: El gas cloro es irritante y puede ser mortal a concentraciones de más de 1000 ppm. Se encuentra formando diversos compuestos como los hipocloritos de Ca y Na, etc. Sus aplicaciones más importantes son: Desinfección, eliminación de NH3 y otros compuestos nitrogenados, control del sabor y del olor, oxidación de H2S, oxidación del hierro y el manganeso, reducción del color, control de algas y hongos, control del Fe y el Mn. En las calderas no tiene gran aplicación. 3- Clarificación: Para eliminar materia suspendida en el agua y conseguir un agua apropiada para usos domésticos y la industria. Generalmente va acompañada por coagulación, floculación y sedimentación. La coagulación: Es el proceso de desestabilización por neutralización de cargas eléctricas. Una vez neutralizadas las partículas no se repelen. Se puede realizar mediante el empleo de: ƒ Sales inorgánicas de aluminio o hierro, que neutralizan las cargas de las partículas coloidales. ƒ Polímeros orgánicos que produzcan el mismo efecto. 110 �La floculación: Es el proceso de originar la unión de las partículas neutralizadas o coaguladas para formar una aglomeración o flóculo. Este proceso puede ocurrir naturalmente o aumentando la velocidad por adición de ayudantes de la coagulación. Existen múltiples coagulantes y ayudantes de la coagulación. Una vez formado el flóculo éste sedimenta. La sedimentación: Consiste en la eliminación de las partículas en suspensión posteriormente a que han sido coaguladas y floculadas. Estos procesos ocurren en equipos llamados clarificadores que se clasifican en 3 tipos: ƒ Horizontales sin contacto de fango ƒ Ascencionales de contacto de sólidos (de contacto de fangos) ƒ Ascencionales de contacto de sólidos y de recirculación de fangos. 4- Filtración: Se emplea para eliminar toda materia suspendida apreciable a simple vista, incluso la materia orgánica más fina. El método más común de filtración consiste en hacer pasar el agua en el sentido descendente a través de un lecho de arena de antracita, cuidadosamente clasificada. La arena puede ser de sílice o de cuarzo. La filtración no elimina sólidos disueltos pero se puede emplear junto con un proceso de ablandamiento o clarificación los cuales reducen la concentración de sólidos disueltos. Los filtros empleados pueden ser: ƒ Abiertos o gravedad ƒ De presión: horizontales y verticales La mayoría del agua clarificada y ablandada se filtra. 5- Ablandamiento por precipitación: Se emplea para reducir dureza, alcalinidad, sílice y otras impurezas como primera etapa de un tratamiento posterior por intercambio iónico y otros. Se consigue con determinados productos como cal, carbonato de sodio, sosa cáustica, aluminato de sodio. La dureza precipita y se separa del agua por sedimentación o filtración. 111 �Con este tratamiento se elimina también la alcalinidad de bicarbonato, se reduce la turbiedad y bajo ciertas condiciones se logra reducir el contenido de O2, CO2 y sílice. Los procesos pueden ser en frío o en caliente y de ello dependen los aparatos empleados. Se realiza en equipos de sedimentación para ablandamiento por precipitación. 6- Desgasificación del agua de alimentación de calderas Se emplea en general para eliminar gases disueltos en el agua y así controlar la corrosión. (O2, CO2, NH3) El CO2 se encuentra frecuentemente en los sistemas de condensado y en los sistemas de distribución de agua. El agua con NH3 ataca al cobre y sus aleaciones. La desgasificación se emplea en particular para eliminar O2 de los sistemas de agua de alimentación de calderas. La solubilidad de un gas en agua viene dada por la ley de Henry: «La concentración de equilibrio de un gas disuelto en un líquido es proporcional a la presión parcial del gas que está en contacto con el líquido». De aquí se desprende que un gas disuelto puede ser eliminado del agua reduciendo la presión parcial del gas. Por ejemplo, aplicando vacío y venteando el gas. La solubilidad del oxígeno en el agua pura varía con la temperatura y la presión. La solubilidad disminuye con el aumento de la temperatura y la disminución de la presión. El oxígeno que llega a la caldera con el agua de alimentación tiende a liberarse y puede oxidar el metal de la caldera produciendo corrosión, aunque la mayor parte pasará al vapor ocasionando problemas de corrosión en el sistema de condensado. Es por tanto necesario proceder a su eliminación. Existen dos métodos fundamentales para la desgasificación: Desgasificación mecánica y desgasificación química, siendo esta último el de mayor aplicación. Desgasificación mecánica: Se lleva a cabo en un equipo llamado desaireador. Al mismo llega agua limpia sin dureza ni alcalinidad y se calienta con vapor para reducir el O2 disuelta a unos 0.005 cc/l. La eliminación de gases disueltos mejora cuando el líquido se agita en contacto íntimo con burbujas de vapor. El funcionamiento correcto de un desaireador comprende: 112 �1-Calentar el agua de alimentación a la temperatura lo más alta posible 2-Agitar fuertemente el agua calentada 3-Mantener lo más baja posible la presión parcial del O2 y el CO2 4-Producir un agua con contenido razonable de O2 En general el tratamiento depende generalmente de la presión de operación del sistema. ƒ Caldera de baja presión Para ella es suficiente alimentarla con agua suavizada (eliminación de las sales de calcio y magnesio), esto puede ser por tratamiento con cal, cal soda o resinas de intercambio iónico ciclo sódico. ƒ Caldera de media presión Requieren agua totalmente libre de iones, generalmente obtenidas por procesos de intercambios iónicos en los cuales se eliminan primero los cationes y después los aniones, este último intercambio elimina la sílice que en estas presiones ya es un requerimiento hasta valores de aproximadamente 0,2 ppm de SiO2 en agua de alimentación. La sílice dentro del domo de la caldera puede pasar al vapor por arrastre de gotas de agua y por volatilización por lo que existe un límite en función de la presión del contenido de SiO2 dentro del domo. ƒ Caldera de muy alta presión Estas calderas requieren para su operación segura y económica de agua totalmente desmineralizada y adicionalmente tratada por los llamados lechos mixtos de resinas para lograr valores de sílice entre 0,1 y 0,05 mg/L como SiO2, pues generalmente el vapor a estas presiones es utilizado como fuerza motriz en turbinas y las vaporizaciones o arrastres de sílice provocan incrustaciones de los alabes de las mismas y una pérdida de eficiencia drástica en ellas. Además en el vapor que va a ser utilizado en turbinas es necesario normar otros contaminantes tales como, hierro, cobre, sodio, potasio y conductividad. ƒ Tratamiento interno Consiste en el acondicionamiento de las impurezas del agua dentro de las calderas, mediante el empleo de sustancias químicas que reaccionan con dichas impurezas. Estas 113 �sustancias se adicionan bien en las tuberías de alimentación, o directamente en las calderas. Pueden emplearse únicamente tratamientos internos, o combinarse con tratamientos externos. Los objetivos específicos de este tratamiento son: x Evitar arrastres x Control de corrosiones x Eliminación de oxígeno disuelto x Control de la dureza del agua Entre los tipos de tratamiento interno tenemos: Fosfato residual: Consiste en adicionar fosfato en cantidades bien definidas. Con ello se logra precipitar el calcio (Ca) en forma de carbonato, sulfato y silicato. El más empleado es el fosfato trisódico. (PO4Na3) La razón de utilizar fosfatos es por su baja solubilidad Se emplea en calderas con presiones hasta 84 kg/cm². Deben controlarse la alcalinidad y la concentración de fosfato en el interior de la caldera. Límites de fosfato en el interior de calderas según la presión: Presión (kg/cm²) 10.5 PO4{ (ppm) 30 – 60 21 42 30 – 40 63 20 – 40 84 15 – 20 10 – 15 Sulfito sódico: Se emplea para eliminar O2. Se usa en calderas con presiones hasta 60 kg/cm². La reacción es la siguiente: 2SO3 Na 2 � O2 o 2SO4 Na 2 Para garantizar la reducción necesaria del O2 y la protección contra el ataque, debe mantenerse en la caldera una concentración de sulfito sódico residual de 10 – 15 ppm y valores del pH superior a 8.3. 114 �Hidracina: Para presiones superiores a 60 kg/cm² se emplea la hidracina ya que el producto de la reacción del sulfito puede ocasionar problemas y el propio sulfito puede descomponerse y dar SO2 y SH2 causando corrosiones en el sistema de retorno de condensados. La hidracina actúa según la siguiente ecuación: N 2 H 4 � O2 o 2H 2 O � N 2 Ventajas de la Hidracina: - No añade sólidos al agua - Forma una capa de magnetita que protege al hierro. Desventajas: - La descomposición de la hidracina produce NH3 y N2. El NH3 combinado con O2 puede atacar al cobre y sus aleaciones. - La hidracina es tóxica. Está prohibido su uso en la industria alimenticia. Debe manipularse con cuidado. - La mayor limitación de su empleo es su baja velocidad de reacción, sobre todo a bajas temperaturas. - Debe mantenerse hidracina residual en el agua de 0.04 – 0.2 ppm. En ocasiones se emplean juntos la hidracina y el sulfito sódico. El sulfito es más económico y de más fácil control. Otros métodos: 9 Tratamiento con quelato: Para corrosión cáustica. Sobre calentamientos localizados. 9 Tratamiento S.C.A. (Scale Control Agent): Combina quelato y fosfato. 9 Transport – Plus: Es el más avanzado: corrosión, limpieza, dureza, sílice, hierro. Es no volátil, pureza del vapor, no perjudica la turbina, pasiva el metal, presiones hasta 109 kg/cm². 115 �9 Control del pH: Se emplea un álcali tal como Na Oh o CO3Na2 para la neutralización del pH. Debe mantenerse un pH de 8.3 – 9 para asegurarse contra el ataque ácido. 9 Purgas de calderas: Este método lo veremos en obtención de vapor puro. Control de pH y la evitación de incrustaciones en el agua de la caldera: Esto se hace por una combinación de la dosificación de compuestos de fosfatos y un correcto régimen de extracción. La dosificación de compuestos de fosfatos tiene como objetivo formar incrustaciones blandas que fácilmente sean expulsados por el régimen de extracciones y a su vez elevar el pH del agua de caldera. El compuesto más usado es el trifosfato de sodio, aunque el calderas de media y alta presión se usan combinaciones de mono, di y tri fosfato de manera de obtener un relación sodio-fosfatos de 2.8. La cantidad de fosfato a dosificar y mantener como residual depende de la presión de la caldera. Un correcto control de las extracciones de la caldera es de vital importancia para un buen tratamiento externo y definitorio para evitar incrustaciones en las mismas. Estas pueden ser periódicas o/y continuas dependiendo de la presión de la caldera, el diseño del domo y el uso que se le va a dar al vapor. El control de las mismas se hace mediante el análisis de la conductividad del agua de caldera que es la que define el régimen de extracciones; el valor de la conductividad máxima admisible está en dependencia de la presión de la caldera. Control del oxígeno en la caldera: Para evitar la corrosión se hace necesaria la eliminación del oxígeno en el generador de vapor. La mayor parte del oxígeno es eliminado por tratamiento mecánicos mediante los desareadores lo cual es suficiente para caldera de baja presión. Para caldera de media y alta presión se hace necesario la dosificación de productos químicos para eliminar el oxígeno residual que no puede eliminar el desareador. En la caldera presión media se utiliza sulfito de sodio para ello, pero alta presión este producto al descomponer produce corrosión y se hace necesaria la dosificación de otros productos más costosos como la hidracina. Control del pH de los vapores: Esto se hace necesario en caldera de media y alta presión y para ello se utiliza la dosificación de hidróxido de amonio de manera de mantener entre 9 y 10 en pH de los vapores en dependencia de su uso y presión. 116 �En sentido general el tratamiento externo está muy vinculado a la presión de la caldera, el uso del vapor y el diseño del fabricante y requiere de un adecuado control mediante análisis periódico de aguas y vapores para que tenga la eficiencia y eficacia requerida. 9.3. Control de las incrustaciones en caldera Los tubos de las calderas por donde circulan agua y vapor no deben tener incrustaciones mayores que 300 g/m2, sino se produce un gasto muy adicional de combustible para producir este vapor. Si en los tubos de las calderas obtienen estos valores, lo cual se controla por análisis periódico en los mantenimientos de los tubos de las calderas, mediante análisis de pérdida de peso al quitarle la incrustación, se hace necesario la realización de lavados químicos a las calderas en los mantenimientos respectivos. Estos lavados químicos llevan los siguientes pasos: 1) La eliminación de las capas incrustantes se realiza mediante agentes químicos. 2) Enjuague adecuado de las calderas a fin de eliminar los restos de ácido presente. 3) La formación de la capa protectora de la caldera. Otros usos Su calidad está en dependencia del proceso industrial al que se incorpore, existen algunas con muy bajo requerimiento de calidad como aquellas para limpieza de materias primas, proceso de cocción, etc. y otras que al entrar a formar parte de procesos requieren calidades específicas. En la producción de amoníaco, por ejemplo, al entrar en contacto con catalizadores muy sensibles el agua tiene que estar totalmente desmineralizada; en la producción de papel y tejidos donde el color es muy perjudicial hay que garantizar que el agua esté libre de hierro y manganeso; en la industria farmacéutica tiene que ser química y bacteriológicamente pura. En la producción de alcohol y algunas bebidas se está utilizando ósmosis inversa para el uso del agua desmineralizada. 117 �TEMA 10 AGUAS RESIDUALES. TRATAMIENTO, USO Y DISPOSICIÓN FINAL Se define agua residual o agua servida como «una combinación de los líquidos y residuos arrastrados por el agua proveniente de casas, edificios comerciales, fábricas e instituciones junto a cualquier agua subterránea, superficial o pluvial que pueda estar presente». Las cuatro fuentes de aguas residuales son: 1. Aguas domésticas o urbanas; 2. Aguas residuales industriales; 3. Aguas de usos agrícolas y 4. Aguas pluviales. Aunque la mayor parte de las aguas servidas (cerca del 90 %) provienen del uso doméstico e industrial, la de usos agrícolas y pluviales urbanas están adquiriendo cada día mayor importancia, debido a que los escurrimientos de fertilizantes (fosfatos) y pesticidas representan los principales causantes del envejecimiento de lagos y pantanos proceso llamado eutrofización. 10.1. Aguas residuales urbanas Procedencia de la contaminación en los núcleos urbanos: x Servicios domésticos y públicos; x Limpieza de locales; x Drenado de Aguas Pluviales. Tipos de contaminantes: x Materia Orgánica (principalmente) en suspensión y disuelta; x N; P; NaCl y otras sales minerales; 118 �x Microcontaminantes procedentes de nuevos productos; x Las aguas residuales de lavado de calles arrastran principalmente materia sólida inorgánica en suspensión, además de otros productos (fenoles, plomo -escape vehículos motor-, insecticidas -jardines). Características físico-químicas La temperatura de las aguas residuales oscila entre 10-20 oC (15 oC) · Además de las cargas contaminantes en Materias en suspensión y Materias Orgánicas, las A.R. contienen otros muchos compuestos como nutrientes (N y P), Cloruros, detergentes... cuyos valores orientativos de la carga por habitante y día son: x Nitrógeno amoniacal: 3-10 gr/hab/d x Nitrógeno total: 6.5-13 gr/hab/d x Fósforo (PO43-) ; 4-8 gr/hab/d x Detergentes : 7-12 gr/hab/d En lugares donde existen trituradoras de residuos sólidos las A.R. (aguas residuales) Urbanas están mucho más cargadas (100 % más) Características biológicas En las aguas residuales van numerosos microorganismos, unos patógenos y otros no. Entre los primeros cabe destacar los virus de la Hepatitis. Por ej. en 1 gr. de heces de un enfermo existen entre 10-106 dosis infecciosas del virus de la hepatitis. El tracto intestinal del hombre contiene numerosas bacterias conocidas como Organismos Coliformes. Cada individuo evacua de 105-4x105 millones de coliformes por día, que aunque no son dañinos, se utilizan como indicadores de contaminación debido a que su presencia indica la posibilidad de que existan gérmenes patógenos de más difícil detección. Las aguas residuales contienen: l06 colif. totales / 100 ml 119 �Aguas residuales industriales Son las que proceden de cualquier taller o negocio en cuyo proceso de producción, transformación o manipulación se utilice el agua, incluyéndose los líquidos residuales, aguas de proceso y aguas de refrigeración. Líquidos residuales: Los que se derivan de la fabricación de productos, siendo principalmente disoluciones de productos químicos tales como lejías negras, los baños de curtido de pieles, las melazas de la producción de azúcar, los alpechines. Se debe intentar la recuperación de subproductos A.R. de Proceso: Se originan en la utilización del agua como medio de transporte, lavado, refrigeración directa y que puede contaminarse con los productos de fabricación o incluso de los líquidos residuales. Generalmente su contaminación es <10 % de la de los líquidos residuales aunque su volumen es 10-50 veces mayor. Aguas de refrigeración indirecta: No han entrado en contacto con los productos y por tanto la única contaminación que arrastran es su temperatura. Ahora bien, hoy día hay que considerar también la existencia de productos que evitan problemas de explotación (estabilizantes contra las incrustaciones y corrosiones, algicidas...) que pueden ser contaminantes. 10.2. Tipos de vertidos industriales Continuos: Provienen de procesos en los que existe una entrada y una salida continua de agua (Procesos de transporte, lavado, refrigeración...) Discontinuos: Proceden de operaciones intermedias. Son los más contaminados (Baños de decapado, baños de curtidos, lejías negras, emulsiones) Al aumentar el tamaño de la industria, algunos vertidos discontinuos pueden convertirse en continuos. Clasificación de las industrias según sus vertidos Industrias con efluentes principalmente orgánicos: x Papeleras x Azucareras 120 �x Mataderos x Curtidos x Conservas (vegetales, carnes, pescado) x Lecherías y subproductos [leche en polvo, mantequilla, queso) x Fermentación (fabricación de alcoholes, levaduras) x Preparación de productos alimenticios ( aceites y otros ) x Bebidas x Lavanderías Industrias con efluentes orgánicos e inorgánicos x Refinerías y Petroquímicas x Coquerías x Textiles x Fabricación de productos químicos, varios Industrias con efluentes principalmente inorgánicos x Limpieza y recubrimiento de metales x Explotaciones mineras y salinas x Fabricación de productos químicos, inorgánicos Industrias con efluentes con materias en suspensión x Lavaderos de mineral y carbón x Corte y pulido de mármol y otros minerales x Laminación en caliente y colada continua Industrias con efluentes de refrigeración x Centrales térmicas x Centrales nucleares 121 �10.3. Contaminación característica de la industria Cada actividad industrial aporta una contaminación determinada por lo que es conveniente conocer el origen del vertido industrial para valorar su carga contaminante e incidencia en el medio receptor. Cuando se conoce el origen del vertido, el número de parámetros que definen la carga contaminante del mismo es reducido. Valoración de la carga contaminante que vierte la industria Para superar la dificultad que supone generalizar esta valoración (pues no existen 2 industrias iguales), al menos cuando se trata de estimar la carga contaminante contenida en las A.R. con vistas al dimensionamiento de su planta depuradora, se ha recurrido al concepto de “POBLACIÓN EQUIVALENTE”. Este valor se deduce dividiendo los Kgr. de DBO (demanda biológica de oxígeno) contenidos en el A.R., correspondiente a la producción de una unidad determinada, por la DBO que aporta un habitante por día, valor para el que en Europa se considera un valor medio de 60 gr. Ahora bien, dado que el término “Población Equivalente” sólo se refiere a una contaminación de carácter orgánico, a la hora de dimensionar la planta depuradora seria necesario, al menos, tener en cuenta además de la DBO, los Sólidos en Suspensión (SS). En Francia se basaron en los parámetros de DQO, DBO y SS para el cálculo del canon de vertido. En Francia y Cataluña existen tablas que establecen el canon de vertido industrial en función de la producción de la actividad o el número de operarios. Estos valores los aplican las Agencias Financieras de Cuenca. Posterior se han introducido además Sólidos Disueltos (medidos por la conductividad en mho/cm); N y P. Características medias típicas de las aguas residuales de algunas industrias No obstante las dificultades apuntadas para establecer unos valores para las características de las A.R., a continuación señalamos como orientación los valores más frecuentes para algunas industrias. 122 �Contaminaciones características de la industria a- industria papelera x Color x Materia en suspensión y decantable x DBO5 u otra que nos defina la materia orgánica x En algunos casos ( muy pocos ) el pH b-industria lechera x DBO5 u otra determinación que nos defina la materia orgánica c-industria del curtido x Alcalinidad x Materia en suspensión y decantable x DBO5 u otra que nos defina la materia orgánica x Sulfuros x Cromo d-refinerías x Aceites x DBO5 u otra que nos defina la materia orgánica x Fenoles x Amoníaco x Sulfuros e-industrias de acabado de metales x pH x Cianuros 123 �x Metales, según el proceso de acabado f-lavaderos de mineral a) Si son de hierro: x Sólidos sedimentables x Sólidos en suspensión después de decantación b) Si son de otros materiales habrá que detectarlos así como a los productos tóxicos orgánicos que pueden emplearse como agentes humectantes o flotantes. g-siderurgias integral x Fenoles x Alquitranes x Cianuros libres y complejos x DBO5 x Sulfuros x Materias en suspensión x pH x Hierro x Aceites y grasas h-laminación en caliente x Aceites y grasas x Sólidos en suspensión i-plantas de ácido sulfúrico x Ácidos x Sólidos sedimentables x Arsénico, selenio y mercurio 124 �10.4. Contaminantes específicos Son microcontaminantes derivados principalmente de los adelantos de las tecnologías industriales y que a muy escasa concentración (ppm) tienen un efecto perjudicial. Son por ej: Agentes tensoactivos, Pesticidas, Derivados halogenados o fosforados de hidrocarburos, Compuestos orgánicos específicos, Sales metálicas, Compuestos eutrofizantes... Valoración y clasificación de los contaminantes específicos La evaluación de los riesgos potenciales ocasionados por los Contaminantes Específicos requiere conocer aspectos tales como los que aparecen a continuación: x Tipo y estructura del compuesto químico; x Propiedades físicas y químicas fundamentales, biodegradabilidad; x Producción total; x Orígenes y vías de distribución, funciones para las que se utiliza y lugares de aplicación; x Condiciones prácticas en las que se realizan a los cauces, los vertidos que contienen esos contaminantes químicas, microbiológicas, radiológicas y toxicológicas en general, así como evaluación periódica de su estado de calidad; x Cumplimiento de las normativas legales impuestas por las autoridades en materias de aguas, que imponen unos determinados y secuenciales controles analíticos. En el campo del agua potable de consumo público, los dos puntos anteriores se explicitan y concretan teniendo en cuenta el suministrador de agua potable (pública de red o bien envasada) que ha de asegurarse con un límite razonable de confianza de que el producto servido “siempre” es potable, es decir, puede ser ingerido sin peligro de provocar ningún tipo de intoxicaciones (microbiológicas y/o fisico-químicas) en el potencial consumidor. 125 �Esto podría venir marcado por la “ética” y la “honestidad” de cada suministrador: x Cantidades que se vierten según condiciones de utilización; x Efectos tóxicos u otros efectos nefastos de los contaminantes sobre la calidad de las aguas y su ecología (persistencia, bioacumulación); x Medios técnicos existentes de lucha contra la contaminación. Clasificación de los contaminantes del agua Los contaminantes del agua se clasifican en tres categorías: 1. Contaminantes químicos: estos componen tanto productos químicos orgánicos como inorgánicos. El aspecto fundamental de la contaminación de productos orgánicos es la disminución del oxígeno como resultante de la utilización del existente en le proceso de degradación biológica, llevando con ello a un desajuste y a serias perturbaciones en el medio ambiente. En el caso de compuestos inorgánicos el resultado más importante es su posible efecto tóxico, más que una disminución de oxígeno. Sin embargo, hay casos en los cuales los compuestos inorgánicos presentan una demanda de oxígeno, contribuyendo a la disminución del mismo. 2. Contaminantes físicos, estos incluyen: Cambios térmicos, la temperatura es un parámetro muy importante por su efecto en la vida acuática, en las reacciones químicas, velocidades de reacción y en la aplicabilidad del agua a usos útiles, como el caso de las aguas provenientes de las plantas industriales, relativamente calientes después de ser usadas en intercambiadores. ƒ El color el cual determina cualitativamente el tiempo de las aguas residuales, es por ello que si el agua es reciente esta suele ser gris; sin embargo, como quiera los compuestos orgánicos son descompuestos por las bacterias, el oxígeno disuelto en el agua residual se reduce a cero y el color cambia a negro. ƒ ƒ La turbidez originada por los sólidos en suspensión. Espumas, detergentes y la radioactividad. 126 �3. Contaminantes biológicos, estos son los responsables de las transmisiones de las enfermedades como el cólera y la tifoidea. Los contaminantes de las aguas residuales son normalmente una mezcla compleja de compuestos orgánicos e inorgánicos. Normalmente no es ni práctico ni posible obtener un análisis completo de la mayoría de las aguas servidas. Es por esto que las aguas residuales dependiendo de la cantidad de estos componentes se clasifican en fuertes, medias y débiles. Debido a que la concentración como la composición va variando con el transcurso de tiempo, con los datos siguientes solo se pretende dar una orientación para la clasificación de las aguas servidas. Tabla 8. Concentración (mg/l) Constituyente Fuerte Media Débil Sólidos, en total 1200 700 350 Disueltos, en total 850 500 250 Suspendidos, en total 350 250 100 Demanda Bioquímica de Oxígeno 300 200 100 Nitrógeno 85 40 20 Amoniaco Libre 50 25 12 Fósforo 20 10 6 Alcalinidad 200 100 50 Grasa 150 100 50 10.5. Otras formas de medir la calidad de las Aguas Análisis del pH La concentración del ion hidrógeno es un importante parámetro de calidad tanto para aguas naturales como aguas residuales. El intervalo de concentración para la existencia de la mayoría de la vida biológica es muy estrecho y crítico. El agua industrial con una concentración adversa de ion de hidrógeno es difícil de tratar con métodos biológicos y si la concentración no se altera antes de la evacuación, el efluente puede alterar la concentración de las aguas naturales. 127 �El pH de los sistemas acuosos puede medirse convencionalmente con un pH-metro, así como se pueden utilizar indicadores que cambian de colora determinados valores de pH. pH=-log[H+] La alcalinidad en el agua residual se debe a la presencia de hidroxilo, carbonatos y bicarbonatos de elementos tales como calcio, magnesio, sodio, potasio o amoniaco, esta alcalinidad la va adquiriendo del agua de suministro, del agua subterránea y de materias añadidas durante el uso doméstico. Ensayos biológicos Otra forma de medir la toxicidad de las aguas residuales en lo que respecta a la vida biológica son los ensayos biológicos. La finalidad de estos específicamente es: ƒ Determinar la concentración de un agua residual en la que se produzca la muerte de un 50 % de los organismos de ensayo en un periodo de tiempo específico. ƒ Determinar la concentración máxima que no causa efecto aparente sobre los organismos de ensayo durante 96 horas. Se consiguen estos objetivos introduciendo peces u otros animales adecuados en un acuario que contiene distintas concentraciones del agua residual en cuestión y se observa seguidamente su supervivencia a lo largo del tiempo. Demanda bioquímica de oxígeno (DBO) La demanda bioquímica de oxígeno se usa como una medida de la cantidad de oxigeno requerido para la oxidación de la materia orgánica biodegradable presente en la muestra de agua y como resultado de la acción de oxidación bioquímica aeróbica, es por esto que este parámetro de polución sea tan utilizado en el tratamiento de las aguas residuales, ya que con los datos arrojados se pueden utilizar para dimensionar las instalaciones de tratamiento, medir el rendimiento de algunos de estos procesos. Con los datos de la DBO podrá así mismo calcularse la velocidad a la que se requerirá el oxígeno. La demanda de oxígeno de aguas residuales es resultado de tres tipos de materiales: x Materiales Orgánicos Carbónicos, utilizados como fuentes de alimentación por organismos aeróbicos. 128 �x Nitrógeno Oxidable, derivado de la presencia de nitritos, amoniaco y en general compuestos orgánicos nitrogenados que sirven de alimento para bacterias especificas. x Compuestos químicos reductores Método de Tratamiento: " Lodos Activados” De acuerdo con el grado de tratamiento necesario de la depuración de las aguas residuales, se pueden clasificar en tratamientos previos, primarios, secundarios y terciarios. 10.6. Tratamientos previos Antes de su tratamiento, fundamentalmente las aguas residuales pueden someterse, a un pretratamiento que comprende un cierto número de operaciones físico-mecánicas. Tiene por objeto separar del agua la mayor cantidad posible de las materias que por su 129 �naturaleza o tamaño crearían problemas de funcionamiento o provocar desperfectos en la obra civil. El conjunto de operaciones tendientes a eliminar estos componentes se llama pretratamiento o tratamientos previos. Las operaciones de pretratamiento son las siguientes: Desbaste, flotación, desarenado y otros. Las operaciones de pretratamiento incluidas en una E.D.A.R. dependen de: x La procedencia del agua residual (doméstica, industrial, etc). x La calidad del agua bruta a tratar (mayor o menor cantidad de grasas, arenas sólidos,...) x Del tipo de tratamiento posterior de la E.D.A.R. x De la importancia de la instalación Las operaciones son: x Separación de grandes sólidos (Pozo de Gruesos) x Desbaste x Tamizado x Dilaceración x Desarenado x Desaceitado-desengrasado x Preaireación En una planta depuradora no es necesaria la instalación de todas estas operaciones. Dependerá de las características antes descritas. Por ejemplo, para un agua residual industrial raramente será necesario un desbaste. Separación de grandes sólidos (pozo de gruesos) Cuando se prevé la existencia de sólidos de gran tamaño o de una gran cantidad de arenas en el agua bruta, se debe incluir en cabecera de instalación un sistema de separación de estos grandes sólidos, este consiste en un pozo situado a la entrada del colector de la depuradora, de tronco piramidal invertido y paredes muy inclinadas, con el fin de concentrar los sólidos y las arenas decantadas en una zona específica donde se puedan extraer de una forma eficaz. A este pozo se le llama Pozo de Muy Gruesos, dicho pozo tiene una reja instalada, llamada Reja de Muy Gruesos, que no es más que una serie de vigas de acero colocadas 130 �en vertical en la boca de entrada a la planta, que impiden la entrada de troncos o materiales demasiado grandes que romperían o atorarían la entrada de caudal en la planta. La extracción de los residuos se realiza, generalmente, con cucharas anfibias o bivalvas de accionamiento electrohidráulico. Los residuos separados con esta operación se almacenan en contenedores para posteriormente transportarlos a un vertedero o llevarlos a incineración. En este sistema nuestra tarea consistirá en la retirada de estos grandes sólidos, para evitar que estos dificulten la llegada del agua residual al resto de la planta, y la de limpiar el fondo del pozo para que no se produzca anaerobiosis y consecuentemente malos olores. También debemos de vaciar el contenedor de forma regular, si esto no es posible, utilizar un contenedor tapado. Cuando nos acerquemos al pozo debemos tener cuidado de que el suelo no tenga manchas de grasa, las cuales nos harían resbalar y caer dentro del pozo. Si aparecen manchas de grasa debemos limpiarlas con agua y un cepillo. Nunca hay que apoyarse contra la baranda ni subirse a ella, suele estar muy resbaladiza. Como se puede observar en la imagen del contenedor el suelo donde este está, tiene una serie de "raíles" esto no son más que vigas de acero que sobresalen 1 o 2 cm del suelo con objeto de evitar que al dejar o recoger el contenedor este se deteriore. Estas vigas es recomendable situarlas también en el fondo del Pozo de Muy Gruesos puesto que la cuchara puede deteriorar el suelo del pozo. En ocasiones es interesante que se hagan unas perforaciones en la base y los laterales del contenedor, de forma que pueda salir el agua que arrantran los muy gruesos extraídos por la cuchara, si no al trasladar la carga este agua, que no daja de ser agua residual, caerá del contenedor y es posible que el transportista se niege a llevarse el contenedor con ese agua. Esto nos crea otro problema que es mantener limpio el suelo donde tenemos el contenedor que se llena de charcos de agua residual, desde ahora agua bruta, por lo que con frecuencia debemos limpiar dicha zona, bastará con aplicar una manguera de agua limpia o de agua tratada, esta agua debe volver mediante la canalización correcta a la entrada de la planta. 131 �Figura 16. Croquis de instalación de tratamiento previo. Pozo y reja muy gruesa Pozo y cuchara bivalva cerrada Cuchara bivalva y contenedor Desbaste Los objetivos en este paso son: x Proteger a la E.D.A.R. de la posible llegada intempestiva de grandes objetos capaces de provocar obstrucciones en las distintas unidades de la instalación. x Separar y evacuar fácilmente las materias voluminosas arrastradas por el agua, que podrían disminuir la eficacia de los tratamientos posteriores. Esta operación consiste en hacer pasar el agua residual a través de una reja. De esta forma, el desbaste se clasifica según la separación entre los barrotes de la reja en: 132 �x Desbaste fino: con separación libre entre barrotes de 10-25 mm. x Desbaste grueso: con separación libre entre barrotes de 50-100 mm. En cuanto a los barrotes, estos han de tener unos espesores mínimos según sea: x Reja de gruesos: entre 12-25 mm. x Reja de finos: entre 6-12 mm. También tenemos que distinguir entre los tipos de limpieza de rejas igual para finos que para gruesos: x Rejas de limpieza manual x Rejas de limpieza automática Rejas de limpieza manual Se utilizan en pequeñas o en grandes instalaciones donde ayudan a proteger bombas y tornillos en caso de que sea necesario utilizarlos para elevar el agua hasta la estación depuradora antes del desbaste. También se utilizan junto a las de limpieza automática, cuando estas últimas están fuera de servicio. Las rejas están constituidas por barrotes rectos soldados a unas barras de separación situadas en la cara posterior y su longitud no debe exceder a aquella que permita rastrillarla fácilmente con la mano. Van inclinados sobre la horizontal con ángulos entre 60-80º. Encima de la reja se coloca una placa perforada por la que caerán los residuos rastrillados a un contenedor donde se almacenarán temporalmente hasta que se lleven a vertedero. Con el objeto de proporcionar suficiente superficie de reja para la acumulación de basuras entre limpieza y limpieza, es necesario que la velocidad de aproximación del agua a la reja sea de unos 0,45 m/s a caudal medio. El área adicional necesaria para limitar la velocidad se puede obtener ensanchando el canal de la reja y colocando esta con una inclinación más suave. Conforme se acumulan basuras, obturando parcialmente la reja, aumenta la pérdida de carga, sumergiendo nuevas zonas a través de las cuales pasará el agua. 133 �Las tareas a realizar en las rejas de limpieza manual son: x Vigilar que no se acumulen muchos sólidos en la reja, para lo cual debemos de limpiarla con cierta periodicidad, este período varía de una planta a otra siendo la experiencia del encargado el que determine este periodo. Las razones de tener que limpiar las rejas con cierta frecuencia es para evitar que se pudran los sólidos orgánicos allí retenidos, dando lugar a malos olores. x Vaciar la cuba de los sólidos con cierta regularidad, por los mismos motivos antes expuestos. x Reparar y sustituir los barrotes que se hayan roto. Esta zona también es de piso muy resbaladizo, se debe andar con precaución para evitar caer en canal de desbaste o darse un golpe contra el piso. Por tanto, debemos de limpiar esta zona cuando empecemos a notar que el suelo se hace resbaladizo, usar zapatos con suela adecuada o poner en el suelo algún sistema antideslizante (mallazo de ferralla). Problemas derivados: Como la limpieza se hace periódicamente, llegamos a un grado de colmatación de materia, que al ser eliminada puede provocar un aumento brusco de la velocidad de paso del agua a través de la reja, lo cual conlleva una menor retención de residuos y una disminución en el rendimiento. También existe el riesgo de estancamientos, o por descuidos, o por la llegada brusca de materias vegetales, pudiéndose dar también un desbordamiento. Con el objeto de evitar esto es necesario calcular ampliamente la superficie y la inclinación de la reja. Actualmente, se tiende a instalar rejas de limpieza mecánica aún en pequeñas instalaciones para reducir al mínimo el trabajo manual y los problemas derivados de un mantenimiento defectuoso. Rejas de limpieza mecánica Este tipo de rejas es fabricado por varias empresas especializadas y será el ingeniero que realiza el proyecto el que determine qué tipo de equipo va a instalar, las dimensiones del canal de la reja, el intervalo de variación en la profundidad del flujo en el canal, la separación entre barrotes y el método de control de la reja. La principal ventaja de este tipo de reja, es que elimina los problemas de atascos y reducen el tiempo necesario para su mantenimiento. Una reja mecánica va normalmente protegida por una pre-reja de barrotes más espaciados (50-100 mm), prevista 134 �generalmente, para limpieza manual, pero que deberá ser también automática en el caso de instalaciones importantes, o si el agua bruta llega muy cargada de materias gruesas. De los distintos tipos de mecanismos, el más utilizado consiste en un peine móvil, que periódicamente barre la reja, extrayendo los sólidos retenidos para su evacuación. Las rejas pueden ser curvas o rectas y a su vez la limpieza puede ser por la cara anterior o por la cara posterior, teniendo cada tipo de limpieza sus ventajas e inconvenientes: x Las de limpieza anterior pueden sufrir posibles atascamientos cuando se depositan grandes sólidos, o gran cantidad de sólidos, al pie de la reja, provocando el bloqueo del mecanismo hasta que se elimine la obstrucción. x Las de limpieza posterior no tienen este problema de obstrucción ya que las púas del peine, al desplazarse por detrás no están sujetas a bloquearse por formación de depósitos de materia al pie de la reja. Sin embargo, hay un mayor riesgo de rotura de los dientes ya que han de tener mayor longitud y también existe el problema de que los sólidos que queden retenidos en el rastrillo pueden ser retornados al agua bruta, ya que la limpieza del rastrillo en este sistema se sitúa abajo de la reja. En cuanto a su diseño, curvo o recto: 1. Las rejas curvas son solamente de limpieza frontal y dicho sistema consiste en uno o dos peines situados al extremo de un brazo que gira alrededor de un eje horizontal. Están indicadas para instalaciones de importancia media con aguas poco cargadas. Su instalación se realizará en canales poco profundos, entre 0,4-2 m. La altura del agua ocupa normalmente el 75 % de la longitud del radio. La eliminación de los residuos se realiza un poco por encima de la lámina de agua. 2. Las rejas rectas pueden ser de limpieza frontal y de limpieza posterior, con numerosas variantes en su diseño en función del sistema de limpieza que se emplee (de cable con rastrillo, de cables con garfio, de cadenas de cremallera, de tornillos...). Se emplean en instalaciones de gran importancia y para grandes profundidades. Existen rejas que pueden funcionar en canales de hasta 10 m. de profundidad. 135 �Automatización y protección de las rejas mecánicas El funcionamiento, generalmente discontinuo del dispositivo de limpieza de la reja, puede automatizarse mediante: x Temporización: Se establece la secuencia de funcionamiento del rastrillo mediante un reloj eléctrico de cadencia-duración regulable, en función del tiempo de funcionamiento diario calculado. x Pérdida de carga: El dispositivo de limpieza se pone en marcha automáticamente cuando la pérdida de carga entre la zona anterior y la zona posterior de la reja, debido a su colmatación parcial, sobrepasa un valor establecido. x Sistema combinado de temporización y pérdida de carga. Las rejas deben ir equipadas con un dispositivo limitador de par, para que en caso de sobrecarga o de bloqueo se pongan fuera de servicio, evitando el deterioro de las mismas. Además, deberán instalarse dos o más rejas para que pueda quedar fuera de servicio una de ellas por bloqueo o por cuestiones de mantenimiento, sin tener que parar el desbaste. En caso de que solo hubiera una unidad instalada, será necesario establecer un canal de bypass con una reja de limpieza manual para ser usada en casos de emergencia. Dicho canal estará normalmente fuera de servicio impidiendo el flujo de agua a su través por medio de tablones de cierre o por una compuerta cerrada. Consideraciones hidráulicas La velocidad de paso a través de la reja debe ser el adecuada para que los Sólidos en Suspensión se apliquen sobre la misma sin que se produzca una pérdida de carga demasiado fuerte, ni un atascamiento en la parte profunda de los barrotes. Como valores medios se estima que la velocidad de paso debe estar entre 0,6-1,0 m/s. a caudal máximo. La velocidad de aproximación a la reja en el canal debe ser mayor de 0,4 m/s, a caudal mínimo, con objeto de evitar depósitos de arena en la base de la unidad. A caudales máximos (lluvias y tormentas) la velocidad de aproximación debe aumentarse a 0,9 m/s. Para evitar que se depositen las arenas dejando bloqueada la reja cuando más necesaria es. 136 �A la hora de calcular cuál será la velocidad del agua a través de la reja, se supone que un 25-30 % del espacio libre entre los barrotes está ocupado por los residuos retenidos. Se crean pérdidas de carga que varían entre 0.1-0.2 m para las rejas gruesas y entre 0,2-0,4 m para las rejas finas. Volumen y evacuación de residuos retenidos Los volúmenes obtenidos varían según la estación y según el tipo de agua residual, siendo bastante difícil de calcular si no se tienen datos reales. De todas formas, se toman como valores normales, según el tipo de reja: x Reja fina: 6-12 l/d/1000 hab. x Reja gruesa: 15-27 l/d/1000 hab. En el caso de redes unitarias (engloba la misma depuradora las aguas domésticas y las de lluvia y riego), el volumen de residuos es muy variable debido a las tormentas y las lluvias. El volumen también varía según la longitud de los colectores y redes de alcantarillado, o si existen vertidos industriales intermitentes o estacionales. Los residuos retenidos se evacuan haciéndolos pasar de la reja a unas cintas transportadoras cuyo sistema de arranque y parada estará sincronizado con el de la reja. De la cinta caen a contenedores donde se depositan hasta su traslado a vertederos o a incineración. Pero en vez de recoger en una cinta transportadora, también podemos hacer caer los residuos a una arqueta de toma de un Tornillo de Arquímedes, dispositivo que permite una evacuación lateral y almacenamiento de residuos en un receptor de mayor capacidad. En plantas importantes se utilizan prensas hidráulicas especiales para detritus, previo a su depósito en contenedores. Con ello conseguimos reducir el volumen de residuos y además, disminuir los olores producidos por la materia orgánica en descomposición. En caso de incineración, la temperatura debe ser mayor de 800 ºC para evitar que se produzcan malos olores. Las tareas a realizar son: 1. Debemos observar que el mecanismo funciona correctamente. 2. Regular la temperatura dependiendo del volumen de sólidos que esté llegando a la planta. 137 �3. Mantener limpia la zona de los sólidos que hayan podido caer de la cinta transportadora o de la prensa hidráulica. x Realizar las tareas de mantenimiento del mecanismo del peine de limpieza, cinta transportadora y prensa hidráulica según las indicaciones de los fabricantes. Siempre que nos acerquemos a los sistemas de desbaste debemos desconectarlos, las máquinas de movimiento lento son especialmente peligrosas, pueden cortar un miembro con toda facilidad. Tamizado Consiste en una filtración sobre soporte delgado y sus objetivos son los mismos que se pretenden con el desbaste, es decir, la eliminación de materia que por su tamaño pueda interferir en los tratamientos posteriores. Según las dimensiones de los orificios de paso del tamiz, se distingue entre: x Macrotamizado: Se hace sobre chapa perforada o enrejado metálico con paso superior a 0,2 mm. Se utilizan para retener materias en suspensión, flotantes o semiflotantes, residuos vegetales o animales y ramas de tamaño entre 0,2 y varios milímetros. x Microtamizado: Hecho sobre tela metálica o plástica de malla inferior a 100 micras. Se usa para eliminar materias en suspensión muy pequeñas contenidas en el agua de abastecimiento (Plancton) o en aguas residuales pretratadas. Los tamices se incluirán en el pretratamiento de una estación depuradora en casos especiales: ™ Cuando las aguas residuales brutas llevan cantidades excepcionales de sólidos en suspensión, flotantes o residuos; ™ Cuando existen vertidos industriales importantes provenientes principalmente del sector alimentario (residuos vegetales, de matadero, semillas, cáscaras de huevo). Los tamices suelen ir precedidos por un desbaste de paso entre barrotes de 10-50 mm. Según el paso de malla del tamiz vamos a desarrollar ahora los tipos de tamices: x Macrotamices rotatorios: Se utilizan con aguas residuales poco cargadas. Consiste en un tambor cilíndrico de eje horizontal, en caso de que el nivel del agua varíe 138 �relativamente poco, o como una banda rotatoria sobre cadenas sin fin, cuando los niveles del agua sufren grandes variaciones. El tamiz va a estar parcialmente sumergido. El agua entra por el interior del tambor y sale al exterior quedando retenidos en las paredes internas del tamiz los residuos a eliminar. El tambor va rotando. En la parte superior del tambor los residuos van siendo eliminados mediante unos chorros de agua que los hacen salir al exterior. El paso de malla está entre 0,3 y 3,0 mm. La pérdida de carga es pequeña entre 0,2-0,5 m. x Tamices de autolimpieza, estáticos o rotativos: Los tamices estáticos llevan una reja constituida por barrotes horizontales de acero inoxidable, de sección triangular. La inclinación sobre la horizontal disminuye progresivamente de arriba a abajo, pasando de unos 65º a unos 45º. El agua entra por arriba y pasa a través de los barrotes, mientras, la materia retenida va resbalando por el tamiz y saliendo al exterior donde se almacena en contenedores provisionalmente. Así obtenemos sucesivamente la separación, escurrido y evacuación de las materias sólidas. Los tamices rotatorios están constituidos por una reja cilíndrica de eje horizontal con barrotes de sección trapezoidal, la cual gira lentamente. El agua cae por arriba entrando en el interior del tamiz, en tanto que la suciedad queda retenida en el exterior y son evacuadas a un contenedor provisional por medio de un rascador fijo. El paso de malla es de 0,2-2,0 mm. Las pérdidas de carga son elevadas, del orden de 2 m., lo que obliga la mayoría de las veces a un bombeo suplementario. Tienen el problema añadido de ser sensibles al atascamiento por grasas coaguladas. Tamices deslizantes: Son de tipo vertical y continuo. El tamiz lleva a lo largo de él una serie de bandejas horizontales solidarias a la malla. En estas bandejas quedan retenidos los sólidos siendo eliminados en la parte superior por un chorro de agua a contracorriente. El paso de malla es de 0,2- 3,0 mm. Las tareas que debemos realizar en este punto son: x Limpiar los tamices de las posibles obturaciones que se hayan podido formar. x En las de tipo mecánico debemos realizar las tareas de mantenimiento recomendadas por el fabricante. 139 �Dilaceración Su objetivo es triturar las materias sólidas arrastradas por el agua. Esta operación no está destinada a mejorar la calidad del agua bruta ya que las materias trituradas no son separadas, sino que se reincorporan al circuito y pasan a los demás tratamientos, por lo que este paso no se suele utilizar, a no ser que no haya desbaste, con lo que sí es necesario incluirlo en el diseño y funcionamiento de la planta. Pero, a veces, aunque haya un desbaste previo, se suelen utilizar dilaceradores para tratar los detritus retenidos en las rejas y tamices, siendo después vueltos a incorporar al agua bruta. Consta el dilacerador de un tamiz tipo tambor que gira alrededor de un eje vertical provisto de ranuras con un paso entre 6-10 mm. Los sólidos se hacen pasar a través de unas barras de cizalladura o dientes cortantes donde son triturados antes de llegar al tambor. Se homogeneizan en tamaño y atraviesan las ranuras, saliendo por una abertura de fondo mediante un sifón invertido, siguiendo su camino aguas abajo. Esta operación está muy cuestionada y actualmente casi ha desaparecido de la mayoría de las instalaciones. Primero, no es lógico mantener o retornar al proceso aquellos sólidos que pueden eliminarse por desbaste o tamizado, ya que lo que hacemos es empeorar la calidad del agua residual que va a ser tratada posteriormente. Segundo, en la práctica, esta operación presenta varios inconvenientes: la necesidad de una atención frecuente debido a que se trata de un material muy delicado; el peligro de obstrucción de tuberías y bombas provocado por la acumulación en masas de las fibras textiles o vegetales unidas a las grasas y la formación de una costra de fango en los digestores anaerobios. Las tareas a realizar son las que siguen: x Vigilar las posibles obstrucciones de las tuberías; x Reponer los dientes del tambor, en caso de rotura; x Vaciar la poceta de los sólidos que pueden estar retenidos. Todas estas operaciones las debemos de realizar con la máquina desconectada. 140 �Desarenado El objetivo de esta operación es eliminar todas aquellas partículas de granulometría superior a 200 micras, con el fin de evitar que se produzcan sedimentos en los canales y conducciones, para proteger las bombas y otros aparatos contra la abrasión y para evitar sobrecargas en las fases de tratamiento siguiente. En caso de que sea necesario un bombeo, desbaste y desarenado deben ir antes de éste. Pero hay veces que es conveniente situar el bombeo previo al desarenado aun a costa de un mayor mantenimiento de las bombas. Esto ocurre cuando los colectores de llegada están situados a mucha profundidad, cuando el nivel freático está alto, etc. Los cálculos teóricos para el diseño de un desarenador están relacionados con los fenómenos de sedimentación de partículas granuladas no floculantes. Las velocidades de sedimentación se pueden calcular utilizando diversas fórmulas: x de Stokes, en régimen laminar; x de Newton, en régimen turbulento y x de Allen, en régimen transitorio. A cualquiera de estas fórmulas hay que aplicarle una serie de correcciones que tengan en cuenta: x La forma de las partículas o factor de esfericidad; x La concentración de sólidos en suspensión, si sobrepasan el 0,5 % y x La velocidad de flujo horizontal. En la siguiente tabla podemos comprobar cómo varía la velocidad de sedimentación en función del diámetro de la partícula: Tabla 10. Diámetro partíc.(mm) Veloc. sedimentación (m/h) 0,150 40-50 0,200 65-75 0,250 85-95 0,300 105-120 141 �En cuanto al cálculo de las dimensiones de un desarenador: x Su superficie horizontal se calcula en función de la velocidad de sedimentación de las partículas de menor tamaño que deben retenerse y del caudal máximo que circulará por el mismo. x Su sección transversal es función de la velocidad horizontal de flujo deseada. Los desarenadores se diseñan para eliminar partículas de arenas de tamaño superior a 0,200 mm y peso específico medio 2,65, obteniéndose un porcentaje de eliminación del 90 %. Si el peso específico de la arena es bastante menor de 2,65, deben usarse velocidades de sedimentación inferiores a las anteriores. Pero en esta operación eliminamos también otros elementos de origen orgánico no putrescibles como granos de café, semillas, huesos, cascaras de frutas y huevos que sedimentan a la misma velocidad que las partículas de arena y cuya extracción no interesa. Este problema se evita con el llamado Barrido o Limpieza de Fondo. Se explica por el hecho de que existe una velocidad crítica del flujo a través de la sección, por encima de la cual las partículas de un tamaño y densidad determinadas, una vez sedimentadas, pueden volver a ser puestas en movimiento y reintroducidas en la corriente. Teóricamente, para partículas de 0,200 mm de diámetro y peso específico 2,65, la velocidad crítica de barrido es de 0,25 m/s aunque en la práctica se adopta a efectos de diseño una velocidad de 0,30 m/s. Con esta velocidad se considera que las arenas extraídas salen con un contenido en materia orgánica inferior al 5 %. Canales desarenadores x De Flujo Variable: Se usan en pequeñas instalaciones. La arena se extrae manualmente de un canal longitudinal que tiene una capacidad de almacenamiento de 4-5 días. x De Flujo Constante: Mantienen una velocidad constante de flujo de 0,3 m/s aproximadamente, de forma independiente al caudal que circule por ellos. Las variaciones de altura en el canal nos darán una medida de dicho caudal. El canal más utilizado es el Canal Parshall que es un canal simple de paredes paralelas, que 142 �sufre un estrechamiento hacia la mitad; si aumenta el caudal aumenta la altura de la lámina de agua y al revés. Parámetros de diseño principales: x Carga hidráulica menor o igual a 70 m3/m2/h x Velocidad horizontal 0,3 m/s x Tiempo de retención 1-2 min a carga máxima x Longitud 20-25 veces la altura de la lámina de agua Desarenadores rectangulares aireados Se inyecta una cantidad de aire que provoca un movimiento helicoidal del líquido y crea una velocidad de barrido de fondo constante, perpendicular a la velocidad de paso, la cual puede variar sin que se produzca ningún inconveniente. Además se favorece la separación de las partículas orgánicas que puedan quedar adheridas a las partículas de arena. Este tipo de desarenador ofrece una serie de ventajas frente a otros tipos: x El agua se airea y por tanto, disminuye la producción de olores. x Rendimientos constantes con lo que podemos variar el caudal sin disminución del rendimiento. x Pérdidas de carga muy pequeñas. x Con un adecuado caudal de aire obtenemos unas arenas muy limpias de materia orgánica. x Puede ser usado también como desengrasador cuando el contenido en grasas del agua bruta no es muy elevado. Los difusores de aire se colocan en uno de los laterales del desarenador, a una altura entre 0,5-0,9 m. La cantidad de aire que hay que suministrar varía según la profundidad del canal: x De 3,0-12 l/s por metro de longitud del canal para profundidades superiores a 3,6 m. x De 1,5-7,5 l/s por metro de longitud del canal para profundidades menores. 143 �Desarenado y desengrasado pueden ir combinados cuando el primero lleva aireación. Parámetros de diseño principales: x Carga hidráulica menor o igual a 70 m³/m²/h a carga máxima x Velocidad horizontal menor o igual a 0,15 m/s x Tiempo de retención 2-5 min a carga máxima x Relación longitud-anchura 1:1- 5:1 Desarenadores circulares con alimentación tangencial El agua entra tangencialmente en un depósito cilíndrico con fondo tronco-cónico produciendo un efecto Vortex, el cual da como resultado la sedimentación de las arenas. Mientras, las partículas orgánicas se mantienen en suspensión mediante un sistema de agitación de paletas o por suministro de aire con un motocompresor. Parámetros de diseño principales: x Carga hidráulica menor o igual a 90 m3/m2/h a Q máx. x Velocidad periférica media 0,3-0,4 m/s x Tiempo de retención 0,5-1,0 min. a Q máx. Evacuación y tratamiento de las arenas Cuando se haga el diseño del pretratamiento hay que tener muy en cuenta el volumen de arenas extraídas, ya que su falta de previsión puede dar importantes problemas de funcionamiento en la depuradora al llegar volúmenes superiores a los considerados teóricamente. Esto puede ocurrir en poblaciones con calles sin pavimentar, con redes de alcantarillado en mal estado. Si no tenemos datos reales de la cantidad de arena posible, es necesario calcular por exceso los volúmenes de extracción, considerando valores normales: x Redes Separativas 5 l/m3 de agua residual x Redes Unitarias 50 l/m3 de agua residual Y que otro dato a tener en cuenta proveniente de varias plantas es que se pueden recoger de 1-15 l/hab/año. 144 �La extracción de las arenas de los desarenadores puede ser: a) Manuales: En plantas pequeñas, con desarenadores de tipo canal. b) Mecánicos: En los desarenadores de canal la extracción se realiza mediante unas bombas especiales incorporadas a un puente y con la longitud adecuada para llegar al fondo del canal, donde se depositan las arenas, pero sin llegar a tocar el suelo. El puente va avanzando a lo largo del canal y al mismo tiempo la bomba va succionando las arenas depositadas. En los desarenadores aireados la arena puede extraerse mediante air-lift (succión a través de unas bombas situadas en la base de la unidad con recogida en tolvas inferiores), bombas especiales o rasquetas de barrido que empujan las arenas a una tolva de las que son extraídas al exterior. Una vez sacadas las arenas del desarenador, hay que eliminar toda la cantidad posible de agua que llevan. La separación arena-agua se puede hacer: x Sedimentación en un depósito poco profundo, con evacuación del agua por losas filtrantes o vertedero de rebose. x Separación mecánica mediante Tornillo de Arquímedes o Clasificador Alternativo de Rastrillos, y almacenamiento en una tolva fija o en contenedor. x Mediante hidrociclón y almacenamiento en tolva con vertedero. x Mediante hidrociclón y recogida por Tornillo de Arquímedes antes de su almacenamiento en tolva fija o en contenedor. x En instalaciones importantes se procede a veces a un lavado de las arenas con el fin de disminuir su contenido en materia orgánica. Se puede realizar con Tornillo de Arquímedes con agua de aportación a contracorriente. Las tareas que debemos realizar son: x Vaciar los depósitos de arena de los canales de desarenado manual cuando veamos que está lleno. x Reparar y cambiar los difusores rotos en los desarenadores aireados. x Vigilar que el caudal de aire en los desarenadores aireados es el adecuado. 145 �x Realizar el mantenimiento de todos los equipos (bombas, rasquetas, cadenas, clasificadores de arena, etc.) según las recomendaciones de los fabricantes. Esta zona es especialmente resbaladiza, debemos tener un cuidado muy especial por este motivo, procurando retirar las manchas de grasa cuando estas aparezcan en el suelo. Tenga cuidado de los gases peligrosos cuando trabaje en desarenadores cubiertos. Los clasificadores son máquinas de movimiento lento y como ya hemos dicho estas máquinas son muy peligrosas. Debemos desconectarlas cada vez que tengamos que manipularlas por cualquier motivo. Desaceitado-desengrasado El objetivo en este paso es eliminar grasas, aceites, espumas y demás materiales flotantes más ligeros que el agua, que podrían distorsionar los procesos de tratamiento posteriores. El desaceitado consiste en una separación líquido-líquido, mientras que el desengrase es una separación sólido-líquido. En ambos casos se eliminan mediante insuflación de aire, para desemulsionar las grasas y mejorar la flotabilidad. Se podría hacer esta separación en los decantadores primarios al ir provistos éstos de unas rasquetas superficiales de barrido, pero cuando el volumen de grasa es importante, estas rasquetas son insuficientes y la recogida es deficitaria. Si se hacen desengrasado y desarenado juntos en un mismo recinto, es necesario crear una zona de tranquilización donde las grasas flotan y se acumulan en la superficie, evacuándose por vertedero o por barrido superficial y las arenas sedimentan en el fondo y son eliminadas por uno de los métodos que desarrollamos en el apartado anterior. En este caso, las dimensiones del desarenador son diferentes, siendo los parámetros principales: x Carga hidráulica menor o igual a 35 m3/m2/h a Q máx. x Tiempo de retención 10-15 min a Q medio x Caudal de aire introducido 0,5-2,0 m3/h/m3 de desengrasador Los desengrasadores separados del desarenado son aconsejables cuando se busca una mayor calidad del agua o cuando el agua proviene de ciertos tipos de industrias: petroquímicas y refinerías de petróleo producen gran cantidad de aceites, los mataderos 146 �producen gran cantidad de grasas, etc. Para este caso, el desengrasador se calcula para recibir una Carga Hidráulica menor o igual a 20 m3/m2/h. Las grasas y flotantes extraídos de los desengrasadores unidos a los flotantes extraídos en la decantación primaria suelen tratarse posteriormente en un concentrador de grasas donde se desprenden de su contenido en agua. Podríamos deshacernos de las grasas y espumas en una digestión anaerobia junto a los fangos ya que son en su mayor parte residuos orgánicos. Pero esto no es recomendable, ya que presenta el inconveniente de favorecer la formación de costras en el digestor. Las grasas concentradas se almacenan en contenedores especiales y posteriormente pasan a vertedero. También se podrían incinerar en caso de que existiese en la planta un horno de incineración de fangos o para tratamiento de fangos. Las tareas a realizar son: x Mantener en perfecto estado las rasquetas de limpieza superficial y en caso de deterioro, sustituirlas. x Vigilar el nivel de los contenedores de grasas para su vaciado. x Mantenimiento normal de los equipos según fabricante. Podríamos decir que esta es la zona con más riesgo de resbalón por la gran cantidad de grasas que puede haber depositado en el suelo y barandillas. Preaireación Sus objetivos son varios: x Mejorar la tratabilidad del agua, en cuanto esta llega séptica, contaminada, a la depuración; x Control de olores; x Mejorar la separación de las grasas; x Favorecer la floculación de sólidos; x Mantener el oxígeno en la decantación aun a bajos caudales; x Incrementar la eliminación de DBO5; x Evitar los depósitos en las cámaras húmedas. 147 �La preaireación se utiliza en: x Cabecera de instalación x En los desarenadores, incrementando el tiempo de retención y la capacidad de aireación. x En los canales de distribución a los decantadores primarios. Los principales parámetros de diseño son: x El tiempo de retención; x La disminución de los olores y la prevención de la septicidad implican un tiempo mínimo de 10-15 minutos; x x x La floculación efectiva de los sólidos; Demanda Bioquímica de Oxígeno; Los caudales de aire para mantener la adecuada turbulencia. Métodos de preaireación Son dos principalmente: difusores y aireadores mecánicos: Los difusores se clasifican en: x Porosos: Con forma de disco o de tubos. Construidos de SiO2 (óxido de silicio) o de Al2O3 (óxido de aluminio), pueden ser de tipo cerámico o estar construidos sobre una masa porosa con ligazón cerámica. x No porosos: de tipo boquilla, orificios, válvulas. Los de tipo boquilla y orificios están construidos de metal o plástico, tienen aberturas anchas y sueltan unas burbujas más grandes que los difusores de tipo poroso. La cantidad de difusores requeridos se calcula determinando la cantidad total de aire necesario y dividiéndolo por el caudal medio recomendado para cada difusor. Normalmente este caudal es de 1,9-7 l/s/ difusor. La distancia entre difusores es generalmente de 250-600 mm. 148 �La aireación mecánica se consigue mediante: x Turbinas x Aireadores de superficie Las tareas que realizaremos serán: x Comprobar que el caudal de aire insuflado es el adecuado. x Reparar y cambiar los difusores deteriorados. x Mantenimiento de equipos. 10.7. Tratamiento primario o tratamiento físico-químico La presencia en el agua de muchas sustancias sólidas constituye la parte más importante de la contaminación. Hay sólidos que por su tamaño pueden observarse a simple vista en el agua y dejando la suspensión en reposo, se pueden separar bien por decantación bajo la influencia de la gravedad o bien por flotación, dependiendo de las densidades relativas del sólido y del agua o mediante la filtración. Sin embargo, hay otras partículas coloidales (tamaño entre 0,001 y 0,1 μm) que presentan una gran estabilidad en agua y constituyen una parte importante de la contaminación, causa principal de la turbiedad del agua. Debido a la gran estabilidad que presentan, resulta imposible separarlas por decantación o flotación. Tampoco es posible separarlas por filtración porque pasarían a través de cualquier filtro. La causa de esta estabilidad es que estas partículas presentan cargas superficiales electrostáticas del mismo signo, que hace que existan fuerzas de repulsión entre ellas y les impida aglomerarse para sedimentar. Estas cargas son, en general, negativas, aunque los hidróxidos de hierro y aluminio las suelen tener positivas. El tratamiento físico- químico del agua residual tiene como finalidad, mediante la adición de ciertos productos químicos, la alteración del estado físico de estas sustancias que permanecerían por tiempo indefinido de forma estable para convertirlas en partículas susceptibles de separación por sedimentación. 149 �Mediante este tratamiento puede llegar a eliminarse del 80 al 90 % de la materia total suspendida, del 40 al 70 % de la DBO5 y del 30 al 40 % de la DQO. El tratamiento físico-químico puede constituir una única etapa dentro del tratamiento del agua residual o bien puede interponerse como proceso de depuración complementario entre el pretratamiento y el tratamiento biológico. En cualquiera de los dos casos, el vertido procedente del pretratamiento es sometido a las distintas fases de depuración físico-químicas: x Coagulación x Coadyuvación x Floculación El proceso de coagulación se efectúa en un sistema que permita una mezcla rápida y homogénea del producto coagulante con el agua residual, llamado mezclador rápido o coagulador. Consiste en una cámara de mezcla provista de un sistema de agitación que puede ser del tipo de hélice o turbina. El coagulante debe ser dosificado al vertido en forma de disolución a una concentración determinada. En algunos casos, el reactivo se recibe en la planta, disuelto y se almacena en los depósitos. Otras veces se recibe en estado sólido, en cuyo caso, el tanque utilizado para su almacenamiento debe estar provisto de un sistema de agitación para la preparación de la disolución. El transporte del producto desde el depósito de almacenamiento hasta la cámara de mezcla se lleva a cabo mediante una bomba dosificadora. La coadyuvación tiene como finalidad llevar el vertido a un pH óptimo para ser tratado. Para ello se utilizan ciertos productos químicos llamados coadyuvantes o ayudantes de coagulación. Este proceso tiene lugar en la misma cámara donde se realiza la coagulación. Como en el caso del coagulante, el coadyuvante se prepara en un dispositivo aparte provisto de un sistema de agitación. Igualmente, para la adición del reactivo al agua residual se emplea una bomba dosificadora. El vertido, una vez coagulado, pasará a la siguiente etapa, denominada floculación. En dicha etapa, se le añade al agua un producto químico llamado floculante (polielectrolito), cuya función fundamental es favorecer la agregación de las partículas individuales o flóculos formados durante la coagulación. Se originan flóculos de mayor tamaño, los 150 �cuales, debido a su aumento de peso, decantarán en la última etapa del tratamiento físico-químico. La floculación puede tener lugar en un floculador separado o bien en el interior de un decantador. Los floculadores son depósitos provistos de sistemas de agitación que giran con relativa lentitud para no romper los flóculos formados durante la coagulación. El tiempo de retención en estos sistemas suele ser de 10 a 30 minutos. Los sistemas de agitación pueden estar constituidos por hélices o por un conjunto de palas fijadas sobre un eje giratorio horizontal o vertical. Otra posibilidad es realizar el proceso de coagulación-floculación y decantación en una sola unidad. En este caso, el decantador lleva incorporado un sistema de recirculación de fangos para mejorar el crecimiento de las partículas y facilitar su sedimentación. La dosificación de polielectrolito también se hace en forma de disolución, debido a las características propias del reactivo (altaviscosidad), su preparación requiere un especial cuidado. El depósito de almacenamiento de polielectrolito deberá disponer de un agitador para poder proceder a su acondicionamiento. La aplicación del reactivo al agua se realiza mediante una bomba especial para este tipo de producto. Se suele utilizar una bomba de desplazamiento y caudal variable, por ejemplo, una bomba tipo mono, de engranaje, pistón, etc. 10.8. Aplicaciones del tratamiento físico-químico Las principales aplicaciones del tratamiento físico-químico son las siguientes: x Depuradoras para zonas turísticas con vertidos reducidos a ciertas épocas del año. (En el caso de poblaciones cuyos vertidos reducidos a ciertas épocas del año o para cubrir puntas estaciónales). En depuradoras que tratan los vertidos de una comunidad o de una población cuyo número de usuarios es muy variable, o bien, para cubrir puntas estaciónales, este tratamiento puede aplicarse inmediatamente antes de una depuración biológica. En este caso la misión del tratamiento físico- químico sería la reducción de la contaminación que llega al proceso biológico. 151 �x Depuradoras para zonas industriales o mixtas donde los vertidos arrastran iones metálicos tóxicos que pueden destruir la actividad biológica. En muchas localidades, la descarga de vertidos industriales a las alcantarillas ha dado como resultado un agua residual que no es tratable por medios biológicos. En tales situaciones, el tratamiento físico-químico constituye una solución alternativa *Como tratamiento de afino para la eliminación de nutrientes como el fósforo. 1. Coagulación La coagulación consiste en desestabilizar los coloides por neutralización de sus cargas, dando lugar a la formación de un flóculo o precipitado. La coagulación de las partículas coloidales se consigue añadiéndole al agua un producto químico (electrolito) llamado coagulante. Normalmente se utilizan las sales de hierro y aluminio. Se pueden considerar dos mecanismos básicos en este proceso: a) Neutralización de la carga del coloide El electrolito al solubilizarse en agua libera iones positivos con la suficiente densidad de carga para atraer a las partículas coloidales y neutralizar su carga. Se ha observado que el efecto aumenta marcadamente con el número de cargas del ion coagulante. Así pues, para materias coloidales con cargas negativas, los iones Ba y Mg, bivalentes, son en primera aproximación 30 veces más efectivos que el Na, monovalente; y, a su vez, el Fe y Al, trivalentes, unas 30 veces superiores a los divalentes. Para los coloides con cargas positivas, la misma relación aproximada existe entre el ion cloruro, Cl-, monovalente, el sulfato, (SO4)-2, divalente, y el fosfato, (PO4)-3, trivalente. b) Inmersión en un precipitado o flóculo de barrido Los coagulantes forman en el agua ciertos productos de baja solubilidad que precipitan. Las partículas coloidales sirven como núcleo de precipitación quedando inmersas dentro del precipitado. 152 �Los factores que influyen en el proceso de coagulación: 1) pH: EL pH es un factor crítico en el proceso de coagulación. Siempre hay un intervalo de pH en el que un coagulante específico trabaja mejor, que coincide con el mínimo de solubilidad de los iones metálicos del coagulante utilizado. Siempre que sea posible, la coagulación se debe efectuar dentro de esta zona óptima de pH, ya que de lo contrario se podría dar un desperdicio de productos químicos y un descenso del rendimiento de la planta. Si el pH del agua no fuera el adecuado, se puede modificar mediante el uso de coadyuvantes o ayudantes de la coagulación, entre los que se encuentran: x Cal viva x Cal apagada x Carbonato sódico x Sosa cáustica x Ácidos minerales 2) Agitación rápida de la mezcla Para que la coagulación sea óptima, es necesario que la neutralización de los coloides sea total antes de que comience a formarse el flóculo o precipitado. Por lo tanto, al ser la neutralización de los coloides el principal objetivo que se pretende en el momento de la introducción del coagulante, es necesario que el reactivo empleado se difunda con la mayor rapidez posible, ya que el tiempo de coagulación es muy corto (1sg). 3) Tipo y cantidad de coagulante Los coagulantes principalmente utilizados son las sales de aluminio y de hierro. Las reacciones de precipitación que tienen lugar con cada coagulante son las siguientes: 153 �x Sulfato de aluminio (también conocido como sulfato de alúmina) (Al2(SO4)3) Cuando se añade sulfato de alúmina al agua residual que contiene alcalinidad de carbonato ácido de calcio y magnesio, la reacción que tiene lugar es la siguiente: Al2 (SO4)3 + 3 Ca (HCO3)2 = 2 Al(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 La reacción es análoga cuando se sustituye el bicarbonato cálcico por la sal de magnesio. Rango de pH para la coagulación óptima: 5-7,5. Dosis: en tratamiento de aguas residuales, de 100 a 300 g/m3, según el tipo de agua residual y la exigencia de calidad. x Con cal: Al2 (SO4)3 + Ca(OH)2 = 2 Al(OH) + 3 CaSO4 Dosis: se necesita de cal un tercio de la dosis de sulfato de alúmina comercial. x Con carbonato de sodio: Al2 (SO4)3 + 3 H2O + 3 Na2CO3 = 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3 CO2 Dosis: se necesita entre el 50 y el 100 % de la dosis de sulfato de aluminio comercial. x Sulfato ferroso (FeSO4) Con la alcalinidad natural: FeSO4 + Ca (HCO3)2 = Fe(OH)2 + CaSO4 + CO2 Seguido del proceso de oxidación mediante la reacción: Fe (OH)2 + O2 + H2O = Fe (OH)3 Rango de pH para la coagulación óptima, alredededor de 9,5. 154 �Dosis: se necesitan de 200 a 400 g/m3 de reactivo comercial FeS04 7H2O * Con cal: Fe (SO4)2 + Ca (OH) 2 = Fe(OH)2 + Ca(SO4) Seguido del proceso de oxidación mediante la reacción. Fe (OH)2 + O2 + H2O = Fe (OH)3 Dosis de cal: el 26% de la dosis de sulfato ferroso. x Sulfato férrico (Fe2(SO4)3) Con la alcalinidad natural: Fe2 (SO4)3 + 3 Ca(HCO3)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 + 6 CO2 Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 7, y mayor de 9. Dosis: de 10 a 150 g/m3 de reactivo comercial Fe2 (SO4)3 9H2O * Con cal: Fe2 (SO4)3 + 3 Ca(OH)2 = 2 Fe(OH)3 + 3 CaSO4 Dosis de cal: el 50 % de la dosis de sulfato férrico x Cloruro férrico (FeCl3) Con la alcalinidad natural: 2 FeCl3 + 3 Ca (HCO3)2 = 3 CaCl2 + 2 Fe(OH)3 + 6 CO2 Rango de pH para la coagulación óptima: entre 4 y 6, y mayor de 8. Dosis: de 5 a 160 g/m3 de reactivo comercial FeCl3 6H2O * Con cal: 2 FeCl3 + 3 Ca (OH)2 = 2 Fe (OH)3 + 3 CaCl2 La selección del coagulante y la dosis exacta necesaria en cada caso, sólo puede ser determinada mediante ensayos de laboratorio (Jar-Test). 2. Floculación La floculación trata la unión entre los flóculos ya formados con el fin de aumentar su volumen y peso de forma que pueden decantar. Consiste en la captación mecánica de las 155 �partículas neutralizadas dando lugar a un entramado de sólidos de mayor volumen. De esta forma, se consigue un aumento considerable del tamaño y la densidad de las partículas coaguladas, aumentando, por tanto, la velocidad de sedimentación de los flóculos. Básicamente, existen dos mecanismos por los que las partículas entran en contacto: x Por el propio movimiento de las partículas (difusión browniana). En este caso se habla de Floculación pericinética o por convección natural. Es muy lenta. x Por el movimiento del fluido que contiene a las partículas, que induce a un movimiento de éstas. Esto se consigue mediante agitación de la mezcla. A este mecanismo se le denomina Floculación ortocinética o por convección forzada. Existen además ciertos productos químicos llamados floculantes que ayudan en el proceso de floculación. Un floculante actúa reuniendo las partículas individuales en aglomerados, aumentando la calidad del flóculo (flóculo más pesado y voluminoso). Hay diversos factores que influyen en la floculación: a) Coagulación previa lo más perfecta posible b) Agitación lenta y homogénea. (La floculación es estimulada por una agitación lenta de la mezcla puesto que así se favorece la unión entre los flóculos. Un mezclado demasiado intenso no interesa porque rompería los flóculos ya formados). c) Temperatura del agua La influencia principal de la temperatura en la floculación es su efecto sobre el tiempo requerido para una buena formación de flóculos. Generalmente, temperaturas bajas dificultan la clarificación del agua, por lo que se requieren periodos de floculación más largos o mayores dosis de floculante. d) Características del agua Un agua que contiene poca turbiedad coloidal es, frecuentemente, de floculación más difícil, ya que las partículas sólidas en suspensión actúan como núcleos para la formación inicial de flóculos. d) Tipos de floculantes. Según su naturaleza, los floculantes pueden ser: 156 �x Minerales: por ejemplo, la sílice activada. Se le ha considerado como el mejor floculante capaz de asociarse a las sales de aluminio. Se utiliza sobre todo en el tratamiento de agua potable. x Orgánicos: son macromoléculas de cadena larga y alto peso molecular, de origen natural o sintético. Los floculantes orgánicos de origen natural se obtienen a partir de productos naturales como alginatos (extractos de algas), almidones (extractos de granos vegetales) y derivados de la celulosa. Su eficacia es relativamente pequeña. Los de origen sintético, son macromoléculas de cadena larga, solubles en agua, conseguidas por asociación de monómeros simples sintéticos, alguno de los cuales poseen cargas eléctricas o grupos ionizables por lo que se le denominan polielectrolitos. Según el carácter iónico de estos grupos activos, se distinguen: x Polielectrolitos no iónicos: son poliacrilamidas de masa molecular comprendida entre 1 y 30 millones. x Polielectrolitos aniónicos: Caracterizados por tener grupos ionizados negativamente (grupos carboxílicos). x Polielectrolitos catiónicos: caracterizados por tener en sus cadenas una carga eléctrica positiva, debida a la presencia de grupos amino. La selección del polielectrolito adecuado se hará mediante ensayos jartest. En general, la acción de los polielectrolitos puede dividirse en tres categorías: En la primera, los polielectrolitos actúan como coagulantes rebajando la carga de las partículas, puesto que las partículas del agua residual están cargadas negativamente, se utilizan a tal fin los polielectrolitos catiónicos. La segunda forma de acción de los polielectrolitos es la formación de puentes entre las partículas. El puente se forma entre las partículas que son absorbidas por un mismo polímero, las cuales se entrelazan entre sí provocando su crecimiento. La tercera forma de actuar se clasifica como una acción de coagulación - formación de puentes, que resulta al utilizar polielectrolitos catiónicos de alto peso molecular. Además de disminuir la carga, estos polielectrolitos formarán también puentes entre las partículas. 157 �3. Decantación o Flotación Esta última etapa tiene como finalidad el separar los agregados formados del seno del agua. Tanques sépticos Los tanques sépticos son órganos primarios de tratamiento, son depósitos herméticos construidos de concreto, ladrillos o fibrocementos, etc., destinados a facilitar la sedimentación de gran parte de la materia en suspensión en el residual, incluido la materia orgánica, la digestión (descomposición anaeróbica de la materia en el fondo del tanque), la retención de sólidos flotantes y de las grasas que constituyen una costra en la superficie libre del líquido y la reducción sensible en el número de bacterias patógenas eventualmente presentes en el albañal; son utilizados en los países tropicales con buenos resultados en su funcionamiento. Los tanques sépticos como órganos de tratamiento primario deben recibir un tratamiento posterior (campo de infiltración, pozo de absorción, filtro biológico, o laguna) y no verterlos libremente en aguas superficiales de caudal mínimo o verter al manto freático por el peligro de contaminación. Fosa Maura Es un tanque hermético de hormigón, ladrillo y bloque etc. dividido en dos partes comunicados por tuberías, cuyo volumen es de 2/3 y 1/3 del tanque. Su funcionamiento y dispositivo son similares a los del tanque séptico. Su efluente debe tener un destino final. Tanque Imhoff Los tanques Imhoff tienen doble fondo, el cual posee dos compartimientos, uno donde ocurre propiamente el sedimentación o decantación y otro donde se disponen los fangos. 10. 9.Tratamiento secundario Los procesos de oxidación biológica Este tipo de tratamiento de las aguas residuales está encaminado a la eliminación de los sólidos en suspensión y de los compuestos orgánicos biodegradables. Los tratamientos 158 �secundarios más utilizados son plantas convencionales con lodos activados o cultivos fijos, biodigestores, sistema de lagunaje y humedades. La oxidación biológica es el mecanismo mediante el cual los microorganismos degradan la materia orgánica contaminante del agua residual. De esta forma, estos microorganismos se alimentan de dicha materia orgánica en presencia de oxígeno y nutrientes, de acuerdo con la siguiente reacción: Materia orgánica + Microorganismos + Nutrientes + O2=> Productos Finales + Nuevos microorganismos + Energía Para que lo anteriormente expuesto se produzca, son necesarias dos tipos de reacciones fundamentales totalmente acopladas: de síntesis o asimilación y de respiración endógena u oxidación. Factores que intervienen en la oxidación biológica Los factores principales que hay que tener en cuenta para que se produzcan las reacciones biológicas y por tanto, la depuración del agua residual son: Las características del sustrato Las características físico-químicas del agua residual, determinan el mejor o peor desarrollo de los microorganismos en este sistema, existiendo compuestos contaminantes que son degradables biológicamente y otros que no lo son. Los nutrientes El interior celular, aparte del carbono, hidrógeno, oxígeno y elementos característicos de la materia orgánica, contiene otros elementos como son el nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio etc., denominados nutrientes y que a pesar de que muchos de ellos se encuentran en el organismo sólo en pequeñas cantidades, son fundamentales para el desarrollo de la síntesis biológica. Se ha determinado a nivel medio que los microorganismos para sobrevivir necesitan por cada 1000 gr. de carbono, 43 de nitrógeno y 6 de fosforo, y que en las aguas residuales urbanas existen por cada 1000 gr. de carbono 200 gr. de nitrógeno y 16 gr. de fosforo. Si comparamos lo que necesitan los microorganismos para sobrevivir, con las cantidades existentes de dichos elementos en el agua residual, podemos concluir que a título general dichos microorganismos pueden desarrollarse en el agua residual perfectamente. 159 �Es interesante comentar que en el caso de determinadas aguas con vertidos industriales, las proporciones de dichos elementos no están equilibradas, siendo necesario a veces dosificar nitrógeno y fósforo en el agua, para que pueda darse el desarrollo bacteriano y exista depuración biológica. Aportación de Oxígeno: Como hemos visto, para el desarrollo de las reacciones biológicas es necesario un medio aerobio, es decir, con oxígeno suficiente que permita el desarrollo y la respiración de los microorganismos aerobios. Temperatura: A medida que aumenta la Temperatura, aumenta la velocidad con que los microorganismos degradan la materia orgánica, pero a partir de los 37°C, dichos organismos mueren. Nuestras temperaturas son ideales para el desarrollo óptimo de los procesos de depuración biológica. Salinidad: El contenido en sales disueltas no suele ser problemático para el desarrollo bacteriano en el proceso de fangos activos hasta concentraciones de 3 a 4 gr/l. En los procesos de cultivos fijos (lechos bacterianos), la influencia es aún menor, no afectando valores que no superen los 15 gr/l. Sin embargo, existen multitud de grupos bacterianos capaces de vivir en aguas saladas, de forma que si a tu sistema de depuración le das tiempo de adaptación, pueden desarrollarse bastante bien dichos grupos microbianos a concentraciones salinas superiores. En este sentido, la E.D.A.R. de El Rompido que funciona mediante tratamiento biológico por Fangos Activos, tiene un rendimiento excelente con aguas residuales de elevada salinidad. Tóxicos o inhibidores: Existen una serie de sustancias orgánicas e inorgánicas que, a ciertas concentraciones, inhiben o impiden los procesos biológicos. Este tipo de sustancias, entre las que se encuentran los metales pesados, ejercen un efecto perjudicial sobre los microorganismos encargados de depurar el agua y por tanto, no deben de entrar en las plantas depuradoras con el agua residual, o si entran deben de hacerlo en concentraciones muy bajas. 160 �Todos estos factores mencionados son de gran importancia y deben de ser controlados si queremos obtener un rendimiento eficaz de depuración por parte de los microorganismos encargados de degradar la materia orgánica del agua residual. Proceso de cultivos aeróbicos suspendidos El residuo orgánico se introduce en un reactor, donde se mantiene un cultivo bacteriano aerobio en suspensión. El contenido del reactor se conoce con el nombre de mezcla líquida. Procesos aerobios de tratamiento de cultivo fijo Estos procesos se emplean, normalmente para eliminar la materia orgánica que se encuentra en el residual. Se realizan en reactores biológicos rotativos de contacto (biodisco) y los reactores de lecho fijo, que los más usados son los filtros percoladores. Proceso de digestión anaeróbicos En este proceso la materia orgánica contenida en la mezcla de fangos primarios y biológicos se convierte biológicamente, bajo condiciones anaeróbicas, en metano (CH4) y de dióxido de carbono (CO2). El proceso se lleva a cabo en un reactor completamente cerrado para así lograr recoger el metano producido y utilizado como fuente de energía. Lagunas de oxidación El tratamiento por lagunaje de aguas residuales consiste en el almacenamiento de éstas durante un tiempo variable en función de la carga aplicada y las condiciones climáticas, de forma que la materia orgánica resulte degradada mediante la actividad de bacterias heterótrofas presentes en el medio. Puesto que en la depuración por lagunaje no interviene para nada la acción del hombre, es un método biológico natural de tratamiento, basado en los mismos principios por los que tiene lugar la autodepuración en ríos y lagos. En el caso de las lagunas de estabilización, las aguas residuales son en su práctica totalidad de tipo urbano. Las lagunas de oxidación, en forma general presentan una serie de dificultades, que más que una solución, muchas veces son una amenaza para el medio ambiente donde se produce la descarga. Criterios para evaluación de las lagunas de oxidación: 1. Cerca perimetral y señalización; 161 �2. Emisarios de entrada y salida en buen estado; 3. Registro de entrada y salida en buen estado; 4. Circulación adecuada del residual (afluente y efluente); 5. Chapea y limpieza de taludes y coronas; 6. No presencia de vegetación en el interior de la laguna; 7. Tener una eficiencia de remoción de materia orgánica no menor del 80 %; 8. Tener una eficiencia de remoción de coliformes (NMP) no menor del 80 %; 9. Tener una remoción de sólidos totales disueltos no menor del 80 %; 10. Poseer un manual de operación; 11. No presencia de espumas y/o material flotante en la superficie liquida; 12. No presencia de sólidos extraídos de la superficie en los taludes; 13. Capacitación del personal que opera las mismas y 14. Existencia de trampas de grasas y desarenador en la conductora. Las lagunas de oxidación se clasifican, de acuerdo con la naturaleza de la actividad biológica, en aerobias, anaerobias y facultativas. Las lagunas aerobias se diseñan con profundidades pequeñas entre 0,3 y 0,4 m y se les alimenta un residual previamente sedimentado con cargas orgánicas relativamente bajas. Cuando trabajan a bajas velocidades, cargas muy bajas se conocen como lagunas de maduración. Las lagunas anaerobias se diseñan con profundidades grandes entre 2,5 y 5 m y se les alimenta residual con altas cargas orgánicas. El residual alimentado no se sedimenta previamente. Las lagunas facultativas tienen dos zonas bien definidas: una anaerobia cercana al fondo y otra aerobia en la zona superficial. En la fig. 5. Se muestra el esquema de una laguna facultativa. La profundidades de diseño de estas lagunas están entre 1 y 2 m y en ellas se pueden esperar remociones que oscilen entre 80 y 95 %. 162 �Vientos, oxígeno, luz solar Aerobio: sustancias orgánicas suspendidas, oxígeno, Residual bacterias, algas, luz solar. Efluente Anaerobio: sustancias orgánicas, bacterias, depredadores, algas. Figura 17. Esquema de una laguna de oxidación facultativa. Tratamiento terciario o avanzado Recientemente el Tratamiento Terciario o Avanzado se ha aplicado a las operaciones o procesos utilizados para eliminar contaminantes que no se han visto afectados por los tratamientos antes mencionados. El tratamiento terciario elimina constituyentes de las aguas residuales que merecen atención especial, como los nutrientes, los compuestos tóxicos y los excesos de materia orgánica o de sólidos en suspensión. Tratamientos terciarios incluyen la remoción de: x Bacterias por cloración; x Virus por ozonación o luz ultravioleta; x Tratamientos biológicos de cultivos fijos o suspendidos; x Eliminación o disminución de compuestos orgánicos por absorción activada, evaporación, ósmosis inversa, etc. y x Eliminación o disminución de compuestos inorgánicos por electrodiálisis, intercambio iónico, ósmosis inversa, etc. El tratamiento de residuales puede ser muy variado e incluso se puede obviar etapas completas; por ejemplo, en algunos casos solo bastaría aplicar tratamiento primario; en otros es posible obviar el tratamiento terciario, mientras que en otros casos será necesario un tratamiento completo y cuidadoso. 163 �El caudal del agua residual suele estimarse en función del caudal de agua potable suministrado a la red por los servicios municipales. Para hacer esta estimación se tiene en cuenta que existen una serie de pérdidas que provocan que el caudal de aguas residuales generado sea inferior al de agua potable suministrada. Estas pérdidas se deben, fundamentalmente, al estado de la red. Cuando ésta se encuentra en mal estado se producen infiltraciones importantes en el subsuelo. Otras posibles pérdidas se deben a usos del agua en los que no se produce su reincorporación al alcantarillado, como ocurre en los riegos. Por tanto, la fracción de agua facturada por el municipio que llega a la planta de tratamiento varía de pueblo a pueblo en función del estado de la red y del uso del agua por la población. En general, se considera que un 60 al 80 % del agua potable se transformará en agua residual. Por otra parte, la red de alcantarillado puede disponer o no de sistemas que permitan separar las aguas de lluvia de las aguas residuales. En el primer caso, la red se llama separativa, ya que las aguas pluviales se incorporan a distintas conducciones y en consecuencia, nunca llegan a la planta de tratamiento de residuales. En el segundo caso, la red se llama unitaria. Esta diferencia es muy importante cuando se proyecta la planta depuradora, puesto que para las redes unitarias durante los períodos lluviosos hay un aumento de caudal a tratar acompañado por una reducción en la carga orgánica por unidad de volumen, es decir, una dilución del agua residual ocasionada por la incorporación a ésta del agua de lluvia. Emisarios submarinos La descarga de aguas residuales domésticas al mar empleando emisarios submarinos es una alternativa posible, comprobada en la práctica, para ciudades, poblados y centros turísticos localizados en zonas costeras. Las aguas residuales descargadas por emisarios submarinos deben poseer tratamiento primario, o al menos preliminar. En Cuba hay varios, entre ellos al este de la Ciudad de La Habana y en la bahía de Cienfuegos. 10.10. Tratamiento de efluentes y lodos Los cuerpos contaminantes eliminados de la fase líquida a lo largo del tratamiento del agua, cualquiera que sea su naturaleza, se encuentran finalmente reunidos en 164 �suspensiones más o menos concentradas, denominadas lodos o fangos. Estos, en general, no contienen solamente las materias en suspensión, coloides, materias orgánicas, sales o iones indeseables, sino también cuerpos (reactivos o material de carga) añadidos al agua a tratar, para asegurar la eficacia de la depuración. Cuando se habla de depuración de aguas residuales, lo que se hace a la postre es concentrar la polución en los subproductos resultantes de la depuración, concretamente los elementos contaminantes se traspasan del influente al lodo y por ello a este último ha de buscársele un destino final que debe estar justificado desde el punto de vista ecológico, económico y energético. El vertido de efluentes contaminantes en cursos de aguas superficiales y subterráneas, en un volumen muy superior a la capacidad regenerativa de dichos cauces, está provocando unos graves problemas ecológicos en muchos países desarrollados. Para resolver esta problemática en los últimos años, se ha dedicado una atención preferente a la implantación de sistemas de depuración que permiten evacuar los efluentes al medio natural con una calidad adecuada y con el menor coste posible. Aunque, en general, la atención prioritaria de estos procesos se orienta hacia la descontaminación del agua, al que se toma como elemento central, no debe descuidarse la incidencia sobre el medio ambiente y los costes, de los subproductos generados en el proceso, tanto en lo que respecta a su procesamiento como a su destino posterior. En consecuencia, paralelamente a la selección de un buen sistema de depuración, es imprescindible efectuar un estudio minucioso para fijar el sistema de eliminación de residuos de forma no contaminante y económica o recuperarlos de una forma racional. Dado los múltiples parámetros y condicionantes que inciden en el destino final de los lodos, no debe partirse de una idea preconcebida sobre el tipo de eliminación del referido residuo, pues las soluciones que se tomen para una zona pueden no ser adecuadas para otra y viceversa. Por ello, conviene apuntar que ninguna de las posibles soluciones: destino vertedero, incineración o uso agrícola deben ser desestimadas previamente sin un análisis minucioso de los condicionantes que concurren en cada caso. Destino vertedero Dentro del destino a vertedero se contemplan dos posibilidades: vertedero controlado o vertido al mar. 165 �Vertedero controlado El sistema de eliminación de lodos mediante vertedero, es una solución que se está utilizando ampliamente siempre que se cumplan unas condiciones sanitarias y económicas, pudiendo afirmarse que la proporción de lodo con este destino supone por término medio el 25 % de los lodos producidos. En general existen dos alternativas para eliminar estos lodos, bien en un vertedero exclusivamente de lodos de depuradoras que generalmente se realiza en zanjas o bien, en un vertedero combinado donde se depositan conjuntamente lodos y residuos sólidos urbanos, siendo preciso en este último caso que los lodos no tengan excesiva humedad para que no se produzcan deslizamientos de los terraplenes que se van formando. Vertido al mar Esta alternativa no es recomendable, aunque en algunos países europeos costeros es una práctica que se sigue utilizando, en otros está totalmente prohibido. En USA aún se sigue vertiendo al mar en un porcentaje próximo al 5 % aunque esta práctica está en continua recesión. Aunque en general se efectúa previamente un estudio minucioso para la selección del punto de vertido, existen factores que se desconocen totalmente sobre los efectos de las referidas descargas, este es el caso de la incidencia de los metales pesados y contaminantes sintéticos orgánicos sobre el ecosistema marino. Incineración La incineración es una solución que plantea las mayores controversias y discusiones entre los especialistas sobre el tema y más si se tiene en cuenta los cambiantes costes energéticos. En principio parece razonable pensar que esta solución debe adoptarse como último recurso, cuando no sea posible el aprovechamiento de los lodos o que el coste de su transporte al punto de vertido supere los costes del proceso de incineración. Utilización agrícola de lodos El uso agrícola de lodos es la alternativa que cuenta con mayor número de defensores, pues ello lleva consigo el concepto de reutilización, lo que implica la asignación de un valor económico al subproducto resultante de la depuración de las aguas residuales. 166 �Así mismo, teniendo en cuenta la problemática existente en la agricultura de nuestros días en relación con el drástico descenso de materia orgánica de los suelos, principalmente en las regiones áridas y semiáridas, es por lo que resulta cada vez más acuciante utilizar compuestos alternativos a los estiércoles tradicionales, cuya producción está en continua recesión debido a la creciente mecanización agrícola. Por ello los países más desarrollados de la CEE utilizan en agricultura un alto porcentaje de su producción de lodos y en este sentido se puede reseñar que Alemania dedica el 45 %, Inglaterra el 44 %, Holanda el 54 %, Francia el 28 % e Italia el 32 %. Estados Unidos dedica en su agricultura el 42 % de los lodos producidos. Observaciones: 1. Puede considerarse como sedimentadores primarios; 2. Combina un sedimentador primario con un digestor; 3. Son sistemas de lagunaje que pueden eliminar algunos elementos como fosfatos; 4. Son plantas que combinan el sistema de lagunaje con los procedimientos convencionales de tratamiento secundario y como desinfección se utiliza luz ultravioleta. Tabla 9.Resumen de las instalaciones más importantes para tratamientos de agua Tipo de instalación Tipo de Carga orgánica Entrada tratamiento residuales Conversión de ( DBO5 ) % Tanques sépticos 1 Primario 0.1 a 0.2 kg DBO. M-3. d-1 40 Tanques Imhoff 2 Primario 0.1 a 0.2 kg DBO. M-3. d-1 40 a 50 Aerobias: 8. 103 kg DBO. M-3. d-1. Aerobias: 80 y 95 Lagunas de oxidación Secundario 3 Anaeróbias: 3.103 kg DBO. M-3. Anaerobias: 50 y d-1. 85. Facultativas: 80 y 167 �Facultativas:4.103 kg DBO. M-3. d- 95. Humedales 3 Secundario Aeróbias: 8. 103 kg DBO.km-2. d-1. 60 a 90 Filtros percoladores Secundario 0.1 a 0.8 kg DBO. M-3. d-1 70 Lodos activados Secundario 0.5 a 15 kg DBO. M-3. d-1 70 a 90 Digestores Secundario 0.5 a 1.5 kg DBO. M-3. d-1 70 a 90 Terciarios 0.5 a 2 kg DBO. M-3. d-1 97 anaeróbicos Plantas ecológicas 4 Tabla 10. Remoción de los principales contaminantes No Contaminantes 1 Sólidos en suspensión Impactos Tratamientos Formación de incrustaciones y Sedimentación, filtración, sedimentos y limitación de la Tanques sépticos, penetración de la luz lagunas, humedales, tamices 2 Suspensión Formación de incrustaciones, coloidal sedimentos y limitación de la Coagulación-filtración penetración de la luz 3 Materia orgánica biodegradable Decrecimiento del oxígeno disuelto Tanques lagunas sépticos, , humedales, lodos activados 4 5 Grasas y aceites Problemas de en el Trampas de grasas funcionamiento de las redes Tanques sépticos Sustancias Toxicidad para el hombre y la Carbón orgánicas tóxicas vida acuática oxidación activado, química y térmica e aeración 6 Moléculas O2 Corrosión Dereación de gases hidracina e inhibidores CO2 Corrosión Dereación térmica y alcalización NH3 Incrustaciones y corrosión en Dereación térmica el cobre SH2 Incrustaciones y corrosión Adición de biocida 168 �7 Sólidos Incrustaciones, corrosión, inorgánicas salinización de las aguas Ósmosis inversa Precipitación química disueltas 8 Nitrógeno Intercambio iónico Eutrofización de las aguas Nitrificación/ naturales, formación de nitritos desnitrificación, y nitratos Intercambio iónico y osmosis inversa 9 Fósforo Eutrofización de las aguas Ósmosis inversa naturales 10 Organismos Incrustaciones, patógenos enfermedades Precipitación con cal corrosión y Adición de Biocida. Oxidantes y no oxidantes. 169 �BIBLIOGRAFÍA SILVERS, A. & C. HAKKARINEN (1987): “Materials damage from air pollutants”; EPRI Journal, September, p58. RAY, ASFAHL (2010): Seguridad industrial y administración de la salud. Prentice Hall. Sexta edición.536p. MATOS. T. R. Y ROMELIA, H. C. (1988): Aspectos Fundamentales de Química Física. Tomo I. La Habana. Editorial Pueblo y Educación. 328 p. LODGE, J.P. (1985): “Materials damage by environmental pollutants: Data requirements”. The American Statician, 39, 412. JACOBSON, J.S. Y R.E. SHOWMAN (1984): “Field survey of vegetation during a generation in the Ohio River valley”; JAPCA, 34, 48. GOLDSTEIN, R.: Response of vegetation to interacting stresses• EPRI Journal, October 1987, p36. CHEVONE, B.I. et al (1986).: “Direct effects of atmosphere sulate deposition on vegetation”; JAPCA, 36,813. CHENG, R.J. Y R. CASTILLO (1984): “A study of marble deterioration at City Hall, Schenectady”, NY. JAPCA, 34,15. AMDUR, M.O. et al. 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Title A name given to the resource Uso y manejo del agua Creator An entity primarily responsible for making the resource Miguel Garrido Rodríguez Publisher An entity responsible for making the resource available Editorial Digital Universitaria de Moa Type The nature or genre of the resource Monografía