FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UNIDAD ACADÉMICA SANTA CRUZ FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Ingeniería Ambiental QUINTO SEMESTRE SYLLABUS DE LA ASIGNATURA INSTRUMENTAL Y CONTROL ELABORADO POR: ING. BLANCA ELENA MACHADO CUELLAR Gestión Académica I/2008 U N I V E R S I D A D D E A Q 1 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA UDABOL UNIVERSIDAD DE AQUINO BOLIVIA Acreditada como PLENA mediante R. M. 288/01 VISIÓN DE LA UNIVERSIDAD Ser la Universidad líder en calidad educativa. MISIÓN DE LA UNIVERSIDAD Desarrollar la Educación Superior Universitaria con calidad y competitividad al servicio de la sociedad. Estimado (a) Estimado (a) estudiante: El syllabus que ponemos en tus manos es el fruto del trabajo intelectual de tus docentes, quienes han puesto sus mejores empeños en la planificación de los procesos de enseñanza para brindarte una educación de la más alta calidad. Este documento te servirá de guía para que organices mejor tus procesos de aprendizaje y los hagas muchos más productivos. Esperamos que sepas apreciarlo y cuidarlo. Aprobado por: Ing. Gelen Perlina Tondelli Méndez Fecha: Enero de 2008 SELLO Y FIRMA JEFATURA DE CARRERA U N I V E R S I D A D D E A Q 2 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA TEMA 3. Principio de funcionamiento de los equipos SYLLABUS Asignatura: Instrumental y Control Código: INA - 125 Requisito: Horas teóricas: INA-100 100 horas Teórico Prácticas 60 horas Horas prácticas: Créditos: 40 horas 5 Carga Horaria: 3.1. Introducción 3.2. Conceptos principales 3.3. Instrumentos más utilizados 3.3.1. Fotómetro 3.3.2. Espectrofotómetro 3.3.3. Pipeta automática 3.3.4. Otros. TEMA 4. Medidas y Control de Variables. I. OBJETIVOS GENERALES DE LA ASIGNATURA. Comprender los principios instrumentación y control industrial. Introducir al estudiante en los principios básicos para la implementación y manejo de un laboratorio ambiental. Conocer las diferentes análisis de agua y gases. Analizar los parámetros de control de contaminantes, según la reglamentación de la ley 1333 de Medio ambiente. de metodologías 4.1. 4.2. 4.3. 4.4. 4.5. 4.6. la UNIDAD II: TECNICAS DE MUESTREO E INTERPRETACION DE RESULTADOS DE LOS ANALISIS DE LABORATORIOS de TEMA 5. Técnicas de Muestreo 5.1. 5.2. 5.3. 5.4. 5.5. 5.6. Introducción. Toma de muestra Programa de muestreo Medida de caudal Análisis de la muestra Parámetros fundamentales en el análisis de las aguas 5.7. Métodos fotométricos y colorimétricos 5.8. Preparación de la Muestra II. PROGRAMA ANALÍTICO DE LA ASIGNATURA. UNIDAD I: INTRODUCCION AL CONTROL AUTOMATICO TEMA 1. Introducción a la instrumentación y Control Automático. 1.1. Introducción. 1.2. Porque del Control Automático. 1.3. Control de Bucle Cerrado. 1.4. Control de Bucle Abierto. 1.5. Variable de Proceso. 1.6. Variable Manipulada. 1.7. Tipos de Variable 1.8. Definición de Control y Medición. 1.9. Clases de Instrumentos. TEMA 6. Interpretación de resultados 6.1. Características físicas 6.2. Características químicas 6.3. Características biológicas TEMA 7. Medición gaseosos Regulación Automática. Modo de Control y Controladores. Modos de Control. 2.3.1. Control Abierto – Cerrado. 2.3.2. Control proporcional. 2.3.3. Control Integral. 2.3.4. Control Derivativo. U N I V E R S I D A D de los contaminantes 7.1. Introducción 7.2. Contaminantes gaseosos 7.3. Medición de la concentración de contaminantes 7.4. Tipo de instrumentación 7.5. Duración de la medición 7.6. Localización de la medición 7.7. Métodos de lectura directa 7.8. Sistema de toma de muestras 7.9. Límite de detección y valores límites TEMA 2. Modos de Control en la regulación Automática de Procesos. 2.1. 2.2. 2.3. Medida y Control de Presión. Medida y Control de Temperatura. Medida y Control de Caudal. Medida y Control de Nivel. Medida y Control de pH. Medida y Control de Conductividad. D E A Q 3 U I N O B O L I V I A los FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA III.- ACTIVIDADES A REALIZAR POR LAS BRIGADAS UDABOL Tipo de Asignatura: De acuerdo a las características de la carrera y de la asignatura la materia de Instrumental y Control es una materia de tipo B. Diagnostico para la detección del problema: Actualmente los mercados y restaurantes contaminan las aguas pluviales que fluyen en los canales de drenaje de la ciudad de Santa Cruz y a su vez estos contaminan las aguas de los ríos cercanos a la ciudad. Nombre del proyecto: La materia de Instrumental y Control apoyara al proyecto de ”Diagnostico de las aguas pluviales de los canales de drenaje de la ciudad de Santa Cruz” TRABAJO A REALIZAR POR LOS ESTUDIANTES Investigar los diferentes materiales y equipos que se utilizan en los análisis cualitativos, cuantitativos, físicos, químicos para las aguas residuales. Tomar muestras de las aguas pluviales en los diferentes canales de drenaje. Realizar los diferentes análisis a las aguas pluviales. Exponer el trabajo en la feria científica de la carrera de Ingeniería Ambiental LOCALIDAD, AULA O LABORATORIO Biblioteca de la UDABOL INCIDENCIA SOCIAL Canal Isutu Canal de los diferentes mercados Estudiantes de 5to semestre de Ingeniería Ambiental Estudiantes de 5to semestre de Ingeniería Ambiental Todos los estudiantes de la universidad UDABOL Laboratorio de Química UDABOL Estudiantes de 5to semestre de Ingeniería Ambiental FECHA PREVISTA Antes del primer parcial Después del primer parcial Después del primer y segundo parcial 3 de Junio IV. EVALUACIÓN DE LA ASIGNATURA. BIBLIOGRAFÍA BÁSICA. PROCESUAL O FORMATIVA A lo largo del semestre se realizarán exposiciones, repasos cortos y otras actividades de aulas; además de los trabajos de brigadas realizados con la universidad .Cada uno se tomará como evaluación procesal calificándola entre 0 y 50 puntos. Solsona Felipe: Desinfección del Agua, CEPIS – OPS/OMS, 2002. Lange Group: Guía Práctica para el Control y Análisis de Aguas (Laboratorio-campo). MINISTERIO DE DESARROLLO SOSTENIBLE Y MEDIO AMBIENTE. Directorio de Proyectos DE RESULTADOS DE LOS PROCESOS DE APRENDIZAJE O SUMATIVA Se realizan 2 evaluaciones parciales con contenido teórico y práctico. El examen final consistirá en un examen escrito que se calificará con el 50% de la nota del examen final. ambientales de Bolivia, Bolivia, 1995. BIBLIOGRAFÍA COMPLEMENTARIA. MANUAL PARA EL ANALISIS SIMPLE DE LA CALIDAD DEL AGUA, Esther De Lange IWT V. BIBLIOGRAFÍA. Productions Amsterdan 1994. U N I V E R S I D A D D E A Q 4 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA VI. PLAN CALENDARIO. SEMANA ACTIVIDADES OBSERVACIONES 1 Repaso de Unidades 2 Tema 1: del 1.1 hasta 1.3 3 Tema 1: del 1.4 hasta 1.6 4 Tema 1: del 1.7 hasta 1.9 5 Tema 2: del 2.1 hasta 2.2 6 Tema 2: del 2.2 hasta 2.3 7 Tema 3: del 3.1 hasta 3.2 EVAL PARC I 8 Tema 3: del 3.2 hasta 3.3 EVAL PARC I 9 Tema 4: del 4.1 hasta 4.3 Presentación de notas 10 Tema 4 : del 4.2 hasta 4.6 Laboratorio # 3 11 Tema 5: del 5.1 hasta 5.3 12 Tema 5: del 5.4 hasta 5.6 13 Tema 5: del 5.6 hasta 5.8 14 Tema 6: del 6.1 hasta 6.2 EVAL PARC II 15 Tema 6: del 6.2 hasta 6.3 EVAL PARC II 16 Tema 7: del 7.1 hasta 7.3 Presentación de notas 17 Tema 7: del 7.4 hasta 7.9 Laboratorio # 4 18 Tema 7: del 7.7 hasta 7.9 19 EVALUACIÓN FINAL 20 EVALUACIÓN FINAL 21 SEGUNDA INSTANCIA U N I V E R S I D A D Laboratorio # 1 Laboratorio # 2 Presentación de Actas D E A Q 5 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 1 UNIDAD O TEMA: Instrumentación y Control TITULO: Clases de Instrumentos FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: Clases de instrumentos indicadores digitales que muestran la variable en forma numérica con dígitos. De acuerdo con a la función del instrumento, obtenemos las formas siguientes: Instrumentos Ciegos.- Son aquellos que no tienen indicación visible de la variable. Hay que hacer notar que son ciegos los instrumentos de alarma, tales como presostatos y termostatos ver fig.1.(interruptores de presión y temperatura respectivamente) que poseen una escala exterior con un índice de selección de la variable, ya que solo ajustan el punto de disparo del interruptor o conmutador al cruzar la variable el valor seleccionado. Son también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal, presión, nivel y temperatura sin indicación. Fig.2: Diferentes escalas de instrumentos indicadores Los Instrumentos Registradores.- Registran con trazo continuo o a puntos la variable y pueden ser circulares (fig. 3) o de grafico rectangular o alargado según sea la forma del grafico. Los registradores de grafico circular suelen tener el grafico de 1 revolución en 24 hrs, mientras que en los de grafico rectangular la velocidad normal del grafico es de unos 20 mm/ hr. Fig.1: Termostato eléctrico Los instrumentos Indicadores.- Disponen de un índice y de una escala graduada en la que puede leerse el valor de la variable, ver fig.2. Según la amplitud de la escala se dividen en indicadores concéntricos y excéntricos. Existen también U N I V E R S I D A D Fig. 3: Higrógrafo D E A Q 6 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Los Elementos Primarios.- Están en contacto con la variable y utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una indicación en respuesta a la variación de la variable controlada. El efecto producido por el elemento primario puede ser un cambio de presión, fuerza, posición, medida eléctrica, etc, por ejemplo: en los electos primarios de temperatura de bulbo y capilar, el efecto es la variación de presión del fluido que los llena y en los de termopar (fig.4) se presenta una variación de fuerza electromotriz. convertidor I/P (señal de entrada eléctrica a señal de salida neumática). Convienen señalar que a veces se confunde convertidor con transductor. Este último término es general y no debe aplicarse a n aparato que convierta una señal de instrumentos. Los Receptores.Reciben las señales procedentes de los transmisores y las indican o registran. Los receptores controladores envían otra señal de salida normalizada a los valores ya indicados 3 – 15 psi en señal neumática o 4 – 20 mA C.C. en señal eléctrica, que actúan sobre el elemento final de control. Los Controladores.- Comparan la variable controlada (Presión, nivel, temperatura) con un valor deseado y ejercen una acción correctiva de acuerdo con la desviación. La variable controlada la pueden recibir directamente, como controladores locales o bien indirectamente en forma de señal neumática o eléctrica procedente de una transmisor. Fig.4: Termopar para la industria de alimentos El elemento Final de Control.- Recibe la señal del controlador y modifica el caudal del fluido o agente de control. En el control neumático, el elemento suele ser una válvula neumática o un servomotor neumático que efectúan su carrera completa de 3 a 15 psi (0,2 – 1 Kg/cm2). En el control eléctrico, la válvula o el servomotor anteriores son accionados a través de un convertidor de intensidad. En el control eléctrico y en particular en regulación de temperatura de hornos pueden utilizarse rectificadores de silicio (Tiristores). Estos se comportan esencialmente como bobinas de impedancia variable y varían la corriente de alimentación de las resistencias del horno, en la misma forma en que una válvula de control cambia el caudal de fluido en una tubería. Los Transmisores.- Captan la variable de proceso a través del elemento primario y la transmiten a distancia en forma de señal neumática de margen 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) o eléctrica de 4 a 20 mA de corriente continua. La señal neumática se 3 a 15 psi equivale a 0,21 – 1,05 Kg/cm2, por lo cual a veces se emplea la señal en unidades métricas 0,2 a 1 Kg/cm2. Asimismo, se emplea señales electrónicas de 1 a 5 mA C.C. de 10 a 50 mA C.C. y de 0 a 20 mA C.C. El elemento primario puede formar o no parte integral del transmisor, el primer caso lo constituye un transmisor de temperatura de bulbo y capilar y el segundo un transmisor de caudal con la placa orificio como elemento primario. CUESTIONARIO WORK PAPER 1 Los Transductores.- Reciben una señal de entrada función de una o mas cantidades físicas y la convierten o no a una señal de salida. Son transductores, un rele, un elemento primario, un convertidor PP/I (Presión de Proceso a Intensidad), un convertidor PP/P (Presión de Proceso a señal neumática), etc. 1. 2. 3. 4. 5. 6. Los convertidores.- Son aparatos que reciben una señal de entrada neumática (3 – 15 psi) o eléctrica (4 – 20 mA C.C.) procedente de una Instrumento y después de modificarla envían la resultante en forma de señal de salida estándar. Ejemplo: Un convertidor P/I (Señal de entrada neumática a señal de salida eléctrica), un U N I V E R S I D A D 7. 8. D E A Q 7 ¿Cual es la principal característica de un instrumento ciego? ¿Cual es la principal característica de los instrumentos indicadores? ¿Cuál es la principal característica de los instrumentos registradores? ¿A que se llama Elemento final de Control? ¿Un P/I, que tipo de señal entrega? ¿La señal eléctrica de 4 – 20 mA, debe ser de corriente Alterna o Continua? ¿Cuáles son los elementos primarios de control? ¿Según su criterio personal cual es la finalidad de implementar un sistema de control automático en un determinado proceso? U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 2 UNIDAD O TEMA: Introducción a la instrumentación y control TITULO: Principio de funcionamiento de los equipos FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DE LOS EQUIPOS UTILIZADOS EN LABORATORIO atraviesa una cubeta que contiene la muestra que es objeto de nuestro estudio. 2.1 Introducción T: l/lo Para que podamos analizar algunos parámetros, como ser el ph, temperatura, oxígeno disuelto, nitratos, nitritos, etc, en el análisis de aguas, requerimos de algunos instrumentos, de los cuales se detallará a más adelante. Para comprender el principio de funcionamiento de algunos equipos es esencial comprender algunos conceptos. 2.2.3 Absorbancia Es la cantidad de luz absorbida por la muestra. Se calcula teniendo en cuenta la intensidad de la luz emitida, y la detectada, por tanto, la absorvancia está directamente relacionada con la transmitancia. A: 100% - T% 2.2 Conceptos principales para la comprensión del principio de funcionamiento de algunos equipos 2.2.4 Extinción. 2.2.1 Principio de la colorimetría Es una expresión matemática que nos permite transformar lecturas de absorbancia no lineales en lecturas lineales. Dicha ley relaciona la concentración de un analito, con la absorbancia de la muestra, cuando se le expone a un haz de luz de intensidad conocida. 2.2.5. Tiempo de reacción Abs: C*d* Donde: C= Concentración de la muestra d= Camino óptico m= Constante f (absorbancia) específica del analito Es el tiempo que transcurre entre la adición de reactivos a la muestra y el final de la reacción de los mismos con el analito. En el caso de las reacciones colorimetricas, suele ser sencillo seguir el transcurso de la reacción, así como el punto final de la reacción, porque en estas reacciones se da la aparición del color. Nos permite por tanto determinar la concentración de un analito, siempre y cuando la relación entre su concentración y la absorbancia (extinción de luz) que presenta es lineal. 2.2.6. Camino óptico Es la distancia que atraviesa un haz de luz desde que sale del foco emisor (lámpara) hasta que llega al sensor o detector. Mediante la variación de la longitud del camino óptico, y teniendo en cuenta la fórmula específica que relaciona la concentración con la absorbancia, y el camino óptico, podemos llegar a cuantificar muestras con 2.2.2 Transmitancia Es la proporción entre la intensidad de la luz emitida, y la detectada, cuando un haz de luz U N I V E R S I D A D D E A Q 8 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA una concentración de analito muy pequeña, lo que normalmente se denomina análisis de trazas. Abs = () * c* l 2.2.7 Límite de detección Es la concentración mínima detectar en un análisis. que podemos 2.2.8 Límite de cuantificación Fig. 6: Espectrofotómetro convencional por dentro Es la concentración mínima que podemos cuantificar con total garantía, y se dice que el L.C. es 10 veces el L.D. 2.3.3. Pipeta automática Es un instrumento de precisión para medir y dispensar cantidades exactas y precisas de diferentes líquidos, ver fig. 7. 2.2.9 Soluciones Standard (patrón) Es una solución de concentración conocida. Trabajar con este tipo de soluciones es fundamental, dado que nos permiten; * Verificar que el análisis se está realizando de forma adecuada. * Calibrar los equipos con los que estamos trabajando 2.3. Instrumentos más utilizados 2.3.1. Fotómetro Es un equipo que mide la Abs./ Ext de una muestra a distintas longitudes de onda dentro de un espectro visible. Se trata de medidas puntuales para cada longitud de onda, ver fig. 5. Fig. 7: Pipetas automáticas de volúmenes variables. CUESTIONARIO WORK PAPER 2 1. ¿Cuales son los principales parámetros a medir en un análisis de agua? 2. ¿Cual es el principio de funcionamiento de un Phmetro, investigue? 3. ¿Que instrumento utiliza usted para determinar el oxigeno disuelto en una muestra? 4. ¿Cual es el Principio de funcionamiento de un fotómetro? 5. ¿Cual es el principio de funcionamiento de un espectrofotómetro? 6. ¿Que equipos utiliza usted para determinar, el fósforo total en una muestra, explique el procedimiento? 7. ¿Qué equipos se utilizan para determinar el DBO5 de una muestra? 8. Investigue cual es el procedimiento para calibrar una pipeta Fig. 5: Fotómetro de llama para control de aguas. 2.3.2. Espectrofotómetro Es un equipo que mide la Abs./Ext de una muestra a distintas longitudes de onda dentro de un espectro visible, o visible/ultravioleta, ver fig. 6. Se caracterizan porque pueden hacer barridos de absorción dentro de un espectro de longitudes de onda. U N I V E R S I D A D D E A Q 9 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 3 UNIDAD O TEMA: Introducción a la instrumentación y control TITULO: Medidas y control de variables FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: MEDIDAS Y CONTROL DE VARIABLES. 3.3 Medida y Control de Caudal 3.1 Medida y Control de Presión Una vez tomada la muestra, tendremos una alícuota para analizar, por lo tanto, si queremos conocer la carga total, por ejemplo en un río, o un vertido industrial, necesitaremos conocer el caudal, para extrapolar la concentración de la alícuota, al vertido en su totalidad. El caudal se puede medir con aforos normalizados, o no normalizados. Las presiones que normalmente controlamos son la atmosférica y la manométrica, para lo cual se hace uso de un manómetro (ver fig, 8), se constituye en un método físico. 3.3.1 Aforos normalizados Son zonas de dimensiones conocidas, por las que el agua fluye a velocidad constante, de tal forma que conociendo la altura del líquido, se puede determinar el caudal. Hay distintos tipos de sensores para determinar la altura: De burbuja, de profundidad, ultrasónico.. Fig. 8: Manómetro analógico 3.1.2 Aforos no normalizados 3.2 Medida y Control de Temperatura Con este tipo de aforos, para determinar el caudal, necesitamos conocer la velocidad y la sección, ver fig. 10. Para ello se utilizan sensores de velocidad en aforos en los que previamente debemos conocer la sección. La temperatura es un parámetro que lo medimos por medio de un termómetro y se constituye en un medio físico. Fig. 9: Termómetro para medir temperatura del agua U N I V E R S I D A D Fig. 10: División de un río en áreas parciales para determinar el caudal del mismo. D E A Q 10 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA 3.4 Medida y Control de pH. CUESTIONARIO WORK PAPERS 3 La acidez o alcalinidad de una sustancia se puede determinar a través de un pHmetro, el cual constituye un medio electroquímico. 1. Explique como se mide las diferentes presiones 2. Explique como se mide la acidez o la alcalinidad de una sustancia 3. Explique como se mide el caudal en zonas de dimensiones conocidas 4. Explique porque es necesario conocer el caudal para conocer una carga total en un río 5. Explique como se mide la conductividad de una muestra 6. A lo largo del siglo XX, cuanto fue el incremento de la temperatura? ¿Como podemos controlar dicha variable? 7. ¿Si continua la contaminación para el año 2010, cuanto esta proyectado el incremento del nivel del mar? 8. ¿Qué expresa el protocolo de Kyoto? Fig. 11: Peachímetro. de laboratorio 3.5 Medida y Control de Conductividad Se lo realiza a través de un conductímetro, y constituye un método electroquímico. PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 4 UNIDAD O TEMA: Técnicas de muestreo e interpretación de resultados de los análisis de laboratorios TITULO: Técnicas de muestreo FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: 4.1 Introducción Vamos a centrarnos fundamentales: Hoy en día, la preocupación de la sociedad por el control y minimización de los residuos en fase sólida, líquida o gas a provocado que la industria y las administraciones se preocupen más por el medio ambiente. Se hará un breve recorrido por los pasos básicos y fundamentales para el correcto control y análisis de aguas en: - I V E R S I D A D tres aspectos Toma de muestra Análisis de la muestra Análisis de los resultados 4.2 Toma de muestra.- La toma de muestra para su posterior análisis es un punto a tener en cuenta, ya que intervienen en este punto algunas variables que afectan posteriormente a la obtención de resultados verdaderamente fiables y representativos. Aguas de vertido industrial Aguas residuales de entrada o de salida de depuradora Agua superficial U N en D E A Q 11 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Nos permite obtener las muestras de las que acabamos de hablar. Antes de definir un programa de muestreo hay que tomar en cuenta muchos factores. Se tiene que tener claro cual es el objetivo del estudio que se va a realizar con las muestras obtenidas, ya que el programa para ralizar un estudio puntual de una situación, el control del rendimiento de la planta, la identificación de un vertido industrial, precisan de programas diferentes. Así mismo es importante tener en cuenta la capacidad real del laboratorio, y los medios técnicos y humanos de que se dispone. 4.4 Medida de caudal El caudal se puede medir con aforos normalizados, o no normalizados. 4.5 Parámetros fundamentales en el análisis de las aguas Entre los fundamentales están: pH, Conductividad, Temperatura, Oxigeno. Disuelto, V30,Sol. Suspensión, D.Q.O, DBO5, TOC, Nitratos, Nitritos, Amonio, nitrógeno total, fósforo total, Ortofosfatos. Muchos de estos parámetros se pueden analizar mediante métodos fotométricos o colorimétricos. 4.6 Métodos fotométricos o colorimétricos Se basan en reacciones colorimétricas, que como su nombre indica, se basan por la reacción del compuesto a analizar, con un reactivo determinado, lo cual puede provocar la aparición de color o la desaparición del mismo en función de la reacción química que tenga lugar. La muestra debe ser: - Representativa - Homogénea - Permanezca inalterada en el tiempo. Teniendo esto en cuenta, se puede establecer distintos tipos de muestras: 4.2.1 Muestras puntuales.- Son muestras tomadas en un punto determinado y en un punto determinado, y representan únicamente la composición del agua en ese punto y en ese momento. Fig.12: Toma de muestra de agua en un río. 4.2.2 Muestras compuestas.- Se pueden tomar en función del tiempo o en función del caudal. 4.2.3 Muestras en función del tiempo.- Mezcla de muestras simples tomadas en el mismo punto en diferentes tiempos. Se emplea para vertidos de caudal constante, por ejemplo para calcular el grado de eficiencia de una planta de tratamiento. Volumen mínimo aconsejado 200 a 300 ml. 4.2.4 Muestras en función del caudal.- Mezcla de muestras simples tomadas de tal forma que el volumen de muestreo recogido sea proporcional al caudal. Se suele emplear este tipo de muestreo cuando la concentración del contaminante es el objetivo del muestreo. Vol. Mínimo aconsejado: 50 ml. 4.2.5 Muestras integradas.- Para determinados objetivos la mejor información se la obtiene analizando muestras puntuales en varios puntos diferentes e forma simultánea. Se puede utilizar para analizar un río en distintos puntos. Los puntos anteriormente descritos se simplifican con un muestreador automático de AMERICAN SIGMA. Hay distintos tipos de muestreadotes, portátiles, refrigerados, con detectores para determinar el caudal u otros parámetros. 4.3 Programa de muestreo U N I V E R S I D A D CUESTIONARIO WORK PAPER 4 1. ¿Que se debe tomar en cuenta en la toma de muestras? 2. ¿Que características debe tener una muestra? 3. ¿Explique que es una muestra representativa? 4. ¿Que tipo de muestreo se utiliza cuando la concentración del contaminante es el objetivo del muestreo? 5. ¿Cuando es conveniente utilizar el muestreo integrado? 6. ¿Que factores se deben tomar en cuenta antes de poner en marcha un programa de muestreo? 7. ¿Explique como se mide el caudal y porqué debe medirse? 8. ¿En que se basan los métodos colorimétricos? D E A Q 12 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 5 UNIDAD O TEMA: CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES TITULO: Interpretación de Resultados Analíticos FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: CARACTERISTICAS DE LAS AGUAS RESIDUALES las partículas, viscosidad, temperatura del agua, numero de Reynolds del flujo del agua, etc. Al ser el agua un elemento vital para la existencia de la humanidad debe guardar sus propiedades naturales para su consumo. Partículas del mismo tamaño tienen condiciones de sedimentación diferentes en aguas de temperatura diferente. 5.1 Características físicas. Las características físicas más importantes son: Total de sólidos disueltos, analíticamente, se define como la materia que se obtiene como residuo después de someter al agua a un proceso de evaporación entre 103 y 105 oC. a) b) c) d) e) f) g) h) i) Total de sólidos disueltos. Total de sólidos suspendidos. El olor. La temperatura. La densidad. El color. La turbidez. pH. Conductividad. Olores, normalmente los olores son debidos a los gases liberados durante el proceso de descomposición de la materia orgánica. La temperatura del agua residual es principalmente debido la incorporación de agua caliente procedentes de las casas y los diferentes usos industriales. El incremento de la temperatura aumenta la actividad de bacterias intensificándose el problema. Total de sólidos suspendidos, Todas las partículas insolubles en el agua son consideradas sólidos suspendidos. El tiempo de sedimentación de esas partículas es alto y a titulo de ilustración presentamos algunos ejemplos de tiempos de sedimentación en función del tipo de partícula. Sólidos Suspendidos Arena Gruesa Arena Fina Barro Arcilla Densidad, es una característica física muy importante del agua residual dado que de ella depende la potencial formación de corrientes de densidad en fangos de sedimentación y otras instalaciones de tratamiento. Tiempo de Decantación Segundos Minutos Horas Años Color, el color que presenta el agua puede ser de origen mineral como la presencia de hierro y magnesio, también puede ser de origen orgánico o debido a la presencia de deshechos industriales. Las partículas suspendidas demoran para decantar debido al tamaño muy pequeño (inferior a 10 micrones) y a la carga negativa. Turbidez. Causada por la presencia de partículas en suspensión o coloidales. Las condiciones para que el agua mantenga las pequeñas partículas en suspensión es la influencia directa del peso específico y carga de U N I V E R S I D A D D E A Q 13 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA pH, es un índice que nos proporciona la información del nivel de acidez o alcalinidad de una solución. (In situ). Conductividad, es una expresión de la capacidad del agua de conducir una corriente eléctrica. La conductividad depende e la concentración de sales disueltas (iones) es solución. La conductividad es influenciada por la temperatura del agua. Conductividad, es una de los parámetros guías, lo que significa que cambios en la conductividad de una muestra podría indicar polución. De modo general una conductividad más elevada quiere decir más polución. (Análisis In situ) Fig. 13: Coniformes fecales en aguas contaminadas CUESTIONARIO WORK PAPER 5 5.2 Características químicas 1. ¿Indicar la diferencia entre Total de Sólidos Disueltos (TSD) y Total de Sólidos Suspendidos TSS? 2. ¿Qué indica un pH<7 y cual es la definición de pH? 3. ¿A que se llama Dureza? 4. ¿Según el reglamento de la Ley 1333, cuantos son los parámetros de control y sus limites permisibles?. 5. ¿Qué es la alcalinidad y su relación en función al pH? 6. ¿Qué significa Análisis In Situ?. Señale aquellos parámetros de análisis y justifique su respuesta? 7. ¿Cuales son la unidades de los parámetros Físicos, Químicos y Biológicos? 8. ¿Según Ud., que importancia tiene el análisis Organoléptico? 9. ¿Cómo influye la temperatura en el análisis de algunos parámetros? Materia orgánica, sólidos que provienen de los reinos animal y vegetal, así como de las actividades humanas relacionadas con la síntesis de compuestos orgánicos. Entonces tendrá entre los mas importantes: proteínas, hidratos de carbono, grasas, grasas animales y aceites, agentes tensoactivos, pesticidas. Materia inorgánica, señalemos a los cloruros, hidróxidos, carbonatos, sulfatos, calcio, magnesio, sodio, potasio, fósforo, metales pesados como: Cadmio, cromo zinc, plomo, mercurio entre otros. 5.3 Características biológicas Los microorganismos que normalmente se encuentran, pueden ser microorganismos que se clasifican como eucariotas, eubacterias y arquebacterias, siendo la mayoría pertenecientes a las eubacterias como las coniformes fecales que se observan en la fig. 13. U N I V E R S I D A D D E A Q 14 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 6 UNIDAD O TEMA: Técnicas de muestreo e interpretación de resultados TITULO: Contaminación atmosférica y medición de la concentración de sus contaminantes FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA Y MEDICIÓN DE CONCENTRACIÓN DE SUS CONTAMINANTES Estos gases pueden clasificar como derivados de sus elementos más característicos, carbono, azufre, nitrógeno etc. 6.1 Introducción La atmósfera • Capa gaseosa que envuelve la superficie terrestre • Constituye un sistema dinámico • Aprovecha la radiación solar como fuente de energía para impulsar las corrientes de aire Fig. 14: Capas de la atmósfera Conformación de la atmósfera 6.3 Medición de la concentración de contaminantes La conforman una serie de capas sus densidades se hacen menores a medida que nos alejamos de la tierra Los contaminantes se miden determinando su concentración por medio de instrumentos específicos. Capas de la atmósfera La atmósfera tiene cinco capas, cada una de las cuales tiene su propia característica, ver fig. 14. Aspectos a considerar: • Tipo de instrumentación • Duración de la medición • Localización de la medición • Troposfera • Estratosfera • Mesosfera • Ionosfera • Exosfera 6.4 Tipo de instrumentación Lectura directa o en el lugar Se obtiene resultados inmediatos a bajo costo económico y fiabilidad limitada 6.2 Contaminantes gaseosos Los contaminantes gaseosos son gases que se liberan a la atmósfera y que pueden ser calificados como contaminantes. U N I V E R S I D A D Toma de muestra Análisis de laboratorio con alto costo y gran fiabilidad D E A Q 15 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA 6.5 Duración de la medición (cassette) sobre un cartón poroso que sirve de soporte. Puntual Soluciones absorbentes Se hace pasar un volumen conocido de aire a través de una solución absorbente contenida en un borboteador. Determina la concentración del contaminante en un tiempo corto, es un valor instantáneo. Promediada Sólidos adsorbentes Abarca un periodo de tiempo largo Se hace pasar la muestra en un determinado volumen de aire a través de un tubo de vidrio relleno de material sólido (a veces impregnado con algún reactivo o solución) 6.6 Localización de la medición La localización responde a una planificación del muestreo donde el criterio de elegir el punto de medición es factor importante para obtener el resultado esperado. Bolsas inertes Se capta directamente del ambiente un volumen de aire contaminado, (freón, hidrocarburos ligeros) 6.7 Métodos de lectura directa Monitores 6.8.2 Sistemas pasivos Se utilizan en instalación de redes de detección, dando lecturas puntuales al alcanzar una concentración determinada. Suelen ser sólidos absorbentes o adsorbentes sobre un soporte específico. se diferencian con los activos en que no hay un paso de aire provocado a su través. Existen también los portátiles, permiten lectura de concentración en momentos puntuales. Llevan alarmas incorporadas para el caso en que sobrepasen cierta concentración Se basan en los fenómenos de difusión y permeación que se producen por la diferencia de concentración. Tubos colorimétricos 6.9 Limite de detección y valores límites Son tubos de vidrio rellenos de un material poroso impregnado de una sustancia química reactiva, mediante una bomba de aspiración se hace pasar el aire a través del tubo. El límite de detección es el valor mínimo que ofrece el equipo para detectar una determinada concentración del contaminante. Se determina la concentración midiendo la longitud que alcanza la coloración en una escala que se encuentra impresa en el propio tubo. Los valores limites para cada contaminante están especificados en legislaciones de cada país. CUESTIONARIO WORK PAPER 6 6.8 Sistema de toma de muestras 1. ¿Cuales son los principales contaminantes gaseosos? 2. ¿Que contaminantes tienen mayor influencia en el efecto invernadero? 3. ¿Que tipo de contaminantes tienen mayor influencia en la destrucción de la capa de ozono? 4. ¿Como se miden los contaminantes gaseosos? 5. ¿Cuándo se utilizan los métodos de lectura directa? 6. ¿Cuando se utiliza los sistemas activos de toma de muestra? 7. ¿Cuándo se deben utilizar las bolsas inertes en la toma de muestras? 8. ¿Cuando se utiliza los sistemas pasivos de toma de muestra? 6.8.1 Sistemas activos La captación del contaminante tiene lugar por fijación o concentración en el soporte de retención seleccionado Principales tipos • Filtros • Soluciones adsorbentes • Sólidos absorbentes Filtros La toma de muestras de contaminantes se realiza disponiendo el filtro adecuado en un porta filtros U N I V E R S I D A D D E A Q 16 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 7 UNIDAD O TEMA: ANÁLISIS TITULO: El Clima FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: Los modelos climáticos actuales pronostican un calentamiento global de entre 1.4 y 5.8ºC entre los años 1990 y 2100. continuará aumentando mucho después de que la temperatura se haya estabilizado. Las predicciones regionales y estacionales son mucho más inciertas. Aunque se prevé que la mayor parte de las áreas se calentarán, algunas se calentarán mucho más que otras. Estas proyecciones se basan en una amplia gama de hipótesis sobre las principales fuerzas que inciden sobre las futuras emisiones (tales como el crecimiento de la población y el cambio tecnológico) pero no asume ninguna política de cambio climático para reducir las emisiones. Incluso un aumento de 1.4ºC sería mayor que cualquier tendencia a escala de siglo en los últimos 10.000 años. Estas proyecciones toman en cuenta los efectos de los aerosoles y el efecto retardador de los océanos. La inercia oceánica determina que la superficie de la tierra y la atmósfera baja continuarán calentándose por cientos de años, incluso si las concentraciones de los gases de efecto invernadero dejaran de aumentar en el año 2100. El mayor calentamiento se pronostica para las regiones frías del norte en invierno. La razón es que la nieve y el hielo reflejan la luz solar, por ende, menos nieve significa que más calor del sol es absorbido, lo que aumenta cualquier efecto de calentamiento: se trata de un efecto de retroacción positiva. Para el año 2100, se prevé que las temperaturas de invierno en el norte de Canadá, Groenlandia y el norte de Asia aumenten un 40% más que el promedio mundial. Las regiones interiores se calentarán más rápidamente que los océanos y las zonas costeras. Se prevé que el nivel medio del mar se elevará entre 9 y 88 cm para el año 2100. La razón es simple, el retardo oceánico, que impide que la superficie del mar se caliente tan rápido como la tierra. La envergadura de este retardo dependerá de qué tan profundamente penetre el calentamiento en los océanos. En la mayor parte de los océanos, los primeros cientos de metro bajo la superficie no se mezclan con el agua que está debajo. Estas capas superiores se calentarán en unos pocos años, en tanto que el océano profundo permanecerá frío. El agua solamente se mezcla con las profundidades oceánicas en algunas regiones muy frías, como el Atlántico sur de Groenlandia y el Océano del Sur cerca de la Antártida. En estas regiones, el calentamiento se demorará porque se necesita calentar mucha más agua para lograr el mismo cambio de la temperatura a nivel de la superficie. Esto sería causado principalmente por una expansión térmica de las capas superiores del océano a medida que se calientan, con alguna contribución proveniente del descongelamiento de los glaciares. La incertidumbre en el rango de este fenómeno es amplia, y la presencia de corrientes oceánicas cambiantes, movimientos telúricos y otros factores podría resultar en aumentos de los niveles del mar a nivel local o regional mucho mayores o muchos menores que la media global. El descongelamiento un poco más rápido de las capas de hielo de la Antártida y Groenlandia probablemente sea contrarrestado por el aumento de las nevadas en ambas regiones. En la medida en que el calentamiento penetre más profundamente en los océanos y el hielo continúe derritiéndose, el nivel del mar U N I V E R S I D A D D E A Q 17 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Se prevé un aumento de las precipitaciones globales pero las tendencias a nivel local son mucho menos ciertas. que calienta a Europa) puede tener lugar en solamente unas pocas décadas, pero no se sabe si el calentamiento de efecto invernadero podría llegar a disparar tales cambios. Los modelos climáticos que muestran un debilitamiento de la Corriente del Golfo, igualmente pronostican un calentamiento de Europa. Para la segunda mitad del siglo XXI, es probable que las precipitaciones invernales en las latitudes norte medias y altas y en la Antártida se eleven. Para los trópicos los modelos sugieren que algunas áreas de tierra verán más precipitaciones, y otras menos. Australia, Centro América y África del Sur muestran un consistente descenso en las precipitaciones invernales. El clima de la tierra ya se está ajustando a las emisiones de gases de efecto invernadero del pasado. El sistema climático debe ajustarse a los cambios en las concentraciones de los gases de efecto invernadero para mantener el balance energético global. Esto significa que el clima está cambiando y que continuará cambiando en tanto los niveles de los gases de efecto invernadero sigan aumentando. Hoy los científicos están convencidos de que un conjunto de evidencias cada vez mayor ofrecen una imagen colectiva del mundo en fase de calentamiento y otros cambios del sistema climático. Más lluvias y nieve implicarán condiciones del suelo de mayor humedad en los inviernos de las latitudes altas, pero mayores temperaturas pueden significar suelos más secos en verano. Los cambios locales en la humedad del suelo son claramente importantes para la agricultura, pero todavía resulta difícil para los modelos simular estas condiciones. Incluso el signo, positivo o negativo, del cambio global en la humedad del suelo en el verano, es incierto. 16 La frecuencia e intensidad de los eventos extremos es probable que cambie. Con el aumento de la temperatura global es probable que el mundo experimente más días de calor y olas de calor y menos días de frío. Los registros de las mediciones indican un aumento de 0.6 ± 0.2ºC en la temperatura promedio global desde fines del siglo XIX. Estas observaciones están en consonancia con las proyecciones del modelo respecto de la envergadura del calentamiento a la fecha, en particular cuando se incluye el efecto de enfriamiento de los aerosoles. La mayor parte del calentamiento tuvo lugar entre 1910 y 1940 y a partir de 1976 hasta el presente. En el Hemisferio Norte (donde existen suficientes datos para realizar estos análisis), es probable que la velocidad y duración del calentamiento del siglo XX haya sido mayor que en cualquier otro tiempo durante los últimos 1.000 años. Además, la década del 90 es probable que haya sido la década más cálida del milenio y 1998 el año más cálido. Los modelos climáticos muestran también consistentemente que los eventos de precipitaciones extremas se volverán más frecuentes en muchas áreas y que el riesgo de sequía será mayor en los veranos de las áreas continentales. También hay evidencias que muestran que los huracanes podrían ser más intensos (con fuertes vientos y más precipitaciones) en algunas áreas. Existe poco acuerdo entre los modelos respecto a los cambios en las tormentas en las latitudes medias. También para otros fenómenos como las tormentas y los tornados, el estado actual de conocimientos no permite realizar proyecciones certeras. El nivel del mar ha aumentado entre 10 y 20 cm. En la medida en que las capas superiores de los océanos se calientan, el agua se expande y el nivel del mar aumenta. No deben descartarse transiciones climáticas rápidas e inesperadas. Los modelos sugieren que un calentamiento de 0.6ºC debería resultar en el aumento real del nivel del mar observado a la fecha. Pero otros cambios, más difíciles de predecir, también afectan el nivel real y aparente del mar, en particular, las nevadas y el derretimiento de los hielos en Groenlandia y la Antártida y el lento «rebote» de los continentes del norte liberados del peso de glaciares de la era del hielo. El cambio más dramático de este tipo, el colapso de la capa de hielo del Antártico Oeste que podría conducir a un catastrófico aumento del nivel del mar se considera actualmente improbable durante el siglo XXI. Existe evidencia de que los cambios en la circulación de los océanos que tendrían un impacto significativo sobre el clima regional (tales como el debilitamiento de la Corriente del Golfo U N I V E R S I D A D D E A Q 18 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA La cubierta de nieve ha disminuido en un 10% desde fines de los 60 en las latitudes altas y medias del Hemisferio Norte. Los patrones espaciales de calentamiento observados son consistentes con las predicciones de los modelos. Por ejemplo, las mediciones de superficie, globo y satélite muestran que, mientras la superficie de la tierra se ha calentado, la estratosfera se ha enfriado. Por otra parte, el calentamiento es más lento sobre los océanos que sobre la superficie terrestre, en particular, en aquellas regiones oceánicas en que el agua superficial se mezcla con las aguas profundas distribuyendo el calentamiento en las profundidades de los océanos. Otro ejemplo más, es el del reducido calentamiento en las áreas afectadas por los aerosoles. En general, existe nueva evidencia más fehaciente para aseverar que la mayor parte del calentamiento observado en los últimos 50 años es atribuible a las actividades humanas. También es muy probable que la duración anual de la cubierta de hielo de lagos y ríos se haya acortado unas dos semanas aproximadamente en el curso del siglo XX. Casi todos los glaciares de montaña registrados en regiones no polares se han retraído durante este tiempo. En las últimas décadas, la extensión del hielo del mar en el Ártico en primavera y verano ha disminuido entre un 10 y un 15%, y la capa de hielo en el período de fines de verano y comienzos de otoño es probablemente 40% más delgada. Variaciones de la temperatura de la superficie de la Tierra en los Últimos 140 años. Anomalías de la temperatura anual combinada de la superficie de tierra, aire y mar (ºC) 1861 a 2000 referidas al período 1961-1990. Fuente: IPCC, .Climate Change 2001: The Scientific Basis. Technical Summary., página 26. Hay más precipitaciones en muchas regiones del mundo. CUESTIONARIO WORK PAPER 8 1. ¿Porque hay más precipitaciones en muchas regiones del mundo? 2. ¿Por qué se dice que el nivel del mar se elevará para el año 2100? 3. ¿Por qué se dice que algunas regiones se calientan más que otras? 4. ¿ A que se debe que las precipitaciones fluviales se hayan incrementado en el mundo? 5. ¿Cuál es la causa más importante del calentamiento global en los últimos 50 años? 6. ¿En que proporción a disminuido la cubierta de nieve ha desde fines de los 60 en las latitudes altas y medias del Hemisferio Norte?. 7. ¿Los modelos climáticos son herramientas científicas? 8. Analice este tema con sus compañeros y saque sus propias conclusiones Se ha registrado un aumento de 0.5 a 1% por década en la mayor parte de las latitudes medias y altas de los continentes del Hemisferio Norte, acompañado por una expansión del 2% en la cubierta de nubes. Las precipitaciones sobre las áreas de tierras tropicales (10ºN - 10ºS) parecen haber aumentado en 0.2 - 0.3 % por década. Por otra parte, se han observado descensos en las áreas de tierras sub-tropicales del Hemisferio Norte (10-30ºN) durante el siglo XX de aproximadamente 0.3% por década. En algunas partes de África y Asia la frecuencia e intensidad de las sequías parece haber empeorado. La forma en que ha cambiado el clima en el siglo XX es consistente con lo que se podría esperar como resultado de los aumentos en los gases de efecto invernadero y los aerosoles. U N I V E R S I D A D D E A Q 19 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 8 UNIDAD O TEMA: ANÁLISIS TITULO: El papel de los modelos climáticos FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: El sistema complejo. climático es extremadamente de efecto invernadero por un factor de dos o tres. Consecuentemente, no existe una forma simple de determinar cuánto cambiará el clima en respuesta al aumento de los niveles de los gases de efecto invernadero. Si la temperatura fuera el único elemento que cambiara, sería relativamente claro realizar un pronóstico de calentamiento de aproximadamente 1ºC para una duplicación de las concentraciones de dióxido de carbono. Pero esta .respuesta directa. Sería casi insignificante ya que sería físicamente imposible para el sistema climático calentarse por sobre 1ºC sin experimentar cambios en las nubes, el vapor de agua, la nieve y el hielo, etc. La nieve y el hielo reflejan la luz solar en forma muy efectiva. Si un pequeño calentamiento derrite antes la nieve en el año, más energía será absorbida por el suelo expuesto debajo de ella, ocasionando a su vez más calentamiento. Esta es la principal razón por la cual, probablemente, las regiones del norte en invierno serán las que más experimenten el mayor aumento del alentamiento. La retroacción del vapor de agua es todavía más importante: el vapor de agua es por sí mismo un poderoso gas de efecto invernadero, y los modelos proyectan que el calentamiento global aumentará los niveles de vapor de agua en la atmósfera baja. Las simulaciones computarizadas complejas son por tanto esenciales para comprender el cambio climático. Los cambios en la cubierta de nubes, corrientes oceánicas y en la química y biología, pueden amplificar o reducir la respuesta. Las computadoras permiten a los científicos modelar las múltiples interacciones entre los distintos elementos del sistema climático. Las proyecciones más detalladas se basan en modelos de circulación general que combinan océano y atmósfera (AOGCM por sus siglas en inglés). Estos son similares a los modelos que se usan para pronosticar el estado del tiempo, en los que las leyes físicas que gobiernan el movimiento de la atmósfera se reducen a sistemas de ecuaciones a ser resueltos por supercomputadoras. Sin embargo, los modelos climáticos deben incluir también ecuaciones que representen el comportamiento de los océanos, la vegetación terrestre, y la criósfera (hielos marinos, glaciares y capas de hielo). Los modelos generalmente pronostican que la nubosidad cambiará en un mundo más cálido, pero dependiendo del tipo y ubicación de las nubes, esto podría tener distintos efectos. Las nubes reflejan la luz solar, implicando que una mayor cantidad de nubes tendría un efecto de enfriamiento. Pero la mayoría de las nubes, particularmente aquellas a altitudes altas, también tienen un efecto aislante: al estar muy frías, liberan la energía al espacio en forma relativamente no eficiente, y por ende ayudan a mantener el planeta caliente. Por lo tanto la retroacción neta de las nubes podría tener cualquier signo. Las nubes constituyen la principal razón para la gran incertidumbre sobre la envergadura del calentamiento en cualquier escenario de emisiones que se tome en cuenta. Las retroacciones positivas que involucran vapor de agua, nieve e hielo pueden amplificar la respuesta directa de las emisiones de gases U N I V E R S I D A D D E A Q 20 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA La velocidad y los tiempos del cambio climático dependen en gran parte de cómo responden los océanos. Pero incluso los modelos más sofisticados son representaciones aproximadas de un sistema muy complejo, de forma que nunca podrán ser una guía infalible para el futuro. Los modelos climáticos deben entenderse entonces como herramientas sofisticadas que permiten proyectar nuestro conocimiento sobre el clima actual y pasado hacia un futuro inexplorado. En la medida en que el cambio climático solamente sucederá una vez, constituyen la mejor herramienta que tenemos. Las capas superiores de los océanos interactúan con la atmósfera cada año y por eso se espera que se calienten con la superficie de la tierra. Pero lleva 40 veces más energía calentar en igual medida los 100 metros superiores del océano que toda la atmósfera. Con las profundidades oceánicas llegando a varios kilómetros, los océanos enlentecen decididamente cualquier calentamiento atmosférico. Cuánto lo enlentecen depende de qué tan profundamente penetre el calentamiento en el océano. Aunque se han realizado avances importantes en la realización de los modelos de los procesos oceánicos, el intercambio de calor entre la atmósfera y las profundidades oceánicas continúa siendo una importante fuente de incertidumbre. El clima de la Tierra varía naturalmente. Cada elemento de este sistema complejo evoluciona en una escala de tiempo diferente. La atmósfera cambia en horas, y su comportamiento detallado resulta imposible de predecir más allá de unos pocos días. Las capas superiores de los océanos se ajustan en el curso de unas pocas estaciones, en tanto los cambios en las profundidades del océano toman siglos. La vida animal y vegetal de la biosfera (que tiene influencia sobre las lluvias y la temperatura) normalmente varía a lo largo de las décadas. La criosfera (nieves e hielo) es más lenta todavía: los cambios en las capas de hielo gruesas toman siglos. La geosfera (la tierra sólida propiamente) varía más lentamente que todo lo demás - la formación de montañas y la deriva continental (que tiene influencia sobre los vientos y las corrientes oceánicas) tiene lugar a lo largo de millones de años. La confianza en la capacidad de los modelos de proyectar el clima del futuro está creciendo. La representación de muchos procesos, como el vapor de agua y el transporte horizontal del calor en los océanos, ha mejorado. Los modelos climáticos proporcionan simulaciones creíbles del clima, al me nos a escala sub-continental. Han permitido reproducir, por ejemplo, las tendencias de alentamiento del siglo XX, así como otros aspectos de climas antiguos y el fenómeno de El Niño y la Oscilación Sur. Como resultado de estos avances, varios modelos climáticos se utilizan hoy exitosamente sin necesidad de ajustes no físicos (ajuste de flujo o correcciones de flujo) para mantener sus climas estables. Sin embargo, los modelos no pueden todavía simular todos los aspectos del clima. Por ejemplo, no pueden dar cuenta en forma completa de la tendencia observada en la diferencia de temperatura entre la atmósfera superficial y la atmósfera baja. Existen también incertidumbres significativas respecto de las nubes y su interacción con la radiación y los aerosoles. Los cambios climáticos naturales del pasado nos ofrecen elementos vitales para Analizar la variación del clima inducida por el hombre. Los estudios de los climas del pasado (paleoclimatología) otorgan un sentido a la escala de cambios proyectada por los modelos climáticos. También proporcionan un patrón de verificación crucial para las explicaciones científicas de los procesos climáticos claves y la capacidad de la ciencia para modelarlos. Los modelos climáticos son herramientas científicas, no bolas de cristal. Se dispone de registros sistemáticos de la temperatura global sólo a partir de 1860. Los grandes experimentos de modelaje del clima consumen enormes recursos informáticos y son tan caros que cada año solamente se puede realizar un pequeño número de estos experimentos a nivel mundial. Por este motivo, el trabajo que involucra interpretar los resultados de una simulación computarizada a menudo es mayor que el trabajo necesario para realizar el experimento primario. Todo este trabajo y gasto puede otorgar a los modelos el aura de .verdad.. U N I V E R S I D A D Estos incluyen mediciones de la temperatura de la Tierra con base en el aire y mediciones de la temperatura de la superficie del mar. Estos datos deben ser cuidadosamente verificados para descartar desviaciones que podrían haber sido introducidas por cambios en los métodos o sitios de observación. Por ejemplo, muchas estaciones D E A Q 21 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Las reconstrucciones de los climas pasados pueden usarse como un patrón para verificar las proyecciones de los modelos climáticos. meteorológicas han sido ubicadas en ciudades o en sus proximidades. Como las ciudades crecen, pueden tener un efecto de calentamiento significativo sobre el clima local. Tales efectos deben y son tomados en cuenta al estimar los cambios recientes en la temperatura global. Al comparar un .pronóstico de un modelo climático de una era glaciar con la evidencia que proporciona la paleoclimatología, se puede lograr una verificación crucial de la representación que realiza el modelo de los procesos relevantes para el cambio climático futuro. Sin embargo, la evidencia paleoclimatológica puede ser ambigua: algunas fuentes sugieren que, en comparación con la actualidad, los mares tropicales eran 5ºC más fríos en el pico de la última era de hielo, en tanto otras sugieren que la diferencia era solamente de 1- 2ºC. Consecuentemente, resulta difícil separar los errores de los modelos de las incertidumbres de la evidencia. Los estudios de los climas del pasado se basan en evidencia indirecta. Los cambios en los niveles de los lagos, por ejemplo, pueden reflejar el balance pasado entre las precipitaciones y la evaporación. Los anillos de los árboles, los corales, las capas de hielo o los sedimentos oceánicos pueden todos preservar información sobre el pasado. Utilizando en forma combinada mediciones, modelos y trabajo detectivesco, los científicos convierten las cantidades que pueden medir (como la composición química de una muestra de núcleo de hielo) en las variables físicas que desean investigar (como la temperatura de la Antártida hace 100.000 años). El clima parece haber sido marcadamente estable desde la finalización de la última era del hielo hace 10.000 años. De acuerdo a los conocimientos científicos actuales, las temperaturas globales han variado menos de un grado desde el amanecer de la civilización humana. En comparación con las fluctuaciones aparentemente extremas y a veces rápidas que experimentara el clima en los 100.000 años anteriores, parece que vivimos un período interglaciar relativamente apacible. El clima de la Tierra ha estado dominado por las eras glaciares durante los últimos millones de años. Las eras de hielo son casi seguramente consecuencia de lentos .bamboleos del eje de la Tierra y su órbita alrededor del Sol. Estos bamboleos afectan la cantidad total de energía que recibe el planeta del Sol y en particular su distribución geográfica. Durante una era de hielo, las temperaturas globales caen 5ºC, y las capas de hielo avanzan sobre buena parte de Europa y América del Norte. Las eras glaciares están separadas por períodos interglaciares más cálidos. Los modelos predicen que el clima podría ser más cálido hacia fines del siglo XXI que lo que lo fuera durante cualquier período interglaciar previo. En un período entre dos eras de hielo hace unos 125.000 años, buena parte de Europa y Asia parece haber tenido un clima 2ºC más cálido que hoy día. Sin embargo los modelos pronostican que las temperaturas podrían subir bastante por sobre esta cifra a lo largo de amplias fajas de tierra de esta región durante el siglo XXI, si las emisiones de gases de efecto invernadero continúan en la forma proyectada. Los cambios en las concentraciones de los gases de efecto invernadero pueden haber ayudado a amplificar los ciclos de las eras de hielo. Las pequeñas fluctuaciones en la energía que llega del Sol que tienen su origen en los bamboleos de la órbita de la Tierra no son lo suficientemente grandes para dar cuenta de la envergadura de los cambios en la temperatura global durante los ciclos de las eras de hielo. Las muestras de los núcleos de hielo muestran que los niveles de los gases de efecto invernadero también variaron significativamente y deben haber jugado un papel muy importante en la amplificación de las fluctuaciones de la temperatura. U N I V E R S I D A D Las variaciones abruptas en el clima en el pasado distante parecen haber sido traumáticas para la vida en la Tierra. La historia biológica de la Tierra está marcada por los llamados .eventos de extinción en masa durante los cuales una gran parte de las especies del mundo fueron eliminadas. Existen muchas razones posibles para la extinción en masa, pero los registros sugieren que algunos de estos eventos coincidieron con cambios relativamente abruptos en el clima - D E A Q 22 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA similares en magnitud a los tipos de cambio que se pronostican ahora para el siglo XXI. Durante los próximos 100 años podremos experimentar condiciones desconocidas desde antes de que comenzaran las eras de hielo hace muchos millones de años. Fuentes A) Esquema de la temperatura global compilada de los registros del IPCC 1990. B) Esquema de la temperatura global estimada de registros geológicos adaptados de T.J. Crowley y G.R. North, Science, Vol 240, pp 996-1002, 1988, a escala para la temperatura global de acuerdo a T.J. Crowley en A. Berger et al (editores), .Climate and the Geo Sciences., pp 179-207, Kluwer; 1989. C) Dinosaurios de David Catling. CUESTIONARIO WORK PAPERS 8 1. ¿El clima de la Tierra varía naturalmente?. 2. ¿Se dispone de registros sistemáticos de la temperatura global? 3. ¿Como nos pueden ayudar los cambios climáticos del pasado para determinar comportamientos actuales? 4. ¿Los cambios en las concentraciones de los gases de efecto invernadero pueden haber ayudado a amplificar los ciclos de las eras de hielo?. 5. ¿Que parámetros se analizaran y porque?, en el tema de contaminación hídrica, atmosférica y suelos. 6. ¿Qué metodología y técnicas de análisis deberán ser utilizados para identificar las desviaciones según los parámetros de la reglamentación de la Ley 1333. 7. ¿Que consecuencias podría tener en la tierra y para los humanos los cambios abruptos en el clima? DATO ADICIONAL: Ver publicación de periódico El Deber (Domingo, 20 de Febrero del 2006), pag. A16 a A1 U N I V E R S I D A D D E A Q 23 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD WORK PAPER # 9 UNIDAD O TEMA: Contaminación atmosférica TITULO: El efecto invernadero FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: El clima de la Tierra está dirigido por un flujo de energía continuo desde el Sol. para producir un efecto invernadero natural que mantiene al planeta unos 30ºC más caliente de lo que estaría si no existieran, siendo entonces esenciales para la vida tal como la conocemos. Esta energía llega principalmente en la forma de luz visible. Aproximadamente un 30 % es devuelto al espacio en forma inmediata, pero la mayoría del restante 70% pasa a través de la atmósfera para calentar la superficie terrestre. Los niveles de todos los gases de efecto invernadero clave (con la posible excepción del vapor de agua) están creciendo como resultado directo de la actividad humana. La Tierra debe enviar esta energía de vuelta al espacio en la forma de radiación infrarroja. Las emisiones de dióxido de carbono (principalmente proveniente de la combustión de carbón, petróleo y gas natural), metano y óxido nitroso (debido principalmente a la agricultura y a los cambios en el uso de la tierra), el ozono (generado por los escapes de gases de los autos y otras fuentes) y los gases industriales de larga vida como los CFCs HFCs y PFCs están cambiando la forma en que la atmósfera absorbe la energía. Los niveles de vapor de agua también pueden estar creciendo debido a una .retroacción positiva. Todo esto está sucediendo a una velocidad sin precedentes. El resultado se conoce como un .incremento del efecto invernadero. Estando mucho más fría que el Sol, la Tierra no emite energía como luz visible. En cambio, emite radiación infrarroja o radiación térmica. Esta radiación es similar al calor que arroja una estufa eléctrica o un grill antes de que las barras comiencen a ponerse rojas. Los gases de efecto invernadero en la atmósfera bloquean la radiación infrarroja y no le permiten escapar directamente desde la superficie al espacio. La radiación infrarroja no puede pasar directamente a través del aire como la luz visible. En su lugar, la mayor parte de la energía que sale de la tierra es transportada hacia afuera de la superficie por las corrientes de aire, escapando finalmente hacia el espacio desde las alturas por sobre las capas más gruesas del manto de gases de efecto invernadero. El sistema climático debe ajustarse a los niveles en aumento de los gases de efecto invernadero para mantener el balance energético global. Los principales gases de efecto invernadero son el vapor de agua, el dióxido de carbono, el ozono, el metano, el óxido nitroso y los halo carbonos y otros gases industriales. En el largo plazo, la Tierra debe deshacerse de energía en la misma proporción en que la recibe del Sol. Ya que el manto más grueso de gases de efecto invernadero ayuda a reducir la pérdida de energía en el espacio, el clima debe cambiar de alguna forma para restaurar el balance entre la energía que ingresa y la que sale. A excepción de los gases industriales, los demás se producen en forma natural. Juntos, constituyen menos del 1% de la atmósfera. Esto es suficiente Este ajuste incluirá un .calentamiento global. de la superficie de la Tierra y de la atmósfera baja. U N I V E R S I D A D D E A Q 24 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Pero esto es solamente una parte de la historia. El calentamiento es el modo más simple para el clima de deshacerse de la energía extra. Sin embargo aun un pequeño aumento en la temperatura será acompañado por muchos otros cambios: por ejemplo, en los patrones de la cubierta nubosa y de los vientos. Algunos de estos cambios pueden actuar para aumentar el calentamiento (retroacción positiva) y otros para contrarrestarlo (retroacción negativa). políticas para minimizar el cambio climático. También toma en cuenta las retroacciones climáticas y los efectos de los aerosoles según el conocimiento que tenemos actualmente de estos temas. Las emisiones del pasado ya nos han comprometido a sufrir un cierto grado de cambio climático. El clima no responde en forma inmediata a las emisiones, por este motivo continuar á cambiando durante cientos de años, incluso si las emisiones de gases de efecto invernadero se reducen y los niveles atmosféricos dejan de aumentar. Llegar a apreciar completamente algunos impactos importantes del cambio climático, tales como el aumento pronosticado en el nivel del mar, requerirá incluso más tiempo. Entre tanto, los aerosoles que fabrica el hombre tienen un efecto general de enfriamiento. Las emisiones de azufre de las plantas de energía alimentadas por carbón o derivados del petróleo y la quema de material orgánico producen partículas microscópicas que pueden reflejar la luz del sol hacia el espacio y también afectan a las nubes. El enfriamiento resultante contrarresta en parte el calentamiento por el efecto invernadero. Estos aerosoles, sin embargo, permanecen en la atmósfera por un tiempo relativamente corto en comparación con los gases de efecto invernadero de larga vida, así que su efecto de enfriamiento es localizado. Los mismos también son causantes de lluvias ácidas y mala calidad del aire, problemas que son necesarios abordar. Esto significa que no debemos confiar indefinidamente en el efecto de enfriamiento de los aerosoles. Existe nueva evidencia más fehaciente que lleva a afirmar que el cambio climático ya ha comenzado. El clima varía en forma natural, lo que hace difícil identificar los efectos del aumento de los niveles de gases de efecto invernadero. Sin embargo, un conjunto de observaciones cada vez mayor traza la imagen colectiva de un mundo en fase de calentamiento. Por ejemplo, el patrón de las tendencias de la temperatura en las últimas décadas se parece al patrón de calentamiento por efecto invernadero pronosticado por los modelos; es improbable que estas tendencias se deban completamente a las fuentes conocidas de la variabilidad natural. Siguen existiendo, sin embargo, muchas incertidumbres como, por ejemplo, de qué forma influirán en el clima del futuro los cambios en la cobertura de nubes. Los modelos climáticos prevén que la temperatura media global aumentará entre 1.4 y 5.8 ºC (2.5 a 10.4 ºF) para el año 2100. Esta proyección se hace utilizando el año 1990 como línea de base y asume que no se adoptarán Ilustración esquemática del sistema climático U N I V E R S I D A D D E A Q 25 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Fuente: IPCC 1995 CUESTIONARIO WORK PAPERS # 9 1. ¿Cuales son los principales gases del efecto invernadero? 2. ¿A que se debe el calentamiento global? 3. ¿Como puede determinar que los cambios climáticos han comenzado? PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DIF’s # 1 UNIDAD O TEMA: Principio de funcionamiento de los equipos TITULO: Control de Variables FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: Realizar Un informe sobre la visita al laboratorio SAE, donde se debe especificar y explicar los instrumentos utilizados para los análisis físicos, químicos, biológicos y las variables involucradas Así como también las técnicas que se utilizan en algunos análisis. Será elaborado en función a las visitas coordinadas que se realice al laboratorio medioambiental Aqua Service U N I V E R S I D A D D E A Q 26 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo): COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo): GRUPO (máximo cinco integrantes): AP. PATERNO AP. MATERNO U N I V E R S I D A D NOMBRES D E A Q 27 FIRMA U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DIF’s # 2 UNIDAD O TEMA: Control de Laboratorio TITULO: Identificación de los niveles de contaminación FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: 1. Control de Variables en una planta de tratamiento de efluentes compacta y otra por lagunaje. 2. Identificar Los niveles de contaminación. 3. instrumentos y ambientes utilizados para los análisis físicos, Químicos, Biológicos y especiales Realizar una discusión grupal de la temática en base a visitas a las lagunas de Saguapac CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo): COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo): GRUPO (máximo cinco integrantes): AP. PATERNO AP. MATERNO U N I V E R S I D A D NOMBRES D E A Q 28 FIRMA U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PROGRAMA DE CONTROL DE CALIDAD DIF’s # 3 UNIDAD O TEMA: Análisis de aguas. TITULO: Diferencia del agua embotellada con y sin gas. FECHA DE ENTREGA: PERIODO DE EVALUACIÓN: 1. 2. 3. Usted se encuentra viajando por tierras donde el agua para abastecimiento no es segura, y decide llevar agua embotellada. Desde el punto de vista de salud pública debata si existe alguna diferencia entre la calidad del agua supuestamente no segura y la embotellada. ¿Qué información hace falta para justificar las conclusiones? ¿Ud., como futuro Ingeniero ambiental que sugerencia daría para garantizar agua segura y porque? Realizar una discusión grupal de la temática. Finalizando con una valoración a manera de conclusión por escrito y entregar al docente. CONCLUSIONES (deberán sintetizar la opinión del grupo): COMENTARIOS (deberán sintetizar la opinión del grupo): GRUPO (máximo cinco integrantes): AP. PATERNO AP. MATERNO U N I V E R S I D A D NOMBRES D E A Q 29 FIRMA U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PRÁCTICA DE LABORATORIO: Título: Lugar de Ejecución: Nº 1 Determinación Espectrofotométrica del MnO4Laboratorio de Química Nombre y Apellidos:________________________________________________ 1. Objetivos . 1. Objetivos _____________________________________________________________ Determinación cuantitativa de la concentración de MnO 4 en una muestra problema 2. Fundamentos 2.1.- Introducción Un método espectrofotométrico está basado en la medida directa de la absorción de radiación electromagnética por parte de una muestra, cuantificable a través de la Absorbancia, y la correlación de esta variable con la concentración de la especie de interés en dicha muestra. Todo analito molecular tiene la capacidad de absorber ciertas longitudes de onda características de la radiación electromagnética. En este proceso, la radiación es transferida temporalmente a la molécula y, como consecuencia, disminuye la intensidad de la radiación. Dicha disminución, debida a la absorción experimentada por el analito, puede ser cuantificada utilizando diversas magnitudes, siendo la Absorbancia, A, la más comúnmente utilizada en la espectrofotometría de UV-VIS. Dicha absorbancia se define por la expresión: A = log PO / P Donde A es la Absorbancia, P0 la potencia del haz de radiación incidente y P la potencia de dicho haz tras atravesar la muestra. 2.2.- Ley de Beer De acuerdo con la ley de Beer, la absorbancia está relacionada linealmente con la concentración de la especie absorbente, c, y con la longitud de la trayectoria de la radiación en el medio absorbente o camino óptico, b. Esto es: A = log PO / P = a b c donde a es una constante de proporcionalidad llamada absortividad. Cuando la concentración c se expresa en moles por litro, y b en centímetros, la constante de proporcionalidad se denomina absortividad molar, y de L cm-1 mol-1. En este caso, la ley de Beer adquiere la forma: A=ebc 2.3.- Espectros de absorción Un espectro de absorción es una representación gráfica de la absorbancia de un analito (o de otra magnitud energía de la radiación utilizada). El máximo de absorbancia obtenido en el espectro de absorción de un analito, nos dará la longitud de onda que proporciona la mayor sensibilidad posible, y por tanto será la que se utilizará en el análisis espectrofotométrico de dicho analito. Todas las disoluciones que presentan color, absorben radiación electromagnética perteneciente al espectro visible, el cual puede dividirse en varias zonas según se muestra en la tabla siguiente: Longitud de Onda (nm) 380-435 435-480 480-490 U N I V E Color Color Complementario Violeta Azul Azul-verdoso R S I D A D Verde-amarillo Amarillo Anaranjado D E A Q 30 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA 490-500 500-560 560-580 580-595 595-650 650-780 Verde-azulado Verde Verde-amarillo Rojo Anaranjado Rojo Rojo Púrpura Violeta Azul Azul-verdoso Verde-azulado En dicha tabla, la columna del "color" indica la porción del espectro que es absorbida, mientras que la correspondiente al "color complementario" indica la porción de radiación electromagnética que no absorbe la muestra y que por tanto es transmitida a través de ella y puede ser captada por el ojo humano (color de la disolución). Así, por ejemplo, una disolución de color amarillo absorbe la radiación de color azul, y por tanto cabe esperar que presente un máximo de absorbancia en la zona de longitud de onda en la banda de 435480 nm 2.4.- Análisis Cuantitavivo Para llevar a cabo el análisis cuantitativo de una especie mediante la espectroscopía de absorción molecular, es preciso realizar una etapa previa de calibración. En dicha etapa se mide la absorbancia de varias muestras de concentración conocida, las cuales serán utilizadas para, mediante "comparación", calcular la concentración de una muestra problema tras medir su absorbancia.Para llevar a cabo la etapa de calibración, se representa la absorbancia de las muestras de concentración conocida (llamadas patrones) a la longitud de onda de máxima absorbancia, frente a la concentración de dichas muestras. De esta manera se obtiene la Curva de Calibración. Según la ley de Beer, el resultado obtenido será una línea recta, cuya expresión matemática puede ser obtenida mediante un tratamiento de ajuste estadístico por mínimos cuadrados. 3. Materiales y reactivos 3 matraces aforados de 25 mL. 1 matraz aforado de 100 mL. 2 vasos de precipitado de 100 mL. 2 pipetas graduadas. 2 cubetas para espectrofotómetro 1 frasco de agua destilada 1 pipeteador Disolución KMnO4 0,1M Muestra problema 4. Desarrollo. 4.1.- Obtención del espectro de absorbancia. A. Con una pipeta graduada, tomar 1 mL de la disolución 0,1M de KMnO4 y verterlo en un vaso de precipitado de 100 mL. Añadir poco a poco, y agitando cuidadosamente, agua destilada hasta que la disolución resultante presente un color similar al de la muestra problema. B. Con la disolución preparada se obtendrá el espectro de absorción como sigue: - Debido al color púrpura de la disolución de MnO4- , podemos predecir la zona del espectro en la que se obtendrá la máxima absorbancia. Después de poner a punto el espectrofotómetro, con la ayuda del profesor, seleccionar una longitud de onda 20 nm por debajo del límite inferior del intervalo correspondiente. - "Hacer el blanco" para dicha longitud de onda. Es decir, toma una de las cubetas y, tras llenarla con agua destilada (es el blanco para este caso particular), sitúala en el portacubetas del espectrofotómetro y ajusta la lectura al cero de Absorbancia. - A continuación llena la otra cubeta con la disolución previamente preparada, sitúala en el portacubetas y espera unos segundos hasta que la lectura de absorbancia se estabilice. Anota el valor de absorbancia obtenido para esta longitud de onda. - Selecciona en el espectrofotómetro una longitud de onda 10 nm superior a la anterior y repite el proceso anteriormente descrito. - Repite de nuevo todo el proceso hasta alcanzar una longitud de onda 20 nm por encima del límite superior del intervalo de longitudes de onda correspondiente al espectro de absorción del MnO4-. U N I V E R S I D A D D E A Q 31 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA C. Sobre un papel milimetrado representa el espectr Selecciona la longitud de onda correspondiente al máximo de absorbancia. Dicha longitud de onda será la utilizada en el análisis cuantitativo del MnO4-. 4. 2.- Preparación de la recta de calibrado A. En un matraz aforado de 100 ml, preparar una disolución de KMnO4 0,01 M. Para ello, toma una cantidad de la disolución de KMnO4 0,1M en un vaso de precipitado y pipetea el volumen ecesario. Viértelo en el matraz aforado de 100 ml y enrasa hasta la marca con agua destilada. B. A partir de esta disolución de KMnO4 0,01M, prepara, utilizando los matraces aforados de 25 ml, y siguiendo el mismo procedimiento experimental, tres disoluciones patrón de KMnO4 de concentraciones 2 x 10-5 M, 6 x 10-5 M y 1 x 10-4 M. 4. 3.- Medición de los patrones y obtención de la curva de calibrado A. Siguiendo el procedimiento ya conocido, medir la absorbancia de cada una de las disoluciones patrón a la longitud de onda seleccionada. Recordar que antes de la medición de cada patrón debe hacerse el blanco. La medición de la absorbancia de los tres patrones debe realizarse en orden creciente de concentraciones y utilizando una misma cubeta. Para ello, después de cada medida: - Desechar la disolución patrón ya medida - Limpiar la cubeta con agua destilada varias veces - Limpiar la cubeta con la nueva disolución patrón una vez - Llenar la cubeta con la nueva disolución patrón y medir B. Con las absorbancias anotadas para cada una de las disoluciones patrón, representar gráficamente, en un papel milimetrado, la curva de calibrado en la forma: A vs. c C. Mediante un ajuste de regresión por mínimos cuadrados, calcular la ecuación de la recta obtenida. 4. 4.- Medición de la muestra problema A. Siguiendo el procedimiento conocido, medir la absorbancia de la muestra problema. B. Calcular la concentración de dicha muestra mediante dos métodos: - Gráficamente, mediante interpolación del valor de absorbancia obtenido - Matemáticamente, mediante la utilización de la ecuación de la recta de calibrado 4.5.- Resultados experimentales - Longitud de onda seleccionada: nm - Ecuación de la recta de calibrado: - Concentración de MnO4 - en la muestra problema: a. Gráficamente: M b. Matemáticamente: M 5. Conclusiones Dibuja el espectrofotómetro utilizado para la experiencia y detalla las partes que lo componen, así también anota el modelo y la marca del mismo. ¿Qué nos indica la longitud de onda donde se obtiene la mayor lectura de absorbancia en la solución de permanganato de potasio? ¿Para qué nos sirvió encontrar nuestra curva de calibración? U N I V E R S I D A D D E A Q 32 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PRÁCTICA DE LABORATORIO: Título: Lugar de Ejecución: Nº 2 Instrumentos medidores de pH. Laboratorio de Química Nombre y Apellidos:__________________________ ________________________ 2. Objetivos 1. Objetivos . _____________________________________________________________ Reconocer cada una de las partes de un peachímetro portátil Comparar las mediciones de ph hechas con un instrumento y con papel tornasol. 2. Fundamentos 2.1.-Definición El ph es una unidad de medida aceptada y común como un " metro " es una medida de la longitud, y un "litro" es una medida de volumen fluido El pH es una medida de la acidez o de la alcalinidad de una sustancia . Es necesario porque, dado que en ciertos casos no es suficiente decir que el agua está caliente, o no es suficiente decir en ciertos casos que el jugo del limón es ácido, al saber que su pH es 2,3 nos dice el grado exacto de acidez. Necesitamos ser específicos. Al decir que el agua está en 91° C o 196°F expresamos exactamente lo caliente que está. Por lo tanto la medición de la acidez y la alcalinidad es importante, pero cómo está el pH relacionado con estas medidas? 2.2.-Escala de pH Los números a partir del 0 al 7 en la escala indican las soluciones ácidas, y 7 a 14 indican soluciones alcalinas. Cuanto más ácida es una sustancia, más cercano su pH estará a 0; cuanto más alcalina es una sustancia, más cercano su pH estará a 14. 2.3.-Como se mide el pH Una manera simple de determinarse si un material es un ácido o una base es utilizar papel de tornasol . El papel de tornasol es una tira de papel tratada que se vuelve color color de rosa cuando está sumergida en una solución ácida, y azul cuando está sumergida en una solución alcalina. Aunque otros papeles de pH pueden ahora proporcionar una estimación más exacta del pH, no son bastante exactos para medir soluciones fotográficas, y no son muy útiles para medir el pH de líquidos coloreados o turbios. Los papeles tornasol se venden con una gran variedad de escalas de pH. Para medir el pH, seleccione un papel que dé la indicación en la escala aproximada del pH que vaya a medir. Si no conoce la escala aproximada, tendrá que determinarla por ensayo y error, usando papeles que cubran varias escalas de sensibilidad al pH. El método más exacto y comúnmente más usado para medir el pH es usando un medidor de pH ( o pHmetro ) y un par de electrodos. Un medidor de pH es básicamente un voltímetro muy sensible, los electrodos conectados al mismo generarán una corriente eléctrica cuando se sumergen en soluciones. Un medidor de pH tiene electrodos que producen una corriente eléctrica; ésta varía de acuerdo con la concentración de iones hidrógeno en la solución. La principal herramienta para hacer las mediciones de pH es el electrodo de bombilla de vidrio. Tal vidrio tiene una composición especial, sensible a los iones hidrógeno. Un tipo de voltímetro conectado a los electrodos relaciona con el pH la corriente eléctrica producida en la membrana de vidrio. Para cerrar el circuito y brindar una referencia estable y reproducible, se requiere un segundo electrodo. El medidor debe estar calibrado con una solución de pH conocido, llamada "amortiguador" (también solución tampón o buffer) Los amortiguadores resisten las variaciones de pH y tienen valores de pH específicos a temperaturas determinadas. U N I V E R S I D A D D E A Q 33 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA Dos tipos de electrodos se utilizan para medir el pH, y cada electrodo tiene un propósito específico. El electrodo " de cristal " tiene un bulbo hecho de composición de cristal especial que es muy selectivo y sensible a los iones de hidrógeno. Cuando este bulbo de cristal se sumerge en una solución, el voltaje generado en la superficie de los bulbos se relaciona con el pH de la solución. La determinación del pH con el medidor es mucho más precisa que con los papeles tornasol. Sin embargo, debe usted dar mantenimiento y usar correctamente el medidor, así como hacer las mediciones conforme al procedimiento prescrito. El otro electrodo se llama " electrodo de referencia " y proporciona un voltaje estable y reproducible cuando se sumerge en una solución. Cuando los dos electrodos están conectados con un medidor de pH, la diferencia de voltaje se amplifica y se visualiza en un indicador analógico o digital. Un electrodo que combine el bulbo de cristal sensible al pH y una celda de la referencia en un cuerpo de electrodo se llama " electrodo de combinación " y se utiliza de la misma manera que un par del electrodos. 3. Materiales y reactivos Vasos de precipitados de 50 ml Varillas de vidrio Termómetros Peachímetro portátil marca HANNA Papel tornasol Muestras de vinagre, vinos, aguas de lluvia, etc Soluciones buffer 4. Desarrollo. 4.1.- Reconocimiento del peachímetro . - Características: Medidor de pH y temperatura, impermeable, microprocesador con un resistente electrodo y procedimiento visualizado. HI 991000 es un nuevo pHmetro con carcasa impermeable IP67, de forma ergonométrica , dotado de una serie modernas características para simplificar y acelerar su trabajo. El electrodo suministrado HI 1291 está dotado de sensor interno de temperatura. El instrumento da las lecturas de pH de 0.00 a 14.00 en el primer nivel de la pantalla y de temperatura en el segundo. Aparecen, además en la pantalla una serie de símbolos y mensajes que señalan el estado del instrumento y guían al operador en el procedimiento a seguir. Entre las características de HI 991000, la indicación de estabilidad da lectura del electrodo garantiza la precisión de las medidas. En la pantalla aparece también el nivel de carga porcentual de las pilas, y el instrumento se apaga automáticamente por el sistema BEPS, cuando el nivel de carga es demasiado bajo y no puede garantizar la precisión de las lecturas. HI 991000 permite además fijar las lecturas en la pantalla, y seleccionar la escala de medida en grados Celsius o Fahrenheit. El instrumento tiene dos sets de valores de calibración pH memorizados para la calibración automática (pH 4.01, 7.01, 10.01 o bien pH 4.01, 6.86, 9.18), para elegir el más idóneo para las muestras. Los valores de calibración enfocados a la producción pueden volver a ser llamados en cualquier momento. Los planteamientos memorizados por el usuario y los datos de calibración no se borran cuando se reponen las pilas. -especificaciones: Aquí se puede conocer datos del instrumento que son muy necesarios a la hora de hacer uso de el. HI 991000 RANGO 0.00 a 14.00 pH ; 0.0 a 60.0º C RESOLUCIÓN 0.01 pH ; 0.1° C PRECISIÓN (@20°C) ±0.01 pH ; ±0.5 CALIBRACIÓN DE pH Automática 2 puntos con set de 3 tampones standardmemorizados (7.01/ 4.01/ 10.01 ó 4.01/ 6.86/ 9.18) COMPENSACIÓN DE TEMP. Automática de 0 a 60°C ELECTRODO HI 1291D electrodo pH con sensor interno de temperatura y amplificador U N I V E R S I D A D D E A Q 34 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA con 1 m de cable y conector DIN (incluido) DURACIÓN Y TIPO DE PILA 4 pilas 1.5V AA / 1000 horas aprox. de uso continuo CONDICIÓN DE TRABAJO 0 a 50°C ; RH 100% DIMENSIONES 150 x 80 x 28 mm PESO 210 g . -accesorios incluidos: Electrodo pH/ºC. Bolsa de transporte. Solución de calibración pH 4.01 de 460 mL. Solución de calibración pH 7.01 de 460 mL. Solución de calibración pH 10.01 de 460 mL. Solución de almacenamiento de 460 mL. Soporte de electrodo. Goma protectora azul. Goma protectora naranja. 4.2- Mediciones de pH. -Con el papel tornasol:Para medir el pH, sumerja varios segundos en las muestras el papel tornasol, que cambiará de color según el tipo de pH. Los papeles tornasol no son adecuados para usarse con todas las muestras. Las soluciones muy coloreadas o turbias pueden enmascarar el indicador de color. -Con el peachímetro portátil: Encienda el peachímetro presionando el botón del lado izquierdo (on/offmode). Seguidamente se calibra el instrumento con soluciones buffer o estándares, de ph 4,7 y 10. A continuación coloque el electrodo en la muestra que vaya a medir su ph y realice la lectura cuando en la pantalla desaparezca la imagen de un pequeño reloj, presione el botón de la derecha (set-hold) para congelar la lectura. El peachímetro arroja la temperatura de la medición, usted la puede comprobar con un termómetro. Si quiere cambiar la temperatura de grados centígrados a farhenheid debe presionar (mode por unos 6 segundos). 5. Conclusiones Dibuje el instrumento con todas sus partes, explicando para que sirven cada una de ellas. ¿Cuál es la evaluación que ha hecho con respecto a las comparaciones de lecturas de ph que se han realizado tanto con el papel tornasol como con el peachímetro portátil? Averigue que contienen las soluciones utilizadas para la calibración del peachímetro. U N I V E R S I D A D D E A Q 35 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA PRÁCTICA DE LABORATORIO: Título: Lugar de Ejecución: Nº 3 Calibración de un termómetro de Mercurio. Laboratorio de Química Nombre y Apellido:_______________________________________________________________ 3. Objetivos 1. Objetivos . _____________________________________________________________ Determinación del punto cero, el factor de escala y la depresión de cero en un termómetro de mercurio. 2. Fundamentos Un termómetro de mercurio consta básicamente de un depósito de vidrio que se prolonga en una varilla provista de un tubo capilar vacío, (ver figura), por el que asciende el mercurio al dilatarse, como consecuencia de la absorción de calor. Sobre la varilla se graba una escala graduada. La lectura X en la escala está relacionada con la temperatura T a la que se encuentra el termómetro. Calibrar un termómetro no es más que encontrar la relación matemática entre X y T. Para ello, se utilizan dos temperaturas conocidas que en nuestro caso serán la de fusión del hielo Tf y la de ebullición del agua, Te. La fusión y la ebullición son transiciones de fase que, a presión constante, ocurren a una temperatura determinada, que se conoce con mucha precisión y se mantiene constante a lo largo del proceso de transición. Si la lectura del termómetro es, respectivamente, Xf y Xe y si suponemos que la relación entre X y T es lineal, tendremos: T= Tf+(Te – Tf )(X- Xf)= Tf + q(X- Xf) (Xe - Xf) Esta es la ecuación de la recta que pasa por los puntos (Tf,Xf) y (Te,Xe). La pendiente de la recta q factor de escala termométrica.La temperatura de fusión del agua apenas se ve afectada por los cambios de presión, de modo que podemos tomar Tf =0ºC. En este caso, la lectura Xf se denomina punto cero del termómetro. Por el contrario, la temperatura de ebullición Te es muy sensible a la presión. Por ello, para calibrar el termómetro necesitaremos conocer con bastante precisión la presión atmosférica en el laboratorio y, a partir de ella, la temperatura de ebullición Te. 3. Materiales y reactivos Calorímetro de Regnault y mechero. Termómetro a estudiar. Vaso de vidrio, hielo. 4. Desarrollo. 4.1. Determinación del punto cero En un vaso con hielo finamente picado se introduce el termómetro. Para estar seguros de que el sistema está en el punto de fusión, es preciso añadir una cierta cantidad de agua destilada mezclándola bien con el hielo y esperar (unos 5 minutos) hasta que el nivel del mercurio en el termómetro se estabilice; cuando esto ocurre, el nivel del mercurio marca el punto cero del termómetro, Xf. La lectura ha de realizarse con cuidado para evitar el error de paralaje. U N I V E R S I D A D D E A Q 36 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA 4.2. Determinación de la presión en el laboratorio y del factor de escala Se vierte agua en el calorímetro hasta aproximadamente los 2/3 de su volumen. A continuación se introduce el termómetro de manera que su bulbo quede fuera del agua. Se enciende el mechero y se espera a que hierva el agua durante unos minutos, al cabo de los cuales hacemos la lectura Xf. .Para determinar la temperatura de ebullición del agua, es necesario conocer la presión atmosférica H (en mm de Hg). Para ello disponemos de un barómetro de mercurio situado en la pared cercana a la puerta del laboratorio. El barómetro cuenta con un nonius que hay que colocar manualmente a la misma altura que el menisco de la columna de mercurio (evitando siempre errores de paralaje). Una vez que se ha colocado el nonius a la altura correcta, se toma la lectura ht que nos indica la altura de la columna. En el Apéndice 2, se explica cómo realizar la lectura del nonius. La presión atmosférica es igual a la altura multiplicada por la densidad del mercurio y por la aceleración de la gravedad. Sin embargo, la densidad del mercurio depende ligeramente de la temperatura y la aceleración de la gravedad depende ligeramente del lugar en donde nos encontremos. Como el barómetro está calibrado para 0º C y para g = 9.8 m/s2, tendremos que corregir la lectura ht para eliminar estos dos efectos. a) Corrección de temperatura Como hemos dicho, el barómetro está calibrado para medir a 0ºC y, a la temperatura del laboratorio, tanto la escala metálica como el mercurio sufren una dilatación que altera la medida.La lectura de la presión debe corregirse en la forma: ho=ht-Ct en donde la Ct es una cantidad con dimensiones de mm de Hg, cuyo valor depende de la temperatura. El fabricante del barómetro proporciona el valor de Ct para un rango amplio de temperaturas en la tabla que se encuentra junto al barómetro. b) Corrección de gravedad La aceleración de la gravedad g es función de la altura sobre el nivel del mar, z, y de la latitud geográfica f del lugar en donde nos encontremos. La corrección debida a estos efectos puede calcularse mediante la expresión: H= ho (1-0.00265 cos 2f-0.00000031 z) con z expresado en metros. En Madrid f = 40º24' y z = 655 m. H es, en mm de Hg, un valor preciso de la presión atmosférica en el laboratorio. Finalmente, a partir de H, y consultando la tabla que está junto al barómetro, puede encontrarse con precisión el valor de Te. 4.3.- Depresión del cero Si inmediatamente después de observar el punto de ebullición, introducimos el termómetro de nuevo en el hielo para volver a determinar el punto cero, observaremos que el nivel del mercurio está por debajo de la lectura anterior Xf. Ello se debe a la histéresis del vidrio, el cual no recupera instantáneamente el volumen primitivo después de haberse dilatado. Si la nueva lectura es X'f , a la diferencia Xf — X'f , se la denomina depresión de cero. Este valor no aparece en la ecuación Sin embargo, nos da información valiosa sobre la fiabilidad del termómetro, especialmente cuando se miden temperaturas que varían rápidamente. 4.4. Resultados Los resultados que se deben obtener de esta práctica son: Determinación del punto cero con su correspondiente incertidumbre. ebullición del agua con su incertidumbre. laboratorio. [1], medir la temperatura ambiente en el 5. Conclusiones ¿Qué se entiende por calibración de un instrumento? ¿A qué se denomina error de paralaje y como se evita al hacer la lectura en un termómetro? U N I V E R S I D A D D E A Q 37 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA ¿Cuál sería el procedimiento para calibrar un termómetro en grados Fahrenheit?1 ¿Cuáles serían las fórmulas que habría que cambiar y como deberían escribirse? ¿Podría obtenerse el punto cero del termómetro introduciendo éste en un bloque de hielo directamente? ¿Por qué el hielo ha de estar finamente picado y mezclado con agua líquida? ¿Qué porcentaje de incertidumbre se cometería en la medida de la presión atmosférica, si no se tuviera en cuenta: a) la corrección por temperatura?; b) la corrección por gravedad?; c) Ninguna de las dos correcciones? PRÁCTICA DE LABORATORIO: Nº4 Título: Determinación de presión atmosférica y humedad relativa. Lugar de Ejecución: Laboratorio de Química Nombre y Apellido:_______________________________________________________________ 4. Objetivos 1. Objetivos . _____________________________________________________________ Medir la presión atmosférica. Determinar la humedad relativa y la presión de vapor de agua atmosférico. 2. Fundamentos Barómetro de mercurio La masa de aire que envuelve a la Tierra, la atmósfera, determina, a causa de su peso, una presión sobre todos los objetos situados sobre su superficie. En un lugar determinado el valor de la presión atmosférica experimenta variaciones que están relacionadas, en parte, con los cambios que sufre el estado del tiempo. Sobre la superficie terrestre y a nivel del mar, la presión atmosférica varía alrededor de un valor de 1013300 dyn/cm2 (o barias) = 1013 mb. Este valor de presión puede tomarse como unidad de medida y recibe el nombre de atmósfera.La presión atmosférica puede medirse utilizando el barómetro de mercurio (ver figura 1), con la célebre experiencia de Torricelli: un tubo de vidrio cerrado por un extremo, de unos 100 cm. de longitud, se llena completamente de mercurio y evitando que éste se vierta, se invierte e introduce el extremo abierto en el mercurio contenido en una cubeta, situando el tubo en posición vertical. Torricelli llevó a cabo esta experiencia, en el año 1643, y observó que el nivel del mercurio descendía dentro del tubo, hasta quedar una columna (columna barométrica) de unos 76 cm sobre el nivel del mercurio en la cubeta. La diferencia de niveles, h, del mercurio en el tubo y en la cubeta nos permite calcular la presión atmosférica. El espacio que se forma sobre la columna barométrica (cámara barométrica) sólo contiene vapor de mercurio, cuya presión podemos pasar por alto por ser muy baja a las temperaturas ordinarias. Si es ñ la densidad del mercurio y g la aceleración gravitatoria, la presión atmosférica será P = ñgh. 2.1. Lectura del barómetro. La lectura de la altura h de la columna barométrica se efectúa, en el caso de los instrumentos de precisión normales en los laboratorios de Física, sobre una escala graduada en milímetros, grabada sobre un cilindro de latón que rodea y protege el tubo de vidrio. U N I V E R S I D A D D E A Q 38 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA En este cilindro hay dos ventanas, en posición anterior y posterior que permiten observar el extremo de la columna de mercurio cuya posición se puede precisar mediante un nonius corredizo accionado mediante un tornillo. La lectura se realiza como se indica en la figura 3. La envuelta de latón lleva adosado un termómetro, en el que se leerá la temperatura a que se encuentra el instrumento en el momento de efectuar la lectura. 2.2. Correcciones barométricas. Para determinar el valor de la presión atmosférica a partir de la lectura del barómetro deben aplicarse varias correcciones: 2.3. Corrección de temperatura. Es la corrección más importante y en muchos casos es la única que es necesario hacer. El objeto de esta corrección es tener en cuenta la dilatación que experimenta, por aumento de temperatura, tanto la columna barométrica como la escala graduada. Se debe reducir la lectura a 0°C y así, si es h la lectura barométrica y t la temperatura del instrumento, la corrección de temperatura será: Donde á = 181.5 10-6 °C-1 es el coeficiente de dilatación cúbica del mercurio, ß = 18.4 10-6 °C-1 es el coeficiente de dilatación lineal del latón que está fabricada la escala. Con los valores obtenidos tabulando la expresión (13-1) se ha construido la Tabla I del apéndice, que nos proporciona directamente el valor de la corrección a aplicar para distintas temperaturas y lecturas barométricas. 2.4. Corrección de gravedad. El valor de la aceleración gravitatoria, g, depende de la latitud geográfica del lugar donde se opere y de la elevación, h, sobre el nivel mar. El valor de g viene dado por la ecuación de Helmert, Expresándose h en cm y la aceleración gravitatoria en cm/s2. En esta expresión g45 = 980.616 cm/s2 es la aceleración gravitatoria a 45° de latitud y al nivel del mar. ë es la latitud en grados (°). Si a la lectura barométrica corregida de temperatura, la llamamos h0, y llamamos h0' a la altura barométrica en condiciones de gravedad normal gn = 980,665 cm/s2, será y teniendo en cuenta (13-2) entonces ,con: También se han construido tablas que facilitan la aplicación de esta corrección y que se encuentran en el Apéndice de este manual. 2.5. Corrección de capilaridad. Esta corrección depende del diámetro del tubo, y es prácticamente constante para un barómetro dado. Es consecuencia de la depresión que experimenta la columna de mercurio en el tubo, debido a las fuerzas de tensión superficial. El menisco es convexo, ya que el mercurio no moja el vidrio y en consecuencia la altura de la columna barométrica es algo inferior a la que tendría si no existiese el fenómeno de capilaridad. El valor de la corrección, que suele ser pequeño, debe sumarse siempre a la lectura barométrica, y se obtendrá del diámetro interno del tubo y de la altura del menisco. Diámetro del tubo = +-0.05 mm. En el caso de no tener el valor en la tabla procédase de la siguiente forma: puede verse que para un valor del menisco fijo, la relación entre el diámetro del tubo (x) y la altura del menisco (y) es aproximadamente exponencial. Por tanto, en general será de la forma y = B eAx. Calculando el logaritmo neperiano en ambos lados se tiene que ln y = Ax + ln B. Entonces si se define t = ln y, A' = A, B' = ln B, tendremos t = A' x + B. Entonces existe una relación lineal entre t y x. Procédase ajustar por mínimos cuadrados los datos de x y t. Y con los valores de A' y B' , determinar la corrección que debe sumarse al valor medio. 2.6. Psicrómetro: En el aire existe vapor de agua en cantidades variables. Se denomina humedad absoluta a la masa de vapor de agua contenida en un m3 de aire. A las temperaturas del ambiente, da la casualidad de que la humedad absoluta, en g/m3 viene expresada, con aproximación suficiente, por el mismo número que mide, en tor, la presión Pv del vapor de agua existente en el aire. (Por ejemplo, si Pv = 11 tor, en un m3 de aire U N I V E R S I D A D D E A Q 39 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA habrá 11 g de agua en estado de vapor). En general, el aire no está saturado de vapor: es decir, la presión Pv del vapor que contiene suele ser inferior a la presión de vapor saturante Ps a la misma temperatura. El cociente Pv/Ps, expresado en tanto por ciento, se denomina humedad relativa o estado higrométrico del aire U. Tenemos pues: El valor de U representa, para nosotros, un dato mucho más importante que la humedad absoluta. En efecto, si Pv = Ps, es decir si la humedad relativa vale 100% el aire está saturado de vapor, lo cual indica que el agua, y el sudor de nuestro cuerpo, no podrán evaporarse y que bastará que un cuerpo esté ligeramente más frío que el aire para que en su superficie se condense el vapor en forma de gotas (rocío). Lo contrario ocurrirá si Pv/Ps es muy inferior a la unidad; diremos entonces que el "aire es seco" porque la evaporación será rápida y los cuerpos higroscópicos no se humedecerán fácilmente. Si la temperatura del aire es alta, esto podrá ocurrir incluso con valores elevados de la humedad absoluta porque ya sabemos que Ps aumenta mucho con la temperatura. Puesto que el vapor de agua no saturante se comporta como un gas, la presión que ejerce es proporcional a la cantidad de agua existente en un volumen dado de aire, de modo que la relación Pv/Ps equivale al cociente entre la cantidad de vapor de agua que el aire contiene y la que contendría si estuviese saturado, a la misma temperatura. Es decir Pv/Ps = mv/ms. El Psicrómetro es un instrumento constituido por un termómetro ordinario (termómetro seco) que nos da la temperatura t del aire, y por otro termómetro idéntico al anterior (termómetro húmedo), cuyo depósito se recubre de una muselina empapada en agua (ver Fig. 4). Si el aire estuviese saturado, la evaporación sería nula y la humedad relativa 100 %. En general, el aire no está saturado y el agua de la muselina al evaporarse, enfriará el termómetro húmedo, que señalará una temperatura t' < t. Evidentemente, la diferencia t - t' aumenta si la humedad relativa disminuye. La presión de vapor Pv existente en el aire viene dada por: Donde Ps', es la presión de vapor saturante del agua a la temperatura t' del termómetro húmedo; P es la presión atmosférica; t y t' son, como se ha dicho, las temperaturas seca y húmeda; y K es una constante del orden de 630 °. Mediante tablas que den la presión de vapor saturante del agua a cada temperatura deducimos Ps' (a partir de t') y Ps (a partir de t). Si calculamos ahora Pv con estos datos podemos podremos calcular U. En la práctica, se utilizan tablas que dan directamente Pv y U. A partir de t y t' confeccionadas mediante las fórmulas (13-5) y (13-6), y sustituyendo P por un valor medio de la presión atmosférica. 3. Materiales y reactivos Calorímetro de Regnault y mechero. Termómetro a estudiar. Vaso de vidrio, hielo. 4. Desarrollo. 4.1. Barómetro En primer lugar, averigüe de qué tipo es el barómetro del laboratorio. Si se necesita ajustar el fondo de la cubeta, esta operación la hará el profesor antes de comenzar la sesión de prácticas. Si el barómetro es del tipo "de sifón y cubeta", hay que efectuar dos lecturas. Se comienza en el visor inferior y después se pasa al superior. Si es del tipo "escala compensada", sólo hay que hacer una lectura (en el único visor). En ambos casos se procede del siguiente modo: • Se desplaza el nonio corredizo, por medio del tornillo correspondiente, hasta que su borde inferior sea tangente del menisco. • Se efectúa la lectura: milímetros sobre la escala graduada y la fracción mediante el nonio. Anote el resultado. • Lea y anote la temperatura en el termómetro del laboratorio. U N I V E R S I D A D D E A Q 40 U I N O B O L I V I A FACULTAD DE CIENCIA Y TECNOLOGÍA • Efectúe las correcciones necesarias, utilizando las tablas que figuran en el Apéndice de este Manual. • Exprese el resultado en mm Hg y en mb (milibares) 4.2. Psicrómetro • Asegúrese de que la muselina que envuelve el bulbo del "termómetro húmedo" está bien humedecida. • Lea la temperatura t que marca el termómetro seco" y la t' que marca el "termómetro húmedo". • Utilizando las tablas unidas al psicrómetro, determine la humedad relativa U. • Consultando unas tablas de presión de vapor saturante a distintas temperaturas, determine las presiones de vapor saturante Ps y Ps' a las temperaturas t y t' de los termómetros seco y húmedo, respectivamente. • Efectúe la lectura, en el barómetro del laboratorio, de la presión atmosférica realizando las correcciones necesarias. • Utilizando la expresión (13-5), calcule el valor de la presión del vapor de agua atmosférico y la masa del vapor de agua por m3 de aire. • Utilizando la expresión (13-6), determine el valor U de la humedad relativa. 5. Conclusiones En las condiciones experimentales de la práctica, qué cantidad de vapor de agua, por m3 de aire, sería necesario para la saturación (U = 100 %). Cuando se hace funcionar largo tiempo la calefacción en un recinto cerrado, se dice que el aire se "reseca". ¿Significa esto que haya disminuido la cantidad de vapor de agua del aire del recinto? Si la temperatura del aire es de 20° C y la temperatura del punto de rocío es de 8 °C, ¿cuánto vale la humedad relativa del aire? ¿Cuántos gramos de vapor de agua hay por cada m3 de aire? ¿Cuál es la presión parcial de dicho vapor de agua? U N I V E R S I D A D D E A Q 41 U I N O B O L I V I A