NOP http://www.oc-praktikum.de Aspectos Medioambientales de la Generación de Vacio Resumen En muchos pasos del trabajo en el laboratorio es necesario el empleo de vacío. Para generar el vacío pueden emplearse por un lado las trompas de agua y por otro las bombas de vacío (bombas de aceite y de membrana). Sólamente debe emplearse vacío si es realmente necesario, debido al consumo de materiales y de energía así como de la contaminación que supone. Si es necesario el uso del vacío en cualquier paso del trabajo no deben volver a usarse las trompas de agua. Es más favorable el empleo de bombas de vació si lo permiten las posibilidades técnicas del lugar. Deben elegirse bombas de velocidad controlada de entre el amplio catálogo de bombas de vacío existentes. La contaminación Medioambiental por la Generación de Vacío El uso del vacío es un cmponente indispensable en muchos pasos del trabajo en el laboratorio. Sus áreas de aplicación son la destilación y sublimación a presión reducida así como el sacado y la filtración. En el area del trabajo de laboratorio el vacío puede conseguirse empleando una trompa de agua o bombas de aceite y de membrana. Como en el caso del suministro de energía (ver el punto correspondiente) puede demostrarse que la generación de vacío produce una contaminación adecuada o mayor correspondiente a la conversión real debido a la energía necesaria. Fig. 1: Ejemplo de trompa de agua Fig. 2: Ejemplo de bomba de vacío Cual es el método mas favorable para generar vació desde un punto de vista puramente ecológico es algo que no puede resolverse completamente en este texto. Sólo pueden obtenerse conclusiones válidas analiando los diferentes sistemas y evaluándolos con ayuda de un método de asesoramiento holístico. Aunque resulta indispensable un examen detallado 1 NOP http://www.oc-praktikum.de para establecer conclusiones fiables, puede estimarse cual es el método más favorable para generar el vacío considerando el tipo y las dimensiones de los diferentes impactos medioambientales. Para llevar a cabo esta estimación se han analizado deiversos aparatos de laboratorio para generar vacío con respecto a su consumo de materiales y energía y posterormente se evaluaron dichos consumos. Uso de Trompas de Agua En las trompas de agua, el agua a presión pasa por una conexión de conducción. El estrechamiento de la corriente transforma energía potencial en cinética, lo que aumenta la velocidad del flujo de agua. Detrás del estrechamiento se genera una zona con menor presión. Fig. 3: Principio en que se basa el funcionamiento de las trompas de agua Debido a la presión devapor del agua, el uso de las trompas de agua está limitado a aquellos casos que necesitan menor vacío (≥ 16 hPa). Otra desventaja de las trompas de agua es que algunos restos de sustancias volátiles (disolventes) pasan inevitablemente a las conducciones de desagüe con el trabajo del laboratorio. La capacidad de succión de las trompas de agua tambien es inferior a la de las bombas de vacío. El aspecto positivo del uso de trompas de agua radica el su bajo coste de compra y la carga obviamente menor desde el punto de vista ecológico de la fabricación del equipo. 2 NOP http://www.oc-praktikum.de Para llegar a una conclusión sobre la contaminación causada por el empleo de trompas de agua se analizaron diversos aparatos. En la inspección se determinó el consumo medio de energía utilizando agua potable. Consumo de Agua en la Generación de Vacío Para establecer el consumo de agua de las trompas de agua durante la generación de vacío, se han estudiado tres trompas de agua de diferentes fabricantes. Para ello se utilizó el siguiente método experimental (Fig. 4): Fig. 4: Construcción para la medida del consumo de agua por las trompas de agua 1. indicador de presión zona de aspiración, 2. indicador de presión zona del agua, 3. trompa de agua, 4. válvula de control Las trompas de agua analizadas alcanzaban su máxima depresión despues de varios minutos. Se mantuvo durante todo el tiempo de medida una presión en el medidor de 4.8 bar. En la tabla 1 se recoge el consumo de agua determinado para cada una de las diferentes trompas de agua. 3 NOP http://www.oc-praktikum.de Tabla 1: Consumo de agua de las trompas de agua Como se indicaba anteriormente es cierto que no se consume energía eléctrica durante la generación de vacío utilizando trompas de agua pero sí en la purificación y suministro del agua potable. Trompas de agua – Consumo de Energía en Procesos Preliminares La energía empleada en la purificación y distribución del agua potable empleando por ejemplo métodos de bombeo se asigna directamente a la generación del vacío cuando se emplean trompas de agua. Además, también hay que tener en cuenta los flujos de material y energía necesarios para la fabricación de los productos necesarios para preparar el agua potable. La fabricación de cloro o sustancias para prevenir la corrosión de la red de suministro pertenecen a esta categoría. En la tabla 2 se recogen los datos de consumo de materiales y energía para el suministro de agua potable por parte de varias compañías suministradoras. Tabla 2: Consumo de energía y materiales para el suministro de agua potable 4 NOP http://www.oc-praktikum.de Según esta información se necesita una media de 670 Wh (1 Wh = 3.6 kJ) de energía por m³ de agua potable. De esto resulta un consumo de energía adicional como contaminación de unos 5 Wh/min en el consumo de agua medio de aproximadamente 7 L/min para una trompa de agua. Una vez determinados los consumos de energía y materiales de diferentes trompas de agua, en el siguiente párrafo se analizará el uso de las bombas de vacío. Uso de Bombas de Vacío Las bombas de vacio que funcionan con electricidad peden usarse como alternativa a las trompas de agua. En general, su desventaja es el alto precio de compra en comparación con una trompa de agua. Otras desventajas pueden aparecer a consecuencia del aceite usado en las bombas de aceite o la necesidad de instalar trampas frias de condensación, que conllevan las sustancias de desecho que condensa en ellas. Para comparar entre las trompas de agua y las bombas de vaciuo se han analizado diversas bombas con respecto a su consumo energético. ModeloVacuubrand “MZ 2C/1,7” El modelo Vacuubrand MZ 2C/1,7 (potencia de aspiración 2.4 m³/h; presión final < 15 hPa) es una bomba de membrana clásica. Fig. 5: Estructura para la medida del consumo energético – bomba de membrana 1. medida de la energía, 2. ajuste/control de presión, 3. bomba de membrana 5 NOP http://www.oc-praktikum.de Tabla 3: Consumo de energía para la bomba de vacío Vacuubrand MZ 2C/1,7 Con la carga de gas al completo la boma presenta un consumo de aproximadamente 3.1 Wh/min, sin carga de gas el consumo es de aproximadamente 2.6 Wh/min a una presión máxima de 60 hPa (tabla 3). El consumo de energía pude considerarse similar con y sin carga de gas. Por esta razón se asigna un consumo energético medio de 2.8 Wh/min independientemente de la carga de gas. Bomba de aceite Leybold/Heraeus Modelo “trivac D2A” La bomba rotatoria de vacio analizada Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A (potencia de aspiración 2.0 m³/h) presenta un consumo energético aproximadamente igual a todas las presiones estudiadas. La media es de 5.4 Wh/min (tabla 4). 6 NOP http://www.oc-praktikum.de Fig. 6: Estructura para medir el consumo de energía – bomba de vacío rotatoria 1. medida de energía, 2. ajuste/control de presión, 3. bomba rotatoria, 4. válvula de tres vias Tabla 4: Consumo de energía de la bomba de vacío Leybold/Heraeus Modelo trivac D2A Bomba de pie Vacuubrand Modelo “CVC 2000” Esta bomba de vacio (potencia de aspiración 1.6 m³/h; presión final < 2 hPa) es una bomba de aceite con control de velocidad, loq eu significa que el vacío se ajusta no por ventilación como es lo normal, sino que se regula dependiendo de las revoluciones por minuto. 7 NOP http://www.oc-praktikum.de Fig. 7: Estructura para la medida del consumo de energía – bomba de pie 1. medida de energia, 2. ajuste/control de presión, 3. bomba de membrana Las medidas indican un consumo medio de 0.94 Wh/min a carga de gas completa. Las medidas llevadas a cabo a presiones inferiores son menos representativas porque la bomba se para sola cuando alcanza la presión señalada. Por tanto, debe asumirse que el consumo de energía de la operación es superior a los valores dados en la tabla 5, pero por debajo del consumo a carga completa. Tabla 5: Consumo de energía de la bomba de vacio Vacuubrand CVC 2000 8 NOP http://www.oc-praktikum.de Resultados De forma similar a las operaciones de calefacción (ver ese punto) el uso del vacio tiene también un efecto inmediato en el consumo de materiales y energía de una síntesis y afecta, por tanto, a su potencial de contaminación. Debido al hecho de que la generación de vacío a menudo consume la mayor cantidad de energía de la reacción, el vacío debe emplearse únicamente cuando otros métodos de separación no conduzcan a los resultados esperados. Un consumo elevado de agua y un consumo análogo de energía en comparación con las bombas de vacío conduce a un elevado valor de contaminación total para las trompas de agua. Por tanto, desde el punto de vista ecológico, deben usarse bombas de vacio en lugar de trompas de agua para generar vacio. Desde un punto de vista ecológico, entre el gran número de bombas de vacio existentes deberían utilizarse aquellas que permiten controlar su potencia de aspiración controlando su velocidad. 9