Títol en diferents idiomes: La saturació s'atura? Estudi sobre la descalcificació amb resines
Centre: IES Gabriel Ferrater (Reus)
Idioma: Català
Col·lecció: Treballs de Recerca de Batxillerat
Estudiant: Ramírez Martínez, Andrés
Sèrie: Premi Consell Social URV
Data d'alta al repositori: 2017-01-09
Resum: La duresa de l’aigua es defineix com la concentració total d’ions calci i magnesi presents a l’aigua. En excés, aquests ions poden tenir efectes perjudicials sobre les canonades, electrodomèstics o, fins i tot, sobre la nostra salut. A causa de la zona calcària on es troba, l’aigua de la província de Tarragona es caracteritza per ser especialment dura. Aquest fet presenta una problemàtica que intenta resoldre’s mitjançant tot un seguit de tractaments físics i químics, encaminats a disminuir la duresa de l’aigua. Al conjunt d’aquests processos se l’anomena descalcificació. Existeixen molts mètodes de descalcificació; tanmateix, el més important són les resines d’intercanvi iònic. Les resines d’intercanvi iònic són uns polímers sintètics que retenen els ions de calci i magnesi de l’aigua, i alliberen, a canvi, uns altres ions de sodi o hidrogen. Arriba un punt que la resina s’esgota, se satura, i ja no pot intercanviar més ions, per la qual cosa cal regenerar-la. La regeneració de les resines implica l’addició d’una solució amb ions de sodi o àcid (salmorra) per tal d’invertir el procés inicial: així, la resina reté el sodi o hidrogen i expulsa el calci i el magnesi. Durant la regeneració, l’aigua emprada presenta una duresa més elevada, de manera que no és apta per a l’ús. En aquesta investigació, he tractat de determinar la millor manera d’utilitzar les resines d’intercanvi iònic tant en l’àmbit domèstic com en l’industrial. Per tal de fer-ho, he combinat diversos procediments científics i tècnics, fins a crear un model matemàtic. D’altra banda, he volgut posar especial èmfasi en l’ús de les noves tecnologies d’informació per fer el treball més accessible i comprensible. Per això, el treball consta de nombrosos continguts multimèdia (vídeos, animacions) i d’un web (Treball de Webcerca) amb la versió interactiva íntegra del treball en dos idiomes. Hipòtesis Com se satura la resina? Uniformement, exponencialment? Vaig pensar que el més simple seria el més factible. Per tant: El més probable és que la resina se saturi uniformement, i per això el model que descrigui la variació de la duresa hauria de correspondre a una funció lineal. La resina tendeix a eliminar tota la duresa que pot. Malgrat això, una aigua amb una duresa molt baixa (una aigua blana) tampoc no resulta beneficiosa per al consum (cal trobar un equilibri, una duresa ideal). Aquesta hipòtesi es troba relacionada amb l’anterior. Si considerem que la resina segueix una evolució lineal en el seu rendiment, llavors la quantitat de resina necessària per obtenir una duresa ideal augmentarà proporcionalment al volum d’aigua tractat. Per comprovar aquestes dues hipòtesis, hauria de realitzar proves químiques per quantificar la duresa durant el cicle d’ús de la resina. La resina expulsa sodi o hidrogen (que augmenta l’acidesa). Existia la possibilitat que aquests valors augmentessin fins al punt de fer que l’aigua no fos apta per a l’ús. El més probable és que l’aigua tractada tingui una qualitat final acceptable, ja que és un mètode molt utilitzat. Comprovar els nivells de sodi i acidesa de totes les mostres de l’aigua comportava una quantitat massa elevada d’anàlisis (vuit-centes), així que vaig utilitzar la disminució de la duresa per, indirectament, calcular aquests valors. Les resines domèstiques i industrials es fan servir en àmbits diferents; per tant, és raonable que presentin una evolució diferent de la duresa que tracten al llarg del seu ús. Per comprovar-ho, compararia els resultats de les dues resines. La majoria de les resines tenen un percentatge de divinilbenzè, un copolímer que proporciona certes característiques a la resina: El divinilbenzè dóna qualitat a la resina domèstica i li’n resta a la industrial, o potser a l’inrevés. No podia mesurar la quantitat de divinilbenzè; però, analitzant el comportament de les resines, podria saber quina en tenia més i, per tant, determinar-ne l’impacte. Metodologia Establertes les hipòtesis, calia construir el descalcificador i realitzar les anàlisis de la duresa cada certs intervals d’aigua. La construcció del descalcificador no va presentar problemes, ja tenia l’experiència i el material de projectes anteriors, que es troben als annexos. El descalcificador és un cilindre amb un orifici d’entrada i un de sortida regulable, així com una capa de teixit permeable per evitar pèrdues de resina. Per quantificar la duresa, he emprat una valoració complexomètrica amb EDTA. Aquesta valoració utilitza el negre d’eriocrom T d’indicador. Després d’afegir-lo, l’aigua es torna d’un color de vi rosat. En agregar una certa quantitat d’EDTA, la solució passa a un blau intens. Mesurant l’EDTA utilitzat per provocar el canvi de color, es pot saber la duresa. En total he realitzat més de quatre-centes anàlisis. Anàlisi matemàtica Una part important del treball és el tractament matemàtic dels resultats. He creat una complexa fórmula matemàtica (quatre funcions exponencials dins d’un model logístic) que és capaç de predir amb exactitud el comportament de la resina: pot determinar la duresa de l’aigua segons la quantitat de resina i el volum d’aigua prèviament tractada. A causa de la seva dificultat, he hagut d’utilitzar eines informàtiques de tractament matemàtic. Conclusions La variació de la duresa s’ajusta a una funció logística. Tracta al màxim una certa quantitat d’aigua i després se satura molt ràpidament. La quantitat ideal de resina és petita (pocs grams) per tenir una aigua amb duresa òptima. Tanmateix, per tenir una duresa més estable és recomanable emprar quantitats més elevades i combinar l’aigua tractada amb la inicial. En aigües dures, els nivells de sodi i acidesa són difícilment acceptables. Aquest fet provoca que calgui combinar diferents tipus de resines per millorar la qualitat de l’aigua. Les resines domèstiques poden tractar un volum menor d’aigua, però la duresa no augmenta tan de sobte. Les resines industrials tenen el comportament invers. Això és congruent amb l’àmbit on són utilitzades. Com que les resines domèstiques se saturen més ràpidament, haurien de tenir, teòricament, un major percentatge de divinilbenzè. Per tant, es podria afirmar que aquest polímer dóna qualitat a la resina domèstica i la disminueix a la industrial.
URL: http://wwwa.urv.cat/ogovern/consellsocial/PSecundaria/DVD%20Premis%202007-09/material/09cap10/09c10.htm
Títol en la llengua original: La saturació s'atura? Estudi sobre la descalcificació amb resines
Ensenyament(s): Batxillerat
Director del projecte: Pérez, Paloma
curs acadèmic: 2008-2009
Repositori URV