Ejemplo de Investigación "Carbón Activado" (Introducción, justificación, objetivos)

III.                 INTRODUCCIÓN

 

    En la actualidad existen varias problemáticas graves como la escases del agua, y la contaminación del aire en México, las cuales ameritan una pronta solución, ya que son un problema latente para la sociedad, la escases del agua que azota al estado de México y al mundo entero en general. De acuerdo con el Consejo Nacional de Población, en 2016 dio a conocer que México dispone solo del 0.1% del total del agua dulce disponible a nivel mundial, por lo que se determina a muchas regiones de este territorio como zonas semidesérticas. (agua.org.mx, 2016)

Otro de los problemas encontrados es el Dióxido de carbono que las empresas sueltan al ambiente a través de sus diferentes procesos está ocasionando principalmente el calentamiento global y día con día lo estamos percibiendo cada vez más, por ello es necesario alternativas que eviten producir este tóxico gas.

El carbón activado posee una estructura porosa que contiene pequeñas cantidades de diferentes heteroátomos (átomos diferentes a los átomos de carbono) tales como el oxígeno y el hidrógeno, que interactúan con los átomos de carbono, generando unos grupos superficiales los cuales favorecen los procesos de adsorción. Además, la estructura porosa es tal vez la principal propiedad física que caracteriza a los carbones activados y ésta se encuentra entre las capas desordenadas de grafito.

Hoy en día los procesos para producir carbón activado son muy variados, ya que es posible producirlo con un horno de altas temperaturas, en los últimos años han surgido varios diseños de hornos para la producción industrial del carbón activado y se han experimentado con diferentes materias primas para su carbonización y posteriormente activación, siendo la madera como una de las principales. Esto a la larga ha ocasionado problemas de deforestación, por ello se ha optado por producir carbón activado de materiales alternativos, principalmente orgánicos y con esto se ha estandarizado la producción de carbón activado.

Por lo anterior realizamos un horno rotatorio automatizado para producir carbón activado a base de desperdicio orgánico, con la finalidad de encontrar una alternativa amigable con el medio ambiente, de calidad y poder concientizar la gente de la zona de Ixtapaluca sobre sus beneficios y usos más comunes.

 

IV.                JUSTIFICACIÓN

 

    Dentro de la principal problemática observada en la comunidad de Ixtapaluca sobre la escasez del agua encontramos que “Según las proyecciones de expertos respaldados por la misma ONU, la demanda global de agua potable sobrepasará el suministro en 40% para el año 2030, gracias a una combinación de factores como el cambio climático, la acción humana y el crecimiento demográfico”. (Forbes Staff, 2018, 21 de febrero), ubicando la ciudad de México y por consecuencia al Estado de México en el lugar número 9 de una lista de 11 ciudades que no tendrán agua en esta predicción. Actualmente de los 21 millones de habitantes, 1 de cada 5 obtiene solo una hora de agua corriente al día, y el 20% recibe durante parte del día de su grifo, debido a no contar con una infraestructura de reciclaje del agua se debe de importar hasta el 40% de lugares distantes.

 

El estado de México al pertenecer a la zona metropolitana de la ciudad de México comparte de forma natural sus problemas,  “La Ciudad de México y el Estado de México tienen problemas en el suministro de agua porque ha crecido su consumo, pero no ha aumentado el volumen de lo que se obtiene de mantos freáticos y del sistema Cutzamala (que permite transportar este recurso desde Michoacán, pasando por el Edomex, hasta la Zona Metropolitana del Valle de México), dijo Ignacio García de Presno, socio líder de asesoría en infraestructura de KPMG en el país. (Forbes Staff, 2017, 30 de diciembre), por otra parte, nos da a conocer otra instancia que 62.75% de la población se concentra en 15 zona metropolitanas, encabezada por el valle de México y en segundo lugar el Estado de México.  (CONAGUA, 2018)

 

Lo anterior compagina con la información de que entre 2012 y 2030 la población del país se incrementará en 20.4 millones de personas. Además, para 2030, aproximadamente 75 por ciento de la población estará en localidades urbanas, además de dar a conocer que México solo dispone del 0.1% del total de agua dulce disponible a nivel mundial, por lo que se determina a muchas zonas de nuestro territorio como zonas semidesérticas. (agua.org.mx, 2016).

También en este mismo informe nos da a conocer que la ciudad de México y el área metropolitana es la que más desperdicia el agua en las diferentes actividades económicas. Esta lista la encabeza la actividad Agrícola que utilizo 1853,437 m³/seg, la industria en general uso 201,262 m³/seg, y el consumo doméstico consumió 1,237m³/seg, al año. Por lo tanto, se pronostica que para 2030 el agua se escaseará en un tercio del agua actual y de acuerdo con la población que irá en aumento se necesitará un 15% de agua más de la ya existente, como se muestra en la gráfica 1. 

Ilustración 1. Gráfica elaborada por agua.org.mx

 

Otra predicción es que “La población se duplicará a 10.64 billones para el año 2050. Esto implicará que la cantidad de agua necesaria para usos domésticos, agrícolas, industriales y generación de electricidad, se debe incrementar sustancialmente también. Ya que el 87% de esta población estimada para 2050 (9.29 billones) estará en países desarrollados, cuyas probables necesidades de agua se incrementarán aún más. (Biswas, 1996), además de denunciar como el ámbito internacional ha ignorado este tema y la crisis que se está comenzando a vivir actualmente.

 

V.                  OBJETIVOS

Objetivo General

Diseñar y construir un horno alternativo automatizado de bajo costo, con sistema de refrigeración para obtener un proceso de producción de carbón activado de buena adsorción y calidad con el uso de desechos orgánicos.

 

Objetivos Específicos

• Realizar un análisis comparativo de diferentes materias primas para obtener la materia optima y producir carbón activado de calidad.
• Observar la descontaminación de agua potable con azul de metileno.
• Explorar los diferentes lenguajes de programación a utilizar en la automatización y control del proceso.
• Aplicar la programación en un microcontrolador para el control de la automatización del proceso. 
• Diseñar un horno rotatorio automatizado para la producción eficiente de carbón activado
• Desarrollar la construcción del horno rotatorio automatizado para la producción de carbón activado.
• Automatizar la máquina bajo el control y estabilización de diferentes variables.
• Diseñar y elaborar un sistema de refrigeración.

 

Referencias:

Biswas, A. K. (1996). Agua para el Mundo en Desarrollo en el siglo XXI: Temas e Inplicaiones . Ingeniería Hidráulica en México, vol. 11, Núm 3,, Recuperado de http://www.revistatyca.org.mx/ojs/index.php/tyca/article/view/749/736 el 6 de noviembre del 2020.

Bustamante V. (2011). Figura del Proyecto de Horno tipo Retorta. [imagen] Recuperado de http://eprints.uanl.mx/2324/1/1080224670.pdf el 9 de diciembre del 2019.

Cengel, Y. A. (10 de diciembre de 2003). Thermodynamics Conceptos Básicos de la Termodinámica. México: McGraw-Hill . Obtenido de http://joinville.ifsc.edu.br/~evandro.dario/Termodin%C3%A2mica/Material%20Did%C3%A1tico/Livro%20-%20Cengel/Termodinamica%20-%20Cengel%207th%20-%20espanhol.pdf

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Constitución Política de los Estados Unidos Mexicanos [Const.]. (2012). Artículo 4 [Título I]. Recuperado de http://www.diputados.gob.mx/LeyesBiblio/pdf/1_080520.pdf el 18 de septiembre del 2020: H. Congreso de la Unión LXII Legislatura.

Forbes Staff. (2017, 30 de diciembre). Acceso al agua en México: la crisis que viene . Forbes Staff, Recuperada de https://www.forbes.com.mx/acceso-al-agua-en-mexico-la-crisis-que-viene/ el 18 de septiembre del 2020.

Forbes Staff. (2018, 21 de febrero). CDMX, entre las 11 ciudades que podrían quedarse sin agua potable,. Forbes Staff, Recuperado de https://www.forbes.com.mx/cdmx-entre-las-11-ciudades-que-podrian-quedarse-sin-agua-potable/ el 18 de septiembre del 2020.

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Romero, M. E. (junio de 2018). Metodología de Diseño de Máquinas Apropiadas para Contexto de Comunidades en Desarrollo. Obtenido de Universidad Politécnica de Catalunya BarcelonaTech: https://upcommons.upc.edu/handle/2117/121027

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Wendt, H. (2020). El Conocimiento Sobre el Carbón y su Minería en Filipinas. Ciencias e Ingeniería en Filipinas a Fines del Siglo XIX Núm. 22 DOI , Recuperado de https://doi.org/10.31009/illesimperis.2020.i22.07 el 5 de noviembre del 2020.