Desarrollo de una herramienta de simulación de un proceso de electrodiálisis con fines docentes

Abstract

Existe la posibilidad de implantar una práctica de laboratorio, en la ETSII usando un equipo de electrodiálisis.
En la escuela dado que se realizan otros tipos de prácticas, existen las condiciones adecuadas para llevar a cabo la implantación de un práctica similar: Existe la posibilidad de conseguir sustancias químicas, ya hay equipos para situaciones de seguridad etc.
Para la implantación de esta práctica se ha creado una interfaz gráfica en matlab con el fin de modelar con la mayor generalidad posible operaciones de electrodiálisis .El objetivo del programa es poder tener una herramienta que posibilite la realización de prácticas de laboratorio. Con ello el programa podría adaptarse al hecho de la necesidad de orientar la practica hacia diferentes objetos docentes. Como se ha intentado que el programa tenga fines docentes, se han incluido funciones con interfaces conectadas entre sí encaminadas a procesos en continuo, que no podrían realizarse en un equipo a escala de laboratorio. Pero que tendrían enorme utilidad para comparar los resultados con procesos en diferentes modos.
Se busca así que este trabajo tenga el carácter de ampliar la información adquirida sobre electrodiálisis, ya que durante el grado se hacen referencias a la operación de electrodiálisis pero no se hace un estudio específico profundo como tal. Es por esto por lo que en la realización de este trabajo la búsqueda de diversas fuentes de investigación ha cobrado gran importancia. Por lo que en la planificación se le ha dado especial importancia a la fase de búsqueda de información e investigaciones.
Esta finalidad didáctica ha hecho que se cuidara la estética de forma especial. Se han usado imágenes en cada parte del programa con el fin de enlazar los conceptos ampliamente estudiados con los nuevos.
Sin perder el objetivo del trabajo de vista: crear una herramienta de simulación válida para un proceso real ,la versatilidad de la herramienta se ha considerado importante teniendo en cuenta las limitaciones de esta .
Es por ello que se ha realizado un estudio de las posibles prácticas a las que el simulador puede adaptarse.
La interfaz se la ha hecho constar de tres partes : simulación, diseño y economía. Todas ellas incluidas en una interfaz general que usa distintas interfaces anidadas al pulsar sobre ellas.
La parte de simulación es llamada en el programa como modo de simulación bibliografía ,porque requiere de la aportación de algún dato técnico como el rendimiento eléctrico, para la resolución de diferentes casos.
Esta parte incluye los diferentes modos posibles de operación. Una opción para procesos de descomposición simple y otro para procesos de descomposición doble.
Para los procesos de descomposición simple el programa posibilita el estudio de diferentes opciones de membrana: membrana monopolar y membrana bipolar. Y para cada uno de ellos posibilita la opción proceso continuo y la opción proceso discontinuo.
Desarrollo de una herramienta de simulación de un proceso de electrodiálisis con fines docentes.
Para las opciones en discontinuo el enfoque ha sido la interpolación directa de resultados basándose en unas condiciones propias de la práctica. Para salvar este obstáculo se encontró una investigación que con lo que hubiera sido esta parte llamada como enfoque teórico-práctico, se hubiera conseguido que desarrollando un modelo basado en la teoría se alcanzarán gran número de casos con un número no muy grande de mediciones. Finalmente no se desarrolló por considerar suficientemente representativos los casos encontrados para el objeto de este trabajo.
Si bien es cierto que las condiciones en las que la práctica a desarrollar no pueden reproducir las condiciones exactas a las que se someten los casos en discontinuo , estas no difieren mucho de las de los equipos del departamento, por lo que con los mismas y la mayor adaptación a dichas condiciones se pueden alcanzar resultados similares. Esta característica sería suficiente como fin didáctico.
Para las opciones en continuo se ha creado una interfaz que puede ser usada tanto para membranas monopolares y bipolares.
Para los procesos de descomposición doble el programa realiza un estudio tanto para elegir la opción más viable técnico-económicamente basada en un proceso en discontinuo, como también su modo de operación en continuo .
Nótese la enorme dificultad para encontrar estudios en el caso de doble descomposición. Si bien se le ha dado importancia a esta búsqueda por las posibilidades didácticas de dicho proceso.
La parte de diseño buscará para distintas especificaciones de diseño el cálculo de la separación entre las placas de un equipo . Esta parte se podrá utilizar para procesos continuos con gran generalidad, dentro del impedimento de necesitar el parámetro rendimiento eléctrico.
Realmente el verdadero objetivo de la parte de la interfaz enfocada al diseño es el estudio didáctico. Dado la problemática que supone adaptar la posición de las placas en el laboratorio,aunque esta podría ser considerada como una opción.
Para esta parte no se han tenido en cuenta efectos de escalado del equipo, debido a su complejidad y que para las dimensiones del equipo en cuestión son despreciables.
Se pensó en incluir en esta parte algún modelo que relacionara el dimensionado de las placas con los fenómenos de ósmosis inversa, lo que tendría un buen fin didáctico, pero dada la falta de datos no se realizó.
El módulo economía hará un estimación de los costes de materiales de las membranas y los costes de electricidad de un proceso continuo, con un planteamiento similar al de los apartados anteriores.
A su vez se intentó realizar un código en lo que hubiera sido la parte llamada simulador basado en modelos, pero dada la gran complejidad de la modelización a dicho nivel sumada a la falta de posibilidades para acceder a datos técnicos esta opción fue descartada.
En cuanto a los resultados se ha buscado contrastarlos con fuentes fiables académicas y procesos experimentales. Dotando al trabajo de la mayor generalidad, dentro de sus limitaciones. Esta generalidad podría favorecer la implantación de numerosas líneas futuras. Ya que para realizar una práctica de laboratorio académica pueden existir cambios en las condiciones de material productos tiempos etc.
Las conclusiones se encaminarán pues a posibilitar diferentes prácticas posibles con este simulador.
Esta práctica se realizaría en la ETSII con un equipo de electrodiálisis en modo de operación discontinuo .Así en esta memoria se tendrán en cuenta las condiciones reales del proceso, como por ejemplo los impactos medioambientales, que pudiera tener esta práctica o los riesgos en el manejo de reactivos. Así como los costes de dichas prácticas.
Cabe resaltar el valor añadido de realizar un nueva práctica de laboratorio de tales características: mejorar la formación de alumnos. Este parámetro también se ha tenido en cuenta, si bien nótese la dificultad de medir qué práctica puede ser más didáctica. Podrían realizarse encuestas a alumnos y a profesores, como una forma de estudio de mercado a quien al fin y al cabo va dirigida.
Es para tal fin también por lo que se han realizado análisis de sensibilidad en las partes del programa que lo han permitido. Se ha intentado pues ver qué se puede aprender de cada posible práctica.
Se asume un tratamiento posterior de los residuos y la posibilidad de encontrar reactivos comunes para una práctica.
Además de los planos y ubicación del equipo se ha añadido la ficha de seguridad sólo de los reactivos peligrosos de los procesos en discontinuo, que se mencionan. Así como los códigos de las funciones desarrolladas, si bien para su correcto funcionamiento hay que adjuntar los archivos Excel y png desarrollados .
Estos archivos Excel contienen datos directamente tomados de los estudios en los que se basa el simulador.
En cualquier caso se recomienda una calibración del equipo acorde con las pautas aportadas por el fabricante, ya que tanto por motivos de calidad y aprovecho de la práctica sería necesario.
Así como la puesta en marcha de las medidas de seguridad adecuadas especificas de cada tipo de práctica. Además de una comprobación de los resultados obtenidos en la interfaz directamente en el equipo a realizar la práctica. Aunque los resultados se comprobaron y son coherentes con las fuentes de las que toman sus datos sobre el papel, faltaría pues llevarlos a la realidad.