Ud. Aparicio | Otoño 2015 | Saltiness | Dossier auxiliar

DOSSIER AUXILIARsaltiness - marta garcía curieses - 12.156

índice

Página 3

INVESTIGACIÓN sobre el concepto de salinidad Apartado que resume la investigación llevada a cabo durante el principio del curso.

Página 13

MATERIALES de construcción Apartado que resume la investigación sobre la materialidad de los elementos constructivos a utilizar en el proyecto.

Página 19

DESALADORA idam del campo de dalías Apartado que resume las instala-ciones de la desaladora de Balerma, utilizada como fuente de salmuera en este proyecto.

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APLICACIÓN de los principios teóricos Apartado que resume la aplicación directa de los principios teóricos obtenidos en la investigación al proyecto para su completo desarrollo.

INVESTIGACIÓNsobre el concepto de salinidad

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SALINIDAD

El agua del mar es una solución de sales, por lo que sus propiedades físicas son muy diferentes de las del agua dulce y varían de acuerdo con la cantidad de sales que contenga.

PROPIEDADES MECÁNICAS

Las características mecánicas del océano están determinadas por la salinidad, y son la densidad y la presión.

La salinidad está dada, principalmente, por los cloruros, sulfatos y carbonatos que se encuentran disueltos en el agua del mar, y su distribución no es uniforme ni constante, varía de un lugar a otro, tanto en dirección horizontal, como en ver-tical, e incluso sufre oscilaciones en un mismo punto del océano, con el transcur-so del tiempo. El factor fundamental que determina las variaciones de salinidad en un área marítima concreta es la pérdida o ganancia de agua.

La densidad del agua del mar consiste en su peso derivado de la cantidad de masa de sales por unidad de volumen de agua, por lo que es directamente pro-porcional a su salinidad, ya que a mayor cantidad de sales, existe una masa supe-rior por unidad de volumen de agua; en cambio, es inversamente proporcional a la temperatura siendo, a mayor temperatura, la densidad menor.

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La densidad del agua de mar de 35‰ de salinidad es de 1026,7 kg/m3. La dife-rencia de densidad producida por un cambio de salinidad de 1‰ es de 10 kg/m3.

La presión es producida por el peso de la columna de agua que gravita sobre una superficie situada a una determinada profundidad, más la presión atmosférica que actúa sobre la superficie del mar. Esta presión es independiente de la canti-dad de agua que haya alrededor pero sí depende de la salinidad en cuanto esta hace variar la densidad del agua.

De manera muy similar, todo objeto total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen del fluido que desaloja, principio que se formula de la siguiente manera:

E = d · g · V

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PROPIEDADES TÉRMICAS

Las radiaciones solares que llegan a la superficie del mar penetran en su masa, alcanzando generalmente una profundidad promedio de cien metros, pero que puede extenderse hasta los mil metros. Sin embargo, los rayos ultravioletas tan sólo penetran hasta un metro de profundidad. La penetración de estas radiacio-nes depende principalmente de la turbiedad, es decir, de la cantidad de materia sólida que se encuentra en suspensión.

Conforme la profundidad aumenta van penetrando menos radiaciones, por lo que la temperatura disminuye. Por lo anterior, en la superficie del mar existe una capa de agua relativamente caliente, con una temperatura uniforme; esa capa puede extenderse de los 20 a los 200 metros de profundidad, dependiendo de las condiciones locales. Abajo de ella existe una zona limítrofe en donde se presenta un rápido descenso de la temperatura, llamada termoclina, que divide a estas aguas superficiales, menos densas y menos salinas, de las aguas de las profundidades, más frías, densas y salinas.

TRANSPARENCIA

En el agua del mar el índice de refracción se modifica de acuerdo con la salinidad y la temperatura, siendo mayor cuando se incrementa la concentración de sales y disminuye la temperatura.

MAR MEDITERRANEO

Tiene una superficie de 2.510.000 km2 y un volumen de 3.735.000 km3. Salini-dad del mediterránea varía entre 35‰ y 39‰, aumentando hacia el este debi-do a la gran evaporación, el poco aporte de agua de la lluvia y que los principales ríos que desembocan en él apenas aportan 283 km3 al año de agua.

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DESALINIZACIÓN

La desalinización es un proceso mediante el cual se elimina la sal del agua de mar o salobre. Puede realizarse por medio de diversos procedimientos, entre los que se pueden citar la ósmosis inversa, la destilación y la congelación entre muchas otras. Con mayor frecuencia en nuestros días, la desalinización del agua salobre se realiza mediante el proceso de ósmosis inversa aunque la destilación sigue siendo el método más aceptado para el aprovechamiento de la sal.

La ósmosis natural es un fenómeno que consiste en que, si hay una membrana semipermeable separando dos soluciones con el mismo disolvente, el disolven-te pasará a través de ella (pero no las sales disueltas) desde el lado donde la concentración de sales es más baja hacia la más alta, hasta que a ambos lados de la membrana las soluciones tengan la misma concentración. Este proceso se realiza sin aporte de energía exterior y se genera mediante la llamada presión osmótica.

La ósmosis inversa consiste en hacer pasar por la membrana semipermeable el disolvente desde el lado donde está la solución más concentrada hacia el lado contrario, sin que pasen las sales. Aquí sí que se requiere energía, en forma de presión (ligeramente superior a la presión osmótica) que hará pasar el disolven-te de baja concentración hacia el lado de la alta concentración. La presión nece-saria para conseguir la ósmosis inversa depende de la cantidad de sales disuel-tas y del grado de desalinización que se quiera obtener.

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El mar es una fuente virtualmente ilimitada de agua salada. Una planta de ós-mosis inversa necesita procesar un volumen de agua de mar de hasta tres veces mayor que la cantidad total de agua desalinizada que se obtendrá al final, es decir, que por cada 3 litros de agua salobre procesada, se obtiene 1 litro de agua potable. La salmuera rechazada es un 55 % del agua bruta (aunque depende de la tecnología de desalinización empleada). Uno de los principales problemas de la salmuera es el gran impacto que tiene su vertido en el mar sobre la fauna y la flora marina.

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Vídeo 1

MARTA G. CURIESES https://youtu.be/xM_cO4aVMho Investigación sobre el concepto ‘salinidad’ en las aplicaciones prácticas de su variante ‘des-salinidad’.

Vídeo 2

GONZALO PIZZORNO https://youtu.be/5lDacquGCcE Investigación sobre el concepto ‘salinidad’ y sobre las diferentes propiedades del agua salada y de la sal en el agua.

Vídeo 3

JAVIER GÓNZALEZ DEBÉN https://youtu.be/3cxOgKr_a8E Investigación so-bre el concepto ‘salinidad’ como material constructivo.

MATERIALESde construcción

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METACRILATO

El polimetacrilato (PMMA) es un acrílico que se obtiene de la polimerización del metacrilato de metilo. El metacrilato de extrusión posee una excelente transpa-rencia, buenas propiedades mecánicas y una gran resistencia frente a los facto-res meteorológicos y a los rayos ultravioletas permaneciendo su color constante durante el paso de los años. Es un material que destaca por su gran calidad óp-tica y resistencia al impacto, además se puede manipular fácilmente mediante corte, serigrafía, modelado.

CARACTERÍSTICAS

• Fácil de manipular.

• Resistente a los impactos, la intemperie y envejecimiento.

• Elevado nivel de transparencia.

• Buena transmisión lumínica.

• Elevada calidad superficial.

• Válido para aplicaciones interiores y exteriores.

• Resistencia al rayado.PROPIEDADES

MÉTODO VALOR UNIDAD

Densidad DIN53479 1190 kg/m3

Resistencia a la tracción (- 40 ºC) DIN53455 100 kN/mm2

Resistencia a la tracción (+ 23 ºC) DIN53455 72 kN/mm2

Resistencia a la tracción (+ 70 ºC) DIN53455 35 kN/mm2

Resistencia a la flexión

DIN53452

Probeta standard

(80x10x4mm)

105 kN/mm2

Tensión por compresión DIN53454 103 kN/mm2

Trasmisión del material en 3mm, campo visible

(380 ... 780mm )

Iluminación standard D65 DIN 5036 92 %

Coeficiente de dilatación lineal (0 ... 50 ºC) DIN53752-A 0.07 ºC-1

Conductividad térmica DIN52612 0.19 W/mK

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Coeficiente de transmi-sión térmica (1mm. esp.) DIN 4701 5.8 W/m2K

Coeficiente de transmi-sión térmica (3mm. esp.) DIN 4701 5.6 W/m2K

Coeficiente de transmi-sión térmica (5mm. esp.) DIN 4701 5.3 W/m2K

Coeficiente de transmi-sión térmica (10mm.

esp.) DIN 4701 4.4 W/m2K

Calor específico 1.47 J/g KTemperatura aproximada

de moldeo 150 ... 160 ºC

Datos obtenidos de la página web de CEPLASA a fecha 1 de Noviembre de 2015

OTROS MATERIALES

La necesidad de generar una ventilación cruzada para acondicionar el espacio interior de la cabaña nos lleva a, obligotarioamente, perforar el metacrilato para generar lugares de permeabilidad al aire. Para evitar la entrada de agua al espa-cio habitable estas perforaciones se cubren con un ‘material no tejido permeable a los gases e impermeable a los líquidos’ cuya patente se adjunta.

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DESALADORAIDAM del Campo de Dalías

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DESCRIPCIÓN DE LA PLANTA

Situada en el término municipal de El Ejido, la IDAM del Campo de Dalías cuenta con una capacidad inicial de producción de 97.200 m3/día de agua desalada, aunque su diseño se ha realizado para la posibilidad de una futura ampliación hasta los 130.000 m3/día.

CAPTACIÓN DE AGUA BRUTA

La captación de agua de mar se realiza por toma abierta y su diseño se ha reali-zado teniendo en cuenta la minimización del riesgo de variaciones en la calidad del agua captada. Consta de una estructura de toma situada a 1.800 metros de la costa y a una profundidad aproximada de 15 metros, y un emisario submarino conectado con la cántara de bombeo de agua de mar situada en la propia planta.

DESCARGA DE SALMUERA

La salmuera de rechazo de las membranas es devuelta al mar mediante un emi-sario submanrino de 2.200 metros de longitud. El punto de descarga, situado a la cota -20 metros, ha sido cuidadosamente estudiado con objeto de evitar cualquier afección a la flora y fauna marina. Para ello, el tramo final del emisario de descarga se equipa con una serie de difusores para una mejor dilución de la salmuera.

INTEGRACIÓN DE ENERGÍAS RENOVABLES

La IDAM del Campo de Dalías ha sido diseñada teniendo en cuenta su integra-ción paisajistica y la sotenibilidad con el medio ambiente. para este últimpo pro-posito, se ha dispuesto de una superficie de 1,500 m2 de paneles fotovoltaicos que permiten el aprovechamiento de la energía solar para el autoabastecimiento y los servicios auxiliares de la planta desaladora.

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campo de dalías

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APLICACIÓNde los principios teóricos

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aplicación

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CÁLCULOS TEÓRICOS

Para comprobar la viabilidad del proyecto, en este dossier se llevará a cabo una serie de cálculos numéricos con los que comprobaremos que, efectivamente, en un universo teórico, el proyecto funcionaría tal y como está proyectado. Para ello, comenzaremos calculando algunos datos básicos como la masa o el volu-men de nuestro proyecto y posteriormente deduciremos la salinidad necesaria en el agua para ejecutar las posiciones clave del proyecto.

ESTADO 1: COMPLETAMENTE BAJO EL AGUA

En un primer estado, la cabaña debería estar hundida en el fondo del tanque, para lo cual según la ley de los empujes el empuje que ejerce el agua sobre el cilindro debe ser menor que el peso de esta.

E < P

ρf x g x V < m x g

Para una salinidad del agua del 35‰ (ρ = 1.026,7 kg/m3) y un volumen de la cabaña de π x 2,52 x 7 = 137,44 m3, la expresión se soluciona de la siguiente manera:

1.026,7 x 137,44 < m

141.109 kg < m

La cabaña se compone de dos cilindros de metacrilato de 5 centímetros de es-pesor cada uno y otros dos, formando el suelo y el techo, de 10 centímetros de espesor.

Cilindro exterior

R = 2,5 m r = 2,45 m h = 7 m

V= π x (R2-r2) x h = π x (2,52-2,452) x 7= 5,44 m3

Cilindro interior

R = 2,4 m r = 2,35 m h = 7 m

V= π x (R2-r2) x h= π x (2,42-2,352) x 7= 5,22 m3

Cilindro superior

R = 2,5 m h = 0,1 m

V= π x R2 x h= π x 2,52 x 0,1= 1,96 m3

Cilindro inferior

R = 2,5 m h = 0,1 m

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V= π x R2 x h= π x 2,52 x 0,1 = 1,96 m3

Volumen total 14,58 m3

Y como la densidad del metacrilato es ρ = 1.190 kg/m3, el peso total de la cabaña sería:

Peso total P= 14,58 m3 x 1190 kg⁄m3 =17.350 kg

Como el peso es inferior al empuje, utilizando exclusivamente metacrilato no se conseguiría el peso suficiente para conseguir la no - flotabilidad, por lo que se añade en la parte inferior una capa fina de iridio, un metal que no se corroe ni bajo los efectos del agua regia. La densidad de este material es de ρ = 22.650 kg/m3 y la diferencia entre el empuje y el peso de la cabaña es de 123.759 kg, por lo que habría que añadir una capa del siguiente espesor:

Viridio = 123.759 kg / 22.650 kg / m3 = 5,46 m3

h = V / (π x r2) = 5,46 / π x 2,52 = 0,28 m

ESTADO 2: SOBRESALE PARCIALMENTE

En un segundo estado, la cabaña debería sobresalir hasta la rasante con el suelo superior, es decir, debería sobresalir 3,75 m, es decir, bajo el agua queda un volu-men de π x 2,52 x 3,25 = 63,81 m3. Para ello, el empuje debe ser superior al peso de la cabaña y eso se puede conseguir cambiando la salinidad del agua.

P < E

m x g < ρf x g x V

141.109 kg < ρf x 63,81 m3

141.109 kg / 63,81 m3 < ρf

2.211,4 kg/m3 < ρf

La diferencia de densidades entre el agua a 35‰ (ρ = 1.026,7 kg/m3) y (ρf = 2.211,4 kg/m3) es de 1184,7 kg/m3. Como sabemos que por cada 10 kg/m3 la salinidad aumenta 1‰, necesitamos aumentar un 118‰ la salinidad del agua, hasta un total de 153‰.

ESTADO 3: SOBRESALE COMPLETAMENTE

En un ultimo estado, la cabaña debería sobresalir hasta la rasante con el suelo inferior, es decir, debería sobresalir 6,40 m, es decir, bajo el agua queda un volu-men de π x 2,52 x 0,60 = 11,78 m3. Para ello, el empuje debe ser superior al peso de la cabaña y eso se puede conseguir cambiando la salinidad del agua.

P < E

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m x g < ρf x g x V

141.109 kg < ρf x 11,78 m3

141.109 kg / 11,78 m3 < ρf

11.978,7 kg/m3 < ρf

La diferencia de densidades entre el agua a 35‰ (ρ = 1.026,7 kg/m3) y (ρf = 11.978,7 kg/m3) es de 10952,0 kg/m3. Como sabemos que por cada 10 kg/m3 la salinidad aumenta 1‰, necesitamos aumentar un 1095‰ la salinidad del agua, hasta un total de 1130‰.

CONCLUSIONES

Con estos resultados, aunque interesantes, demuestran que el proyecto es com-pletamente inviable y, como es de sentido común, hay infinitas maneras más sencillas y baratas de conseguir un cambio en la rasante visual de cualquier pro-yecto sin la necesidad de utilizar el complejo método de variación de la densidad del agua a través de la salinidad.

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