Aspectos medioambientales del empleo de vacío

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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
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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.
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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.
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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
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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
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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).
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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.
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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
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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.
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