T�CNICAS NUCLEARES by 69pX9Y

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 UNIVERSIDAD NACIONAL DE ASUNCIÓN

     Facultad de Ciencias Químicas (FCQ)

         Cátedra Técnicas Nucleares – Ingeniería Química


     “Determinación de caudal en un canal abierto
      didáctico, utilizando trazador fluorescente.”


Integrantes: Julián Tabaré Morales Acosta
                 Alejandro González Segovia
                 Ricardo Miranda Méndez
                 Rodolfo Jeremías Durelli
Asesor       :   Prof. Dr. Rodolfo Acosta Cabello




                    Carrera: Ingeniería Química


                              Año: 2009
                                                                                         2

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I. Objetivos.

      a. Objetivos generales.
          Implementar las técnicas de trazadores para el estudio de caudal en un canal
            abierto didáctico.
          Adquirir habilidad en el manejo del programa FLUO y el correcto uso del
            detector.
      b. Objetivos específicos.
          Determinar el caudal en un canal abierto, empleando un trazador
            fluorescente, Rodamina WT.
          Comparar el valor de caudal obtenido con el programa FLUO, con los valores
            de caudales obtenidos por medición de volúmenes (Q=V/t) y rotámetro que
            el canal abierto didáctico, trae.

II. Introducción teórica.

   TRAZADORES COLORANTES
   Los colorantes fluorescentes son uno de los grupos de trazadores químicos más
   utilizados para estudios de dispersión desde 1877 (Fluoresceína) y, aunque tienen
   algunos inconvenientes, se aproximan bastante a la realidad, siendo un método sencillo,
   de bajo costo y baja toxicidad. En general, los trazadores que tienen como estructura
   química base la xantina han sido utilizados principalmente para estudios en agua entre
   estos destacan la Fluoresceína /Uranina identificada como ácido amarillo 73, la
   Rodamina B conocida como violeta básica 10 y la Rodamina WT identificada como
   ácido rojo 338

   APLICABILIDAD Y VENTAJAS
   Muchos autores utilizan y recomiendan la Rodamina WT para estudios en aguas
   marinas, superficiales continentales, emisarios submarinos, aguas subterráneas, etc. La
   razón que explica esto, es que este trazador tiene una baja adsorción en los sólidos
   suspendidos, gran estabilidad en un rango amplio de pH y salinidad, es estable por al
   menos 24 horas a la exposición luminosa.
   Por otro lado, podemos destacar que la técnica metodológica, utilizando Rodamina WT
   como trazador, es altamente sensible ya que permite la medición ‘in situ” del trazador a
   tiempo real y con bajos límites de detección, logrando obtener una serie de datos
   adecuados para la estimación del coeficiente de dispersión, con el modelo matemático
   adecuado, en el cuerpo de agua estudiado.




   . Otra característica importante de la Rodamina WT es su baja toxicidad para los
   organismos a concentraciones mayores de 10 ppm, por lo que organizaciones
   reguladoras como la USEPA1 y la Comunidad Europea (a través de la AESA2) han
   establecido que este trazador no es tóxico para el ambiente.
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         Fluorímetro GGUN-FL 30: sonda, datalogger y cables de conexión
    .

    - Especificaciones técnicas:
    - Trazadores detectables : Trazadores de las clases I / II / III1
    - Turbidez : 0.02 – 100 NTU (FL30 : 400)
    - Medida de la temperatura : Mayor a 2°C, precisión de 0.1°C
    - Límite de detección : < 2x10-11 g/ml (uranina),
    - Límite de saturación : 2500 mV
    - Ruido eléctrico : 0.01 mV
    - Conversión digital : 24 bits
    - Intérvalo de medición : A partir de 5 segundos / externo
    - Salida digital : RS232, 9600, 8 bits, 1 start, 1 stop, no
    parity
    - Fuente de alimentación : 6 V (la sonda acepta 6 – 12 V)
    - Capacidad de la batería (1 – 2) : 12 – 24 Ah
    - Consumo en stand-by : 40 mA
    - Conexiones : La sonda se conecta al registrador de
    datos a través de un cable de 4 alambres con 2 conectores a prueba de agua
    - Profundidad de inmersión : FL2X=70 m; FL30=10 m
    - Peso de la sonda (acero) : FL2X=2 kg; FL30=7.3 kg
    - Peso de la sonda (Pom-Delrin) : FL30=2.8 kg
    - Peso del registrador de datos : 6.4 kg (con 2 baterías)

    - Descripción
    El fluorímetro es utilizado para realizar mediciones contínuas en pruebas de campo con
    trazadores como la uranina, rodamina WT, Tinopal, etc. Pueden utilizarse de forma
    simultánea hasta tres trazadores diferentes y convenientemente seleccionados. El agua
    a analizar fluye al interior de la celda óptica del fluorímetro (tubo de vidrio de sección
    cilíndrica).
    El sistema óptico está compuesto por cuatro lámparas y tres fotodiodos montados sobre
    4 ejes perpendiculares dispuestos en 2 niveles. Cada eje esta equipado con filtros y
    lentes de excitación y detección. Las lámparas se encienden y apagan por turnos,
    permitiendo medir tres respuestas independientes asi como la turbidez del agua. El ciclo
    de medición comprende igualmente la medida de la respuesta de los fotodiodos en



    I uranina, piranina, eosina
    II amidorodamina G, sulforodamina B, rodamina WT
    III Tinopal CBS-X, CBS-CL, ácido amino-G , amoníaco (reactivo para añadir)
1
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 ausencia de la luz de excitación (señal oscura), permitiendo una compensación del nivel
 cero de estos (Limitación del FL22: 2 lámparas, 2 fotodiodos, 1 trazador + turbidez).
 En aguas puras y de corriente tranquila, el ruido de fondo es muy estable (≅ 0.01 mV).
 El ruido residual de la señal es producido ya sea por difusión de la luz en el agua o por
 reflexión de la luz en la celda óptica.
 Bajo estas condiciones ideales, se pueden detectar hasta 2x10-11 g/ml de colorante
 (uranina). Otros colorantes (ej.: rodamina WT, tinopal, etc.) tienen una sensibilidad de 8
 a 10 veces menor. Además, un aumento de la turbidez provoca que el limite de
 detección se incremente.




  Disposición de
las lámparas en el
interior  de    la
sonda.




 Canal de fluido Edibon CF(34).
 En la figura siguiente se representa el banco de ensayos de fluidos en canales que esta
 constituido básicamente por un canal de sección rectangular con paredes transparentes
 (1) por el que se hace circular agua. El agua es tomada del depósito de almacenamiento
 (2) mediante una bomba hidráulica (3) y, por medio de la tubería (4), es conducida al
 tanque sumidero (5), tras lo cual circula por el canal, que descarga en el depósito de
 captación (6) para luego pasar a la tubería de desagüe (7). El sistema cuenta con un
 medidor de caudal, un rotámetro(8)


                           Montaje y disposición del canal de fluidos
                           CF34.
                                                (1) Canal de fluidos

                                                                          (6) Deposito de captación
                               desplazamiento
                               del fluido




    (5) Tanque
    sumidero                                                              (4) Tubería de
                                                                          alimentación



                                                                        (8)Rotámetro
                                                                        (8 (8)
                                                         (3) Bomba
                            (2) Tanque de
                            alimentación                                           (7) Tubería de desagüe
                                                                                  5




II Equipo y materiales utilizados.

    -   Canal de fluidos Edibón CF (34), laboratorio de Fenómenos de Transporte,
        Area Industrial (FCQ).
    -   Fluorímetro GGUN-FL30, laboratorio de Radioisótopos, (FCQ)
            Sonda
            datalogger (registrador de datos).
            programa FLUO, vers. 24.9a.
            Interfaces.
            Cables de conexión
    -   Notebook.
        :
        Materiales de vidrio
    -   1 probeta de 1000 mL.
    -   1 vaso de precipitado de 1000 mL.
    -   1 pipeta graduada de 20 mL
    -   1 vaso de ppdo. de 100 mL.
        Trazador:
    -   Rodamina WT, concentración 100 ppm.




                                       Conexión del datalogger con la notebook.



Conexión del datalogger con la sonda




            Sonda del fluorímetro en la salida del canal del fluido
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III. Procedimiento.

     1) disponer de agua en el tanque de alimentación (2 Edibon CF34) en cantidad
        suficiente y a un nivel constante.
     2) conectar el fluorímetro y el datalogger mediante el cable de conexión.
     3) montar el fluorimetro, con la ayuda del soporte, a la salida del canal de fluidos (6
        Edibon CF34), asegurándose que          la entrada del agua al detector esté bien
        arrimada al borde del canal.
     4) disponer de deflectores de corriente u obstáculos en el canal de fluidos (1 Edibon
        CF34), a cierta distancia uno del otro, para lograr un buen mezclado del
        trazadorcon el agua, manteniendo un régimen turbulento de la corriente.
     5) Accionar la bomba de agua (3 Edibon CF34) para alimentar el tanque sumidero (5
        Edibon CF34) de y lograr la circulación de agua a través del canal, de modo que
        el nivel de agua a la salida del canal este levemente por encima del orificio de
        entrada del detector para su correcto funcionamiento.
     6) Dejar circular agua por el canal por un cierto tiempo, aproximadamente 5 min.,
        antes de encender el datalogger.
     7) En el data logger seleccionar SR=2 para un tiempo de medición de 10 s y las
        lámparas en posición 0 1 0 1.
     8) Ingresar al programa FLUO y deseleccionar uraninina y tinopal, de forma que
        queden seleccionados rodamina y turbidez, que corresponde a la posición de las
        lámparas 0 1 0 1del datalogger. Antes de iniciar la medición, seleccionar ”no” en
        el apartado del conductímetro, para no utilizarlo. Hacer pasar agua sin trazador.
     9) Una vez encendido el datalogger, pulsar en “new acquisition” (“nueva adquisición
        de datos”), de forma que el programa FLUO comience a registrar y graficar los
        datos de concentración y turbidez.
     10)Teniendo una señal base estable, diluir 15 mL del trazador Rodamina WT (conc.
        100 ppm) en agua en un vaso de ppdo. de 1000 mL, agitar y luego verter de una
        sola vez en el tanque sumidero (5 Edibon CF34) a ¼ de distancia de la entrada
        del canal(1 Edibon CF34).
     11)Observar las variaciones de concentración y el desarrollo de la gráfica que aparece
        en la notebook.
     12)Al descender nuevamente la concentración del trazador hasta la línea base, pulsar
        “stop” en el programa y apagar el datalogger, luego presionar el botón “setup”,
        guardar los datos registrados en un archivo y salir del programa.
     13) Ingresar nuevamente al programa FLUO, pero esta vez seleccionar rodamina
        solamente. Luego pulsar el botón “Process mV” y abrir el archivo con los datos
        registrados. Seleccionar la escala lineal. Visualizar la curva característica, para
        después colocar la cruz roja en el punto en el que inicia el ascenso brusco de la
        curva, y la cruz amarilla en el punto en el que finaliza la misma.
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14) Hacer doble click sobre la cruz amarilla, especificar al programa la cantidad de
    trazador lanzado en gramos. Presionar enter y leer el valor del caudal, en L/s, que
    el programa dá.




    Curva de concentraciones del trazador (rojo) y
de temperaturas registradas (fucsia, línea paralela al
eje de abscisas) visualizadas en el programa FLUO




                                                 Pantalla de la notebook, colecta de datos (mV;
                                                 ppb) vs tiempo y desarrollo de la curva en
                                                 tiempo real con el programa FLUO.




Vista del datalogger mostrando los contro-
Les para la selección del ritmo de muestreo
(SR) y de las cuatros lámparas (1-4)
                                                                                        8



  IV Datos y Resultados obtenidos.

            Trazador Rodamina WT
             C = 100 ppm.   15 mL. solución.
             m = 0.0015 g.

             datalogger:
             Posición: SR = 2. Lámparas 1 0 1 0.; caudal obtenido: 0,30 L/s

            Medición volumétrica de caudal

                               T(s)      V(ml)       Q (L/s)
                               2,73       855         0,31
                               2,76       790         0,29
                               3,06       900         0,29
                               3,27       950         0,29
                                      Q prom.= 0,29 L/s


     
                                   Cuadro comparativo.
                                Método          Caudales (L/s)
                              Rodamina WT              0,30
                           Rotámetro (8 Edibon
                                                       0,27
                                  CF34)
                                Volumétrico              0,29


V Análisis de resultados. Discusión de resultados.

 Se emplearon tres técnicas distintas de medición de caudales, el método volumétrico,
 utilizando un trazador fluorescente (Rodamina WT) y el rotámetro del equipo. Dentro de
 la sensibilidad de cada método, materiales e instrumentos utilizados; estos dan valores
 de caudal que son coherentes y bastante aproximados entre sí.

VI Conclusión.

 Debido a la sencillez del montaje del equipo y su versatilidad de operación, el uso del
 fluorímetro GGUN-FL30, con el apoyo del programa FLUO vers. 24.9a, que permite
 observar los cambios de concentraciones del trazador y turbidez, además del registro de
 la temperatura del sistema y el desarrollo gráfico de la curva en tiempo real, hacen que
 el método del trazador fluorescente en la medición de caudal para un sistema de canal
 abierto, sea un método alternativo válido, rápido y práctico para la determinación de
 caudales.

VII Bibliografía.

         -    Fluorímetro GGUN-FL30. Manual del usuario. Secciones 1 y 2. Neuchâtel,
              Suiza.
         -    Informe Técnico. Metodologías utilizadas en estudios de dispersión: Elección
              del mejor trazador químico. Bentos, Servicios y Equipos Marinos Ltda.
              http://www.bentos.cl/
         -    Schnegg, Pierre-André. “A new field fluorometer for multi-tracer test and
              turbidity measurement applied to hydrogeological problems.” Sociedade
              Brasileira de Geofísica (SBGF). 2003.
         -    Schnegg, Pierre-André. “An inexpensive field fluorometer for hydrogeological
              tracer tests with three tracers and turbidity measurement.” Groundwater and
              Human Development. 2002.
                                                                                    9




VIII Agradecimientos:

              A Lic. Julio Cabello del Dpto de Técnicas Nucleares, QF Rafael Gómez del
Dpto. de Fitoquímica y al Sr. José Cardozo del Área de Mantenimiento de la Facultad de
Ciencias Químicas , por su ayuda en la preparación y ejecución de este trabajo.

								
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