División de Ciencias Básicas e Ingeniería
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- Remoción de arsénico, cromo y vanadio de agua residual mediante un proceso combinado de ferroxidación y precipitación química(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-02) Torres León, Diego AbrahamEn esta tesis se evaluó la eficiencia de remoción de arsénico, cromo y vanadio disueltos en agua residual proveniente de una industria metal mecánica, mediante las técnicas de ferroxidación con viruta de Fe (0) (hierro de valencia cero), precipitación química y un proceso combinando ambas técnicas. Se estudió la ferroxidación con base en un diseño factorial 2k para conocer los parámetros influyen significativamente en el proceso, se analizaron cuatro parámetros: concentración de contaminantes, tamaño de viruta de hierro, cantidad de viruta utilizada y tiempo de residencia. Solamente el tiempo de residencia afectó significativamente la eficiencia. De concentraciones iniciales de 14.16 mg/L de As, 12.82 mg/L de Cr y 13.53 mg/L de V, después del proceso de ferroxidación con 8 h de tiempo de residencia, se obtuvieron eficiencias de remoción de 98.17% de As, 98.64% de Cr y 98.04% de V utilizando 20 g de viruta de tamaño <1 mm. A pesar de estas eficiencias no se alcanzó una concentración por debajo del límite establecido en la NOM-001-SEMARNAT-1996 (DOF, 2018) en el caso del arsénico, sin embargo, cuando se incrementó el tiempo de residencia a 16 h se alcanzó una concentración por debajo del límite establecido para los tres contaminantes. Al tener tiempos de residencia largos (16 h) y gran cantidad de lodos generados (10 g por cada 100 mL por tratamiento), considerados residuos peligrosos, se buscó optimizar el proceso de ferroxidación disminuyendo la cantidad de hierro a 1 g y variando el tiempo de residencia en un intervalo de 8 h. En 4 h se observó una remoción mayor al 98% en As y 100% en V, sin embargo, la remoción de Cr fue cercana al 90%, lo que implicó concentraciones finales que rebasan los límites de la normatividad, por lo que se propuso combinar la ferroxidación, con 4 h de tiempo de residencia, con un proceso de precipitación química. Para este proceso se utilizó la misma muestra de agua que en la evaluación de la ferroxidación, además se usó CaO como agente precipitante. Se obtuvieron remociones finales de 99.5% de As, 98.56% de Cr y mayor a 99% de V. Las concentraciones finales de los tres contaminantes cumplen la normatividad mexicana.
- Diseño técnico económico para la reconversión del uso de energía eléctrica convencional a energía solar en la UAM-A: sistema de interconexión(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-03) Hernández Hernández, OmarEn la presente investigación se evalúa la posibilidad de instalar un Sistema Fotovoltaico Interconectado (SFVI) a la red eléctrica de la Universidad Autónoma Metropolitana unidad Azcapotzalco (UAM-A). Aprovechando el recurso solar abundante en la Zona Norte de la Ciudad de México que en promedio supera los 5.3 kWh/día de irradiación, las nuevas tecnologías más eficientes en celdas fotovoltaicas, la reducción de los costos de componentes y particularmente los cambios legales derivados de la reforma energética en México (2013) como son la Ley de Transición Energética (LTE, 2015) y la Ley de la Industria Eléctrica (LIE, 2014) que actualmente permiten la generación de energía eléctrica limpia para el autoconsumo y venta de excedentes a usuarios en baja y media tensión mediante los modelos de Generación Distribuida Limpia (GDL) establecidos en la LIE. El trabajo se presenta en 3 capítulos que comprenden una etapa diferente de la investigación, cada uno con un objetivo diferente en particular. A continuación, se resume brevemente cada capítulo. En el capítulo I, se observaron las características de la red eléctrica en la unidad y se hizo un análisis del perfil de consumo de energía eléctrica (kWh) y demanda de potencia eléctrica (kW) utilizando series de tiempo obtenidas con una base de 88 datos mensuales sobre cada una de las 2 variables mencionadas para el periodo enero 2011 – abril 2018. Los resultados muestran un nivel de consumo anual promedio de 4,700,000 kWh con una tendencia mensual a la disminución de 427 kWh. Para la demanda de potencia eléctrica se tiene un nivel promedio de 1,165 kW, con una tendencia mensual a la disminución de 1.39 kW. Con base en el análisis, se estiman proyecciones de estas 2 variables para el año 2023. El capítulo II comprende el dimensionamiento del SFVI que puede ser instalado en las azoteas de la UAM-A para cubrir el total de la demanda eléctrica para el año 2023, estimada en 4 300 000 kWh. Se determinaron los componentes y variables más importantes del SFVI como la eficiencia del sistema para alcanzar la producción energética anual. El desempeño que tendría el SFVI dimensionado se evaluó mediante simulaciones empleando el software especializado en proyectos fotovoltaicos “PVsyst”. El capítulo III presenta el Análisis Costo – Beneficio (ACB) del proyecto utilizando el método del Valor Presente Neto (VPN) para un periodo de 30 años de operación. El análisis se realiza bajo la perspectiva del ACB económico, en donde se valoran los beneficios económicos producidos por la generación de energía eléctrica y los beneficios ambientales producidos por la reducción de emisiones de Dióxido de Carbono equivalente (CO2 e) y la producción de energía limpia que generaría el SFVI. Los resultados se comparan con una ACB financiero que contempla únicamente los beneficios económicos producidos por la generación de energía eléctrica. Finalmente se realiza un análisis de sensibilidad, obteniendo los indicadores de viabilidad: Valor Presente Neto, Tasa Interna de Retorno (TIR), retorno de inversión o “Pay Back” y Tasa de Benéfico (TB). Con base en los resultados del análisis, se concluye que la ejecución del proyecto es viable.
- Remoción de Pb (II) (II), Cr (III) y Cr (VI) presentes en muestras de agua grado reactivo mediante el uso de Pseudomonas putida y Saccharomyces cerevisiae(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-01) Gómez Castelán, Ana Victoria SeleneEn este trabajo se desarrolló un proceso para la biorremediación de Cr (VI), Cr (III) y Pb (II) (II) en agua grado reactivo donde se evaluó la eficiencia de dos microorganismos de manera independiente, de los cuales uno fue la bacteria Pseudomonas putida (P. putida) y el segundo la levadura Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae), y se emplearon en paralelo las técnicas de biosorción y bioacumulación para ambos microorganismos. Una vez que se optimizaron los parámetros de pH, temperatura y tiempo de contacto, entre otros, se pudo determinar cuál fue la técnica más eficiente para la remoción de cada metal. Posteriormente esta técnica optimizada fue evaluada con la diferencia de ahora tener presentes a los 2 microorganismos, formando lo que se llamó consorcio microbiano. Finalmente, las mejores condiciones para cada microorganismo fueron aplicadas en una muestra de agua natural, de tal manera que se pudiera determinar si el procedimiento optimizado funcionaba, como mínimo, igual en presencia de interferentes naturales. Para lo cual, fue necesario encontrar los parámetros óptimos para la remoción por separado de cada uno de los metales en presencia, primeramente, de cada uno de los microorganismos. Posteriormente, se hicieron las evaluaciones correspondientes evaluando en conjunto a los metales en presencia del consorcio microbiano (Bacteria + levadura). La optimización de dichos parámetros se realizó en agua grado reactivo, donde se encontró que las remociones más altas para el Cr empleando ambos microorganismos por separado se obtuvieron con el proceso de bioacumulación, por lo que ésta fue la técnica aplicada para la evaluación con el consorcio microbiano. Por otra parte, en el caso del Pb (II) la técnica que mostró mayores eficiencias en la remoción fue la biosorción, la cual fue utilizada para la evaluación del consorcio microbiano. Una vez determinado el proceso más eficiente en la remoción de los metales, éstas técnicas fueron aplicadas a una muestra de agua natural, para poder determinar la posible interferencia en la eficiencia del proceso en presencia de los interferentes naturales del agua, para ello se utilizaron muestras de agua provenientes del Lago de Xochimilco.
- Evaluación técnica para el uso de energía fotovoltaica en la extracción de agua subterránea en la Ciudad de México(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-03) Flores Azcanio, Liz NormaEn la presente investigación se ha realizado el dimensionamiento de un sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica (SFVI) para la operación de los 529 pozos de los cuales se extrae agua para uso público urbano (EASUPU) en la Ciudad de México (CDMX). Esto es con la finalidad de plantear una alternativa para mitigar al 100% las emisiones de gases de efecto invernadero causadas por el consumo de energía eléctrica de origen fósil (EEOF) de dichos pozos. Para realizar el dimensionamiento del SFVI se estudiaron dos metodologías, optando por la empleada en el manual español: “Instalaciones Fotovoltaicas” (Casa M., & Barrio M., 2017), la cual a su vez se basa en los lineamientos establecidos por el IDAE (Instituto para la Diversificación y Ahorro de la Energía (IDAE) de España. La segunda metodología es la empleada por la Comisión Nacional del Agua en su “Manual de Agua Potable, Alcantarillado y Saneamiento, Aplicación de Fuentes de Energía Renovable en Plantas de Tratamiento de Aguas Residuales Municipales”. Para la estimación de la demanda energética se construyó una base de datos para los 529 pozos que incluye: el consumo de energía eléctrica de origen fósil (EEOF) pozo por pozo y por alcaldía, algunos parámetros técnicos y operación, así como los datos de localización geográfica pozo por pozo (ver Apéndice A: “Base de Datos de los 529 pozos EASUPU operados por el SACMEX en CDMX”). La demanda total de energía eléctrica de los pozos es de 888.267 MWh/d. Los resultados del dimensionamiento del sistema fotovoltaico interconectado a la red eléctrica muestran que, para lograr un nivel de sustitución de 100% del consumo de energía eléctrica fósil, se requiere de una potencia del campo generador o campo solar de 245.75 MW, lo cual corresponde a una instalación de las denominadas “centrales fotovoltaicas” o “parques fotovoltaicos a gran escala” con una cantidad de 595,315 módulos fotovoltaicos bifaciales de máxima potencia y última tecnología disponibles en el mercado. De implementarse el SFVI propuesto, la cantidad de emisiones a mitigar es de 188,694,61 tCO2 e/año tan solo para el año 2016.
- Evaluación de la calidad ambiental y su relación con la presencia de microplásticos en cinco playas mexicanas(Universidad Autónoma Metropolitana (México). Unidad Azcapotzalco. Coordinación de Servicios de Información., 2020-01) Cruz Salas, Arely AreanelyEn la presente investigación se evalúo la presencia de residuos sólidos y microplásticos y se determinó calidad ambiental en cinco playas mexicanas (La Barra, Veracruz; Playa Grande, Quintana Roo; Zipolite, Oaxaca; San Agustinillo, Oaxaca y La Misión, Baja California). Los muestreos de microplásticos y residuos sólidos se realizaron en fin de semana (sábado y domingo), a primera hora del día y en un transecto de 100 m. Para microplásticos se seleccionaron, sobre la pleamar, 10 puntos aleatorios en los cuales se extrajo la muestra. Cada muestra se pesó, se trasladó al laboratorio y se sometió a pruebas de flotación para extraer los microplásticos, los cuales al final se clasificaron por tamaño, color, tipo y polímero. Por otra parte, en los muestreos de residuos sólidos el transecto se dividió en 20 secciones de las cuales se escogieron cinco aleatoriamente. En todas se recolectaron los residuos (> 5 mm) presentes desde la línea de agua hasta la línea de vegetación o infraestructura. Los residuos se clasificaron en diversas categorías de macroresiduos y fragmentos, con base en el listado de la UNEP. Para los indicadores, éstos se investigaron en estudios previos, se adaptaron y se seleccionó una forma de evaluación. A partir de ellos se creó una ficresultados mostraron que la playa con mayor concentración de residuos sólidos fue La Misión, con 0.11 – 0.13 piezas/m2 de macroresiduos y 0.14 – 0.21 piezas/m2 de fragmentos. El material más común en ambos tipos de residuos fue el plástico con 42.5% y 81% (en promedio), respectivamente. Para microplásticos, de igual manera La Misión presentó las concentraciones más altas con 35 – 1340 # MP/m2 el sábado y 141 - 1657 # MP/m2 el domingo. La mayoría de los microplásticos eran en promedio, de entre 1 y 2 mm (57%), fragmentos (33%), de color blanco (47%) y de poliestireno expandido (47%). En la evaluación de los indicadores se encontró que todas las playas tenían nivel medio de urbanización; sin embargo, los demás indicadores presentaban diferencias. Particularmente los indicadores de gestión de residuos y potencial recreativo presentaron el mismo nivel en cada playa, esto indica que a medida que aumenta el turismo las actividades de limpieza de la playa también lo harán, para brindarle al usuario un ambiente con aspecto agradable, que siga siendo de su preferencia y así incrementar los ingresos económicos. Las correlaciones con el coeficiente de determinación más alto fueron residuos versus microplásticos y fragmentos versus microplásticos con 0.9075 y 0.9372, respectivamente. Esto indica que la presencia de microplásticos en playas se ve influenciada por la presencia de residuos, ya que, muy probablemente su origen proviene de ahí. Los resultados obtenidos en esta investigación corroboraron que los plásticos son los residuos más predominantes en cada playa estudiada y que muy probablemente los microplásticos presentes en la playa son producto de la fragmentación de los plásticos de mayor tamaño. No obstante, en lo referente a microplásticos, estos resultados no pueden generalizarse para todas las playas ya que cada una tiene características particulares que condicionan su deposición en la línea pleamar. Lo anterior, aunado con lo obtenido en los indicadores de calidad ambiental, sugiere que en cada una de las playas hace falta trabajar más en la gestión de residuos considerando no sólo campañas de limpieza sino también recolección, separación, educación ambiental, programas de reciclaje o recuperación de algún material, ya que, la falta de una gestión adecuada es la principal razón por la que los residuos están presentes en las playas.