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Temperaturas de volatilización: Los hidrocarburos derivados del petróleo son

clasificados a menudo por sus escalas de punto de volatilización (ver Fig. 3.20). El punto de ebullición de un compuesto es una medida de su volatilidad, la aplicabilidad de los sistemas de TD en un sitio se puede estimar por la escala del punto de volatilización del contaminante presente. En general, la mayoría de los hidrocarburos

derivados del petróleo son capaces de removerse por TD, pero los componentes con

un peso molecular más alto (y una temperatura de volatilización más elevada) requieren un tiempo de residencia más largo en el horno de desorción y temperaturas de funcionamiento mayores. Las escalas de temperaturas de volatilización para los productos comunes de petróleo se demuestran en la Tabla 3.17.

Tabla 3.17 Rangos de volatilización de productos derivados del petróleo [Fuente: EPA, 1992] Producto Rango de volatilización (°C) Rango de volatilización (°F)

Gasolina 40 a 225 104 1 437

Keroseno 180 a 300 356 a 572

Aceite diesel 200 a 338 392 a 640 Aceite de calefacción >275 >527 Aceites lubricantes No-volátil No-volátil

La mayoría de los hornos de desorción funcionan en rangos de temperaturas entre los 148° a 537°C (200º a 1000ºF). Los hornos de desorción construidos de aleaciones especiales pueden funcionar a temperaturas hasta de 648°C (1200ºF). Productos más volátiles (ej., gasolina) se pueden desorber en un rango de temperatura de operación más bajo, mientras que los productos semi-volátiles (ej., keroseno, combustible diesel) requieren generalmente temperaturas superiores a

371°C (700ºF), y los productos relativamente permanentes (ej., aceite de calefacción, aceites lubricantes) requieren incluso temperaturas más altas.

Presión de vapor: La presión del vapor es la fuerza por unidad de superficie

ejercida por un vapor en un estado de equilibrio, ya sea con su sólido, líquido, o solución pura en una temperatura dada. Junto con la temperatura de volatilización, la presión del vapor se utiliza para medir la volatilidad de un compuesto.

Coeficiente de partición octanol/agua: El coeficiente partición octanol/agua

(Kow) representa el cociente de la solubilidad de un compuesto en el octanol (un solvente no polar) a su solubilidad en el agua (un solvente polar). Cuanto más alto es el Kow, más no polar es el compuesto. El registro Kow se utiliza generalmente como indicador relativo de la tendencia de un compuesto orgánico a absorber. Los valores de registro del Kow generalmente se relacionan inversos con la solubilidad acuosa y directamente proporcional al peso molecular. Los compuestos con los altos valores de registro de Kow tienden a seguir absorbidos durante un largo periodo de tiempo además de ser más difícil de desorber que los compuestos con valores bajos.

Solubilidad acuosa: La solubilidad acuosa es una medida del grado a el cual

un compuesto se disolverá en agua. La solubilidad generalmente se relaciona inverso con el peso molecular: cuanto más alto es el peso molecular, más baja es su solubilidad. Los compuestos con un peso molecular elevado son también por lo general más difíciles de desorber a diferencia de los compuestos con menor peso molecular.

Estabilidad térmica: Los hidrocarburos del petróleo no esperan a

descomponerse visiblemente en las unidades de combustión de TD, a condición de que la temperatura de salida de los gases (off gas) esté por debajo de la temperatura en la cual un compuesto es inflamable (la temperatura de auto-ignición). La temperatura de auto-ignición es, por lo tanto, un indicador de la estabilidad térmica de los hidrocarburos de petróleo, y del grado de desintegración térmica que se relaciona con la exposición de la temperatura máxima del material contaminado.

Efluentes gaseosos: Los Dioxinas se pueden formar de la destrucción térmica

de los Bifenilos Policlorados (PCBs) y otros compuestos tratados con cloro. Los hidrocarburos del petróleo típicamente no contienen PCBs; por lo tanto, la formación de dioxinas no es generalmente algo de preocupación. Sin embargo, los aceites de

desecho e hidrocarburos de petróleo tratados con cloro pueden, ser precursores potenciales de dioxinas. Los derramamientos de aceite en suelos, deben ser analizados para determinar PCBs, así como los hidrocarburos tratados con cloro.

3.3.4 Mecanismos de transporte de los procesos de desorción térmica

Los fenómenos de transporte tienen lugar en aquellos procesos, conocidos

como procesos de transferencia, en los que se establece el movimiento de una propiedad (masa, momentum o energía) en una o varias direcciones bajo la acción de una fuerza impulsora. Al movimiento de una propiedad se le llama flujo.

Los procesos de transferencia de masa en los sistemas de volatilización son importantes ya que la mayoría de los procesos químicos requieren de la separación final de productos y subproductos contaminantes. Para esto en general, se utilizan las operaciones de transferencia de masa.

La ley de Fick es el modelo matemático que describe la transferencia molecular

de masa, en sistemas o procesos donde puede ocurrir solo difusión o bien difusión

más convección.

La transferencia de masa cambia la composición de soluciones y mezclas

mediante métodos que no implican necesariamente reacciones químicas y que se caracterizan por transferir una sustancia a través de otra u otras a escala molecular. Cuando se ponen en contacto dos fases que tienen diferente composición, la sustancia que se difunde abandona un lugar de una región de alta concentración y pasa a un lugar de baja concentración [L. Garcell et al., 1988].

El mecanismo de transferencia de masa, depende de la dinámica del sistema

en que se lleva a cabo.

Hay dos modos de transferencia de masa:

• molecular: La masa puede transferirse por medio del movimiento molecular fortuito en los fluidos (movimiento individual de las moléculas), debido a una diferencia de concentraciones. La difusión molecular puede ocurrir en sistemas de fluidos estancados o en fluidos que se están moviendo.

• convectiva: La masa puede transferirse debido al movimiento global del fluido. Puede ocurrir que el movimiento se efectúe en régimen laminar o turbulento. El flujo turbulento resulta del movimiento de grandes grupos de moléculas y es influenciado por las características dinámicas del flujo. Tales como densidad, viscosidad, etc.

Usualmente, ambos mecanismos actúan simultáneamente. Sin embargo, uno puede ser cuantitativamente dominante y por lo tanto, para el análisis de un problema en particular, es necesario considerar solo a dicho mecanismo. La transferencia de masa en sólidos porosos, líquidos y gases sigue el mismo principio, descrito por la Ley de Fick.

El calentamiento no uniforme de sólidos (material contaminado) crea gradientes en la temperatura interna. En el sistema de volatilización, las temperaturas no uniformes pueden permanecer bastante tiempo para afectar los índices y el grado de la descontaminación. En tales casos la partícula o la cama del suelo se considera densamente térmica y la cinética es influenciada o aún limitada por el traspaso térmico, sea este un calentamiento directo o un calentamiento indirecto. Los análisis cuantitativos de la transferencia de calor y la transferencia de masa, son efectos complejos del proceso de volatilización sobre los sólidos.

Por lo consiguiente, los análisis de transmisión de calor en los sistemas de volatilización son útiles para definir los efectos de las condiciones experimentalmente relevantes y para estimar los tiempos térmicos de respuesta, es decir, un tiempo necesario para equilibrar un gradiente de temperatura a través de la partícula entera del sólido. Por ejemplo, con el resto de las variables fijadas, un aumento de tamaño de partícula de los sólidos o una disminución de su difusividad térmica conlleva a un aumento en los tiempos de reacción térmica. Así para los suelos compuestos en gran parte por minerales con baja difusividad térmica, las temperaturas no isotérmicas significativas permanecen por tiempos apreciables, incluso para las partículas absolutamente pequeñas.

Muchos mecanismos contribuyen a la transferencia total del contaminante dentro y lejos de partículas individuales del suelo, por ejemplo, la difusión en la matriz sólida del suelo, la difusión de Knudsen, la difusión en poros y la convección forzada dentro de poros.

Los procesos de transporte posibles que se pueden dar en los mecanismos de transporte de volatilización de las partículas sólidas son los siguientes:

Convección o advección: Este es el fenómeno mediante el cual las

sustancias disueltas son transportadas por el movimiento del fluido (aire/gas). Aunque parece el mecanismo más sencillo, para que su formulación fuera totalmente rigurosa, se debería definir con precisión cuál es la proporción de fluido que es realmente móvil y cuál es la velocidad real del fluido.

• Difusión molecular: Se trata de un fenómeno unido al de agitación molecular.

En un fluido en reposo los movimientos brownianos proyectan las partículas en todas las direcciones. Si la concentración del fluido es uniforme en el espacio, se envían el mismo número de partículas desde todos los puntos del mismo hacia los demás y la agitación molecular no cambia la concentración de la solución. Sin embargo, si hay un gradiente de concentración entre dos puntos vecinos, el punto en el que la concentración es mayor envía más partículas en todas direcciones que el otro con menor concentración. Así, el resultado de la agitación molecular es que se transfieren partículas desde las zonas con mayor concentración a las de menor concentración.

• Dispersión cinemática: Este fenómeno se asocia principalmente a la

heterogeneidad de la velocidad microscópica en el interior de un medio poroso sea cual sea la escala a la que se realice la observación. La dispersión cinemática es producto de un campo de velocidad real de naturaleza compleja que queda enteramente difuminado dentro del campo de advección, cuando se emplea la velocidad media ficticia de Darcy (que asume que el total del medio continuo está abierto para el flujo).

• Adsorción e intercambio iónico: Las especies iónicas en disolución son

afectadas por la existencia de cargas netas en la superficie de la fase sólida. Por este motivo pueden sufrir fenómenos de adsorción por fuerzas electrolíticas y fenómenos de intercambio iónico. Por ejemplo, algunos minerales de arcilla pueden llegar a adsorber iones en una cantidad equivalente a 1/10 de su peso.