3. Modeling and Quantifying Privacy Behavior
3.5 Amazon Mechanical Turk Annotations
3.6.1 Text Preprocessing
Los modelos de volatilización de contaminantes en estado estacionario, es decir, en un suelo in situ, son herramientas útiles para efectuar estudios de análisis de riesgo o diseño de acciones de recuperación de suelos contaminados con difusiones controladas para su descontaminación. Los métodos de volatilización de contaminantes, como el de Hartley, Hamaker, y Jury et al., contemplan el estudio de las características de los procesos de volatilización (densidad de vapor, contenido de agua), y el análisis de la distribución y del equilibrio de los compuestos (adsorción, partición del agua, del suelo y del aire, temperatura, condiciones atmosféricas, difusión y el transporte de masa por efecto fieltro). Estos métodos no tratan explícitamente todos los factores que inciden en la volatilización del suelo y pueden excluir ciertos procesos para la flexibilidad analítica. Así, los resultados no son extremadamente exactos y se deben considerar generalmente como indicativos del comportamiento ambiental real.
En 1969, Hartley establece un modelo teórico que evalúa los factores que intervienen en el mecanismo de transporte de contaminantes del proceso de volatilización.
Este modelo es aplicado a estimaciones de evaporación de compuestos químicos en el suelo. El mecanismo de transporte que discute Hartley es conocido como el transporte de masa por efecto filtro «Si el líquido contiene una concentración baja de un soluto menos volátil, el soluto aumentará la concentración de evaporación superficial y no se podrá difundir por debajo del fieltro tan rápido como acumula, puesto que la difusión en la fase líquida compite erróneamente con este flujo».
Método de Hartley
Este método ha sido aplicado a estudios de tratamientos de evaporación in situ. Hartley [1] presenta a dos ecuaciones bastante simples para estimar la volatilización de productos químicos del suelo. El método se basa en un análisis del equilibrio de
calor entre la sustancia química evaporada (o el agua) y el aire. Se expresa como la tasa o el flujo de masa volatilizada con la siguiente ecuación:
(
)
⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + − = T R K M D f v vρ
λ
δ
ω
ρ
max 2 max1 1 (3.50a) Donde,f = flujo de masa volatilizada (M/L2T)
ρmax = concentración de saturación en el aire a la temperatura del medio (M/L3)
ω = humedad del medio (0≤ω≥1)
δ = espesor del estrato contaminado (L)
DV = coeficiente de difusión del compuesto en el aire λv =calor latente de vaporización (cal/M)
M = peso molecular (M/mol)
K = conductividad térmica del aire (cal/LK) R = constante de los gases (cal/mol) T = temperatura (K)
El segundo término en el denominador es un componente térmico de resistencia a la volatilización. Es válido sobre todo para el agua o los compuestos absolutamente volátiles; y para los compuestos menos volátiles, este término se puede omitir, dando por resultado la siguiente ecuación simplificada:
(
)
δ
ω
ρ
− =D
max1
f
v (3.50b)El método Hartley tiene aplicaciones en la estimación de la evaporización de los contaminantes volatilizados en los sistemas de descontaminación in situ de SVE (Extracción de Vapores del Suelo) donde la contaminación se transfiere lateralmente y su espesor de estrato contaminado es bien localizado.
4.3.
FRONTERA DEL CONOCIMIENTO
La investigación bibliográfica se ha realizado para alcanzar los objetivos previos planteados en el punto 2.2. En este apartado se analiza si los objetivos iniciales han sido resueltos satisfactoriamente, o al contrario, no se han conseguido respuestas a las interrogantes planteadas o a las respuestas son contradictorias.
A criterio personal, en el primer objetivo, existe un amplio conocimiento medio natural, encontrándose perfectamente definido, las características del suelo y sus propiedades, tanto físicas como químicas, entre las cuales destacan: la textura, la porosidad, consistencia, contenido de humedad y densidades [Fenney, 1998, Mafre, 1994; Doménech, 2000; Duque y Escobar, 2001; Casagrande, 1940; Agueda, 2004; Bosh, 2009, Baver et al., 1972; Custodio y Llamas, 1983; Gonzalo, 2008, , Juárez et al., 2006, Atterberg, 1911; Skempton, 1953; Archer, 1975; Pierzynski, 2005; Bonneau
et al., 1987; Handreck y Black, 1994; Petekau, 1991; Fredlund, 1993; Fetter, 1994; Allison, 1980]. Así mismo, con una gran dificultad, pero no con ello incompleta, se encontró un abanico amplio de las múltiples clasificaciones de los compuestos derivados del petróleo, definiendo para esta investigación solo dos «compuestos de
cadena lineal» y «compuestos de cadena cerrada», de estas dos clasificaciones se
sub-clasificaron los hidrocarburos saturados «alcanos o parafinas» y los hidrocarburos insaturados «alquenos u olefinas y los alquinos o acetilenos», refiriéndose a los
compuestos de cadena lineal, y en la clasificación de los compuestos de cadena
cerrada, los «cicloalcanos o naftalenos» y los «aromáticos» respectivamente
[Higueras y Oyarzun, 2009, Aycachi, 2008, Wood, 1974, Tissot y Welte, 1978, Augusto, 2005, Menzie et al., 1992]. Teniendo limitado el estudio de las propiedades fisicoquímicas de los Hidrocarburos individuales Totales de Petróleo y de los Compuestos Orgánicos del rango diesel (DROs) [McMillen, S.J., Kerr, J.M., Nakles, D.V., 2001, Chapín y Summerlin, 1988, McBride, 1994, Ney, 1990]. En el estudio de
las propiedades individuales de los DROs (Orgánicos del Rango Diesel), la
investigación fue muy exhaustiva, la recopilación de las propiedades físicas y químicas
de éstos compuestos «n-decano, n-dodecano, n-tetradecano, n-hexadecano, n-
octadecano, n-eicosano, n-docosano, n-tetracosano, n-hexacosano, n-octacosano»
requirió una investigación prolongada de libros muy concretos y limitados, en algunos compuestos las propiedades tuvieron que ser calculadas y determinadas por fórmulas matemáticas y por gráficos, en vista de su inexistencia en las bibliografías consultadas [Coulson et al., 1994, Geankoplis, 1998, LaGrega, 1996, Rose et al., 1977, Wauquier, 2003, Verschueren, 2001].
En relación al segundo objetivo se ha encontrado una ausencia de
información reciente respecto a las aplicaciones de los tratamientos de desorción térmica ex situ para descontaminación de suelos. En la mayoría de los temas encontrados la información bibliográfica data de los años 90’s, poco hay del año 2000 a la fecha sobre sus aplicaciones como tecnologías térmicas innovadoras, el estudio se ha centrado en la búsqueda de aquellas tecnologías que se aplican únicamente a tratamientos térmicos ex situ «on site y off site» para suelos contaminados por hidrocarburos derivados del petróleo, descartando las tecnologías in situ por no tener correspondencia con el tema de investigación.
Los tratamientos de desorción térmica ex situ más empleados son los de
transferencia de calor por calentamiento directo «tambor rotatorio», existe mayor información de casos aplicados con este diseño de tecnología que los de
calentamiento indirecto «tornillos térmicos». En el estudio de los factores que intervienen en el mecanismo de transporte de contaminantes, el proceso de térmico demuestra que la transferencia de calor interviene directamente en el análisis de los mecanismos, es decir, el fundamento científico de los tratamientos térmicos se enfoca al traspaso térmico de los contaminantes ya sea por calentamiento directo o indirecto para cumplir con su objetivo de separación física. Según lo explicado por Oweis et al., 1991, la temperatura de tratamiento térmico determina la importancia del traspaso térmico, esto significa que el calor de los procesos de transferencia de calor y de masa total entre las partículas son de distinto nivel, y depende directamente del sistema de desorción térmica empleado. A priori, los investigadores han identificado varias variables importantes que deben ser consideradas en el equilibrio de los contaminantes y las partículas del suelo contaminado. Han demostrado que la
separación física del contaminante depende directamente de la temperatura, la matriz
del suelo y del contenido de humedad. Además han demostrado que, mientras el 90%
inicial del contaminante pudiera ser separado físicamente, el 10% final podría durar más de lo esperado para volatilizarse, esto debido a las características adsorbentes del suelo que puede tener una tendencia para resistir los monolayers del contaminante. Entre los factores dominantes del proceso de desorción respecto al contaminante están; la temperatura de volatilización, la presión de vapor, el coeficiente de partición octanol-agua, solubilidad acuosa, estabilidad térmica y los efluentes gaseosos [Keyes, 1992, Anderson, 1993, Lyman et al., 1990, Hamaker, 1972, Hillel, 2005, L. Garcell et al., 1988, McCabe, 2002, Troxler et al., 1992].
A todo lo dicho en el segundo objetivo, se ha determinado que la temperatura
del tratamiento térmico es el parámetro dominante junto con el tiempo de retención de
sólidos, que afectan directamente el grado de tratamiento de los contaminantes
presentes. La temperatura es dependiente directa del tipo de contaminante presente en el suelo. El tiempo es una variable dependiente del diseño y operación del sistema de tratamiento. Para este tipo de análisis la investigación es insuficiente ya que los casos reales de estudio solo indican los datos, pero no existen tablas o curvas de referencia, generalmente se recurre a las pruebas piloto previas al tratamiento térmico para su determinación y en algunos casos a la referencia de las temperaturas de volatilización de los contaminantes presentes en el suelo. El estudio de estos tratamientos ha demostrado que su aplicación se adapta más a suelos contaminados por compuestos orgánicos, pero en compuestos orgánicos del rango diesel el tema es casi nulo. [Troxler et al., 1992, Anderson, 1993, Fenney, 1998]. Como primera fase de
ensayos de tratabilidad que estudie la influencia de la temperatura de tratamiento y el tiempo de retención en suelos contaminados por compuestos orgánicos del rango
diesel en sistemas ex situ.
Las respuestas encontradas en referencia al tercer objetivo son
insatisfactorias. Los modelos teóricos matemáticos para estimar la volatilidad de un contaminante son con aplicación a tratamientos térmicos in situ, como sistemas estacionarios de difusión-controlada, se emplean para sistemas de evaporación y su aplicación solo permite tener una referencia en los análisis reales. El modelo Hartley, estudiado para esta investigación, estima el flujo y la tasa de volatilidad del contaminante presente en un suelo en un sistema in situ, pero no se ha estudiado para aplicaciones en el tema de tratamientos térmicos ex situ [Lyman, 1964, Spenser et al., 1973, LaGrega, 1996]. Los modelos tampoco han respondido al estudio profundo de los factores que inciden directamente en los tratamientos térmicos ex situ. Este objetivo se desarrollará a partir de los resultados conseguidos en los ensayos de tratabilidad como parte de una segunda fase de investigación. En la modelización del tratamiento térmico ex situ llevado a cabo en este tema de investigación, se propone adecuar el modelo Hartley para sistemas ex situ estudiando a profundidad los factores que inciden en el proceso.
Una vez valorado el estado actual de la frontera del conocimiento se enumeran de forma muy general las carencias o vacíos encontrados en el sector de la recuperación de los suelos contaminados por tratamientos térmicos ex situ:
1. Existe una carencia fundamental de referencias bibliográficas y de trabajos de aplicación, registrándose en mayor cantidad, estudios e investigaciones en bases de datos de universidades, entidades estatales y revistas de investigación de Estados Unidos, y, en menor medida, en países europeos.
2. Los casos de investigación de mayor interés y de realización más reciente han sido encontrados vía Internet sin coste económico, generalmente en páginas de la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) de Estados Unidos, así como en publicaciones y revistas especializadas en recuperación de suelos, también de dicho país, existiendo un campo de publicaciones mucho más reducido a nivel europeo y sobre todo a nivel nacional, sin hacer de ello, el uso de base de datos europeos costeados por las universidades.
3. Los modelos teóricos de volatilización de sustancias químicas presentes en el suelo se encuentran escasamente definidos en las referencias bibliográficas consultadas, siendo además de aplicación puntual para sistemas in situ, convirtiéndolos en modelos sujetos a modificaciones a partir de fundamentos científicos para casos de aplicación particular de sistemas ex situ. Los modelos de volatilización solo presentaron aplicaciones a casos bibliográficos, careciendo de aplicaciones de emplazamiento real, además de que no toman en cuenta algunos parámetros que intervienen en estos sistemas de volatilización (desorción).
4. Falta una discusión clara entre los sistemas de desorción térmica (poco estudiados por ser tratamientos térmicos innovadores) y los modelos de volatilización (desorción térmica de contaminantes presentes en el suelo). Esta falta de discusión carece al estudio de la viabilidad de los tratamientos térmicos innovadores para futuras investigaciones, pasando por alto que estos sistemas recuperan el suelo contaminado desorbiendo (separando- volatilizando) sus contaminantes a bajas temperaturas sin afectar sus propiedades físicas.
5. La falta de contraste en los escenarios de ensayos realizados en laboratorio y los llevado a cabo en las pruebas a escala-piloto y en obras de recuperación de suelos reales, carecen los análisis de resultados, ya que no permiten predecir un posible “escenario” o “simulación” del sistema de volatilización y de los tiempos de volatilización que requieren los sólidos para volatilizar (desorber) los contaminantes. Las predicciones de estos tiempos de volatilización pueden ser estudiados a nivel escala-laboratorio con los análisis físicos químicos y la aplicación de modelos matemáticos para tener un panorama “real” del sistema de tratamiento en escala-piloto.
6. Actualmente no existe un modelo matemático o de simulación que pueda predecir el tiempo de volatilización que requieren los sólidos para desorber los contaminantes en los métodos de desorción térmica ex situ y que considere los parámetros fundamentales que definen tanto las características del sistema de volatilización como el método de tratamiento.
7. Se observa que existe una carencia fundamental como es el estudio de la evolución de los procesos que afectan directa e indirectamente en un tratamiento térmico “ex situ”, así como la definición de los parámetros indicadores de dichos procesos y las variables vinculadas con la volatilización de contaminantes en los diferentes sistemas de desorción térmica.
En definitiva, en el análisis crítico del estado del conocimiento se observa que no hay una unificación de criterios a la hora de evaluar las variables que inciden en el tratamiento térmico debido a la ausencia de identificación de los parámetros que definen dichos procesos y que afectan directa e indirectamente en el rendimiento de los sistemas de volatilización de contaminantes según sean las características del medio y del tipo de contaminantes.