Absorción y desorción de vapor de agua mediante la utilización de las zeolitas naturales de la provincia de Guayas

Abstract

En las costas ecuatorianas existen varios yacimientos de rocas zeolitizadas, principalmente en la cordillera Chongón- Colonche. Por sus diversas propiedades, las zeolitas han sido objeto de estudio para distintas aplicaciones como: agrícolas, acuícolas, como materiales de construcción y para absorción de sustancias. El presente trabajo de investigación evalúa las zeolitas naturales del yacimiento Policía (Provincia del Guayas) como material desecante en procesos de absorción y desorción de vapor de agua. La investigación comenzó con la caracterización mineralógica del material recolectado, conocer la estructura y composición del material para su correcta aplicación. A través de las distintas técnicas de caracterización: Difracción de rayos X (XRD), Espectroscopía infrarroja por Transformada de Fourier (FT-IR), Termogravimetría (TGA) y Calorimetría diferencial de barrido (DSC), se pudo determinar que el material contienen zeolitas tipo clipnotitolita y mordenita, acompañadas con otros minerales como cuarzo y montmorillonita. Además, se pudo identificar varios tipos de aguas ligado a la estructura: agua higroscópica y agua zeolítica. Para realización de los ensayos de absorción fue necesaria la construcción de un filtro desecante desmontable qué fue colocado dentro de un ducto de aire. Se utilizaron zeolitas de tres tipo de granulometría: Tipo I (250 – 150 μm), Tipo II (150 - 45 μm) y Tipo III (<45 μm). Se colocaron varios testigos de humedad a lo ancho del filtro para determinar la variación de concentración de agua respecto al tiempo. Conjuntamente se aplicó la segunda ley de Fick para determinar la velocidad de difusión de vapor de agua en zeolitas, según su granulometría. Por otra parte, para la realización de los ensayos de desorción, se procedió con el calentamiento de las zeolitas a 60 °C por 24 y 48 horas. Los efectos por el calentamiento fueron estudiados mediante las siguientes técnicas de análisis: XRD, FT-IR y TGA. En este experimento, el efecto de la temperatura no depende del tipo de granulometría. En los experimentos de absorción, se evidenció mayor velocidad de difusión de vapor de agua con zeolitas de menor granulometría. Así mismo, el tiempo requerido para la saturación del filtro es mayor para zeolitas Tipo I, permitiendo mayor tiempo de operación del filtro. En resumen, los resultados de velocidad de difusión de agua para los tres tipos de granulometría muestran el siguiente orden: Tipo III (20.389 E-08 ) > Tipo II (11.93 E- 08 ) > Tipo I (2.827 E-08 ). Los valores obtenidos en este experimento difieren en un rango de entre 2.827 a 20.389 veces respecto al mayor valor experimental sugerido en el artículo de Difusión en Zeolitas, Karger Jorg y Vasenkov Sergey. A través de los experimentos de desorción se pudo determinar el efecto de calentar las muestras de zeolitas. Se pudo observar a través de la técnica FT-IR pequeños desplazamientos en la banda de estiramiento OH, las zeolitas que fueron calentadas durante 24 y 48 horas mostraron desplazamientos de 6.12 y 5.93 en la banda de estiramiento OH respectivamente, en comparación con la muestra inicial. Además, mediante análisis TGA y XRD se pudo detectar disminución en el contenido de agua y cambios en los parámetros de las celdas, respectivamente. Esto puede ser un posible efecto en la porosidad, y puede ser indicio de degradación del material. Este trabajo de investigación ofrece resultados iniciales en procesos de absorción y desorción de vapor de agua, se pudo determinar que tiene capacidad de absorción de vapor de agua. Falta aún realizar estudios de activación química en zeolitas Policía para determinar si es posible incrementar su capacidad de absorción y resistencia al fuego. También se sugiere que es necesario caracterizar la degradación del comportamiento de difusión de zeolitas al ser sometidas a largos ciclos de trabajo.