Introduccion_a_la_Ingenieria_Ambiental

Vista previa del material en texto

Introducción a la Ingeniería Ambiental 
Javier Arellano Díaz
Alfaomega - 2002
Dedicatoria:
Resumen del libro.
 El porqué de la ingeniería ambiental?
Surge por los problemas ambientales que ocurrieron hace más de cinco décadas. Por esa razón, necesitamos formar nuevas generaciones e informar el grave deterioro que sufre nuestro planeta, ya que será de vital importancia la participación de la sociedad en la prevención de la contaminación ambiental.
Es indispensable el conocimiento de cómo lidiar con dichos problemas sobre el ambiente. Debido a éstos y otras razones, la ingeniería ambiental emerge como disciplina.
Ingeniería Ambiental.
Diseño de tecnologías sustentables con el objetivo de evitar y controlar la contaminación, así como revertir sus efectos, preservar nuestras vidas y las vidas de nuestras futuras generaciones.
Introducción. 
Desde que el hombre existe en la tierra, sus actividades han dejado huella en el medio que lo rodea.
Está modificación del entorno ha traído consigo daños y alteraciones a la naturaleza desde épocas muy antiguas, pero se han vuelto más severos y en algunas circunstancias hasta irreversible a medida que se desarrollan los procesos industriales, por la gran concentración de la población en las ciudades. En la agricultura, se tecnifica y se introducen gran cantidad de sustancias químicas en el ambiente, como consecuencia del desarrollo urbano, agrícola e industrial.
Actualmente, se vive en la era de los productos petroquímicos como los plásticos, pesticidas, aditivo para alimentos, detergentes, solventes y combustibles, los cuales a final de su ciclo de vida (elaboración, utilización y disposición final) genera una serie de problemas que tiene un impacto significativo y/o negativo en los recursos naturales y el ambiente.
Muchos de los problemas que por contaminación padecemos, son resultados de acciones que eran aceptadas en el pasado por el poco conocimiento que se tenía sobre sus efectos en el medio ambiente. El DDT se aplicaba indiscriminadamente en áreas de cultivo y residencias para controlar los mosquitos y otros insectos. Los compuestos utilizados como refrigerantes, conocidos con el nombre de CLOROFLUROCARBONOS (CFC) se consideraban casi mágicos debido a que no eran tóxicos ni combustibles. Sin embargo, en la década de los setenta se descubrió que  la destrucción de la capa de ozono que protege nuestro planeta de la radiación ultravioleta se debía precisamente a esta clase de compuesto.
Debido a que estos problemas se sigan presentando y que en un futuro se tornen incontrolables, en diversos países desde ya  algunos años han comenzado aplicar políticas que tienen como finalidad la protección del entorno natural.
DDT (dicloro difenil tricloroetano) insecticida, en el control de plagas para todo tipo de cultivo.
Conceptos básicos: 
Objetivo: definir los principales términos de ecología y los ciclos bioquímicos, así como los conceptos de contaminación e ingeniería ambiental.
Ecología
Ciencia que estudia la relación entre los organismos y el medio ambiente, desde la bacteria más sencilla hasta los animales racionales como el hombre. Éstos interactúan con los componentes físicos y químicos de la naturaleza, como la luz, agua, suelo y aire.
Todo lo que rodea o afecta a un organismo se le conoce como ambiente, y la interacción entre un organismo y su ambiente en un área determinada, se le define como ecosistema.
Dentro de un ecosistema, podemos encontrar factores bióticos y abióticos.
Factores abióticos o físicos.
También conocido como biotopo, se encarga de rodear o relacionar a los seres vivos, esta interacción es constante. Recuerden que este factor no es un ser vivo.
Ejemplos: Temperatura Presión
Aire
Agua
Suelo
Humedad Radiación
PH
Etcétera.
Factores bióticos o biocenosis.
Organismos vivos que influyen en un ecosistema.
Conceptos generales de la ecología.
Biosfera: Ecosistema global, formado por:
Atmósfera: capa gaseosa que envuelve la tierra.
Agua: se puede encontrar en el aire como vapor, en la tierra en su estado liquido como ríos, poros, lagunas, etc.
Estos componentes de la biosfera proveen las condiciones para sostener la vida.
Ecosistemas:
Pueden ser variados porque poseen diferentes tipos de climas, suelos, vegetación y fauna que se relacionan entre sí de manera tal, que mantienen un balance dentro del ecosistema.
Hábitat: Lugar donde vive un organismos.
Nicho ecológico: Función o rol que cumple un organismo en el hábitat.
Ejemplo: Las abejas pueden vivir en cualquier lugar donde haya flores, y su función seria alimentarse a partir del polen y del néctar.
Poblaciones y comunidades.
Cuando varios organismos del mismo tipo comparten un área especifica, se le conoce como población.
Y cuando varias poblaciones de diferentes organismos se juntan, se le conoce como comunidad.
Dentro de una comunidad, los organismos se reproducen con los de su mismo tipo; y a todo grupo de organismos que es capaz de engendrar descendencia con otro. Ejemplo, los leones solo pueden reproducirse con otros leones.
Flujo de energía
Se refiere en la interacción de las comunidades o poblaciones con los factores abióticos. Toda esa energía que recibe el organismo, es de vuelto al medio en forma de calor.
También se le conoce como diezmo alimenticio, ya que solamente el 10% de energía es almacenada, y el resto es utilizada para sus funciones vitales, un gran ejemplo de flujo y perdida de energía, es la cadena alimenticia.
Ejemplo: 
Productores: producen su propio alimento. (1000 cal) planta.
Consumidor primario: (100 cal) conejo
Consumidor secundario: (10 cal) zorro 
Consumidor terciario: (1 cal) lobo
Supongamos que una planta tiene 1kcal, un conejo come esa planta, solo aprovecha el 10% de su energía, es decir, 100 cal almacenada, luego, este conejo es consumido por un zorro, la cual solo aprovecha el 10% de su energía, teniendo 10 cal. Finalmente, este zorro es consumido por un lobo, obteniendo solo 1 cal.
Nota: Este ejemplo sobre la cadena, nos ayuda a entender porque hay una mayor cantidad de productores de energía, que consumidores finales como los carnívoros. 
El 10% se puede representar como una fracción: 10/100.
Ejemplo: las calorías del conejo almacenada luego de consumir la planta es:
1000 cal x 10/100 = 100 cal
O simplemente: 
1000 cal x 10% = 100 cal
I así sucesivamente hasta el consumidor terciario. 
Productor
Sol
Consumidor
Descomponedor
Materia inorgánica 
Calor
Calor
Calor
El productor utiliza energía del sol, y para dar energía al consumidor, solo emite el 10% y el resto lo usa en su metabolismo y liberar calor.
Por otro lado, el consumidor, va a liberar calor, de tal manera que el descomponedor solo recibe el 10% de su energía almacenada. 
Luego, la mayor parte de la energía del descomponedor va dirigido al calor, 90% aprox. y el resto a la materia inorgánica.
Finalmente, la materia inorgánica es asimilada por el productor, para generar nutrientes y poder alimentarse, y así se cierra el ciclo.
Ejemplo:
Ciclos biogeoquímicos
Se refiere a la vinculación de la composición de la tierra (y sus elementos químicos orgánicos e inorgánicos) con la vida. Durante estos procesos se transfieren algunos elementos y compuestos entre los componentes bióticos y abióticos.
El término biogeoquímico se deriva del hecho de que hay movimiento cíclico de los elementos que formar los organismos biológicos (“bio”), el ambiente geológico (“geo”) e intervienen en un cambio químico.
Ciclo: Es una secuencia ordenada de pasos que se repiten periódicamente . Un ciclo no tiene principio ni fin.
El ciclo del carbono y el oxígeno 
El carbono es un elemento esencial en los organismos vivos, circula de manera constante en el ecosistema terrestre. Mas del 80% de los compuestos conocidos en la actualidad contienen carbono. 
Circula a través del aire, plantas, animales y el suelo. Para entenderlo, empezaremos con el proceso de la fotosíntesis. 
Durante la fotosíntesis las plantas toman el CO2 de la atmosfera a través de sus hojas y obtienen agua delsuelo por sus raíces. Combinan el C02 y el agua usando la luz solar para elaborar glucosa (C6H1206), molécula que es fuente de energía potencial para la planta y para los organismos que la consuman.
La molécula producida, es el material básico para otros compuestos que la planta utiliza para su desarrollo. Cuando los vegetales crecen, almacenan mas carbono, los herbívoros obtiene el carbono al consumir plantas.
Cuando las plantas y animales desprenden energía a través de la respiración, utilizan oxigeno para quemar estas moléculas y exhalan CO2 y agua. 
C6H1206
La respiración permite a los organismos capturar la energía química almacenada en la comida y producir energía para sus funciones como el crecimiento y reproducción. 
Proceso de la respiración:
El ciclo del nitrógeno y/o gaseoso 
Es el gas que mas abunda en la atmosfera 78%, ya que la mayor parte de su ciclo se lleva acabo en la atmosfera, es uno de los elementos mas esenciales, y muy importantes en las plantas, ya que les permite la construcción de proteínas para su crecimiento y reproducción.
También juega un papel importante en la producción de ácido nucleico, un componente esencial en la síntesis del ADN y el ARN. 
Todos los seres vivos necesitan nitrógeno para fabricar proteínas. Intervienen fundamentalmente en este ciclo los vegetales y las bacterias fijadoras del nitrógeno. En ese proceso, el nitrógeno es incorporado al suelo, que será absorbido por los organismos vivos antes de regresar de nuevo a la atmósfera 
Ciclo del nitrógeno
Para empezar, el nitrógeno no puede ser absorbido de forma directa (en su estado gaseoso), ya que al respirar, entre y sale, y solo se almacena el oxigeno, liberando CO2..
Sin embargo, se asimila en forma de proteínas (aminoácidos) mediante el proceso de fijación de nitrógeno, en donde se combina con otros elementos para formar el amoniaco, nitritos y nitratos.
Explicación: como la planta tiene sus propias proteínas, viene el conejo y se come dicha planta, la cual obtiene nitrógeno.
Cuando el animal muere, deja bacterias y el nitrógeno producido se va a convertir en amonio, ese proceso se llama amonificación, este a su vez puede ser asimilado por la planta o atacado por otras bacterias nitrificantes, la cual la convierte en nitratos, ese desarrollo se llama nitrificación, estos nitratos son asimilados por la planta. Una vez asimilado en forma de aminoácidos, viene el animal y se alimenta de la planta obteniendo nitrógeno.
Por otro lado, habrán bacterias que van a desnitrificar, es decir, lo van a convertir en nitrógeno atmosférico, ese transcurso se le conoce cono desnitrificación, ese nitrógeno no se queda en la atmosfera, si no que, vuelve a la tierra, a través de las bacterias fijadoras de nitrógeno. Esta acción se llama fijación nitrógeno.
Ciclo hidrológico 
Los compuestos nitrogenados que están presentes en los organismos se liberan hacia el medio ambiente a través de la excreción y la muerte, ya sean la naturaleza o en forma de desechos humanos. El nitrato es un importante nutriente que contribuye al crecimiento de las plantas y puede ser el nutriente limitante en algunos sistemas, especialmente en el medio ambiente marino en las costas. Las descargas a las aguas superficiales pueden provocar un crecimiento dañino de las algas y llegar a crear problemas de calidad del agua como el agotamiento del oxígeno.
Se define por los caminos en donde el agua se mueve y se distribuye por el planeta, el agua circula en cualquier estado físico (liquido, solido o gaseoso).
Las unidades de transferencia de agua son 1012 m3/año.
Generalmente es descrito en termino de sus componentes: precipitación, infiltración, evaporación, transpiración, escorrentía y flujo.
La precipitación involucra el movimiento del agua desde la atmósfera hasta la superficie de la tierra en forma de nieve, granizo o lluvia. 
Es el movimiento del agua de la superficie de la tierra de lagos, suelo y océanos hacia la atmósfera. Cuando se lleva a cabo este fenómeno, el agua no sólo está en movimiento sino que también está cambiando su estado: el agua líquida se transforma en vapor de agua y en esta forma se incorpora a la atmósfera. 
El agua que continúa fluyendo o filtrándose por el subsuelo se convierte en agua subterránea que alimenta los lagos, ríos y eventualmente termina en el océano. Las plantas y los animales absorben temporalmente esas moléculas de agua, aunque de manera constante las intercambian con el ambiente.
El agua que termina sobre la superficie de la tierra puede retornar hacia la atmósfera por el proceso llamado de transpiración. Como el agua se filtra a través del suelo, ésta se puede volver útil para las plantas. Aproximadamente 2% del agua absorbida por las raíces de las plantas se utiliza para la fotosíntesis, casi toda el agua viaja por las plantas hasta sus hojas donde es transpirada hacia la atmósfera comenzando nuevamente el ciclo. 
Para mas información:
https://es.slideshare.net/naturvida777/ciclo-hidrologico-10473544
(UNALM) 
https://www.youtube.com/watch?v=h4ind5CG21s
Gracias!