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Filtración de agua de bajo consumo energético
La mayoría de las tecnologías de filtración de agua requieren mucha energía para empujar el agua a través de las membranas que eventualmente se ensucian y necesitan ser reemplazadas. Ambos factores hacen que la filtración de agua sea costosa para la mayoría de las aplicaciones.
Ciclo de centrifugado: El purificador de agua que se muestra arriba separa los contaminantes mediante la fuerza centrífuga.
Ahora, los investigadores del Palo Alto Research Center (PARC) han podido superar esos desafíos incorporando conocimientos científicos de la física de los movimientos de las partículas de tóner en un dispositivo de filtración de agua de baja energía que no utiliza membranas.
Todas esas son buenas noticias para el espectro que se avecina de filtrar el agua potable salobre que amenaza a gran parte del mundo en desarrollo e incluso a algunas áreas con estrés hídrico en los países desarrollados. En el pasado, sin embargo, la economía ha sido el obstáculo para la creación de sistemas de tratamiento de agua asequibles. Las Naciones Unidas estiman que durante los próximos ocho años, unos 900 millones de personas necesitarán un suministro seguro de agua potable.
Los investigadores de PARC llaman a su dispositivo el concentrador en espiral. Es una pieza de tubo de plástico en forma de espiral, de 50 centímetros de largo y un milímetro de diámetro. A medida que se bombea agua a través de un extremo del dispositivo, las partículas del agua se presionan contra las paredes de la tubería. Las partículas tan pequeñas como de un micrón de tamaño se separan mediante fuerza centrífuga y se desvían del agua limpia a través de horquillas divergentes en el concentrador en espiral.
La ventaja de este enfoque es que no requiere tanta energía como para empujar el agua contaminada a través de una membrana. Dichas membranas se construyen típicamente con resina y tienen muchos orificios diminutos perforados en ellas, que varían en tamaño desde unos pocos micrómetros hasta unos pocos nanómetros.
La innovación de PARC surgió de un proyecto de investigación por contrato anterior con el Ejército de los EE. UU. El objetivo era diseñar un dispositivo para concentrar peligros biológicos como el ántrax concentrando pocas partes por litro de contaminantes para que un sensor pudiera detectar su presencia.
Los investigadores de PARC tienen mucha experiencia en el estudio de la física de partículas. El tóner de las fotocopiadoras se compone de partículas en miniatura cargadas de electrones. Comprender la física de cómo estas partículas cargadas se mueven tanto en el aire como en el líquido ha sido un área clave de la investigación de PARC. Las lecciones que los investigadores aprendieron sobre el tóner de partículas se utilizaron para el sistema de detección de agentes biológicos de PARC y para el purificador de agua.
El purificador requiere un caudal de agua constante para que los movimientos de las partículas se ajusten a los patrones predichos. Ese flujo de agua se puede lograr con una bomba de baja potencia que puede ser impulsada por un panel de células solares.
Sin embargo, debido a que el concentrador giratorio puede separar partículas de un tamaño no inferior a un micrón, no puede eliminar las bacterias. Scott Elrod, gerente del laboratorio de sistemas de hardware en PARC, dice que las partículas más pequeñas podrían separarse agregando alumbre al agua que se filtra. El alumbre se utiliza en las plantas de tratamiento de agua para unir químicamente partículas pequeñas a las más grandes, que luego se pueden separar por gravedad. En el caso del concentrador de giro, la fuerza centrífuga proporcionará los caballos de fuerza para eliminar esas partículas congeladas.
Elrod dice que en los próximos dos meses, los investigadores esperan reducir el dispositivo a una pila paralela de concentradores de giro que sean lo suficientemente pequeños como para venderse comercialmente. También planean probar el sistema con mayores volúmenes de agua, para alcanzar el volumen máximo de 100 litros por minuto de tasa de filtración. Los investigadores ya han realizado los cálculos en papel indicando que el esquema paralelo y el volumen de agua deberían poder manejarse.