La energía solar como fuente alterna para el tratamiento de la limpieza del agua

El agua es el vehículo de la naturaleza
– Leonardo da Vinci

El agua ¿solución de vida?

Hoy en día la condición del mundo se encuentra en decadencia, especialmente hablando en términos de cuidado ambiental. La Revolución Industrial hizo dependiente al hombre de los combustibles fósiles dejando a un lado la oportunidad que brinda la energía alterna y orillando al mundo a un crecimiento indiscutible en los alarmantes índices de contaminación. Por otro lado, el agua es un recurso no renovable y vital para nuestra existencia. En el mundo solamente se cuenta con 39 millones de kilómetros cúbicos de agua dulce, de los cuales 29 millones se encuentran congelados en los casquetes polares, cinco millones se localizan en el subsuelo y los últimos cinco millones son la reserva mundial con la que tienen que vivir más de seis mil millones de personas día con día.

En 1987, durante la Comisión Mundial sobre el Medio Ambiente y Desarrollo ^[1], se creó el concepto del desarrollo sostenible el cual es definido como “aquél que puede lograr satisfacer las necesidades y las aspiraciones del presente, sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras de satisfacer sus propias necesidades y aspiraciones”. Esta definición contempla como puntos principales los sectores económicos, sociales y ambientales, los cuales quedan entrelazados entre sí, como los vértices de un triángulo en el cual cada aspecto es dependiente uno del otro. A raíz de este término han surgido proyectos a nivel mundial que se basan en la filosofía de este concepto, creando conciencia sobre la problemática actual de la condición mundial, sin embargo, dichos esfuerzos no han sido los suficientes para reducir el impacto, y es ahí donde radica la importancia de la generación de nuevas investigaciones concernientes a estos temas.

Si se analizan estos hechos, se demuestra la irrefutable necesidad de encontrar soluciones alternas y viables para conservar y usar de una mejor forma el agua potable con la que se cuenta. Durante los últimos dos años se desarrolló un prototipo a base de materiales reciclables, usando como fuente principal la energía provista por los rayos solares. A continuación se muestra el progreso logrado con este prototipo[2], en el cual se incluyen los materiales y procedimientos seguidos que proporcionan como resultado una oferta muy tentadora en el área del tratamiento de agua.

El sol como solución al grave problema de escasez del líquido vital

Como ya se mencionó y tomando en cuenta el impacto que la escasez de agua tiene en el desarrollo de la humanidad, es necesario encontrar un medio para resolver dicho problema. Es vital considerar la importancia que tiene la resolución de los problemas ambientales que hoy en día se presentan utilizando las energías alternas para que la solución sea realmente viable. Lo anterior fue considerado para la elaboración del prototipo dispuesto para la limpieza de agua mediante energía solar, cumpliendo con las especificaciones que estipula el desarrollo sostenible.

La muestra de agua que se utilizó para comprobar el funcionamiento adecuado del prototipo fue tomada del Lago de Guadalupe. Se tomó este tipo de agua porque en él se desechan 15 millones de metros cúbicos de cinco municipios mexiquenses. Los tipos de agua que se desechan día con día en este lago son: aguas grises, negras, duras y residuales. Este tipo de aguas contiene diversos contaminantes como desechos orgánicos, que son formados por animales y humanos; jabones; metales pesados; residuos industriales; químicos inorgánicos, como el acido sulfhídrico, por mencionar algunos. Debido a esto es uno de los lagos más contaminados, una prueba contundente de lo anterior puede encontrarse en el periódico El Universal en el cual se destacó que “el Lago de Guadalupe es un espejo de agua de 340 hectáreas, en donde murieron 30 toneladas de peces durante el último año por la contaminación de sus aguas” (Jiménez, 2005, ¶ 9).

El agua tiene distintos tipos de contaminantes, así como desechos sólidos para lo cual fue de primera necesidad adaptar un filtro que estuviera conformado con los materiales necesarios para lograr el primer alcance de la limpieza. Los materiales que se utilizaron en el filtro fueron: una capa de papel micra de 20×10^-6 m y de 5×10^-6 m, una capa de grava, una de fibra de vidrio, carbón activado, gránulos de Kinetic Degradation Fluxion (KDF por sus siglas en inglés), finalmente dos secciones de arena fina y gruesa.

La evaporación del agua es la clave para el funcionamiento de este sistema. Para precalentar el agua se utilizó un serpentín de cobre para obtener una temperatura de 65°C. Posteriormente se llegó a la ebullición utilizando una parábola que reflejara los rayos solares, se alcanzó una temperatura de 258°C. Para regresar el agua a su estado líquido se utilizó un condensador con salmuera que disminuía la temperatura de manera notable. Al terminar el proceso se obtuvo agua limpia, más no potable[3]. A pesar de que el agua obtenida no puede ser utilizada para el consumo humano, este proceso tiene diversos beneficios para la sociedad en general. El agua obtenida al finalizar el proceso puede ser utilizada para el riego en cultivos, ya que esta no contiene microorganismos que dañen las cosechas. Lo anterior permitirá que la producción de comida no se vea afectada y que más agua pueda ser destinada al consumo humano, esto es debido a que “cerca del 70% del agua dulce es destinada al riego de cultivos” (UNESCO, 2009, p. 1).

Otra utilidad que se le puede dar al agua obtenida por este sistema es en plantas industriales. Los procesos manufactureros, la mayoría de las veces, utilizan el agua como herramienta de enfriamiento, por lo que no es necesario que utilicen agua potable. “El 22% de agua dulce es utilizada en la industria” (UN Water, 2009, ¶ 2) por lo cual las fábricas no necesitan utilizar agua potable puesto que en la mayor parte de dichos procesos el agua es utilizada como método para enfriar. Al utilizar este tipo de agua en la industria, el 22% del agua dulce puede destinarse al consumo humano.

De igual manera, este tipo de agua puede ser utilizada para fines domésticos. “El 8% del agua dulce es utilizada en labores domésticas” (Fergusson, 1990, p. 54). Al reutilizar el agua que es limpiada en el sistema descrito se logra un mejoramiento en el medio ambiente y en la sociedad. El beneficio final que obtienen las comunidades, tanto urbanas como rurales, al utilizar el sistema de saneamiento es aumentar el volumen de agua que es posible para utilizarse para el consumo del hombre.

El proyecto cumple con los aspectos económico, social y ecológico del desarrollo sostenible. El aspecto ecológico se ve satisfecho, ya que al utilizar el Sol como energía alterna no envía emisiones contaminantes a la atmósfera. Por otra parte, el filtro descomponía algunos de los contaminantes, por lo que es amigable con el medio ambiente. El aspecto social se cumple, puesto que al mejorar el agua utilizada para el consumo humano, la calidad de vida de las personas de la sociedad se ve altamente beneficiado. El punto económico del desarrollo sostenible se lleva a cabo debido a que al utilizar una fuente alterna de energía no es necesario destinar recursos económicos en fuentes caloríficas que permitan la ebullición, destilación y limpieza del agua.

Previo a la presentación oficial del proyecto, se realizó una serie de siete pruebas piloto que ayudaron a modificar el funcionamiento del sistema, donde se dio suma vitalidad e importancia a factores como la temperatura alcanzada por el sistema y la concentración de contaminantes. La prueba final con la que se midió el progreso del prototipo fue utilizando una composición proveniente del agua del Lago de Guadalupe ubicado en el Estado de México. Inicialmente el agua estaba compuesta por microorganismos como la escherichia coli^[4], metales pesados, sustancias alcalinas y una mezcla de aguas grises, residuales, duras y negras. En la escala de pH, la sustancia alcanzó un puntaje de ocho, mostrando las propiedades de una base^[5]. El aspecto era totalmente turbio y era acompañado por sólidos suspendidos. Después de someter una muestra de dos litros al sistema durante una duración de tres horas, se logró reducir el pH a 7.04, neutralizando casi en su totalidad el agua. El aspecto turbio cambió a cristalino, los sólidos suspendidos fueron separados y se redujo la concentración de sales y el nivel de dureza del agua. Debido al proceso de destilación, en el cual se alcanzó una temperatura de 258° C, fue posible eliminar los microorganismos presentes en la mezcla.

El prototipo se puede utilizar en países subdesarrollados. Lo anterior es posible debido a que la mayoría de los materiales utilizados son reciclados y la fuente de energía es solar, lo que ocasiona una reducción de costos. Teniendo las características anteriores cumple con los tres aspectos del desarrollo sostenible que fueron planteados con anterioridad.

Importancia en la actualidad

La trascendencia de utilizar un sistema que permita la limpieza del agua, como ya se ha mencionado con anterioridad, radica en la creciente problemática relacionada a la escasez del líquido vital y la contaminación que éste presenta. El problema del agua no es nuevo, sin embargo en la actualidad se han visto de una manera más clara las consecuencias de la mala utilización de ésta, provocando numerosos movimientos e investigaciones para controlar su insuficiencia. Aplicaciones, como el experimento que fue presentado a lo largo del presente, han permitido desarrollar tecnologías innovadoras con respecto a la utilización de la energía solar para el tratamiento de aguas residuales y de lluvia. Al cumplir con los tres postulados del desarrollo sostenible, el prototipo permite una válida utilización, ya que como se pudo observar, los resultados son positivos y se le puede utilizar en distintos sectores de las actividades humanas.

La aplicación de este dispositivo permitirá que millones de litros de agua que son prácticamente desperdiciados por la industria, la ganadería y las actividades domésticas sean destinados al consumo humano. Al reducir el pH del agua contaminada, eliminar los microorganismos que en ella habitan y mejorar su calidad, con la simple utilización de la energía solar, el prototipo brindará tanto al hombre, como al planeta en general, un mejor nivel de vida que se verá reflejado en las generaciones futuras.

Notas

[1] También conocida como la Comisión Brundtland y que comprende el informe “Nuestro futuro común” donde se alude a dicho término.

^[2] El sistema creado ganó el primer lugar durante la Expo-Física 2007 llevada a cabo en el Tecnológico de Monterrey, Campus Estado de México. Seis meses después ganó el primer lugar en la exposición de proyectos de física en el rubro de limpieza solar en la misma institución. Así mismo calificó para la participación en el evento Ciencia Joven 2008 y compitió en la Expociencias Nacional 2008 con sede en Tehuacán, Puebla; competencia organizada por el organismo internacional “The International Movement for Leisure Activities in Science and Technology” (MILSET) dedicado a fomentar la investigación científica por parte de los estudiantes, en distintos países.

^[3] Es importante aclarar que este sistema, únicamente limpia el agua, no la potabiliza, para profundizar en este aspecto véase los resultados obtenidos.

[4] La escherichia coli es una bacteria de origen fecal la cual afecta primordialmente el aparato digestivo de la persona que la consuma. Debido al descuido en el mantenimiento del lago, éste es un componente que se encuentra frecuentemente en las aguas de éste, amenazando la salud del ser humano.

[5] De acuerdo a la Enciclopedia Encarta, una base es aquella sustancia que muestra de valor de pH en el rango que va del 7 al 14, azulea el papel tornasol, es amarga y se caracteriza por contar con el ion hidroxilo (OH^–)

Referencias

Bibliográficas

• Dindrago, L. (2003). Química: Materia y cambio. Ciudad de México: McGraw Hill.
• Fergusson, J. (1990). The heavy elements. Chemistry, environmental impact and health effects. (Segunda edición ed.). Nueva York: Pergamon Press.
• Giancoli, D. (1997). Física: principios con aplicaciones. Ciudad de México: Prentice Hall.
• Harte, J., Holden, C., Scheneider, R., & Shirey, C. (1991). Toxics A to Z. A guide to everyday pollution hazards. Los Angeles: University of California Press.

Electrónicas

• Batidzirai, B., Lysen, E., Van Egmond, S., & Van Sark, W. (2004, mayo). Potential for solar water heating in Zimbabwe. Web of Science, 13, 567-582. Recuperado el 23 de marzo de 2009, de www.energyscience.uu.nl/documents/NWS-I-2004-13.pdf
• Mizoguchi, K., Kamikawa, H. (2001, diciembre). Environmentally Conscious Design and Inverse Manufacturing. Proceedings EcoDesign, 958 – 961. Recuperado el 23 de marzo de 2009, de
• Jiménez, R. (2005, 26 de septiembre). Peligra fauna de Lago de Guadalupe. El Universal. Recuperado el 13 de abril de 2009, de
• UN Water. (2009). Water Resources. Recuperado el 9 de abril de 2009, de
• UNESCO. (2009, 14 de marzo). The United Nations World Water Development Report 3. Recuperado el 10 de abril de 2009, de