Un nuevo sistema ideado por los ingenieros del MIT podría proporcionar una fuente de agua potable de bajo costo para las ciudades resecas de todo el mundo y al mismo tiempo reducir los costos operativos de la planta de energía.
Alrededor del 39 por ciento de toda el agua dulce extraída de ríos, lagos y embalses en los EE. UU. Está destinada a las necesidades de enfriamiento de las plantas de energía eléctrica que usan combustibles fósiles o energía nuclear, y gran parte de esa agua termina flotando en las nubesde vapor, pero el nuevo sistema MIT podría potencialmente ahorrar una fracción sustancial de esa pérdida de agua, e incluso podría convertirse en una fuente importante de agua potable limpia y segura para las ciudades costeras donde el agua de mar se usa para enfriar las plantas de energía locales
El principio detrás del nuevo concepto es engañosamente simple: cuando el aire rico en niebla se elimina con un haz de partículas cargadas eléctricamente, conocidas como iones, las gotitas de agua se cargan eléctricamente y, por lo tanto, pueden arrastrarse hacia una malla de cables, similar auna pantalla de ventana, colocada en su camino. Las gotas luego se acumulan en esa malla, se drenan en una bandeja colectora y pueden reutilizarse en la planta de energía o enviarse al sistema de suministro de agua de una ciudad.
El sistema, que es la base de una empresa emergente llamada Infinite Cooling que ganó el mes pasado el concurso de emprendimiento de $ 100K del MIT, se describe en un artículo publicado hoy en la revista Avances científicos , escrito por Maher Damak PhD '17 y profesor asociado de ingeniería mecánica Kripa Varanasi. Damak y Varanasi se encuentran entre los cofundadores de la startup.
La visión de Varanasi era desarrollar sistemas de recuperación de agua altamente eficientes mediante la captura de gotas de agua tanto de niebla natural como de columnas de torres de enfriamiento industrial. El proyecto comenzó como parte de la tesis doctoral de Damak, cuyo objetivo era mejorar la eficiencia de los sistemas de recolección de niebla que sonSe utilizan en muchas regiones costeras con escasez de agua como fuente de agua potable. Esos sistemas, que generalmente consisten en algún tipo de malla de plástico o metal colgada verticalmente en el camino de los bancos de niebla que se deslizan regularmente desde el mar, son extremadamente ineficientes, capturando soloalrededor del 1 al 3 por ciento de las gotas de agua que las atraviesan. Varanasi y Damak se preguntaron si había una manera de hacer que la malla atrapara más gotas, y encontraron una manera muy simple y efectiva de hacerlo.
La razón de la ineficiencia de los sistemas existentes se hizo evidente en los experimentos de laboratorio detallados del equipo: el problema está en la aerodinámica del sistema. A medida que una corriente de aire pasa un obstáculo, como los cables en estas pantallas de malla de niebla,el flujo de aire se desvía naturalmente alrededor del obstáculo, al igual que el aire que fluye alrededor del ala de un avión se separa en corrientes que pasan por encima y por debajo de la estructura del ala. Estas corrientes de aire desviadas llevan gotitas que se dirigían hacia el cable a un lado, a menos que se dirigieran de golpe.hacia el centro del cable.
El resultado es que la fracción de gotas capturadas es mucho menor que la fracción del área de recolección ocupada por los cables, porque las gotas se están barriendo a un lado de los cables que se encuentran frente a ellos. Simplemente agrandando los cables o los espacios enla malla más pequeña tiende a ser contraproducente porque obstaculiza el flujo de aire general, lo que resulta en una disminución neta en la recolección.
Pero cuando la niebla entrante se elimina primero con un haz de iones, ocurre el efecto contrario. No solo todas las gotas que están en el camino de los cables caen sobre ellas, incluso las gotas que apuntaban a los agujeros en la mallaser arrastrado hacia los cables. De este modo, el sistema puede capturar una fracción mucho mayor de las gotas que pasan. Como tal, podría mejorar drásticamente la eficiencia de los sistemas de captación de niebla y a un costo sorprendentemente bajo. El equipo es simple y ella cantidad de energía requerida es mínima
Luego, el equipo se enfocó en capturar agua de las columnas de torres de enfriamiento de plantas de energía. Allí, la corriente de vapor de agua está mucho más concentrada que cualquier niebla natural, y eso hace que el sistema sea aún más eficiente. Y desde la captura de agua evaporadaes en sí un proceso de destilación, el agua capturada es pura, incluso si el agua de enfriamiento es salada o contaminada. En este punto, Karim Khalil, otro estudiante graduado del laboratorio de Varanasi se unió al equipo.
"Es agua destilada, que es de mayor calidad, ahora solo se desperdicia", dice Varanasi. "Eso es lo que estamos tratando de capturar". El agua podría canalizarse al sistema de agua potable de una ciudad o usarse en procesos querequieren agua pura, como en las calderas de una planta de energía, en lugar de usarse en su sistema de enfriamiento donde la calidad del agua no importa mucho.
Varanasi dice que una planta de energía típica de 600 megavatios podría capturar 150 millones de galones de agua al año, lo que representa un valor de millones de dólares. Esto representa alrededor del 20 al 30 por ciento del agua perdida de las torres de enfriamiento. Con más refinamientos,El sistema puede capturar aún más de la salida, dice.
Además, dado que las centrales eléctricas ya están instaladas a lo largo de muchas costas áridas, y muchas de ellas están refrigeradas con agua de mar, esto proporciona una forma muy sencilla de proporcionar servicios de desalinización de agua a una pequeña fracción del costo de construir una planta de desalinización independienteDamak y Varanasi estiman que el costo de instalación de dicha conversión sería de aproximadamente un tercio del de una construcción de una nueva planta de desalinización, y sus costos operativos serían de aproximadamente 1/50. El tiempo de recuperación para instalar dicho sistema sería de aproximadamentedos años, dice Varanasi, y esencialmente no tendría huella ambiental, sin agregar nada al de la planta original.
"Esta puede ser una gran solución para abordar la crisis mundial del agua", dice Varanasi. "Podría compensar la necesidad de alrededor del 70 por ciento de las nuevas instalaciones de plantas de desalinización en la próxima década".
En una serie de experimentos dramáticos de prueba de concepto, Damak, Khalil y Varanasi demostraron el concepto al construir una pequeña versión de laboratorio de una pila que emite una columna de gotas de agua, similar a las que se ven en las torres de enfriamiento de plantas de energía reales,y colocó su haz de iones y su pantalla de malla. En el video del experimento, se ve una gruesa columna de gotas de niebla saliendo del dispositivo, y desaparece casi instantáneamente tan pronto como se enciende el sistema.
El equipo actualmente está construyendo una versión de prueba a gran escala de su sistema para colocarla en la torre de enfriamiento de la Central Utility Plant del MIT, una planta de cogeneración de gas natural que proporciona la mayor parte de la electricidad, calefacción y refrigeración del campus.Se espera que la configuración esté en su lugar a fines del verano y se someterá a pruebas en el otoño. Las pruebas incluirán probar diferentes variaciones de la malla y su estructura de soporte, dice Damak.
Eso debería proporcionar la evidencia necesaria para permitir que los operadores de plantas de energía, que tienden a ser conservadores en sus elecciones de tecnología, adopten el sistema. Debido a que las plantas de energía tienen una vida útil de décadas, sus operadores tienden a "ser muy reacios al riesgo"y quiere saber "¿se ha hecho esto en otro lugar?", dice Varanasi. Las pruebas de la planta de energía del campus no solo "eliminarán el riesgo" de la tecnología, sino que también ayudarán al campus del MIT a mejorar su huella hídrica, dice.tener un alto impacto en el uso del agua en el campus "
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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