Como usar eletrônicos para economizar água | MEP
Como usar eletrônicos para economizar água
Nos últimos tempos, vários dispositivos eletrônicos, que estão sendo desenvolvidos para melhorar a disponibilidade de água potável, estão se tornando parte do mercado e das residências. Este artigo discute diferentes maneiras de usar eletrônicos para limpar, produzir ou conservar água.
A água é um dos ingredientes mais preciosos da vida, mas com uma população crescente, mudanças nas condições ambientais e estilos de vida, a crise da água potável é uma realidade em todo o mundo. Somente os seres humanos, entre outras espécies vivas que precisam de água, estão usando mal a água potável e seus recursos para tarefas como tomar banho e lavar roupa.
Água potável limpa e segura é um desafio para a crescente população global e para milhões de pessoas em todo o mundo. Para complicar ainda mais os problemas existentes e crescentes com o suprimento, 85% das doenças no mundo são transmitidas por água não potável. O problema está representado abaixo.
Cerca de 2,1 bilhões de pessoas em todo o mundo vivem sem acesso a água potável.
Cerca de 1,7 milhão de crianças morrem anualmente devido à falta de água potável.
Cerca de 443 milhões de dias letivos são perdidos anualmente devido a doenças relacionadas à água.
Cerca de 50% da população mundial viverá em áreas estressadas pela água até 2025.
É do conhecimento geral que a água destrói a eletrônica e, portanto, as duas não vão bem juntas. Porém, a eletrônica tem várias aplicações relacionadas à água, relacionadas à conservação da água por meio de indicadores / controladores de nível de água, sensor de umidade, lavagem sem água, limpeza e purificação de água, dessalinização e até geração de água do ar.
A crescente escassez de água potável em todo o mundo, em geral, e em muitas partes da Índia, em particular, precisa do uso de eletrônicos – a ferramenta atual para tudo – não apenas para a limpeza da água (tratamento de águas residuais ou purificação / dessalinização) e conservação, mas também para renová-lo usando fontes renováveis ​​disponíveis na Terra e na atmosfera em quantidades significativas.
Uma solução é possível se uma grande quantidade de água potável puder ser gerada economicamente e de maneira ecológica, usando eletrônicos. Até o momento, acredita-se que a indústria eletrônica global demorou a dar passos inovadores em larga escala que abordam o uso da eletrônica no tratamento da escassez de água potável. No entanto, nos últimos tempos, vários dispositivos eletrônicos, que estão sendo desenvolvidos para melhorar a disponibilidade de água potável, estão se tornando parte do mercado e das residências.
1 Sensor de água
2 Lavagem sem água
4 Dessalinização da água
4.1 Mediação eletroquímica
4.2 Eletrodiálise por ondas de choque
4.3 Usando células solares
4.4 Usando baterias
5 Água do ar
Aplicações eletrônicas em indicadores de nível de água, controladores, interruptores e sondas já estão em jogo. Dispositivos como controladores eletrônicos de nível, sensores de nível, alarmes de nível de água, interruptores de bóia e outros tipos de controladores de nível de água tornaram-se parte integrante de todos os lares e estão ajudando na conservação da água, controlando o desperdício de água.
O sistema eletrônico de detecção de água primeiro detecta a quantidade de água disponível no reservatório de água usando o detector de nível e depois ajusta o estado da bomba de água de acordo com o nível da água. Consegue automação através de lógica sequencial implementada usando circuitos flip-flop. Um display e um circuito de acionamento da bomba de motor com base em relé fazem parte do projeto integrado. A bomba abre e para automaticamente para encher e esvaziar a água.
Uma máquina de lavar sem água está sendo desenvolvida com a esperança de impedir o desperdício de água. O sistema da máquina de lavar é baseado na pesquisa do professor Stephen Burkinshaw, da Universidade de Leeds, que se concentra na estrutura das esferas de polímero de nylon, porque o nylon é o melhor material para absorver pequenas partículas.
Máquina de lavar quase sem água (à direita) que usa contas de polímero de nylon (abaixo) para lavar (Crédito: www.forbes.com)
Ele, junto com sua equipe de pesquisadores, apresentou o conceito de usar nylon para remover manchas de roupas. Eles fizeram uma parceria com a Xeros Ltd para produzir máquinas de lavar sem água para uso comercial. Atualmente, essa tecnologia está disponível em pequena escala, mas estão sendo feitos esforços para ampliá-la e criar uma versão doméstica em breve.
Outro conceito foi introduzido pelo designer Elie Ahovi, que usa o princípio da levitação magnética. O novo dispositivo consiste em um tambor esférico que limpa as roupas, esfregando-as com gelo seco, em vez de água. O tambor é essencialmente um anel cheio de baterias, que produz levitação magnética dentro do anel e levita o cesto de roupa super-condutora de metal dentro.
É necessária uma temperatura baixa dentro do anel, que é produzida usando nitrogênio líquido. Todo o processo é controlado usando uma interface touchscreen. O gelo seco, introduzido no interior do anel em velocidade supersônica, atinge a roupa suja e o dióxido de carbono gerado interage com a sujeira e a separa da roupa.
A sujeira é então coletada e filtrada através de pequenos poros e o dióxido de carbono é removido e congelado novamente. É assim que as roupas são limpas e secas.
A purificação eletrônica da água permite que os usuários em qualquer lugar convertam água não salgada prontamente disponível, mas poluída, em água potável, a uma fração do custo da água engarrafada. O sistema garante que a água usada nos negócios, na indústria e em casa seja segura.
Tecnologia eletrônica de purificação de água (Crédito: www.youtube.com)
A tecnologia eletrônica de purificação de água usa o eletromagnetismo para livrar a água de impurezas. A ciência por trás do sistema é relativamente direta.
O método eletrônico de purificação de água funciona aplicando energia CC a eletrodos à base de carbono, que são mergulhados em uma carcaça. A aplicação dessa energia faz com que os eletrodos sejam carregados com polaridade oposta. Essa polaridade oposta atrai minerais presentes na água, removendo-os da água. Os minerais são absorvidos na superfície dos eletrodos, o que faz com que todos os minerais e impurezas sejam removidos, deixando para trás nada além de água pura. Quando esses contaminantes se acumulam, eles são simplesmente despejados invertendo a polaridade da carga e depois lavados por um sistema de válvulas.
Relativamente barato para comprar, instalar e manter, o purificador de água eletrônico é conveniente e acessível de usar. Visto que outros sistemas podem ser caros e complicados. Como o purificador eletrônico de água não depende de altas pressões para funcionar, os requisitos de energia são baixos, tornando-o eficiente. Pode até ser usado com um sistema de energia solar.
Uma alta porcentagem de água é recuperada, o que torna o sistema mais eficiente do que muitas outras tecnologias de purificação de água. O purificador de água eletrônico não requer produtos químicos para operar, tornando-o fácil e seguro de usar. Remove facilmente mais contaminantes da água do que outras tecnologias, incluindo sólidos dissolvidos totais (TDSes), chumbo, nitratos, metais, perclorato, cloreto de sódio, sulfatos, cálcio e arsênico.
Como ele pode eliminar a água de contaminantes potencialmente perigosos, o purificador de água eletrônico pode ser usado para fornecer água potável e segura para residências e empresas, além de abrandar a água para uso dentro e fora das residências para outras tarefas.
O purificador de água eletrônico também pode ser usado em uma variedade de configurações comerciais, industriais e de grande porte. Além dos enormes benefícios do uso da tecnologia verde, o equipamento é extremamente econômico.
Dessalinização refere-se a qualquer processo para remover o excesso de sal e outros minerais da água salgada para obter água potável. As tecnologias de dessalinização de água baseadas em eletrônicos são econômicas, compactas, modulares, portáteis, eficientes e confiáveis. Algumas tecnologias de dessalinização de água baseadas nos princípios da eletrônica são discutidas a seguir.
Esse método de dessalinização da água do mar utiliza eletrodos capacitivos ou de bateria que consomem menos energia e é muito mais simples do que as técnicas convencionais. Ele funciona criando um pequeno campo elétrico que remove sais e o processo evita os gargalos que os métodos de dessalinização atuais enfrentam com base no uso de membranas.
Chamada dessalinização da água do mar, mediada eletroquimicamente, a técnica requer tão pouca energia que pode funcionar com uma bateria comprada em loja. Para obter a dessalinização, o usuário aplica uma pequena voltagem (3V) em um chip de plástico cheio de água do mar. O chip contém um micro-canal com dois ramos. Na junção do microcanal, um eletrodo incorporado neutraliza alguns dos íons cloreto na água salgada para criar uma zona de depleção de íons, o que aumenta o campo elétrico local em comparação com o restante do canal.
Essa mudança no campo elétrico é suficiente para permitir que o sal passe por um galho e a água dessalinizada / pura passe por outro. A reação de neutralização que ocorre no eletrodo é a chave para remover os sais da água do mar.
Eletrodiálise por ondas de choque
Esse sistema usa uma onda de choque acionada eletricamente dentro de uma corrente de água corrente, que empurra a água salgada para um lado do fluxo e a água doce para o outro. Parece semelhante à eletrodiálise convencional, mas é fundamentalmente diferente. Nesse processo, a água flui através de um material poroso ensanduichado entre membranas ou eletrodos de cada lado. Com o aumento da corrente através do sistema, a água salgada é separada em duas zonas de altas e baixas concentrações de sal. Quando a corrente é aumentada até um certo limite, ela gera uma onda de choque entre duas zonas, dividindo acentuadamente os fluxos de água e permitindo que as águas frescas e salgadas sejam separadas por uma barreira física simples no centro do fluxo.
Usando células solares
Os pesquisadores esperam usar um mecanismo para fabricar um dispositivo que dessalinize diretamente a água salgada após a exposição à luz solar. Nessa direção, eles até agora alcançaram sucesso ao permitir que a água salgada penetrasse através de duas membranas de troca iônica. Aqui, uma membrana transporta principalmente íons com carga positiva (cátions) como prótons e outros íons com carga negativa (ânions) como hidróxidos. As membranas funcionam como um par de portas químicas para conseguir a separação da carga.
Além disso, o brilho da luz do laser no sistema solicita que as moléculas orgânicas sensíveis à luz ligadas às membranas liberem cátions, que são então transportados para o lado mais ácido da membrana. Isso produz uma corrente iônica mensurável e tensão acima de 100mV.
Apesar de ultrapassar o limiar de fotovoltagem de 100mV às vezes, o nível de corrente elétrica que o sistema de membrana dupla pode alcançar continua sendo sua principal limitação. Assim, a fotovoltagem gerada precisaria ser aumentada para atingir um nível de 200mV necessário para dessalinizar a água do mar.
Os cientistas são inspirados no princípio de funcionamento das baterias de íon sódio, que contêm água salgada. A tecnologia que carrega as baterias pode fornecer água fresca de mares salgados, pois a eletricidade que atravessa uma bateria cheia de água salgada retira íons de sal da água.
Uma bateria possui duas câmaras – eletrodo positivo e eletrodo negativo, com um separador entre os quais os íons podem fluir. Quando descarrega, os íons sódio e cloreto – os dois elementos do sal – são atraídos para uma câmara, deixando a água dessalinizada na outra. Em uma bateria normal, os íons se difundem quando a corrente flui na outra direção, mas os pesquisadores precisam encontrar uma maneira de manter o sal fora da água agora pura.
Com o impacto das mudanças climáticas tornando as águas subterrâneas e superficiais mais escassas, as empresas estão buscando explorar a atmosfera que contém 37,5 milhões de bilhões de galões de água, chamando-a de água do ar. Isso é superior aos aproximadamente 32,6 milhões de bilhões de galões de água doce – o restante está trancado em calotas polares e geleiras – presentes na terra.
Duas técnicas primárias para extrair água do ar são baseadas no resfriamento e no uso de dessecantes. Retirar a água da atmosfera requer uma entrada significativa de energia; no entanto, alguns métodos de geração de água na atmosfera são completamente passivos, dependendo de diferenças de temperatura naturais e sem necessidade de fonte de energia externa.
Como funciona um gerador de água atmosférica (https://menafn.com)
A maioria dos geradores de água atmosférica que fazem a água do ar operar de maneira semelhante a um desumidificador. Em um desumidificador, o ar é passado sobre uma bobina resfriada, causando a condensação da água. A taxa de geração de água depende das condições ambientais de temperatura e umidade, além do volume de ar que passa pela bobina, bem como da capacidade da máquina de esfriar a bobina.
Como conseqüência, esses sistemas reduzem a temperatura do ar, o que, por sua vez, reduz a capacidade do ar de transportar água, diminuindo a produção de água. Os geradores de água atmosférica são projetados para cidades, vilas, fábricas, assentamentos fora da rede e comunidades. Eles também podem ser usados ​​para fornecer água potável em centros comunitários e locais públicos, como centros de saúde, escolas, faculdades, escritórios, estações ferroviárias, pontos de ônibus, aeroportos, portos marítimos, plataformas de petróleo offshore, estabelecimentos militares, áreas e estabelecimentos remotos, e complexos residenciais.
Embora o conceito não seja novo nos EUA, Europa e Oriente Médio, a tecnologia – que funciona bem em áreas costeiras onde a umidade é alta – ainda não atingiu escala na Índia. Juntamente com empresas como a Watergen (uma empresa israelense), progredindo bem na geração de água a partir do ar, a WaterMaker (Índia) Pvt Ltd, com sede em Mumbai, a AKVO com base em Kolkata, a AKVO com base em Kolkata, a Skywater Pvt Ltd com base em Hyderabad e a Bharat Electronics Ltd (BEL) também desenvolveram diferentes modelos de geradores de água atmosférica com o objetivo de condensar a umidade da atmosfera na água.
A água é então filtrada e purificada através de vários filtros, incluindo carbono, osmose reversa e luzes de esterilização UV, para produzir água potável pura. Espera-se que a mágica de ser capaz de tirar água do nada se torne realidade. A Watergen lançou recentemente um gerador de água para o consumidor médio, usando uma técnica plug-and-play simples, que transformará o ar em água.
No final, vale ressaltar que eletricidade e combustíveis fósseis não são as únicas maneiras de alimentar geradores de água atmosférica; a energia solar é outra opção de eficiência energética.
Dr S.S. Verma é professor do Departamento de Física do Instituto Sant Longowal de Engenharia e Tecnologia, Sangrur, Punjab.