Máquina de lavar quase sem água (à direita) que usa contas de polímero de nylon (abaixo) para lavar (Crédito: www.forbes.com)

Como usar eletrônicos para economizar água

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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.

Sensor de água

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.

Lavagem sem 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.

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Máquina de lavar quase sem água (à direita) que usa contas de polímero de nylon (abaixo) para lavar (Crédito: www.forbes.com)
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.

Purificação da água

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)
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.

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Dessalinização da água

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.

Mediação eletroquímica

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.

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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.

Usando baterias

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.

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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.

Água do ar

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)
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.

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