Predicción de futuros cambios en la calidad del agua

Mientras el impacto del cambio climático y el uso del suelo continúan amenazando los entornos acuáticos, la medición y la monitorización de los cambios en la calidad del agua adquiere una relevancia cada vez mayor. Cuando el Instituto del agua de la Universidad de la Ciudad de Dublín (DCU) estaba desarrollando su nueva tecnología móvil de laboratorio para ayudar a predecir futuros cambios en la calidad del agua, buscó la ayuda de maxon, el especialista en motores eléctricos de precisión.

El proyecto estaba dirigido por la profesora Fiona Regan, Joyce O’Grady, un estudiante de doctorado en la DCU, y el Dr. Nigel Kent, entonces director del centro de investigación y emprendimiento en ingeniería (engCORE) del Instituto Tecnológico de Carlow. El proyecto recibió la financiación del Instituto de la Marina Irlandesa y consiste en estudiar zonas en las que la calidad del agua dulce es buena para monitorizar cualquier cambio que pudiera repercutir en el ecosistema.

El disco microfluídico centrífugo que funciona como laboratorio móvil

El equipo desarrolló un sensor para detectar niveles bajos de fosfatos en cuencas hidrográficas seleccionadas para su monitorización en tiempo real. Los fosfatos son una medida de la contaminación por nutrientes y controlan el ritmo de producción de algas y plantas acuáticas.  Para mezclar y medir la muestra de agua y el fluido reactivo, O’Grady y Kent crearon un disco microfluídico centrífugo que funciona como un laboratorio móvil, con seis pruebas por disco. La posibilidad de utilizar un laboratorio móvil reduce el riesgo de contaminación, agiliza la entrega de resultados y genera datos en tiempo real. 

Cuando se requirió la ayuda de expertos para el desarrollo del disco, Kent se puso en contacto con Martin Leahy, ingeniero de ventas de maxon en Irlanda, que recomendó un motor DC DCX de 22 mm y el encoder de 3 canales y gran resistencia ENX 10 EASY, que les ofrecería la precisión y el control de velocidad necesarios. También se realizaron modificaciones en la longitud del eje, ya que para el montaje del disco se requería un eje más largo con un borde plano.

Era fundamental que el motor pudiera girar a más de 5000 o 6000 r/min para desplazar los fluidos hacia el exterior del disco durante al menos 60 segundos y, en la fase de medición, indexar el disco mediante incrementos de 60 grados con una precisión inferior a 1 grado. El motor DC y el encoder forman parte de un sistema más amplio de firmware integrado. El sistema tenía que integrarse al 100 %, con una manipulación mínima de las muestras para reducir la contaminación.

Leahy quiso que el equipo conociera el Young Engineers Program (YEP) de maxon. Este programa, dirigido a estudiantes y startups, ofrece apoyo a proyectos innovadores con sistemas motores eléctricos. Ofrece asistencia técnica, productos de maxon con descuentos y oportunidades de promoción en los canales de maxon.

Joyce O’Grady, estudiante de doctorado en la DCU

«Pensé que el precio sería un problema, pero este no fue el caso gracias al YEP. Los productos de maxon siempre han estado en mi lista de deseos. El nivel de personalización disponible es impresionante, sobre todo cuando se trata de volúmenes tan bajos, y la aportación de Martin al proyecto es incalculable», añadió Kent. «Antes solíamos incluir los productos de maxon en las aplicaciones finales, no en los prototipos».

El sensor ya ha sido validado y los estudios avanzan en otras áreas con el dispositivo completo. Ya ha finalizado un estudio en el río Liffey y hay otro a punto de terminar en una cuenca inferior. El sistema se replicará en otros cuatro estudios para completar el proyecto en su quinto año.

«La Industria 4.0 se está abriendo camino en diferentes sectores industriales. El tipo de sistema que Joyce está desarrollando tendrá una gran repercusión; el uso de sensores autónomos externos para obtener feedback en tiempo real sobre el estado de los ríos o lagos desempeñará un papel fundamental en áreas como la Agricultura 4.0. Por ejemplo, la naturaleza interconectada de la tecnología, utilizando drones para una fumigación más inteligente, reduce la escorrentía, lo que ayuda a prevenir la contaminación del agua y protege los recursos de agua potable. Este será el objetivo de la industria en la próxima década», concluye Kent, actualmente profesor adjunto en la escuela de ingeniería mecánica y de manufactura de la DCU.

La Universidad de la Ciudad de Dublín (DCU) forma parte de Beyond 2020, un grupo de investigación formado por seis institutos de Irlanda y Reino Unido que analiza nuevas tecnologías de monitorización de las aguas ambientales con el objetivo de comprender el papel de los ecosistemas acuáticos en un entorno global en constante cambio.