Previsione delle future variazioni nella qualità dell'acqua

Poiché gli effetti del cambiamento climatico e dell'uso del suolo continuano a danneggiare gli ambienti acquatici, è sempre più importante misurare e monitorare le variazioni della qualità dell'acqua.  Per lo sviluppo di una nuova tecnologia per laboratori mobili per prevedere le future variazioni nella qualità dell'acqua, il Water Institute della Dublin City University (DCU) si è affidato allo specialista di motori e azionamenti di precisione maxon.

Il progetto è stato condotto dalla professoressa Fiona Regan, Joyce O’Grady, una dottoranda alla DCU e al Dottor Nigel Kent, allora direttore del centro di ricerca e impresa di ingegneria (engCORE) dell'Institute of Technology Carlow. Il progetto è stato sponsorizzato dall'Irish Marine Institute e prevede lo studio dei siti di acqua dolce con una buona qualità dell'acqua e il monitoraggio dei cambiamenti che potrebbero impattare l'ecosistema.

Il disco microfluidico centrifugo che funziona come un laboratorio mobile

Il team ha sviluppato un sensore per rilevare bassi livelli di fosfati nei bacini selezionati per un monitoraggio in tempo reale. I fosfati sono un indice dell'inquinamento da nutrienti e controllano la velocità di produzione delle alghe e delle piante acquatiche.  Per miscelare e misurare il campione di acqua con il liquido reagente, O’Grady e Kent hanno sviluppato un disco microfluidico centrifugo che funge da laboratorio mobile con sei test per disco. La possibilità di utilizzare un laboratorio mobile riduce il rischio di contaminazione, fornisce risultati in tempi più rapidi e produce dati in tempo reale. 

Quando ha avuto bisogno di supporto per la progettazione del disco, Kent ha contattato Martin Leahy, sales engineer di maxon in Irlanda, che ha proposto il motore DC DCX da 22 mm e il robusto encoder a 3 canali ENX 10 EASY per l'elevata precisione e il controllo della velocità necessari. Inoltre, sono state apportate modifiche alla lunghezza dell'albero in quanto era necessario un albero più lungo con un bordo piatto per il montaggio del disco.

Era fondamentale che il motore potesse girare a più di 5.000 - 6.000 rpm per convogliare i liquidi verso l'esterno del disco per almeno 60 secondi, e nella fase di misurazione, indicizzare il disco con incrementi di 60 gradi con una precisione inferiore a 1 grado. Il motore DC e l'encoder fanno parte di un sistema firmware integrato più ampio. Il sistema doveva essere completamente integrato con una movimentazione minima dei campioni per ridurre la contaminazione.

Leahy ha inoltre presentato al team il Young Engineers Program (YEP) di maxon. Il programma, indirizzato a studenti e start-up, supporta i progetti innovativi con sistemi di azionamento elettrici. Offre assistenza tecnica, prodotti maxon a prezzi scontati e opportunità di promozione sui canali maxon.

Joyce O’Grady, una dottoranda alla DCU

“Presumo che il prezzo sarebbe un ostacolo ma grazie al programma YEP mi ha tolto il pensiero, dato che avrei sempre voluto ricorrere ai motori maxon. Il livello di personalizzazione disponibile, soprattutto in presenza di volumi così ridotti, è stato impressionate e i consigli di Martin sono stati preziosi per il progetto,” aggiunge Kent. “In precedenza avevo considerato i prodotti maxon solo per le applicazioni finali e non per la prototipazione.”

Il sensore è ora completamente convalidato e gli studi proseguono in altri settori con il dispositivo completo. Uno studio è stato completato sul fiume Liffey e un altro è previsto nell'area di un bacino inferiore. Il sistema verrà replicato per altri quattro studi che completeranno il quinto anno del progetto.

“L'industria 4.0 si sta facendo strada in molti settori diversi. Il tipo di sistema che Joyce sta sviluppando sarà il più diffuso: i sensori autonomi che possono essere lasciati all'aperto e il feedback in tempo reale sullo stato di fiumi o laghi avranno un ruolo di primo piano in settori quali l'agricoltura 4.0. Ad esempio, la natura interconnessa della tecnologia, l'uso dei droni per un'irrorazione più efficiente riduce il deflusso di acqua consentendo la prevenzione dell'inquinamento delle acque e la protezione delle fonti di acqua potabile. Questo sarà l'obiettivo del settore per il prossimo decennio,” conclude Kent, attualmente professore assistente alla scuola di ingegneria meccanica e manifatturiera della DCU.

La Dublin City University (DCU) fa parte di Beyond 2020, un cluster di ricerca formato da sei istituti irlandesi e britannici che studiano le nuove tecnologie per il monitoraggio delle acque ambientali allo scopo di comprendere il ruolo degli ecosistemi acquatici in un ambiente globale in continuo cambiamento.