El Efecto Marangoni Se Puede Utilizar Para Obtener Agua Dulce Del Océano

Concepto de flujo de agua

Un estudio realizado en el Politecnico di Torino, en colaboración con el Instituto Tecnológico de Massachusetts ( MIT ), y publicado en la revista Energy and Environmental Science, presenta un dispositivo de desalinización solar capaz de eliminar espontáneamente la sal acumulada. En el futuro, este descubrimiento podría conducir al desarrollo de sistemas de desalinización sostenibles con eficiencias estables en el tiempo.

El talón de Aquiles de las tecnologías de desalinización de agua es la cristalización de partículas de sal dentro de los diversos componentes del dispositivo. Este fenómeno de obstrucción provoca una reducción del rendimiento con el tiempo, lo que limita la durabilidad de estos dispositivos. Abordar este problema es importante para garantizar una producción constante de agua dulce a lo largo del tiempo. Recientemente, se han propuesto materiales nanoestructurados innovadores con propiedades anti-obstrucción, con el potencial de limitar la acumulación de sal. Sin embargo, el elevado coste de estos materiales dificulta la producción a gran escala de prototipos comerciales.

A partir de este problema, un equipo de ingenieros del Departamento de Energía del Politecnico di Torino (SMaLL), en colaboración con el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), ha estudiado a fondo los mecanismos subyacentes al transporte de partículas de sal en dispositivos de desalación. El estudio comenzó después de notar una inconsistencia entre las observaciones experimentales y los modelos teóricos clásicos de transporte de sal. En particular, los ingenieros del Politecnico di Torino, después de más de dos años de investigación numérica y de laboratorio financiada por la Compagnia di San Paolo (proyecto MITOR) y el CleanWaterCenter (CWC), han demostrado que esta gran diferencia en el transporte de sal es debido al llamado efecto Marangoni. A partir de este descubrimiento, los investigadores del Politecnico di Torino (Matteo Morciano, Matteo Fasano, Eliodoro Chiavazzo y Pietro Asinari, quien también ocupa el cargo de Director Científico del Instituto Nacional de Investigaciones Metrológicas – INRiM) y del MIT (Svetlana V. Boriskina) han creado un prototipo capaz de desalar el agua de mar de forma sostenible y eliminar de forma espontánea la sal acumulada durante la operación.

El efecto Marangoni es un fenómeno también presente en la naturaleza, que se puede observar en la vida cotidiana: “En una solución acuosa, las moléculas líquidas interactúan entre sí a través de enlaces intermoleculares que generan fuerzas llamadas ‘fuerzas de cohesión’. Dos soluciones con diferentes concentraciones tendrán diferentes fuerzas de cohesión. La presencia de esta variación de concentración, y por tanto de fuerzas de cohesión, hace que el líquido fluya lejos de las regiones de baja concentración, generando un proceso de remezclado. Este efecto es el responsable de las ‘lágrimas’ de vino que se observan en las paredes de la copa cuando se agita. Por lo tanto, el efecto Marangoni, debido a un cambio en la concentración en el líquido, se puede diseñar y aprovechar para aumentar la remezcla de soluciones con diferentes concentraciones. En nuestro dispositivo de desalación (donde las soluciones tratadas se basan en agua de mar en diferentes concentraciones), este fenómeno permite evitar la acumulación de sal en los evaporadores, asegurando una productividad constante y duradera del agua destilada, y resguardando los componentes sujetos a deterioro. Nuestra estrategia fue, por tanto, diseñar un dispositivo capaz de aprovechar al máximo este efecto, dando un paso más hacia las futuras aplicaciones comerciales del dispositivo ”, explica Matteo Morciano, investigador del Departamento de Energía del Politecnico di Torino y primer autor de la investigación. .

En la versión actual y considerando un área de absorción de energía solar de aproximadamente un metro cuadrado, el dispositivo de desalación puede suministrar más de 15 litros de agua por día. Además, gracias al efecto Marangoni, el proceso de eliminación de sales es hasta 100 veces más rápido que las predicciones basadas en la difusión espontánea, favoreciendo así una rápida restauración de las propiedades de los componentes.

Los resultados de esta investigación, publicados en la prestigiosa revista Energy and Environmental Science , pueden tener importantes implicaciones en el diseño de una nueva generación de materiales y dispositivos de desalación, que les permitan ‘autolimpiarse’ espontáneamente la sal acumulada y garantizando estabilidad y larga -rendimiento duradero. Actualmente se están realizando más investigaciones en el CleanWaterCenter del Politecnico di Torino, con el objetivo de hacer que el prototipo sea industrializable y más versátil.

Referencia: “Destilador solar pasivo con alta productividad y rechazo de sal impulsado por el efecto Marangoni” por Matteo Morciano, Matteo Fasano, Svetlana V. Boriskina, Eliodoro Chiavazzo y Pietro Asinari, 14 de septiembre de 2020, Energy and Environmental Science .
DOI: 10.1039 / D0EE01440K

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