Física

Purificador de aire AIR PURIF

Sustentación científica

Para comenzar, debemos de determinar a que se dedicará la función principal del filtro, la cual, en términos generales, es la de limpiar el aire de partículas suspendidas que lo contaminen; Ya con esta idea, podemos definir que al aire, para que pueda ser purificado, debemos de tratarlo como un fluido, ya que se comporta de esta manera, sustentado esto en la mecánica de fluidos, ya que la posición de sus moléculas cambia continuamente, es compresible y tiene viscosidad.

Con los anteriores conceptos, establecemos que el funcionamiento del prototipo se  basará enteramente en la hidrodinámica, la cual nos ayudará a cuantificar la cantidad del flujo que pasará a través de este filtro, así como el flujo del fluido a través de este, lo que nos permitirá tener una idea clara si el dispositivo es capaz de del filtrar la cantidad de aire necesario para poder cumplir con las expectativas de este. 

A su vez utilizaremos el método de filtración, el cual se encuentra aplicado en las diversas capas de filtros que se encuentran dentro del cuerpo del purificador, los cuales se encargan de que a medida que pasa el aire a través del filtro, estos se encargan de retener las partículas y microorganismos que lo contaminan, logrando así la purificación del aire.

Problemática social y a quien va dirigido.

El proyecto se enfoca no solo a resolver una problemática ambiental, sino que también se encarga de ayudar a solventar un problema social que va tomando fuerza a cada vez, es habla de que la contaminación acarrea diversos problemas sanitarios, entre los que se encuentran diversas enfermedades, de las cuales la población que más sufre es aquella con vulnerabilidad social y económica, la cuales no tienen accesos a suficientes servicios médicos, ya que de las zonas que más perciben los efectos de este tipo de contaminación son las zonas con altos índices de pobreza.

Por lo que la implementación de esto, ayudará a mejorar la calidad de vida de este sector de la población, pero no solamente de este, de todos los demás.

Para comenzar con la implementación de éste dispositivo, comenzaremos con una de las ciudades más contaminadas de la República Mexicana, la ciudad de Toluca, es la capital del Estado de México, la cual por lo regular cuenta con una calidad del aire que va desde un punto regular, hasta un punto de muy mala calidad, ya que en promedio la ciudad registra en torno a los 76 puntos de PM2.5 lo cual es una cifra alarmante, ya que el nivel recomendado por la Organización Mundial de la Salud, estipula un máximo aceptable de 50 puntos.

El prototipo presentado va a ir dirigido a toda la población del municipio de Toluca, ya que se tratará de resolver el problema ambiental de la zona, esto comienza como una fase de prueba, una vez concluida se tiene planeado extenderla a otros lugares.

Antecedentes

El aparato propuesto para resolver la problemática de la contaminación del aire, nace de la necesidad de crear un diseño de un purificador de aire que fuera mucho más económico de fabricar, y de adquirir por parte del usuario final, a contraparte de las opciones comerciales de las grandes marcas de tecnología como LG, SAMSUNG, General Electric, Xiaomi, Sharp, entre otras.

Como principal antecedente, tenemos al invento de Frank Donaldson, en 1915, quien rústicamente, fabricó un filtro de aire sencillo para un motor de tractor, invento, que sería la base para demás aparatos y patentes que se utilizan para el tratado de estos fluidos.

Aunque no tengamos un contexto histórico preciso, sí tenemos el por qué se decidió patentar y producir estos dispositivos. Debido a sus altas capacidades hipoalergénicas, al limpiar el aire de las partículas y microorganismos causantes de estos problemas sanitarios.

El uso principal de los purificadores es el de eliminar la mayor cantidad de partículas suspendidas en el aire, gases y microorganismos contaminantes, mediante el uso de diversos filtros interiores que se encargan, de que, a medida que el aire pasa por los conductos de los aparatos, estos se encarguen de retener estos contaminantes y solo dejar pasar el aire ya limpio, para ser liberado en el ambiente.

Materiales

Este proyecto podrá ser considerado como proyecto verde, básicamente porque estará conformado por madera, policarbonato o aluminio o magnesio (desentendiendo el coste de la unidad) en la parte exterior, también contendrá partículas de carbono activado, algodón, papel, y una fibra aislante de alta densidad. Todos los recursos empleados serán amigables hacia el medio ambiente, ya que no desprenden ningún tipo de bacteria que sea conocida como riesgosa, al final de su ciclo funcional son capaces de presentar una biodegradación rápida, no tóxica y segura.

Su elaboración es muy simple, a partir de los materiales, se ensambla una caja rectangular larga, sin tapa superior, trasera ni delantera, donde dentro de este, se encuentran pequeñas corredizas donde se encuentran los filtros, los cuales, gracias a este sistema, pueden ser reemplazados con mucha facilidad.

Predicción de resultados

El prototipo se basa en un principio físico bastante simple; la mecánica de fluidos o hidromecánica, ya que la principal función de este es el obtener el aire contaminado del ambiente, para poder transformarlo en aire limpio.

Siendo que es de vital importancia el conocer la cantidad de fluido (aire) que pasa por el filtro, para así poder aproximar la cantidad de aire que es purificada.

Y el de corriente eléctrica para el uso del motor que se encarga de extraer el aire, teniendo que calcular, cuanto era el trabajo que realizaba, la potencia, y la intensidad y voltaje que utiliza el aparato para que este funcione.

Teniendo como principales parámetros los siguientes:

Características técnicas del motor.

  • Motor de 500W con 0.63 Hp, con aspas circulares de 4 cm de radio. El cual alcanza unas 110 rpm.
  • Se tiene una capacidad proyectada de paso del aire de unos 276.46 ft3/min a 110 rpm.
  • Proyectando un gasto de 4.60 ft3/s
  • Un flujo de 12.42 pound/s
  • Una velocidad de fluido de 4.29 ft/s

Resultados experimentales

Diversas pruebas el aparato en cuestión resulto ser muy eficiente en su tarea, ya que gases muy espesos como el de un incienso (que fue el utilizado para las primeras pruebas) pudo ser filtrado con total éxito a simple vista, sin siquiera poder percibir el olor característico de este.

Después de múltiples pruebas, se puso el prototipo en trabajo prolongado de tiempo, para corroborar los daros de rendimiento proyectados del aparato.

Teniendo como resultados, los siguientes:

  • Una potencia de 500W y 0.62 Hp, como se había proyectado.
  • Un paso del aire de 277.02 ft3 de 276.46 ft3/s, teniendo un muy ligero mayor rendimiento del proyectado inicialmente, esto da a un
  • Gasto de 4.67 ft3/s sobre la superficie de entrada del filtro, esta de 1.07 ft2, dando esto
  • Un flujo de aire de 12.58 pounds/s a 110 rpm
  • El aire es movido a una velocidad de 4.34 ft/s de 4.29 ft/s esperados
Parámetro Variable hipotética Variable real
Trabajo 500 W 500 W
Fuerza 0.63 hp 0.63 hp
CFM 276.46 ft3/min 277.02 ft3/min
Gasto 4.60 ft3/s 4.67 ft3/s
Flujo 12.42 pounds/s 12.58 pounds/s
Velocidad del fluido 4.29 ft/s 4.34 ft/s

Como se puede apreciar en los resultados obtenidos después de las pruebas de funcionamiento finales, se puede concluir que el aparato cumple satisfactoriamente con los requerimientos de rendimiento esperados en primera instancia, lo cual lo vuelve un deseño funcionalmente viable.

Viabilidad de implementación

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Después de los costos que implico la construcción de esta primera unidad funcional, podemos concluir que el dispositivo es viable en su implementación, ya que además de ser muy económico de producir, y por ende de adquirir, su tamaño lo hace ideal para su uso en espacios cerrados y abiertos de no muy amplia extensión como casas, oficinas, parques, escuelas, etc. Siendo que puede ser adoptado ya sea uno o varias unidades para tratar el mismo espacio.

También cabe recalcar que su uso es sumamente intuitivo y simple, ya que es un dispositivo con una filosofía de “enciende y olvida” que consiste en que su funcionamiento solo se basa en encender el dispositivo y dejar que este haga su trabajo.

A su vez debemos mencionar que el prototipo al poseer una estructura modular, permite el reemplazo y fácil mantenimiento de sus componentes internos, siendo que solo basta con retirar una tapa sencilla, para acceder al motor extractor y a los filtros.

Conclusiones

Podemos concluir que la propuesta dada del prototipo, es una alternativa interesante, ya que cumple satisfactoriamente con la tarea para el cual fue diseñado, dando un rendimiento similar a los dispositivos de su segmento, pero a un costo mucho menor.

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Dando también a entender la importancia que tiene la tecnología dentro de la solución de las problemáticas ambientales, ya que el uso de estas, en combinación con la realización de actividades sustentables y amigables con el ambiente, podremos quizá en un futuro a mediano plazo, lograr controlar casi en su totalidad la emisión y dispersión de contaminantes.

Referencias:

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