¡Pues eso! Ciencia

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¡Vuelvo a estudiar!

Me apasiona tanto formar como formarme, y lo segundo sobre todo en disciplinas más allá de mis conocimientos y experiencia (por aquello de sentirme incómodo 😅).

¿Qué hace un mecánico con más de 25 años caminando por la industria curioseando el ámbito médico?

Mis últimos años profesionales me han vuelto a acercar a la fabricación aditiva, pero ahora dentro de uno de los ámbitos que más me apasionan, los procesos industriales. La fabricación aditiva tienen una gran capacidad de innovación en productos, procesos y servicios, y eso es lo que me ocupa en mi actual empresa a nivel industrial, pero como siempre, creo que hay que andar curioseando más allá.

No sorprendo a nadie si digo que veo en el campo de medicina una ola de un buen tamaño que ya se inició hace muchos años, que arrastrará a muchos ingenieros (en el buen sentido) a participar en procesos médicos de la mano de la #fabricaciónaditiva, y me parece fascinante. Por eso quiero entender el proceso, de principio a fin, para conocer de primera mano en qué etapas se puede añadir valor; pero también las limitaciones, legislación, ética, conductas, futuro… Nunca se sabe dónde te pueden empujar las olas…

Varias semanas atrás, charlando con un cirujano sobre este asunto, me comentó que él cree que los médicos y los ingenieros se van a entender muy bien, así lo espero, así espero que la sociedad promueva a todos los niveles esta unión. Y aviso para navegantes: también comentamos de la futura necesidad de ingenieros en el sector médico…

Hace muchos años tuve la suerte de asistir a un simposio médico sobre cirugía de rodillas, ya que mi padre por su avanzada edad tenía una rodilla como el coliseo de Roma, y en directo pude ver como el Dr. José Aragón compartía la cirugía por videoconferencia.

Aparte de las exclamaciones de mi madre que divirtieron bastante a los asistentes, me quedé asombrado por lo familiar que me resultaba la escena a nivel mecánico: guías, titanio, sierra, escoplo, tornillos, plásticos, desgaste; vamos, que faltó el soplete, la radial y el bocata y me siento como en el taller.

La fabricación aditiva ya está cada día más presente en diferentes etapas y ámbitos del sector médico, pero estoy seguro que veremos un incremento interesantísimo en la llegada directa de la fabricación aditiva al quirófano para acabar implantándose en el cuerpo humano.

Aunque en realidad hasta aquí, siento deciros que nada muy novedoso, puesto que la fabricación aditia viene siendo implantada en nuestros cuerpos, principalmente a nivel óseo y con materiales metálicos (titanio) hace bastantes años, pero los recientes avances, y empuje empresarial, en el campo de la fabricacion aditiva creo que va a generar numerosas oportunidades en:

  • reducir los costes de asociados no sólo a la fabricación de implantes sino al software, máquinas de producción, procesos quirúrgicos, etc
  • aumentar el uso de materiales metálicos, pero sobre todo, plásticos implantables
  • facilitar la integración de la producción en aquellos centros médicos que opten por esta vía
  • abrir vías de desarrollo de terapias con material vivo del propio paciente, pues la personalización es algo inherente en la fabricación aditiva
  • generar especialidades en ingeniería biomédica (con clara vocación multidisplinar: mecánica, audiovisual, tecnologías de la información, química…), y por tanto puestos de trabajo

Y supongo que cuando acabe de estudiar el curso, podré añadir más cosas a la lista, y espero no tener que borrar ninguna… 😂😂😂

P.D.: Mi padre bien, gracias. Haciendo kilómetros… 😇

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Mis felicitaciones y las gracias a Los FisQui y su profe Juan Fco. Álvarez.

Tranquiliza ver que no todos los alumnos son como los que salen en la TV, que sigue existiendo la didáctica y las ganas de hacer cosas útiles para los demás en los colegios.

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¡Sí, sí! Has leído bien, ese es el título. Nunca, nunca, nunca, responderé a preguntas sobre cómo se me ocurrió escribir este artículo. Eso sí, esto es una demostración que la ingeniería está en todos lados, o mejor dicho todavía, un ejemplo más de cómo la ingeniería se nutre de la naturaleza para crear.

Pues nada, aquí estamos con un apasionante tema, el cuerpo humano ¿pero si aquí nunca habíamos hablado del cuerpo humano? No es cierto del todo, mira estos ejemplos: sinestesia, prótesis, agua, etc. Y es que, como veremos a continuación, estamos hablando de una aplicación de ingeniería naturomecánicohidráulica (toma patada al diccionario).

Para empezar hay que poner una foto, aunque no parezca acorde a la línea gráfica del blog, si es que alguna vez la he tenido:

Male anatomy blank

No voy a entrar en el detalle del proceso de erección, ya que este artículo explica perfectamente como la parte bioquímica de nuestro organismo hace actuar a la biomecánica, que es donde entraremos nosotros. O sea, nos centraremos en el momento de la eyaculación, de ahí el título…

Esto es una información que extraigo de mi intuición como mecánico, así que espero no equivocarme, primero porque desmontaría este bonito artículo que estoy intentando acabar, y segundo porque perdería la credibilidad que tantos años me ha costado generar. El caso es que existe un tipo de movimiento llamado peristáltico (o peristalsis), que consiste básicamente en aplicar fuerza externas sobre un tubo, de manera que hagan avanzar el fluido o sólido que hay en el interior del tubo, así, por ejemplo, nuestro cuerpo hace avanzar el bolo alimenticio por los intestinos y hace la digestión, y de la misma manera se realiza la eyaculación mediante la contracción de algunos músculos y otras partes del aparato sexual. Observar que no es un proceso contínuo sino rítmico.

Todo esto para llegar a explicar que existe un tipo de bomba en el mercado, utilizada prioritariamente para mover fluidos o sólidos agresivos química o abrasivamente, o, por otro lado, para mover productos alimentarios, farmacéuticos o estériles, ya que el único contacta al ser bombeados, lo realizan con el interior del tubo.

Los tubos que realizar la función peristáltica, sufren continuamente deformaciones para impulsar el producto, así que en muchas ocasiones, están bañados con algún fluido lubricante, que en ningún caso (a menos que se trate de una avería), puede entrar en contacto con el producto.

Aquí adjunto una representación gráfica desde la Wikipedia, que muestra la relación con lo descrito anteriormente, donde la presión continuada en diferentes zonas de un tubo, impulsa en fluido hacia adelante.

Las aplicaciones más comunes en las que podemos encontrar este tipo de bomba son:

  • necesidad de dosificación de productos. Por ejemplo adhesivos para montaje aumático o manual, productos químicos para tratamientos de aguas…
  • bombeo de fluidos con altos contenidos de sólidos (por tanto con probabilidad de abrasión). Por ejemplo fangos en depuradoras, productos áridos como cales, cementos, argamasas…
  • bombeo de productos alimentarios. Por ejemplo zumos, batidos, leche…
  • bombeo de productos sensibles al corte o delicados (que es otro tipo de bombeo dañarían su textura o composición). Por ejemplo zumos, aceites, alimentos triturados…

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los-laberintos-del-cerebro-RamachandranCuando me dio por investigar sobre la sinestesia, de lo que salieron este artículo, y este, conocí un experimento que me llamó mucho la atención sobre la base neurológica del lenguaje,y de algunas teorías sobre su origen, del que incluso hago mención en el segundo artículo, de un investigador llamado Ramachandran.

Al ver este libro en la tienda, sólo, triste, azul, me lo compré sin dudar, y tengo que decir que pese a que me ha costado leerlo, porque como podéis comprobar por la actividad del blog, no tengo mucho tiempo últimamente, y pese a ser un libro denso en contenidos, cada vez que me enganchaba a leer me lo pasaba muy bien, y me centraba bastante en la lectura (no se si a vosotros os pasa, pero a veces mientras pienso en otras cosas, y al final no me entero de nada).

Temas aparte, es un libro muy interesante sobre neurociencia, que aunque a priori no te pueda llamar por la temática, me atrevería a decir que a cualquier persona curiosa va a disfrutar mucho con el libro.

Pero ¿de qué va el libro? Bueno, nuestro amigo de apellido tan largo, se ha especializado en el estudio del cerebro, a través de observar y experimentar con personas que tienen lesiones cerebrales, y otras simplemente aquejados de extrañas patologías cerebrales, de las que extrapola y a veces conjetura hacia comportamientos más o menos habituales en nuestra sociedad, o incluso la capacidad para crear arte. El hecho es que resulta muy curioso leer, por ejemplo, sobre personas que al haber tenido una lesión cerebral en una zona del cerebro, el mismo organismo había intentado utilizar otra parte del cerebro para esa función, y se daban comportamientos extraños (a nuestros ojos). También se dan bastantes casos en los que, dos regiones del cerebro con funciones diferentes y muy separadas, por equis motivos, se solapaban o se unían, y volvían a dar pie a personas con determinadas «anomalías». Y pongo anomalías entre comillas, porque a lo largo del libro, te vas dando cuenta como personas que la sociedad, y tú mismo, has tachado durante toda la vida de loca, enferma, rara o algo peor, y luego resulta que tienen una lesión o degeneración de alguna parte de su cerebro…

La verdad es que no he querido dar muchos detalles sobre el libro en este artículo, porque quitaría sorpresas de las muchas historias que cuenta, y prefiero que lo leáis, así que os animo a que, si he conseguido que os pique la curiosidad, busquéis el libro y lo leáis, no os decepcionará.

Por último no puedo resistir la tentación de citar un caso, y que me sucedió una cosa muy graciosa mientras leía este libro, porque una de las investigaciones más conocidas de este hombre, es la de los miembros fantasmas (personas que han sufrido amputaciones de alguna de sus extremidades), e hizo un experimento donde consiguió eliminar un dolor permanente en un paciente que se dolía de un miembro que realmente no tenía. Por supuesto esta no es la cosa graciosa, la curiosidad es que vi un capítulo de House donde con ese experimento ayudaban a un exmilitar a eliminar ese mismo dolor.

¡Al final ya he contado demasiado! De verdad, leer este libro y descubriréis cosas realmente interesantes sobre nuestro cerebro.

Ficha técnica

Autor: V.S. Ramachandran

Título: Los laberintos del cerebro

Tema: Ciencia

Páginas: 148

Editorial: La liebre de marzo

ISBN: 978-84-87403-16-3

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¿Qué es el pH? ¿para qué sirve? ¿para qué necesita un mecánico el pH? Todos nos hemos hecho alguna vez estas preguntas antes de irnos a dormir, pues bien, por fin tendrás respuestas.

El pH es una escala de medida simplificada, que indica la acidez o alcalinidad de una solución. En sí, pH significia potencial de hidrógeno, ya que la cantidad de estos iones es quien determina la acidez o alcalinidad. Debemos a Dinamarca las buenísimas galletas de lata azul, la cerveza Carlsberg, y a uno de sus ciudadanos, Søren Peter Lauritz Sørensen, el descubrimiento de este método de medición.

Como cualquier escala de medición, nos sirve para comparar con unas bases establecidas científicamente, y que nos aportan datos sobre la realidad que tenemos presente (lo que estamos midiendo). El ejemplo más básico es cuando medimos el pH de una piscina, utilizamos unos papelitos con unas substancias químicas impregnadas para conocer el pH del agua y actuar en consecuencia.

Fuente: Wikimedia commons
Fuente: Wikimedia commons

Lo mínimo que debemos saber sobre el pH es:

  • el pH igual a 7 es neutro, medido sobre agua a 25ºC.
  • valores por encima de 7 indican alcalinidad.
  • valores por debajo de 7 indican acidez.

Igual que cuando medimos una longitud, la medida por sí sola no nos dice nada, su estudio y comparación sí que nos puede avisar de algo. Por ejemplo, si medimos la cabeza de alguien, y tiene un perímetro de 25cm, y es un barón mayor de 25 años, seguramente nos parecerá raro, y lo es, a menos que haya vivido cerca de una zona de jíbaros y esté muerto. Pues con el pH nos pasa lo mismo, si medimos el pH de nuestra piscina, nos sale pH1, y aún no se ha derretido, yo no me bañaría…

Algunos valores de pH:

  • pH 1,0. Ácido clorhídrico
  • pH 2,3. Zumo de limón
  • pH 2,4. Coca-Cola
  • pH 2,9. Vinagre
  • pH 3,5. Vino
  • pH 4,0. Cerveza
  • pH 4,1. Zumo de tomate
  • pH 5,0. Café, pan.
  • pH 5,6. Lluvia ácida
  • pH 6,0. Orina (lluvia dorada)
  • pH 6,5. Agua de lluvia
  • pH 6,6. Leche
  • pH 7,0. Agua destilada
  • pH 7,4. Sangre, sudor
  • pH 8,0. Agua de mar
  • pH 8,4. Levadura
  • pH 9,0. Bicarbonato de soda
  • pH 9,2. Disolución de bórax
  • pH 9,9. Pasta de dientes
  • pH 10,5. Leche de magnesia
  • pH 11,0. Agua de cal
  • pH 11,9. Amoniaco doméstico
  • pH 13,o. Lejía
  • pH 14,0. Hidróxido de sodio

Y si queréis ver pH de alimentos, por aquellos de los ardores…

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Fuente: Wikipedia
Fuente: Wikipedia

La energía solar se aprovecha de la radiación solar que recibimos a diario para convertirla en otros tipos de energía, básicamente térmica o eléctrica.

Es curioso que otras energías renovables, también dependen en cierta medida de la solar. Por ejemplo:

  • el calentamiento del aire en la atmósfera es el efecto que provoca la circulación atmosférica, y por tanto el aprovechamiento de la energía eólica.
  • también es la encargada de que la masa vegetal de la tierra, realice la fotosíntesis  y sea aprovechado como alimentos (energía), o biomasa.
  • y muy al extremo, el sol fue el encargado de que se generaran los combustibles fósiles hace millones de años, mediante el calentamiento de diferentes materias.
  • y también de los deshielos, que aprovechamos para generar energía hidroeléctrica…

¡Ahí es nadie el astro rey!

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Las propiedades de los materiales, en especial algunas de ellas, se ven claramente afectadas por efecto de la temperatura.

Esta temperatura no procede únicamente del entorno ambiental o climático, puede provenir de algún proceso natural o artificial: un fuego, una reacción química, un extintor rociado sobre un cuerpo, la fricción producida durante un movimiento, un golpe, y muchísimos sitios más, pero muchos muchos…y es que un calentón lo puede tener cualquiera 😉 Y un enfriamiento también 😦

Bueno, quiero ir a parar, a que el universo de los materiales, a nivel microscópico, está en constante movimiento (parezco el Punset). Los materiales, pueden tener comportamientos diferentes, o muy diferentes, en función de la temperatura a la que están. Y eso afecta a nuestras vidas, y mucho.

Si quisiera lleva esto a la ciencia más pura, podríamos llegar a los conocidos como diagramas de fase, que «no son más» que unos gráficos, obtenidos a través de experiencias, y de tíos empollones que no tenían nada mejor que hacer, que representan las fronteras entre diferentes estados de la materia (líquido, sólido y grasioso gaseoso), siempre en función de la temperatura (un eje), y/o volumen, porcentaje de un elemento, presión, etc (otro eje, o dos más).

En ingeniería química, un diagrama de fase típico es el del agua:

Fuente: Wikipedia

Y en ingeniería mecánica, el más típico es el del acero (hierro-carbono):

Fuente: Wikipedia

Pero no hace falta entrar tan profundo, para saber que debemos tener en cuenta los comportamientos de un material a diferentes temperaturas. Y para ello, tres ejemplos:

  • Cuando el ejército nazi, debido «a los retrasos típicos de la guerra», se encontró en campo soviético durante el frío invierno, no habían tenido en cuenta que todo su armamento metálico, iba a sufrir las consecuencias del frío. Debemos pensar que, a -40ºC, los aceros pueden contraer entre 1-4%, en función de la aleación. En otras palabras, pensar en un tubito por donde sale una bala de cañón, que debería hacer 100mm, que se ha encogido 2 ó 3mm… ¡¡¡¡ppppuuuummmm!!!
  • El PTFE, en estado 100% sólido, puede aguantar hasta los 270ºC, sin perder sus propiedas, y en cortos periodos de tiempo, hasta los 315ºC ¿por qué no más alla? Resulta que a partir de 325ºC, el PTFE empieza a carbonizarse, y a emitir unos vapores que son bastante tóxicos ¡¡¡ojo!!!
  • en los aceros, existen una fase de transición, donde el material cambia su capacidad de deformarse, o sea, pasa de dúctil a frágil. Resulta que unos amiguetes en canoa que recuperaron partes del casco del malogrado Titanic, realizaron los ensayos para determinar la temperatura de esta transición en el acero utilizado, determinando que estaba a -15ºC. Así que, omitiendo el detalle sin importancia del choque contra el iceberg, el empleo de ese material, la temperatura del agua por donde andaban, además de otros detalles estructurales como las uniones entre planchas, provocó la ruptura del casco, y el hundimiento del barco.

La elección de los materiales en ingeniería es algo tan elemental, que debería estar prohibido equivocarse, al final, y podéis verlo en los tres casos, se está jugando con las vidas de personas…

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Artículos anteriores: Tratamientos del agua 1 – Tratamientos del agua 2 – Cloración – Tratamientos del agua 3 – Ozono – Tratamientos del agua 4 – Radiación UV – Tratamientos del agua 5 – Filtración

Las incrustaciones calcáreas están directamente relacionadas con la dureza del agua, y la dureza del agua está relacionada, sobre todo, con las sales de calcio y de magnesio que encontramos en ella (entre otras).

Cuando hablamos de dureza del agua, como podemos ampliar en la Wikipedia, nos referimos a la cantidad de sales presentes en cierta cantidad de agua (sales metálicas), sobre todo al bicarbonato cálcico, y al bicarbonato magnésico.

Estas dos sales, difícilmente se mantienen estables en el agua, ya que necesitan gas carbónico para evitarlo, y a no ser que nuestro ayuntamiento haya contratado un suministro de agua con gas para la ciudad, lo que hace el agua es dejar estar sales por cualquier lado, y crear las incrustaciones calcáreas, causantes de un buen número de problemas que solemos sufrir a diario, como roturas de tuberías, problemas de presión en la red, y también causa del buen estado de uno de nuestros deportes nacionales, levantar aceras.

Resumiendo, esta inestabilidad de las sales que transporta el agua por nuestras tuberías (disolución), hace que se depositen fácilmente en superficies rugosas (como el fibrocemento que tenemos en gran parte de nuestras redes, primera foto), aunque sean microscópicamente (como en plásticos, segunda foto), dando lugar en el tiempo, a una especie de capas depositadas que acaban por obstruir totalmente cualquier espacio. Os muestro varios fotos de tuberías que tuve en mis manos en un seminario ¡alucinante!

Las incrustaciones calcáreas son a las conducciones de agua, lo que el colesterol a nuestro organismo. (esta frase no pinta nada aquí, pero se me ha ocurrido).

Existen varios tipos de durezas, la total, la temporal y la permanente, y todas se miden con diferentes tipos de unidades (según el país), que se basan todas en la cantidad de carbonato cálcico presente en una cantidad de agua. Existen diferentes unidades como los grados franceses, americanos, alemanes… ¡parece un chiste! Aunque para convertirlos entre ellos existen tablas, basta con saber que cuanto mayor sea el número, más incrustante será el agua.

Sobre los tratamientos posibles para las incrustaciones, tenemos diferentes maneras de «atacar» el problema, en función de las necesidades:

  1. Mediante la dosificación de inhibidores químicos. Como podéis imaginar, suelen deben suelen deben ser de calidad alimentaria, y su función no es eliminar el calcio (cal) del agua, sino evitar que se enganche en las paredes.
  2. Mediante equipos físicos. Seguro que alguien recuerda los famosos imanes de estos programas de inventos para el hogar en la TV a las tantas de la madrugada, que evitaban las incrustaciones de cal. Pues resulta que se investigó y… ¡¡¡era cierto!!! Pero sólo en algunos casos. Pero eso dio pie a una serie de aparatos que mediante corrientes y electrólisis, evitan las incrustaciones.
  3. Mediante descalcificación. Esta es la única que realmente elimina el calcio del agua, bueno, realmente la «aparca». Se hace pasar el agua por una resina saturada de sal (sodio), que retiene las partículas de calcio y magnesio (responsables de las incrustaciones) ¡¡¡y la resina hay que regenerarla de vez en cuando!!!

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Fuente: Wikipedia
Fuente: Wikipedia

La filtración quizás sea el tratamiento de agua más fácil de entender sin necesidad de explicar muchas cosas. Se trata de separar las partículas sólidas del agua, normalmente atrapándolas, haciendo pasar el agua por un tamiz llamado filtro o membrana.

Depende de la literatura (es una manera culta de referirse a un libro), se clasifica la filtración por el tamaño de filtro, que da su nombre sistema, en función del tamaño de partículas que son capaces de atrapar:

  1. microfiltración. Extrae partículas de radio entre 0,1 a 1,5 micras. Es el tratamiento indicado para limpiar bacterias y partículas sólidas en suspensión de ese tamaño.
  2. ultrafiltración. Extrae partículas de radio entre 0,005 a 0,1 micras. Es el tratamiento indicado para eliminar las sales y sólidos de estos tamaños.
  3. nanofiltración. Extrae partículas de radio entre 0,0001 a 0,005 micras. Es el tratamiento indicado para eliminar virus y tóxicos como herbicidas o pesticidas.
  4. ósmosis Inversa. Extrae partículas de radio hasta 0,0001 micras. Es el tratamiento más potente, elimina por completo todo lo citado en los tratamientos anteriores, además de todas las sales presentes.

Los fenómenos por los cuales suelen actuar la mayoría de filtros se pueden reducir a estos:

  • tamizado mecánico. Se trata de hacer pasar al agua por intersticios (espacios entre elementos), cada vez más pequeños, y así la suciedad, va quedando atascada «por tamaño». Aquí encontramos todos los filtros de arena, silex, antracita, grava, piedras, etc. En pocas palabras, superposiciones de capas de materiales más grandes o mas pequeños, que evitan que partículas más grandes de un tamaño pasen a través de ellas. Los inconvenientes es que se pueden llegar a obstruir, y necesitan limpiezas, aunque algunos lo hacen automáticamente. También encontramos los filtros de hilo bobinado y de malla.
  • adsorción.  Cuando una sustancia ejerce atracción sobre otras partículas, de manera que las segundas quedan retenidas en la superficie de la primera. Aquí encontramos los filtros de carbón activo, que es una manera de multiplicar «por mucho», la superficie del carbón, con lo que tenemos un filtro capaz de retener en esa gran superficie gran cantidad de elementos tóxicos como pesticidas, plaguicidas, y también materia orgánica, algún tipo de cloro…

Pues nada, nos queda un artículo por ver que es el de la ósmosis inversa, que merece capítulo aparte, y con eso habremos acabado.

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No voy a explicar que es la radiación ultravioleta, porque no tengo ni idea más allá de las bombillitas, y seguramente la voy a liar, así que aquí está el enlace, y que cada uno entienda lo que quiera; además, leeréis unas cuantas cosas interesantes sobre aplicaciones de este tipo de radiación.

En este caso, la radiación ultravioleta sobre el agua a tratar, impide que el ADN de la materia orgánica reaccione, y así los bichitos no pueden reproducirse y mueren… (parecido al anuncio de Cucal).

Este es un tratamiento muy eficiente, elimina entre un 99,9-99,99% de patógenos, pero tiene un pequeño «defecto», y es que para llegar a esa eficiencia, la luz ultravioleta debe atravesar el flujo perfectamente, y por eso el agua debe ser filtrada previamente (veremos filtración en el próximo artículo), para que no haya partículas que entorpezcan el paso de la luz de un lado a otro.

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Fuente: Wikipedia

Una de las mayores ventajas del tratamiento de agua por radiación ultravioleta, es que no se utiliza ningún tipo de producto químico en el proceso, así que no los manipularemos, no los almacenaremos, no necesitaremos instalaciones, así que reduciremos el mantenimiento en este tipo de instalaciones.

Aún así, es un sistema que necesitamos cierto control, y no deben sobrepasarse los flujos que las lámparas UV son capaces de tratar. Las condiciones a controlar son:

  • transmitancia (turbulencia del agua).
  • dosis de radiación.
  • temperatura

Otra de las grandes ventajas de este tratamiento es que no genera ningún tipo de residuos.

Por otro lado, sólo nos aseguramos que el agua que sale del equipo está desinfectada, en el primer codo donde tengamos una bacteria tomando una copa, ya está…la hemos cagao… Por eso, como hemos comentado antes, se suele utilizar como segundo tratamiento.