지난 20년 동안 할아버지는 Piute Mountains에 작은 오두막을 소유하고 계셨습니다. 모하비 사막의 비포장도로를 통해서만 갈 수 있는 이곳은 캘리포니아에서 가장 외딴 장소 중 하나처럼 느껴집니다. Lake Isabella 근처의 오래된 마지막 잡화점을 지나고 나면 수 킬로미터 동안 나무와 절벽 외에는 아무것도 없습니다.
야생에서 ATV를 타고 하이킹하는 것은 즐겁지만, 오두막을 지속 가능하게 유지하려면 세심한 계획이 필요합니다. 우리가 자리를 비운 동안에는 태양광 패널 6개가 배터리를 충전하고, 우물에서 물을 퍼 올리며, 휘발유는 모두 직접 가져가야 합니다. 오두막 주변을 벗어나면 모든 것을 스스로 해결해야 합니다. 가장 시급한 문제 중 하나는 물입니다. 인체의 60%는 물로 이루어져 있으며, 물은 영양분, 운반 체계, 항상성 조절자, 심지어 충격 흡수체 역할을 합니다. 개울과 수역이 있기는 하지만, 많은 곳의 물이 고여 있어 마시기에 안전하지 않습니다. 물에 둘러싸여 있으면서도 갈증으로 고생할 수 있는 것입니다.
하지만 직접 물 정화 시스템을 만들 수 있습니다. 저는 3D 프린터, 알루미늄 포일, 모래, 돌, 활성탄을 사용하여 두 부분으로 구성된 정수 필터를 만들었습니다. 첫 번째 부분은 여러 여과층으로 구성된 시스템을 통해 큰 오염 물질을 걸러 내고, 두 번째 부분은 태양 에너지를 이용해 남아 있는 병원체를 제거합니다. 이 DIY 물 여과 시스템은 더러운 웅덩이의 물을 상쾌하게 마실 수 있는 물로 바꿀 수 있습니다.
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필터는 비교적 간단하지만, 물을 가열할 만큼 충분한 에너지를 집중하려면 반사판의 크기가 적절해야 합니다. Heitzinger, Kristen 외 연구진은 페루 아마존 지역에서 안전한 식수에 대한 접근성을 높이기 위해 물 저온살균 지시계(WAPI)의 효과를 시험한 실험 결과를 공유하기 위해 "Assessment of the Feasibility and Acceptability of Using Water Pasteurization Indicators to Increase Access to Safe Drinking Water in the Peruvian Amazon"이라는 연구를 작성했습니다. 연구진은 물을 65°C에서 몇 분간 유지하면 물속 대부분의 병원체가 실제로 제거되어 마셔도 안전해진다고 설명했습니다. 병원체를 제거하기 위해 물을 끓이는 것이 흔히 권장되지만, 물이 65°C라는 임계값을 넘었다는 것을 확인할 수 있는 지시계(육안 관찰 이외의 것)가 있다면 실제로 안전하게 마실 수 있습니다. 시험 중에는 온도계를 사용하여 물을 83°C까지 가열했습니다.
반사판의 크기는 두 개의 방정식을 사용하여 계산할 수 있습니다.
첫째, 비열 공식(Q=mcΔT)을 사용하여 물을 가열하는 데 필요한 에너지의 양을 줄 단위로 계산합니다. 이 경우 m=0.06 kg(물 1/4컵), c=4186 J/kg°C, ΔT=58°C(83°C - 25°C)입니다. 결과적으로 약 14,600 J가 필요합니다.
둘째, P = G · A· η라는 방정식은 포물선형 태양열 오븐이 생성하는 출력(와트)을 나타냅니다. 여기서 P는 앞의 방정식에서 구한 값(14,600 J)이며 와트로 변환해야 합니다. 즉, 시간을 초 단위로 나누어야 합니다. 태양이 가장 직접적으로 비추는 시간은 오전 11시부터 오후 1시까지이므로, 2시간 동안 물을 데울 수 있습니다. 14,600 J / 7200 s = 2.02 W입니다. 변수 "G"는 태양 복사 조도이며, 최적 조건에서는 1000 W/m^2입니다. 그러나 구름이 낄 수 있으므로 500 W/m^2로 설정하겠습니다. 변수 "A"는 포물면이 입구에서 형성하는 원의 넓이로, πr^2 제곱미터입니다. 입구의 지름을 274 mm로 만들면 면적은 0.059 제곱미터가 됩니다. 값 "η"는 재료의 십진 효율이며, 0.3으로 추정하겠습니다. 최종적으로 방정식은 P=500 W/m^2 · 0.059 m · 0.3이 됩니다. 답은 P=8.84 W입니다. 이는 필요한 2.02 W보다 높아 보이지만, 실제 시험을 통해 방정식에 반영되지 않은 불완전성과 예측하기 어려운 조건으로 인해 에너지가 손실된다는 것을 확인했습니다.
결론적으로 지름 274 mm, 초점이 점 (0,55)에 위치한 포물면을 만들기로 했습니다. Fusion 360에는 그래프 작성 도구가 없지만 3점 호 기능은 있습니다. x^2=220y라는 방정식을 사용하여 위 이미지에 보이는 것처럼 점 (0,0), (100, 45.5), (137,85)를 구했습니다.
형상을 계산한 후, 거울의 뼈대를 이루도록 5mm 리브 8개를 설계했습니다. 리브는 가장자리에 홈이 있는 원형 베이스에 접착합니다. 완성된 설계는 아래에 나와 있습니다. 베이스 중앙에는 스탠드를 끼우기 위한 구멍이 있습니다.
Fusion 360에서 프레임을 설계한 후 STL 또는 OBJ 파일로 3D 프린터에 전송합니다. 저는 인쇄할 파일을 하드 드라이브에 다운로드하기 전에 Ultimaker Cura를 사용해 준비합니다. 검은색 PETG를 사용해 Qidi X Plus II Printer로 출력했습니다.
3D로 출력한 모든 부품을 서로 접착합니다. 리브의 평평한 끝부분을 베이스의 홈에 끼웁니다. 순간접착제를 사용해 서로 붙입니다. 접착제가 마르면 리브 주위에 낚싯줄을 감아 망을 만듭니다. 저는 위쪽에 한 바퀴, 가운데에 한 바퀴 감았습니다.
이제 거울 제작에서 가장 중요한 부분, 실제로 거울을 만드는 단계입니다. 가정용 알루미늄 포일의 반짝이는 면을 사용해 프레임 안쪽을 덮습니다. 완벽하게 모양을 잡기 어렵기 때문에 위의 방정식에서는 효율을 30%로 추정했습니다. 포일이 덜 구겨지도록 찢지 말고 가위로 롤에서 잘라냅니다. 각 쐐기 부분에 포일을 한 장씩 놓고 프레임과 낚싯줄에 붙인 다음 남는 부분을 잘라냅니다. 반사되는 빛을 최대화할 수 있도록 가능한 한 매끄럽게 펴세요.
금속 식품 캔은 금속이 열을 잘 전달하기 때문에 물을 담는 용기로 가장 적합합니다. 하지만 반짝이는 금속 캔은 알루미늄 포일과 마찬가지로 빛을 자연스럽게 반사해 버립니다. 따라서 열을 흡수하도록 캔을 검은색으로 칠해야 합니다. 저는 고온을 견딜 수 있는 스프레이 페인트를 사용했습니다.
캔은 베이스에 연결된 속이 빈 원기둥 위에 놓입니다. 제가 사용하는 캔은 지름이 약 50 mm이고 높이가 100 mm입니다. 원기둥은 두께 1 mm, 지름 35 mm입니다. 베이스 원형판 역시 두께 1 mm이고 지름은 100 mm입니다. 스탠드 전체 높이는 44 mm입니다. 출력한 후에는 스탠드 높이에 맞춰 종이 타월 롤을 자릅니다. 거울이 플라스틱을 녹일 만큼 충분한 열을 발생시킬 수 있다는 것을 직접 겪으며 알게 되었기 때문에, 판지가 차단막 역할을 합니다.
이제 윗부분을 만들 차례입니다. 빈 플라스틱 물병을 준비하고 바닥을 잘라냅니다. 1인치보다 많이 자르지 마세요. 그런 다음 가위로 물병 뚜껑에 틈을 냅니다.
이 여과 시스템의 가장 아래층은 솜뭉치입니다. 이 층은 흙과 기타 입자를 걸러내는 마지막 단계입니다. 솜뭉치를 간단히 잘게 풀어 물병 바닥에 넣습니다.
활성탄은 입자에 화학적으로 달라붙어 물을 정화합니다. 어항에 자주 사용되는 것과 같은 필터입니다. 포장 제품은 온라인이나 애완동물 가게에서 구입할 수 있습니다. 저는 약 10개 포장을 사용해 3인치 높이의 숯층을 만들었습니다.
모래는 자갈을 통과한 고형물을 걸러냅니다. 숯 위에 약 3인치 높이로 모래를 붓습니다.
참고: 여러 종류의 모래가 있다면 고운 모래-굵은 모래-고운 모래 순으로 층을 만들 수 있습니다.
1센트 동전보다 크지 않은 자갈을 모읍니다. 자갈은 물속의 큰 고형물을 걸러냅니다. 모래 위에 2~3인치 높이로 자갈을 붓습니다.
커피 필터는 오염된 물에 대한 첫 번째 방어선입니다. 커피 필터를 하나 준비해(천도 사용할 수 있습니다) 필터 위에 놓습니다. 필요하다면 필터를 접거나 물병에 테이프로 고정해 제자리에 유지되도록 합니다.
더러운 물 1/2컵을 물병 필터에 부었습니다. 중력이 물을 여러 층 사이로 통과시키면서 흙과 입자가 제거되었고, 맑은 물이 병 안으로 떨어졌습니다.
거울 중앙의 캔 위에 놓인 필터에 더러운 물 1/4컵을 부었습니다. 이 장치는 여과된 물이 자연스럽게 캔 안으로 흐르도록 합니다. 또한 캔 내부에 열을 가둡니다. 흐린 날 오전 11시 30분경부터 오후 1시 30분경까지 이 테스트를 완료했습니다. 15분 간격으로 측정한 온도 기록을 첨부했습니다. 두 시간이 지난 후 온도계는 83.3 °C를 가리켰습니다. 데이터에 따르면 물은 최소 45분 동안 65°C를 넘었으며, 이는 수인성 병원체를 죽이기에 충분한 시간입니다.
여과와 가열을 거친 물은 이제 마셔도 안전합니다. 식수에 대한 접근은 인간에게 매우 중요하지만 많은 지역에서 제한되어 있습니다. 이 시스템은 태양 에너지만 이용해 깨끗하고 순수한 물을 만듭니다. DIY 물 정화 시스템을 사용하면 전력망에 의존하지 않고도 생명에 가장 중요한 물질 중 하나를 생산할 수 있습니다.
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원문: https://www.instructables.com/DIY-Water-Purification-System/
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