- A diferencia de McMurdo, la estación del Polo Sur no tiene una fuente de agua líquida, por lo que derrite nieve de miles de pies de espesor para producir agua potable y de uso doméstico, y también trata las aguas residuales de una forma separada
- El agua dulce empieza en un pozo dentro de la nieve subterránea llamado Rodwell: se hace circular agua caliente para crear un lago subterráneo, se bombea esa agua hacia arriba y se envía a la planta de tratamiento
- La nieve profunda del Polo Sur está a unos -60 °F, y para convertir 1 galón en líquido a 50 °F se necesitan unos 618 Wh, sumando 268 Wh para elevar la temperatura y 350 Wh de calor latente de fusión, por lo que la producción de agua en sí es intensiva en energía
- En la planta de tratamiento, el agua se distribuye después de pasar por un contactor de piedra caliza, filtros, carbonato de sodio, cloro, tanques de almacenamiento y tanques presurizados; las tuberías evitan congelarse mediante aislamiento y cables calefactores
- Las aguas residuales no se descargan tras tratarlas como en McMurdo, sino que se almacenan sin tratar en un Rodwell al final de su vida útil; a junio de 2024, una planta de tratamiento de aguas residuales para el Polo Sur no está incluida en los planes ni en el presupuesto
Diferencias entre las bases costeras y el Polo Sur interior
- La mayoría de las estaciones de investigación antárticas están en la costa o cerca de ella
- Esto se debe a que el océano modera el clima, permite el acceso logístico por barco y ofrece una fuente de agua y un medio para descargar aguas residuales
- Los sitios de investigación científica también suelen concentrarse cerca de la costa
- La estación del Polo Sur es una de las bases interiores operadas todo el año, no una base costera
- Está en una meseta interior a unas 975 millas al sur de McMurdo Station
- A diferencia de las bases costeras, donde hay agua líquida disponible directamente, allí hay que derretir nieve para obtener agua
Infraestructura de agua dulce de McMurdo
- Como McMurdo es una base costera, puede acceder a agua de mar líquida durante todo el año en la costa, en la parte baja del poblado
- Aunque en invierno la temperatura del aire baje hasta -30 °F, bajo el hielo sigue habiendo agua líquida
- El agua de mar se extrae con bombas desde el Seawater Intake Facility, el building 179
- Las tuberías de agua de mar usan aislamiento grueso y cables calefactores
- El heat trace es un cable eléctrico controlable y de alta resistencia instalado a lo largo de la tubería
- Cuando circula electricidad, genera calor; el aislamiento lo retiene para impedir que el agua dentro de la tubería se congele
- El agua de mar de McMurdo se usa para dos fines
- El acuario de agua de mar del Crary Lab
- La producción de potable water para la operación de la base, es decir, agua de uso doméstico
- La producción de agua de uso doméstico pasa por varias etapas en la McMurdo water treatment plant
- El agua de mar entra a unos 28 °F y, por su salinidad, permanece líquida a temperaturas más bajas que el agua dulce
- Se calienta hasta unos 37 °F usando calor residual de la planta eléctrica
- Se filtra para retirar sedimentos
- Mediante ósmosis inversa se eliminan sales y minerales de origen natural, y el material restante se devuelve al mar
- En la etapa de polishing se ajustan la dureza y el pH, y se agrega una pequeña cantidad de cloro para reducir el efecto de la contaminación en los sistemas de almacenamiento y distribución
- McMurdo almacena cientos de miles de galones de agua tratada
- En el pico del verano, la población puede superar las 1,000 personas
- También se necesita agua para combate de incendios, lo que exige una capacidad de almacenamiento considerable
Agua dulce en el Polo Sur: agua que empieza en un Rodwell
- En el Polo Sur no hay una fuente de agua líquida, y la estación está sobre una fría meseta interior a cientos de millas de la costa
- El agua se produce derritiendo nieve de miles de pies de espesor
- La nieve en profundidad está a unos -60 °F
- Elevar 1 galón de agua en 1 °F requiere 2.44 Wh, es decir, 8.33 BTU de calor
- Subirla 110 °F, de -60 °F a 50 °F, requiere 268 Wh
- Si se incluye el calor latente de fusión necesario para pasar de sólido a líquido, se requieren 350 Wh adicionales por galón, para un total aproximado de 618 Wh
- El suministro de agua del Polo Sur comienza en un Rodwell
- Rodwell es la abreviatura de “Rodriguez Well”
- El diseño original fue creado por Raul Rodriguez para un campamento en Greenland
- El que está actualmente en operación se llama oficialmente “Rodwell 3”
- También hay planificadas varias ubicaciones de Rodwell para uso futuro
- El funcionamiento básico de un Rodwell es simple
- Se perfora un agujero en la nieve
- Se introduce agua caliente para derretir la nieve
- El agua derrite el entorno y crea un lago subterráneo
- El agua líquida se bombea hacia arriba desde el lago subterráneo
- Si el agua caliente se mantiene en circulación, el lago subterráneo puede mantenerse y expandirse
- El edificio de apoyo del Rodwell contiene equipos de control y monitoreo, y está calefaccionado
- El pozo desciende varios cientos de pies
- Por él pasan juntas la tubería que sube el agua extraída, la tubería que vuelve a enviar agua caliente hacia abajo, cables eléctricos para la bomba sumergible y líneas de señal para sensores y circuitos de control
Circulación del Rodwell y prevención del congelamiento
- El agua que sale del Rodwell viaja hasta la planta principal de tratamiento de agua, ubicada a cientos de pies
- Una parte se usa como agua de uso doméstico de la estación
- El resto pasa por el intercambiador de calor de la planta de tratamiento y vuelve al Rodwell
- El agua cruda que se bombea desde el Rodwell está a unos 36 °F
- Después de pasar por la planta de tratamiento y el contactor de piedra caliza, queda a unos 42 °F
- El agua de recirculación que vuelve al Rodwell se calienta hasta unos 84 °F
- El edificio de apoyo del Rodwell cuenta con caldera de respaldo e intercambiadores de calor
- Su objetivo es garantizar que siempre se pueda suministrar agua caliente al Rodwell, incluso si hay problemas en la tubería de retorno entre la planta de tratamiento y el Rodwell
- Si se pierde el circuito de circulación de agua caliente, el Rodwell corre riesgo de dañarse
- El aporte continuo de calor es una condición esencial para operar el Rodwell
- Un Rodwell se usa durante varios años
- Cuando crece demasiado, puede alcanzar un tamaño de millones de galones
- Luego deja de utilizarse como fuente de agua dulce y se inicia un nuevo Rodwell en otra ubicación
- El Rodwell existente se convierte en almacenamiento de aguas residuales
- Se puede ver más documentación histórica sobre los Rodwell en el sitio South Pole Station de Bill Spindler
Planta de tratamiento de agua del Polo Sur
- El agua del Rodwell llega a la planta principal de tratamiento atravesando ice tunnels subterráneos
- Los ice tunnels son una red de pasillos subterráneos de servicios excavados en nieve compactada
- Las tuberías tienen aislamiento y heat trace
- La planta de tratamiento está dentro de los arches junto a la planta eléctrica, en la parte inferior del beer can
- El glycol loop que transporta calor residual de los generadores se trae desde la planta eléctrica vecina, por lo que puede usarse fácilmente en los intercambiadores de calor
- El agua que entra a la planta de tratamiento pasa primero por un contactor de piedra caliza
- El contactor de piedra caliza agrega minerales para elevar el pH del agua
- Aumenta su resistencia a la corrosión y la hace apta para consumo humano
- Según el resultado de tratamiento buscado, el contactor puede estar en línea o fuera de línea
- Toda el agua pasa por el contactor, incluida la que volverá al Rodwell
- El agua destinada a uso doméstico recibe tratamiento adicional
- Pasa por filtros de sedimentos y filtros de carbón
- El pH se ajusta con mayor precisión usando carbonato de sodio, o soda ash
- Se usa cloro en forma de calcium hypochlorite como desinfectante
- El agua doméstica tratada se almacena en grandes tanques no presurizados
- Hay dos tanques, de modo que se puede operar aunque uno se retire para mantenimiento
- Cada tanque tiene una capacidad de varios miles de galones
- Funcionan como buffer de almacenamiento ante interrupciones programadas o no programadas del suministro del Rodwell o del proceso de tratamiento
- La calidad del agua se verifica en varios puntos del proceso de tratamiento y distribución
- Hay un punto de muestreo en la salida de los tanques de almacenamiento de agua tratada, justo antes de que las bombas de agua doméstica la presuricen
- En la mesa de laboratorio de la planta de tratamiento hay instrumentos de medición
Distribución de agua doméstica e instalaciones internas de la estación
- La última etapa del tratamiento del agua doméstica es presurizarla y almacenar un suministro estable
- Las bombas elevan el agua tratada hasta la presión de distribución de la estación
- Un tanque presurizado de distribución de agua almacena el consumo de la estación
- El agua sube desde los tanques de la planta de tratamiento por el beer can y entra a la elevated station
- Hay una subida vertical de unos 50 pies, que debe considerarse en la configuración de presión del sistema de distribución
- Como el beer can no está calefaccionado, las tuberías están aisladas
- La elevated station también tiene tanques presurizados para extinción de incendios
- Toda la estación cuenta con rociadores automáticos contra incendios
- Los usos internos de agua en la estación son similares a los de un edificio común
- El dish pit de la cocina es uno de los grandes consumidores de agua
- La lavandería funciona de forma similar a la de una casa
- La mayoría de las lavadoras solo están conectadas a agua fría para ahorrar energía, y solo algunas tienen conexiones tanto de agua caliente como fría
- Las secadoras usan intercambiadores de calor directos conectados al glycol loop de calefacción del edificio, en lugar de calefacción por resistencia eléctrica
- Los baños y bebederos también están dentro de la elevated station
- El bebedero es un modelo Elkay EZS8SF con un add-on LK1110 glass filler
Cómo se gestionan las aguas residuales en el Polo Sur
- Las aguas residuales del Polo Sur se manejan de una forma completamente distinta a McMurdo
- McMurdo hace pasar sus aguas residuales por un proceso completo de tratamiento
- Las aguas residuales tratadas se descargan al mar, y los sólidos se envían a Estados Unidos para su eliminación
- En el Polo Sur, un Rodwell al final de su vida útil se usa como depósito de aguas residuales
- Cuando un Rodwell alcanza su tamaño máximo, ya no se extrae agua dulce de él
- Luego se convierte en un “sewage outfall” para almacenamiento de aguas residuales
- Las aguas negras sin tratar y otras aguas residuales fluyen por la red de tuberías de alcantarillado hacia el sewage outfall actual
- Se almacenan bajo tierra de forma indefinida
- No se tratan antes de enviarlas bajo tierra
- El outfall bajo la estación del Polo Sur contiene millones de galones de aguas residuales sin tratar
- A junio de 2024, una planta de tratamiento de aguas residuales para la estación del Polo Sur no está planificada ni presupuestada actualmente
- Sin embargo, se ha discutido varias veces en la historia de la estación del Polo Sur
- El South Pole Station Master Plan Draft 2024 del sitio web de la NSF incluye una planta de tratamiento de aguas residuales como recomendación
- El método de inyectar aguas negras sin tratar bajo el hielo para desecharlas está permitido por el Antarctic Treaty System
- En la legislación estadounidense está codificado como 45 CFR § 671.12(f)
Recolección y descarga de aguas residuales, y limitaciones de los edificios externos
- Las aguas residuales de la elevated station salen por los desagües domésticos y se reúnen en holding pits
- La elevated station tiene dos holding pits principales
- Los holding pits tienen dos propósitos
- Proporcionan un buffer de almacenamiento temporal para que la plomería interna de la estación pueda seguir usándose durante el mantenimiento de la tubería de descarga o del sewer outfall
- Acumulan aguas residuales hasta llenarse y luego las expulsan a un caudal alto, lo que transporta con mayor eficiencia los sólidos en suspensión
- Si las aguas residuales fluyeran hasta el sewer outfall al mismo ritmo al que se generan, los sólidos podrían asentarse durante el trayecto y causar obstrucciones
- El holding pit del pod “B” está dentro de la Emergency Power Plant
- Esta zona forma parte del “lifeboat”, un ala con infraestructura redundante capaz de funcionar de manera independiente si otras partes de la station sufren daños
- Normalmente descarga al sewage/wastewater outfall principal
- Si hay problemas con el outfall principal, también puede descargar a un emergency outfall más pequeño
- En el mismo espacio también hay infraestructura de purificación de agua de emergencia capaz de derretir nieve para producir potable domestic water
- El wastewater pit del pod “A” está en una gran sala mecánica del primer piso del A pod
- Las aguas residuales de todos los equipos del A pod llegan allí por gravedad
- Se descargan al outfall principal
- Cuando un pit se llena, se descarga automáticamente al sewer outfall
- La ruta es en general similar a la de las tuberías de suministro de agua doméstica
- Sale de la station, baja por el beer can, atraviesa los ice tunnels y llega al sewer outfall actual
- Se aplica heat trace hasta el último tramo vertical para evitar que las aguas residuales se congelen
- No todos los edificios del Polo Sur están conectados al sistema de tuberías
- Los únicos lugares con running water y wastewater connection son la elevated station y el power plant arch
- Edificios externos como IceCube, MAPO, DSL y ARO están demasiado lejos, y hasta ahora conectarlos no ha sido rentable
- También hay alternativas para quienes trabajan fuera de la station
- En verano, cuando hay más población, se colocan porta-potty alrededor del campus
- Cuando los desechos de los porta-potty se llenan, hay que trasladarlos de vuelta a la station
- Los edificios externos permanentes usan diversas soluciones, desde cubetas hasta dry toilets con contenedores extraíbles
- El personal que se aleja puede llevar botellas Nalgene HDPE de 32 oz provistas por USAP, que deben recibirse al inicio de la temporada y devolverse limpias y desinfectadas antes de partir
Infraestructura esencial que no se ve
- Al abrir una llave dentro de la elevated station, todo funciona como en un edificio común, pero detrás de eso están conectados el Rodwell, los ice tunnels, el heat trace, los intercambiadores de calor con glycol y los tanques presurizados
- Los sistemas de agua y aguas residuales del Polo Sur operan en medio de frío extremo, viento, acumulación constante de nieve, largas cadenas de suministro y problemas para conseguir personal especializado y repuestos
- Esta infraestructura es una base esencial que permite que los humanos vivan y trabajen en el punto más austral de la Tierra
1 comentarios
Opiniones de Hacker News
Este tipo de artículos siempre son interesantes y permiten asomarse a formas poco familiares de sostener la vida, como en la base del Polo Sur.
Toda la operación se ve como si estuviera en el filo de una navaja entre la entropía que no deja de avanzar y la energía que hay que invertir para frenarla, lo cual también resulta discretamente aterrador. Si hay un problema con los generadores, qué tan rápido se vendría todo abajo; y que, al final, el combustible sostenga todo se siente todavía más evidente en un entorno tan frío.
También me gustaría leer un artículo sobre el mantenimiento de este tipo de instalaciones. Mejor aún si contara historias de problemas que amenazaron la continuidad de la base y cómo los superaron. Aunque haya diseños redundantes, al estar en el mundo físico parece inevitable que algo falle.
También existe AN8, una mezcla propia para regiones polares. Hay mucha redundancia y equipos en sitio para reparar cosas: https://www.jeffreydonenfeld.com/blog/2012/12/the-south-pole...
Siempre es bueno ver artículos de brr.fyi en HN.
Vivir en el Polo Sur es casi como vivir en un planeta alienígena.
Es extraño pensar que hay enormes cantidades de excremento enterradas bajo el Polo Sur.
Hay cosas que a veces es mejor no saber.
Siempre es bueno verlo con optimismo.
La Antártida podría permanecer intacta durante millones de años, hasta que unos extraterrestres aterricen y descubran un misterioso lago adicional lleno de todo tipo de microorganismos.
Un dato que falta: la primera instalación mencionada por el OP, la planta desalinizadora de McMurdo, antes funcionaba con energía nuclear, pero abandonó ese método y ahora usa diésel.
https://en.wikipedia.org/wiki/McMurdo_Station#Nuclear_power_...
El diésel suena mucho más práctico.
https://theconversation.com/remembering-antarcticas-nuclear-...
Siempre disfruté en HN los artículos que profundizan así en temas interesantes.
Me sorprendió un poco que incluso las fotos estuvieran todas en Fahrenheit. El túnel de hielo es realmente genial. Si creciste viendo Star Wars, ¿a quién no le gustaría algo así?
Antes de que se completara el primer Rodwell, ¿a dónde iba el agua residual?
Hay muchas menciones a la descarga de aguas negras, congelamiento de tuberías y reemplazo de bombas elevadoras. Probablemente era un hoyo excavado en el suelo.
En edificios externos sin alcantarillado ni infraestructura de agua todavía se usan métodos así. La respuesta probablemente esté en algún lugar de southpolestation.com de Bill Spindler.
Esos baños portátiles se hacen simplemente con aire caliente. El agua potable se toma de una cueva de nieve y se echa con pala en un derretidor de agua.
“Para calentar una cantidad equivalente a 1 galón de agua desde -60 °F hasta una temperatura razonable de distribución de 50 °F, hay que subir nada menos que 110 °F. ¡Solo llevar 1 galón de agua a la temperatura de distribución requiere 268 Wh de energía pura!”
En realidad es más que eso. Porque el cambio de fase de sólido a líquido también consume mucha energía.
Son 330 kJ/kg, es decir 1250 kJ por galón, alrededor de 350 Wh. Así que la energía para descongelar 1 galón de agua es mayor que la necesaria para el resto del aumento de 110 °F.
En términos de física se llama calor latente de fusión, y es la energía necesaria para provocar el cambio de estado entre líquido y sólido. Hace unos años vi que alguien calculó la energía necesaria para derretir el hielo frente a una locomotora en movimiento y, si mal no recuerdo, se requería una cantidad de energía equivalente a un reactor nuclear no pequeño. Nada práctico.
Me sorprendió que en una base científica así usen Fahrenheit para medir la temperatura del agua
Pasé una semana buscando un tornillo métrico de un tamaño específico, y el sufrimiento es real.
Para empezar, dejémoslo claro: la mayor parte de la base no es “ciencia”, sino infraestructura donde vive gente. La gente que mantiene los edificios está acostumbrada al sistema imperial, así que tiene sentido usar esas unidades. Los materiales y repuestos para reparaciones también se compran a empresas estadounidenses y, en muchos casos, legalmente tiene que ser así.
Por ejemplo, si haces la ronda diaria en la planta eléctrica, todas las lecturas de temperatura de los motores están en F. Prácticamente todos los termómetros de fluidos en línea leen en F. Todos los termostatos interiores también están en F. Es muy probable que casi todas las dimensiones de los edificios estén especificadas en pies.
Así que la unidad de temperatura del agua no importa demasiado. No se está investigando el agua ahí; salvo por el trabajo técnico de calcular el caudal, lo único que se necesita es un suministro estable y potable.
La meteorología se reporta en sistema métrico, porque METAR es el formato estándar. Aunque, cuando entras en aviación, la altitud universalmente vuelve a usarse en pies.
Pero los telescopios sí son terribles. Hay hardware en sistema imperial por todos lados. Aun así, en criogenia usan Kelvin.
Supongo que no usarían Fahrenheit en contextos donde el sesgo hacia el criterio humano no sea ventajoso.
Además, la mayoría de los equipos, especialmente cosas como la tubería, seguramente vendrán de proveedores estadounidenses, y en ese caso es mucho más fácil conseguirlos en pulgadas.
Un amigo que trabaja en el norte contó que había recolectado meteoritos de la nieve derretida para usar como agua.
Me pregunto si en el fondo del Rodwell también se acumulará un poco de polvo de meteoritos.
Antes solían bajar imanes para recuperar objetos caídos, como herramientas. Al subir el imán, salía con polvo metálico adherido. Pero como el agua se recircula constantemente, es difícil evitar la objeción de que solo se trata de partículas desprendidas por desgaste de las tuberías u otra maquinaria, suponiendo que haya materiales ferrosos en el circuito.
Interesante.
“Para calentar el equivalente a 1 galón de agua desde -60 °F hasta una temperatura razonable de distribución de 50 °F, hay que subirla nada menos que 110 °F. ¡Solo llevar 1 galón de agua a la temperatura de distribución requiere 268 Wh de energía neta! Esta es una de las razones por las que las duchas están limitadas a 2 minutos”.
Creo que cualquiera que lea esto podría probar pasar una semana con una ducha de 2 minutos una vez al día, para darse una idea de si podría postularse a este trabajo.
No es tan difícil como suena. Te mojas y cierras el agua, te enjabonas, te enjuagas y cierras. Con práctica, puedes quedar bastante limpio usando agua solo 20 o 30 segundos.
Eso sí, no es satisfactorio. Si tienes el pelo largo o usas acondicionador, cuesta imaginar cuánto subirían esos números.
Si no haces un trabajo muy exigente físicamente o con mucho polvo y mugre, no necesitas bañarte el cuerpo entero todos los días.
Cuando estaba formando el hábito me medía 5 minutos, pero ahora de forma natural voy a unos 2 minutos. Claro que el “frío” de Colorado no es el “frío” de la Antártida. Aun así, si no te quedas divagando y disfrutando lujosamente del vapor y la ducha, 2 minutos son tiempo suficiente para ducharse.