Depurador de agua por capas

Qué va a aprender

• Que un filtro separa partículas sólidas del agua según su tamaño: los huecos entre granos son la «red».
• Que el orden de las capas importa: las gruesas arriba frenan lo grande y protegen la arena fina, que retiene lo pequeño.
• A distinguir entre agua clara y agua potable: los microbios y lo disuelto atraviesan este filtro.
• A medir y comparar: tiempo de filtrado, volumen recuperado y transparencia con una escala de lectura.

Prepara antes

• Lava la arena fina, la gruesa y las piedras en el colador bajo el grifo hasta que el agua salga casi transparente (5 minutos). Este es el secreto de que funcione.
• Prepara el agua sucia en un tarro: 250 ml de agua + 1 cucharada de tierra; remueve 30 s. Llena también un vaso de control con la misma agua sucia (sin filtrar) para comparar.
• Imprime la tira A y la tarjeta B al 100 %.
• Trabaja en el fregadero o sobre una bandeja: se derrama agua y arena.
• Ten a mano un cubo para tirar la arena sucia al final (al jardín o a la basura, nunca por el fregadero: atasca).

Materiales y herramientas

• Botella de plástico — 1
  de agua de 1,5 L, lisa y transparente (Ø ≈ 9 cm), sin tapón
• Tela fina — 1 cuadrado de 10 × 10 cm
  algodón fino, gasa o trozo de media
• Goma elástica — 1
  para sujetar la tela al pico
• Algodón — ≈ 5 g (una bola del tamaño de un puño o 6 discos desmaquillantes)
  hidrófilo
• Arena fina — ≈ 300 g (≈ 200 ml)
  de playa, parque o acuario, granos < 1 mm, lavada
• Arena gruesa o gravilla — ≈ 150 g (≈ 120 ml)
  granos de 2–4 mm, lavada
• Piedritas — ≈ 250 g (≈ 180 ml)
  de 5–15 mm, lavadas
• Tierra de jardín o maceta — 1 cucharada sopera (≈ 15 g)
  para ensuciar el agua; mejor con algo de arcilla (enturbia mucho)
• Vasos transparentes — 3
  de 250 ml: agua sucia, agua filtrada y muestra de control
• Jarra medidora — 1
  para medir 250 ml
• Colador fino — 1
  para lavar la arena
• Cinta adhesiva — 30 cm
  para cubrir el borde cortado de la botella

Herramientas

• Cúter — iniciar el corte de la botella adulto
• Tijeras — terminar el corte y cortar la tela
• Rotulador permanente — marcar la línea de corte y las alturas de las capas
• Cuchara — echar arena y piedras sin golpear el algodón
• Cronómetro (móvil) — medir el tiempo de filtrado

Piezas y plantillas

• A · Tira de alturas de las capas ×1 — papel
• B · Tarjeta de turbidez ×1 — papel blanco

Paso a paso

1. Marca el corte

   Quita la etiqueta de la botella de 1,5 L. Con una regla y rotulador, marca una línea alrededor de la botella a 12 cm de la base (haz 6 marcas a esa altura y únelas).

   Truco: Pon el rotulador encima de una pila de libros o de una caja de 12 cm de alto y gira la botella contra la punta: sale una línea perfecta.

2. Corta la botella adulto

   Un adulto hace un corte inicial de 2 cm con el cúter sobre la línea; después se sigue con tijera alrededor. Cubre el borde cortado de las dos partes con cinta adhesiva doblada por encima.

   Comprueba: Los bordes no pinchan al pasar el dedo.

3. Pon la tela en el pico

   Quita el tapón. Cubre la boca del pico con el cuadrado de tela de 10 × 10 cm por fuera y sujétala con la goma elástica dando 2–3 vueltas.

   Comprueba: La tela queda tensa y no se suelta al tirar suavemente.

4. Monta el soporte

   Da la vuelta a la parte de arriba (pico hacia abajo) y pega por fuera la tira A con cinta, con «PICO» a ras del pico y «BORDE» en el corte. Después encájala dentro de la parte de abajo, que hace de depósito: la zona de la tira cercana al pico queda dentro, pero se lee a través del plástico.

   Comprueba: El conjunto se tiene de pie y el pico queda unos 4 cm por encima del fondo.

5. Capa de algodón

   Mete el algodón por arriba y empújalo con el mango de la cuchara hasta llenar el cuello, hasta la marca de 30 mm. Debe quedar ni suelto ni apelmazado, como un cojín.

   Truco: Si el algodón está muy prensado, el agua tardará muchísimo; si está flojo, se escapará la arena.

6. Capa de arena fina

   Echa la arena fina lavada a cucharadas, sin dejarla caer desde alto, hasta la marca A. FINA (70 mm de capa, ≈ 300 g). Golpea suavemente la botella con la mano para nivelarla.

7. Capa de arena gruesa

   Añade la arena gruesa o gravilla hasta la marca siguiente, A. GRUESA (20 mm de capa, ≈ 150 g). Nivela con la cuchara.

8. Capa de piedritas

   Coloca las piedritas encima, a cucharadas, hasta la marca PIEDRAS (30 mm de capa, ≈ 250 g). Quedan unos 6 cm libres arriba para verter el agua.

   Comprueba: Las 4 capas se ven separadas a través del plástico.

9. Lava el filtro

   Vierte despacio 250 ml de agua del grifo limpia y espera a que deje de gotear. Levanta la parte de arriba, tira el agua del depósito (sale algo turbia por el polvo de la arena) y repite con otros 250 ml. Vacía el depósito al terminar.

   Comprueba: El agua del final del lavado sale casi transparente.
   Truco: Vacía siempre el depósito entre vertidos: con unos 250 ml el agua ya llega a la altura del pico (a 4 cm del fondo) y mojaría el filtro por debajo.

10. Prepara la comparación

    Remueve el agua sucia (250 ml + 1 cucharada de tierra). Llena un vaso con 100 ml como muestra de control y guárdalo para comparar.

11. Filtra

    Vierte los 150 ml restantes muy despacio sobre las piedras, en chorrito, y pon en marcha el cronómetro. Espera hasta que dejen de caer gotas por el pico.

    Truco: Si el agua llega al borde, para y espera: no la dejes desbordar.

12. Compara

    Pasa el agua filtrada a un vaso transparente igual al de control, con la misma cantidad (100 ml, unos 2,5 cm de agua); si sobra, déjala en el depósito. Pon cada vaso sobre la tarjeta B y anota qué renglón llegas a leer con cada uno. Fíjate también en el sedimento que queda sobre las piedras.

    Comprueba: El agua filtrada deja leer al menos 2 renglones más que la de control.

13. Filtra otra vez

    Junta en un tarro limpio el agua del vaso y la que quedó en el depósito, vacía el depósito y vuelve a pasar toda esa agua por el filtro. Compara de nuevo 100 ml en un vaso igual sobre la tarjeta. Al terminar, tira el agua al fregadero y la arena y las piedras a una maceta o a la basura.

¿Funciona? La prueba

Compara con la tarjeta de turbidez el agua de control (sin filtrar), la filtrada una vez y la filtrada dos veces, en vasos iguales con la misma altura de agua.

Qué debe pasar: Con el agua de control apenas se lee «AGUA 1»; tras un filtrado se leen hasta «agua 4» o «agua 5»; tras dos, casi todo. Los 150 ml tardan en atravesar el filtro entre 1 y 4 minutos. Si hay mucha arcilla, el agua queda algo lechosa: son partículas tan finas que pasan entre los granos.

Si algo falla

• El agua sale más sucia que al entrar — Arena sin lavar o filtro sin lavar antes. Solución: Lava la arena en el colador hasta que el agua salga clara y pasa 500 ml de agua limpia antes de la prueba.
• Sale arena por el pico — Algodón poco prensado o tela floja. Solución: Pon más algodón, ajusta la tela con la goma y usa una tela más tupida.
• Tarda muchísimo o no sale nada — Algodón demasiado prensado o arena con mucha arcilla que tapona. Solución: Afloja el algodón; usa arena más gruesa; no pongas más de 1 cucharada de tierra.
• El agua sale muy rápida y casi igual de turbia — Capa de arena fina demasiado delgada o canales en la arena. Solución: Llega a los 70 mm de arena fina y vierte despacio sobre las piedras para no abrir agujeros.
• El agua filtrada sigue de color marrón claro — Hay sustancias disueltas o partículas de arcilla muy finas que la arena no retiene. Solución: Es normal: filtra otra vez o añade una capa de 2 cm de carbón activado (cápsulas de farmacia) bajo la arena fina.
• La parte de arriba se cae dentro del depósito — Corte demasiado bajo o botella muy blanda. Solución: Corta a 12 cm de la base exactos o apoya la parte de arriba en un vaso ancho.

Seguridad

• El agua filtrada NO es potable: contiene microbios y sustancias disueltas. No se bebe ni se usa para cocinar. Para potabilizar agua hay que hervirla al menos 1 minuto o desinfectarla.
• El corte con cúter lo hace un adulto; cubre los bordes cortados con cinta.
• Lávate las manos con jabón después de tocar la tierra y el agua sucia.
• No tires la arena por el fregadero: atasca las tuberías.
• Usa tierra de jardín o maceta, nunca tierra de zonas con excrementos de animales.

La ciencia detrás

Para los niños

El agua sucia lleva trocitos de tierra flotando. Cuando cae sobre las piedras, los trozos grandes se quedan arriba, como cuando una red atrapa los peces gordos. Luego llega a la arena, que tiene huecos muy pequeñitos entre sus granos, y ahí se quedan atrapados los trocitos más pequeños. El algodón y la tela son la última red. ¡Pero ojo! Hay bichitos tan, tan pequeños que no se ven y que pasan por todas las redes: por eso esta agua no se bebe.

Para el adulto

La filtración en lecho granular retiene partículas por varios mecanismos: tamizado (partículas mayores que los poros, que miden aproximadamente un 15–20 % del diámetro de grano), sedimentación dentro de los poros, intercepción y adsorción sobre la superficie de los granos. Con arena de ≈ 0,5 mm se retienen limos y la mayor parte de la turbidez, pero no las arcillas coloidales (< 2 µm), las bacterias (≈ 1 µm), los virus ni las sustancias disueltas. Las capas gruesas arriba actúan como prefiltro y como difusor que evita que el chorro excave la arena; la arena fina es el filtro efectivo; el algodón y la tela soportan el lecho. El caudal sigue la ley de Darcy: Q = K·A·Δh/L; por eso una capa más alta o más fina filtra mejor pero más despacio. Las potabilizadoras reales combinan coagulación-floculación, decantación, filtración en arena (con grava graduada de soporte) y desinfección con cloro u ozono.

• filtrar: separar los sólidos de un líquido haciéndolo pasar por algo con huecos pequeños.
• sedimento: partículas sólidas que se depositan o quedan atrapadas.
• turbidez: lo «nublada» que está el agua por las partículas que lleva.
• potable: agua que se puede beber sin peligro.
• poro: hueco pequeño entre granos por donde pasa el agua.

Por edades

• 5–7 años: El adulto corta la botella y lava la arena. El niño pone la tela, mete el algodón, echa las capas con la cuchara y vierte el agua. Céntrate en «las redes atrapan la suciedad» y en que esta agua no se bebe.
• 8–10 años: Lo hacen todo salvo el corte. Que anoten tiempos y resultados de la tarjeta en una tabla y comparen con otro equipo que use otro orden de capas.
• 11–12 años: Diseño experimental: cambiar una sola variable (altura de arena, tamaño de grano, cantidad de tierra) y medir tiempo y turbidez. Reto: añadir carbón activado y comprobar si quita el color de agua con unas gotas de té.

En grupo o en clase

Equipos de 3–4 (un filtro por equipo). Antes: recoger botellas, cortarlas (adulto), lavar en grande toda la arena y las piedras y repartirlas en vasos etiquetados por equipo. Preparar una jarra grande de agua sucia común (2 L + 8 cucharadas de tierra) para que todos filtren lo mismo. Sesión de 50 min: 5 min explicación, 15 min montaje, 20 min filtrado y medida, 10 min puesta en común con todos los vasos en fila sobre sus tarjetas. Cada equipo puede probar un orden de capas distinto. Trabajad en bandejas y con un cubo para los restos.

Retos

• Diseña el filtro que deje leer «agua 6» con una sola pasada.
• Consigue filtrar 150 ml en menos de 60 s sin empeorar la transparencia.
• Añade una capa de 2 cm de carbón activado y prueba con agua teñida con té: ¿quita el color?
• Construye un filtro de tres botellas en cascada y compara con uno solo.
• Investiga cómo se potabiliza el agua en tu ciudad y dibuja el recorrido de una gota desde el río hasta tu grifo.

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