Las opciones de abastecimiento
Tal vez el principal reto del proyecto del Observatorio HAWC fue el abastecimiento de 55 mil 500 metros cúbicos de agua para los 300 detectores individuales en un lapso de tiempo de aproximadamente 36 meses. El proveedor natural de agua para este experimento era el Citlaltépetl, de cuyas faldas se originan varias corrientes de agua de importancia, algunas dando lugar a ríos, como por ejemplo los Encino y Malacara, que desembocan en la cuenca del Papaloapan. Sin embargo, debido a las características del terreno, algunas corrientes se dan de manera subterránea, mientras que otras corren de manera superficial, particularmente durante precipitaciones fuertes. Estudiamos la posibilidad de adquirir agua tanto subterránea como superficial. La propuesta inicial incluyó el financiamiento para bombear el agua para HAWC de un valle cercano. Sin embargo, dada la ubicación montañosa y las razonablemente altas precipitaciones en la región (100 cm/año, con una marcada dependencia estacional), probablemente era mejor adquirir el agua a nivel local, a través de un pozo profundo más cerca del sitio de HAWC o un sistema de captura de agua. Se construyó un modelo topográfico 3D de la región para modelar los flujos de agua en las cercanías del sitio y se complementó con estudios geo-eléctricos para determinar la ubicación más adecuada para el pozo de extracción. Las demandas sobre la capacidad del pozo eran razonables: teniendo en cuenta el volumen de agua necesaria para los 300 tanques.
Una segunda opción de adquisición de agua era un sistema de captura colocado debajo de un punto de convergencia, una boquilla natural de agua yendo hacia abajo del Citlaltépetl, que fue identificado a unos siete kilómetros al O-NO del sitio de HAWC. Este sistema de captura sería un gran paralelepípedo de hormigón, el cual sería particularmente eficaz durante la temporada de lluvia (mayo-octubre), mientras que el pozo suministra agua de forma más continua.
A la par de estas propuestas, con el inicio del primer prototipo, ProtoHawc, en la cima de la Sierra Negra en 2009 y después del arreglo de verificación VAMOS a 4100 msnm en 2010, se empezó a probar la opción de subir el agua desde los pozos profundos de riego de Esperanza, una ciudad al lado de la autopista Puebla-Orizaba, a 25 km del sitio seleccionado para HAWC y con una diferencia de altura de mil 800 m.
Los primeros resultados obtenidos tanto del primer prototipo como del arreglo de verificación iban en la dirección de usar urgentemente una planta de filtrado profesional y no una improvisada como se había hecho, y de suavizar el agua que provenía de los pozos profundos de Esperanza, si se quería continuar con su uso. Se requería evitar la degradación biológica del agua y aumentar su longitud de transmisión en el ultravioleta.
De esta forma se decidió en forma práctica, ya que era la opción más rápida de realizar y con un costo alcanzable, que fue instalar una planta de suavizado en un lugar cercano al pozo de abastecimiento en Esperanza y colocar una planta de filtrado en el sitio de HAWC, para el filtrado final del agua proveniente ya fuera del pozo profundo de Esperanza o de algún sistema de colección de la montaña en el futuro.
El sistema de filtrado y suavizado
Las características del agua del pozo profundo en Esperanza eran que poseía una dureza de entre 9-10 grains. Los requerimientos establecidos para el proyecto eran que la dureza del agua no debería sobrepasar uno o máximo dos grains. Esto era para que, con un filtrado adecuado, se alcanzara la meta de obtener una longitud de transmisión mayor a nueve metros en el intervalo ultravioleta de la luz.
De esta forma, la planta de suavizado se configuró con un filtro inicial de cinco micras (prefiltrado) con el fin de eliminar basura que pudiera traer el agua. De ahí se pasa por una planta de intercambio iónico, que elimina los iones del agua y la suaviza. Este sistema requiere de 150 kg de sal por cada 450 toneladas de agua suavizada con las características del agua usada, descritas con anterioridad. Finalmente, el agua suavizada se coloca en dos contenedores de 38 mil litros cada uno, que permite una reserva de cinco cargas de agua de 15 toneladas cada una, para ser transportada. Las pipas de agua que suben esta agua hasta el sitio de HAWC tienen una capacidad de 15 toneladas cada una.
Una vez que el agua es suavizada, es transportada al sitio por las pipas, después de un recorrido de 25 km, cuya duración aproximada es de dos horas por pipa, al subir de 2 mil 300 msnm a una altura de 4 mil 100 msnm. En el sitio se recibe en un sistema de cinco contenedores de 180 toneladas cada uno, para su posterior filtrado.
Ya en el sitio de HAWC, el agua es pasada por un sistema de prefiltros de 10 micras en paralelo, para después ser pasados por una lámpara ultravioleta, con el fin de eliminar cualquier bacteria. Continúa su camino por un sistema paralelo de filtros de carbón activado y finalmente es pasado por un sistema doble en serie de filtros de una micra. El agua filtrada es almacenada en dos contenedores de 180 toneladas cada uno y de ahí es bombeada mediante tubería a cada uno de los detectores del observatorio. Los sistemas de filtros de 10 micras y de una micra, respectivamente, se deben cambiar después de cada 2 mil 700 toneladas de agua filtrada, mientras que la carga del filtro de carbón activado se debe cambiar cada 22 mil 500 toneladas de agua.
Finalmente, aproximadamente 20 por ciento del agua utilizada en los 300 detectores Cherenkov con base en agua, se colectó de los nacimientos naturales de la faldas del Citlaltépetl, a una altura de 4 mil 200 metros sobre el nivel del mar, y se condujeron mediante ductos de dos pulgadas de diámetro y una longitud de aproximadamente un kilómetro, hasta un contenedor cercano al sitio HAWC, para su posterior transporte por medio de pipas de capacidad de 15 toneladas al sitio HAWC. La calidad de esta agua fue equivalente a la suavizada (dureza menor a un grain), por lo que solo se prefiltró para eliminar la basura que alcanza a capturar en el sistema de colección.
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