Análisis y validación del prototipado e impresión 3d para un sistema de tratamiento de aguas residuales a escala de laboratorio.
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Date
2025
Authors
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Publisher
Universidad Santiago de Cali
Abstract
The objective of this study was to design, build and validate a 3D printed educational module that simulates the main processes of a domestic wastewater treatment plant (WWTP) for educational purposes. The prototype was developed from the real system of the Cachipay WWTP, representing the aeration, sedimentation and sludge dewatering stages, by means of computer-aided design (CAD) in OnShape® and fused material deposition (FDM) fabrication using polylactic acid (PLA). A modular and scaled approach was adopted to facilitate visualization of the water path and encourage active learning in training environments. Evaluation of the prototype included functional hydraulic flow tests and technical tests to determine its durability, mechanical strength, mass loss and structural deformation after 12 weeks of continuous exposure to clean water. A 5% variation in each indicator was recorded, without compromising its structural integrity or pedagogical functionality. In addition, PLA was compared with materials such as PETG and ABS, highlighting its advantages in sustainability, ease of printing and educational applicability. The results validate the viability of the model as a replicable, accessible and effective tool for teaching water treatment processes in technical and technological contexts.
Description
Este estudio tuvo como objetivo diseñar, construir y validar un módulo didáctico impreso en 3D que simula los procesos principales de una planta de tratamiento de aguas residuales domésticas (PTAR), con fines educativos. El prototipo fue desarrollado a partir del sistema real de la PTAR Cachipay, representando las etapas de aireación, sedimentación y deshidratación de lodos, mediante diseño asistido por computador (CAD) en OnShape® y fabricación por deposición de material fundido (FDM) utilizando ácido poliláctico (PLA). Se adoptó un enfoque modular y a escala para facilitar la visualización del recorrido del agua y fomentar el aprendizaje activo en entornos formativos. La evaluación del prototipo incluyó pruebas de flujo hidráulico funcional y ensayos técnicos para determinar su durabilidad, resistencia mecánica, pérdida de masa y deformación estructural, tras 12 semanas de exposición continua al agua limpia. Se registró una variación del 5% en cada indicador, sin comprometer su integridad estructural ni su funcionalidad pedagógica. Además, se comparó el PLA con materiales como PETG y ABS, destacando sus ventajas en sostenibilidad, facilidad de impresión y aplicabilidad educativa. Los resultados validan la viabilidad del modelo como una herramienta replicable, accesible y eficaz para la enseñanza de procesos de tratamiento de aguas en contextos técnicos y tecnológicos.
Keywords
Tratamiento De Aguas Residuales, Impresión 3D En Educación, PLA Biodegradable, Prototipos, Simulación De Procesos Biológicos
Citation
Narváez Gómez, J. A. (2025). Análisis y validación del prototipado e impresión 3d para un sistema de tratamiento de aguas residuales a escala de laboratorio. Universidad Santiago de Cali.