Dew collection roof retrofit/Rehabilitación del techo para la recolección de rocío

Este trabajo ofrece una introducción al tema de los AWVP y describe cómo construir un sistema para la recolección de rocío. Desafortunadamente, la precipitación de rocío no se registra actualmente en la mayoría de los archivos meteorológicos estándar; por lo tanto, el siguiente paso de este proyecto es ofrecer un método confiable de evaluación regional que sea accesible para el público en general.

El problema de obtener agua potable limpia está muy extendido entre los países en desarrollo. La atmósfera contiene una gran cantidad de agua en forma de vapor; sin embargo, su recolección puede ser difícil y costosa. El procesamiento del vapor de agua atmosférico (PVA) es un nuevo campo de investigación que está desarrollando formas de obtener ese vapor. Uno de estos métodos se conoce como enfriamiento radiativo. Una superficie irradia calor hasta que desciende por debajo del punto de rocío, lo que provoca que la humedad se condense en la superficie. Este es un proceso que ocurre naturalmente, produciendo rocío. La propuesta es recolectar el rocío que se forma naturalmente en los tejados como fuente de agua potable. Los tejados hechos de hierro galvanizado, plástico o vidrio, en regiones que experimentan las condiciones climáticas adecuadas, producirán naturalmente una cantidad significativa de rocío. Simplemente recolectando este rocío, una familia puede obtener hasta 2 litros de agua de rocío por noche de rocío. Este trabajo ofrece una introducción al tema de los PVA y una descripción de cómo construir un equipo de recolección de rocío. Desafortunadamente, la precipitación de rocío no se registra actualmente en la mayoría de los archivos meteorológicos estándar; Por lo tanto, el siguiente paso para este proyecto es ofrecer un medio fiable de evaluación regional que sea accesible para cualquier persona.

A medida que aumenta la población mundial, las reservas de agua dulce se agotan. La desalinización se ha convertido en un medio necesario para obtener agua; sin embargo, los métodos actuales suelen ser bastante costosos y utilizan combustibles fósiles. Esto resulta inadecuado para los países en desarrollo, donde existe una necesidad urgente de mayor disponibilidad de agua dulce. El procesamiento del vapor de agua atmosférico (AWVP) es una tecnología nueva y emergente que condensa y recolecta el vapor de agua atmosférico. ^{[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]}

En la atmósfera terrestre hay aproximadamente 4 g de vapor de agua por metro cúbico de aire. Esta fuente de agua potable está disponible prácticamente en todo el mundo. Los sistemas de tratamiento de agua potable aprovechan esta agua condensándola de vapor a líquido. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

• Se encuentra en una etapa temprana de desarrollo, pero tiene el potencial de proporcionar alternativas ambientalmente aceptables a los suministros de agua estándar. ^{[ 4 ] [ 5 ]}
• Muchos diseños de AWVP favorecen la descentralización de la distribución del agua y evitan enormes costos de capital para infraestructura. ^{[ 5 ]}
• AWVP puede hacerse apropiado, gestionado por la comunidad y mantenido por la comunidad para los países en desarrollo. ^{[ 5 ]}
• Los métodos AWVP son competitivos con las plantas desalinizadoras y más sencillos y económicos de operar y mantener. ^{[ 5 ]}
• La cantidad de agua producida variaría según el tamaño de la instalación y sería adecuada para proporcionar agua potable a individuos o incluso a miles de personas. ^{[ 5 ]}
• La producción de AWVP puede realizarse en una amplia variedad de lugares. Por lo tanto, se puede reducir o evitar la costosa infraestructura de distribución de agua. ^{[ 5 ]}
• Químicamente, el vapor de agua en la atmósfera es tan limpio como el aire que lo rodea. El rocío natural es una fuente potable de agua blanda, generalmente con bajo contenido de minerales. ^{[ 6 ]}

Actualmente, este artículo solo considera los métodos de AWVP que utilizan una superficie enfriada para condensar el agua. Otros métodos comunes son el uso de convección forzada controlada para concentrar la cantidad de vapor en el aire y desionizadores químicos para provocar su condensación. ^{[ 5 ]}

Curiosamente, muchas plantas y animales del desierto y de las zonas costeras dependen de esta fuente. ^{[ 7 ]} Naturalmente, el fenómeno de la formación de rocío se produce debido al enfriamiento por radiación del cielo nocturno. En una noche despejada, la energía térmica se irradia desde la superficie terrestre hacia el cielo. A medida que la temperatura de la superficie desciende por debajo del punto de rocío, el vapor de agua se condensa en gotas. El rocío se forma tanto a partir del vapor de agua en la atmósfera en forma de decocción, como a partir del agua en el suelo en forma de rocío ascendente. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

La cantidad de rocío se puede aproximar a partir de un análisis complejo de fluidos turbulentos; sin embargo, es mucho más sencillo considerarlo como un problema de balance energético. ^{[ 9 ]} Nótese que el proceso de condensación libera energía.

R+GRAMO+do+λF+METRO=Q∂T∂t^{[ 9 ]}

Dónde

R = flujo de radiación entrante neto (un término negativo)

G = flujo de calor total desde el suelo hasta la superficie

C = flujo de calor sensible del aire a la superficie

F = flujo de vapor de agua del aire a la superficie

λ = calor latente de vaporización

Q = capacidad calorífica de la capa aire-hierba por cm2

T = temperatura media de la capa

M = calor liberado por el metabolismo vegetal por cm2

Además, se deduce que la tasa máxima posible de condensación para la caída y ascenso de rocío combinados durante la noche es: ^{[ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 8 ]}

DF+Dr=ss+γQ*λ

Dónde

Df = tasa de rocío enkgramometro2s

Dr = tasa de aumento del rocío enkgramometro2s

s = pendiente de la curva de saturación enPAGaK

Q ^* = radiación neta enWmetro2

γ = constante psicométrica66PAGaK

λ = energía latente para la vaporización enJkgramo

Los estudios han demostrado que el modelo anterior puede predecir con precisión y fiabilidad las tasas de rocío. ^{[ 8 ]} Por lo tanto, es útil para determinar rápidamente la precipitación estacional de rocío de un área a partir de datos de archivos meteorológicos.

La cantidad máxima de rocío posible en una noche determinada está limitada por la cantidad de enfriamiento radiativo posible, y se estima en aproximadamente 1 mm. ^{[ 11 ] [ 13 ]} En realidad, este número suele ser mucho menor, oscilando entre 0,17 y 0,45 mm por noche. ^{[ 12 ]}

Investigaciones recientes han encontrado materiales que producen un mayor rendimiento de rocío. Los materiales que presentan una gran cantidad de enfriamiento radiativo condensarán más rocío, y los materiales hidrófilos facilitarán su recolección. Específicamente, las microesferas de TiO2 y BaSO4 incrustadas en polietileno dieron como resultado un aumento del 20 % en el rendimiento de rocío en comparación con el Plexiglas. ^{[ 14 ]}

El ángulo de la superficie también es importante. Mediante modelos numéricos y pruebas experimentales, se ha determinado que el ángulo óptimo es de 30 ^° con respecto a la horizontal. Una superficie más plana irradia más energía; sin embargo, una superficie más inclinada presenta mejores características de recolección de rocío. ^{[ 14 ]}

Lamentablemente, se ha observado en varias ocasiones que las concentraciones bacterianas en el agua de Dew superan los límites establecidos por la Organización Mundial de la Salud. Por lo tanto, será necesario desinfectarla para que pueda considerarse potable.

La recolección de rocío puede ser útil en áreas donde los medios más convencionales de recolección de agua no son viables, como una región árida y seca. Sin embargo, el rocío no se forma en todas partes por igual, y en algunas áreas casi no habrá formación de rocío. Se necesita más trabajo para ayudar a determinar una forma confiable y simple para que un profano evalúe la caída de rocío estacional en un área en particular. ^{[ 1 ]} Actualmente, los meteorólogos no registran la caída de rocío, por lo que puede ser difícil evaluar la viabilidad de las instalaciones de recolección de rocío. En general, para que se forme rocío en una noche determinada, se deben cumplir las siguientes condiciones: ^{[ 1 ]}

• Una velocidad del viento baja, de aproximadamente 2-6 m/s.
• Una humedad relativa de al menos el 30%, ya que a mayor humedad relativa se produce mayor cantidad de rocío.
• Noche mayormente despejada, para permitir que la superficie irradie luz hacia el cielo nocturno.

Existen características de diseño, como el aislamiento térmico del techo o la construcción con un material hiperradiativo, que aumentarían la producción de rocío. Sin embargo, estas opciones serían demasiado costosas para ser rentables. En cambio, se considera una adaptación adecuada del techo para instalar un sistema de recolección de rocío. Este sistema debería ser capaz de proporcionar 2 litros de rocío por noche en un techo de tamaño promedio para una familia.

El diseño es similar al de un sistema de recolección de agua de lluvia . Los canalones conducen el agua a unas mangueras que la llevan a un barril de recolección.

Los materiales necesarios para este proyecto son sencillos y fáciles de conseguir. Elija alternativas sin reparo, siempre que no representen un riesgo de contaminación del agua. A continuación, encontrará una lista numerada de los materiales necesarios con sus respectivas alternativas.

1. Canalón para tejado, incluyendo los medios para fijarlo al tejado.
   • Las canaletas estándar de vinilo para la recolección de agua de lluvia funcionarán y deberían ser económicas y fáciles de conseguir.
   • El material del canalón debe ser hidrófilo. Un material como la madera sería demasiado absorbente.
   • El canalón debe ser semicircular.
2. Manguera
   • manguera de jardín
   • Tubería de PVC de 1/4"
3. Tanque de recolección
   • Un recipiente de plástico apto para alimentos de 10 litros.

Para este proyecto no se requieren herramientas especiales. La mayoría de las herramientas necesarias para la construcción de un destilador solar son comunes. Las herramientas varían según los materiales utilizados y la complejidad del sistema de recolección de agua.

• Sierra
• Cinta métrica
• Pistola de silicona
• Nivel
• Alicates
• Destornilladores o martillo (para la instalación de tornillos o clavos)

Para la instalación no se requieren habilidades ni conocimientos especiales. Sin embargo, actualmente no existe una manera sencilla para que una persona sin conocimientos especializados determine la utilidad de la recolección de rocío en un área determinada. Para esta tarea, se requeriría formación en ingeniería o meteorología, con conocimientos sobre la formación de rocío.

Todos los precios están expresados ​​en dólares canadienses (CAD $) y se basan en los precios de Norteamérica.

• Los canalones cuestan entre 50 y 100 dólares por 120 pies en fuentes como esta.
• La manguera de jardín cuesta $15/50" en esta fuente.
• El contenedor debería poder obtenerse fácilmente y de forma gratuita.

En total, este proyecto es muy económico. Para una casa familiar con una superficie de techo de 60 m² ^, el costo estimado sería de aproximadamente $60.

• El material del techo debe ser impermeable. Los materiales ideales son la chapa ondulada galvanizada, el plástico o el vidrio. Si su techo no está hecho de alguno de estos materiales, no funcionará.
• La inclinación del techo es un criterio importante. 30 ^° con respecto a la horizontal es óptimo. ^{[ 14 ] [ 15 ]} El techo debe tener una inclinación de al menos 20 ^° .
• Siga las prácticas estándar de instalación de canaletas. Traditionalroofing.com ofrece buenas instrucciones. El ángulo estándar de instalación de canaletas para la evacuación de la lluvia es demasiado plano para esta aplicación. Deben instalarse con una pendiente de al menos 5 cm hacia abajo por cada 1,8 m de ancho para asegurar que el agua fluya y no se estanque.
• El contenedor de recolección debe tener una rejilla o red sobre la entrada para evitar que entren residuos e insectos.

1. Instale los canalones en el tejado con una inclinación de 15 ^° en dirección opuesta al viento predominante.
2. Canalizar el extremo inferior del canalón a través de la manguera.
3. Conecte la manguera al contenedor.

Consulte los dispositivos de recogida de agua de lluvia para tejados para obtener más detalles.

En ^{[ 1 ]} investigaron hasta qué punto los techos existentes, tras la rehabilitación descrita anteriormente, pueden acumular agua de rocío. Fue el primer estudio de este tipo realizado en la India. La ubicación fue Kothara, India (23°14N, λ 68°45E, a 21 m s.n.m.), un lugar típico del noroeste rural de la India.

La principal fuente de agua durante la estación seca son los pozos. Sin embargo, el agua subterránea se está sobreexplotando, disminuyendo su nivel y contaminándose con sal. El rocío abunda durante 8 o 9 meses al año. Los demás meses corresponden al monzón, cuando la nubosidad impide su formación.

Muchos edificios locales utilizan láminas de hierro galvanizado corrugado para los techos. Por lo tanto, realizaron sus pruebas en un techo de este tipo con una superficie de 18 m². ^Durante 74 días se formó rocío y se recogieron un total de 113,5 litros de agua de rocío.

• Recolección de rocío: para complementar las fuentes de agua potable en la zona costera árida de Kutch.
• Ehow.com Instala canaletas para lluvia
• El recolector de lluvia
• Wikihow.com/construir-un-sistema-de-recolección-de-agua-de-lluvia