Mecanismo autónomo de generación de agua a partir de aire
Mecanismo autónomo de generación de agua a partir de aire (EOLE WATER) Rodríguez Alegre Eduardo Andrie, Marroquín Tello Andrés Manuel, Cotrina Molina Diego Efraín, Leyva Huarcaya William Percy, Vilca Taco Yonyx
Abstract – The aim of this paper is to find a mechanism that can get water from the air, imitating and improving what nature does. Eole Water is an innovative machine that produces water, extracting moisture from the air through a condensation process, which does not require any external elements other than wind. It means, that this machine is completely autonomous. Resumen - El objetivo de este paper es encontrar un mecanismo con el que se pueda conseguir agua del aire, imitando y mejorando lo que hace la naturaleza. Eole Water es una máquina innovadora que permite producir agua, extrayendo la humedad del aire mediante un proceso de condensación, el cual no requiere ningún otro elemento externo aparte del viento. Esto significa, que tal máquina es completamente autónoma. PALABRAS CLAVE – Mecanismo, condensación, máquina autónoma, humedad relativa, energía eólica, energía cinética, temperatura, movimiento, intercambiador de calor, innovación, autónomo, climatológico, aire acondicionado. I.
INTRODUCCIÓN
R
ecientemente, El Banco Mundial advirtió que en apenas una década, 1800 millones de personas vivirán en regiones donde la escasez de agua será casi total, según un informe secreto de un ejecutivo de Nestlé filtrado por Wikileaks el agua potable podría agotarse en 2050. En el Perú 4 millones de peruanos no tienen agua potable. [1] Entonces, ¿es posible encontrar un mecanismo con el que se pueda conseguir agua del aire imitando y mejorando lo que hace la naturaleza? Intentaremos encontrar un mecanismo innovador que permita producir agua, extrayendo la humedad del aire mediante un proceso de condensación el cual no requiera ningún otro elemento externo aparte del viento. II.
ANTECEDENTES
En el kilómetro 89,5 de la carretera Panamericana Sur a las afueras de Lima, Perú, un panel publicitario hecho por UTEC provee de agua potable a los vecinos de la zona. La pieza se compone internamente de cinco máquinas que convierten la humedad del aire en agua mediante el uso de filtros y un condensador. El agua se almacena en tanques situados en la parte superior de la estructura y, una vez filtrada, fluye por una tubería hasta llegar al
grifo, al que todo el mundo tiene acceso. En los tres primeros meses desde su instalación, el cartel ha producido más de 9.000 litros de agua (96 litros diarios) [2], con un costo del sistema interior del panel de 1200 dólares aproximadamente, sin embargo, y a pesar de las duras condiciones climatológicas, el aire de la zona donde se encuentra el panel contiene 98% de humedad. [2] El problema surge cuando el aire no contiene el 98% de humedad, sino por el contrario un clima con muy poca humedad. En tal sentido encontrar un mecanismo que imite y mejore la condensación que realiza la naturaleza para producir las lluvias es fundamental para asegurar la continuidad de la especie. Los científicos, ingenieros, inventores intentan encontrar una forma de imitar el proceso de formación de las lluvias propio de la naturaleza, pretendiendo construir mecanismos eficientes y autónomos para así solucionar la futura escasez de agua en el mundo. Desde Brasil: producen agua del aire Un ingeniero brasilero ha inventado una máquina que puede obtener hasta 5.000 litros de agua potable/día. Este invento captura la humedad del aire y la convierte en agua. A diferencia de otros dispositivos, este sistema necesita una fuente de energía eléctrica y una humedad del aire superior al 10%. La máquina funciona condensando el agua presente en la humedad del aire gracias a un equipamiento de alta eficiencia, una vez filtrada el agua recuperada se le añade calcio, magnesio, potasio y silicio para que sea potable. El invento tiene dos versiones, una que obtiene 15 litros de agua al día, mientras que la otra genera 5.000 litros diarios. El equipo más pequeño cuesta alrededor de 3.000USD y el más grande 160.000USD. Siendo en este invento el principal impedimento su falta de autonomía, ya que no puede prescindir de una fuente eléctrica. [3] En 2014 tres ingenieros chilenos, lograron construir Fresh Water. Fresh Water llegó al pueblo de San Pedro de Atacama, ubicado en medio del desierto más seco del mundo con el objetivo de probar el sistema en condiciones remotas, lograron generar cerca de 9 litros diarios de agua pura. Asimismo, también fue probado en la localidad de Petorca, en condiciones de tipo costero, con una producción de entre 9 y 28 litros al día. Ambas experiencias fueron evaluadas como positivas por el
Mecanismo autónomo de generación de agua a partir de aire equipo, ya que el rendimiento obtenido fue en lugares con una humedad relativa de un 25% a un 30% entre las 8 pm y las 8 am, lo que significa que en cualquier lugar con mayor humedad, Fresh Water puede ser aún más eficiente. Pero el dilema surge cuando necesitamos masificar el uso de esta máquina, pues sus costos de producción, y por ende sus costos de venta son altos. Y sumándole otro defecto como el hecho de no ser autónomo, limitan y hacen de está una máquina insostenible en el tiempo. [4] En Sainte-Tule Francia, Marc Parent ha inventado un molino de viento capaz de satisfacer las necesidades del planeta que hoy, hindúes y americanos desean adquirir. ‘’Esto no resolverá todos los problemas del mundo, pero por lo menos, el agua no será uno. [5] En octubre del 2012 en Abu Dhabi se instaló un prototipo del aerogenerador (eole water) de Marc Parent que fue capaz de producir de 500 a 800 litros de agua potable al día a partir del aire seco del desierto. En la actualidad Eole water con su modelo WMS1000, es capaz de producir 1000 l al día, requiriendo velocidades de viento de 24 km/h o más para producir agua. [5]
no requiere ningún otro insumo externo aparte del viento, no produce residuos y es completamente ecológica. IV.
FUNCIONAMIENTO
A. Principales partes del EOLE WATER El Eole water presenta las siguientes partes: [5] 1. Rotor 2. Cuchillas 3. Generador de impulsión directa 4. Persianas de tormenta de arena 5. Compresor de enfriamiento 6. Unidad hidráulica 7. Caja eléctrica 8. Colector de agua 9. Condensador de humedad 10. Ventilador de aire 11. Regulador de flujo de aire 12. Intercambiador de calor 13. Sistema de auto limpieza del intercambiador de calor 14. Sensor de velocidad y dirección del viento 15. Intercambiador de calor, extractor de aire. [5]
III.DEFINICIÓN Y ANÁLISIS
Es este el más autónomo y ecológico de todos, además de no necesitar casi ninguna condición ideal. Es posible obtener agua del aire mediante mecanismos completamente autónomos, que cumplen leyes básicas de la física de fluidos. La misma inquietud surgió en el Sr. Marc Parent por lo que en 1997, cuando vivía en Saint Barthélemy, una isla del Caribe. [6] El Sr. Parent, deseaba tener agua potable pero no tenía acceso a los conductos de agua de la isla, decidió crear su propia agua drenando la condensación acumulada en la superficie de un sistema de aire acondicionado de su vivienda. [6] Dado que varios cortes en el suministro eléctrico de la isla inutilizaban de vez en cuando el sistema de aire acondicionado, al inventor se le ocurrió que un molino de viento sería una alternativa ideal ante la falta de suministro eléctrico. [6] Dato estadístico del acceso al agua potable. 1.200 millones de personas de todo el planeta viven sin acceso al agua potable, 1.800 millones son víctimas de enfermedades transmitidas por el agua y 2.600 millones carecen de instalaciones sanitarias básicas [7] Es así que, al combinar el goteo de agua sobre la superficie del sistema de aire acondicionado con la noción de un molino de viento, realizó el incipiente descubrimiento que sería el eje de su invención: un dispositivo que coordinara un molino de viento y un sistema de aire acondicionado. [5] Aunque la tecnología de las turbinas eólicas y sus aplicaciones se conocen y utilizan desde hace siglos, la innovadora iniciativa del Sr. Parent consistió en crear una turbina eólica que, en lugar de bombear, produce agua. Eole water es el mecanismo más eficiente y autónomo para generar agua del aire en la actualidad. La tecnología
[5] Fig. 1. WMS componentes de turbina, Eole Water.
“En primer lugar, se extrae la energía del viento para generar electricidad. [8] La energía eólica es la energía obtenida a partir del viento, es decir, la energía cinética generada por efecto de las corrientes de aire. [9] El rotor: las palas del rotor transforman la energía cinética del viento en un momento torsor, es entonces que este rotor comienza a generar los 30 kW a más de potencia, la torre, sitúa el generador a una mayor altura, donde los vientos son de mayor intensidad y como mínimo alcanzan velocidades de 35 km/h. [8] Sin embargo, ¿Es posible extraer más potencia?, según la ley de Betz sólo puede convertirse menos del 59 % de la energía cinética en energía mecánica. [10] B. Demostración del teorema de Betz Consideremos, cosa bastante razonable, que la velocidad promedio del viento a través del área del rotor es el promedio de la velocidad del viento sin perturbar antes de la turbina eólica, V1, y la velocidad del viento después de su paso por el plano del rotor, V2, esto es, (V1 + V2)/2. (Betz ofrece una demostración de esto). [10] La masa de la corriente de aire a través del rotor durante un segundo es:
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m
F V1 V2 2
(1)
Donde m es la masa por segundo, es la densidad del aire, F es el área barrida por el rotor y [(V1 + V2)/2] es la velocidad del viento promedio a través del área del rotor. La potencia del viento extraída por el rotor es igual a la masa por la diferencia de los cuadrados de la velocidad del viento (de acuerdo con la segunda ley de Newton): [10] P
1 m V12 V2 2 2
(2)
Sustituyendo en esta expresión la m de la primera ecuación obtenemos la siguiente expresión para la potencia extraída del viento: [10] P
1 2 V1 V22 V1 V2 F 4
C. Aire acondicionado El Acondicionamiento de Aire, consiste en el enfriamiento o calentamiento del aire atmosférico en un ambiente interior con el fin de establecer y mantener los estados requeridos de temperatura, humedad, limpieza y movimiento. [12] Este tratamiento comprende también la ventilación de ambientes. [13]
Las aplicaciones del Aire Acondicionado son muy diversas, aquí algunas de las principales: [13] -
(3) -
Ahora, comparemos nuestro resultado con la potencia total de una corriente de viento no perturbada a través de exactamente la misma área F, sin ningún rotor que bloquee el viento. Llamamos a esta potencia P0: [10]
Temperatura Humedad: humedecer y/o secar Limpieza Movimiento
Industria Textil, industria fotográfica, imprenta. Salas de cómputo, auditorios, instalaciones médicas, instalaciones bancarias. Conservación de productos, secado de productos.
El aire que respiramos es una mezcla de aire seco y vapor de agua. [12] AIRE HUMEDO = AIRE SECO + VAPOR AGUA
1 P0 V13 F 2
(4)
El ratio entre la potencia que extraemos del viento y la potencia del viento sin perturbar es: 2 P 1 V2 V2 1 1 P0 2 V1 V1
(5)
1) Humedad Relativa (HR): Relación entre la masa de vapor y la masa de vapor máxima que puede contener a la misma temperatura. [14] P HR v (6) Pg Donde: Pv: es la presión de vapor Pg: es la presión de saturación del vapor a la T (Ambiente donde está el aire). 2) Humedad Absoluta (w): Masa de vapor en una unidad de aire seco [14] m w v (7) ma Dónde: mv: es la masa de vapor. ma: es la masa de aire.
Fig. 2. Podemos dibujar P/P0 en función de V2/ V1:
Podemos ver que la función alcanza su máximo para V2 /V1 = 1/3, y que el valor máximo de la potencia extraída del viento es de 0,59 veces ó 16/27 de la potencia total del viento. [11] La energía eléctrica se emplea para hacer funcionar un sistema de aire acondicionado: En el aire acondicionado en donde la humedad del aire se condensa para producir agua. [5]
3) Temperatura de punto Rocío (Tpr): Es la temperatura de saturación a la presión del vapor de agua 4) Temperatura de Bulbo Húmedo: Es la temperatura que se toma con el termómetro al rodear el bulbo con una gasa [14]
w1
Cp Tbh Tbs w 2 h fg2 h g1 h f2
(8)
Mecanismo autónomo de generación de agua a partir de aire
1200
Volumen de agua (L)
5) Carta Psicométrica: Es un diagrama que tiene como ordenada la humedad absoluta y como abscisa la temperatura de bulbo seco. En él están trazadas también las líneas de humedad relativa constante, las de temperatura de bulbo húmedo constante, de entalpía específica y volumen especifico aire-vapor. La Carta Psicométrica se construye para una presión de la mezcla constante. [12]
1000 800 600 400 200 0 4
6
11
16
21
24
Velocidad promedio del viento por dia (km/h)
Fig. 4. Volumen de agua vs Velocidad de Viento V. DISCUCIÓN CONCLUSIONES, Y TRABAJO FUTURO
Las principales partes del Eole water son el generador, el compresor, la toma de aire, el intercambiador de calor, el condensador de humedad y la salida de aire.
El eole water es una tecnología relativamente sencilla, basada en los principios de la física que conocemos desde hace miles de años.
Por último, el agua fluye en un tanque de almacenamiento y es tratada mediante un sistema de cinco niveles de purificación que permite producir agua potable destinada a diversos fines. El oportuno y nuevo dispositivo del Sr. Parent está destinado a mejorar las vidas de millones de personas del planeta que no tienen acceso al agua potable. Como asegura el inventor, "esta invención permitirá a muchas personas acceder a agua dulce y salubre cada día, empleando únicamente la energía eólica".
Para su funcionamiento aprovechamos la energía del viento para generar electricidad, y ésta se emplea para propulsar un tipo de sistema de aire acondicionado en el que la humedad del aire se condensa para producir agua.
El eole water no es más que una máquina autónoma que produce lluvia.
La calidad del agua que producen las turbinas eólicas de la empresa es acorde con las normas fijadas por la OMS.
“Esto no es más que una máquina autónoma que produce lluvia”.
Este invento abrió las puertas a un estilo de vida saludable para millones de habitantes de regiones del mundo que sufren escasez de agua.
Fig. 3. Carta psicométrica
La máquina absorbe el aire para depositarlo en un sistema que enfría una serie de placas sobre las que se condensa la humedad del aire, y así se forma agua que fluye hacia un tanque de almacenamiento.
TABLA 1 PRODUCCIÓN DE AGUA.
volumen de agua (L)
velocidad promedio del viento por dia (km/h)
176 314 490 600 800 1000
4 6 11 16 21 24
Referencias [1] R. Damania y J. Yong Kim, «Comunicado de prensa N° 2016/369/Water,» Banco Mundial, 03 Mayo 2016. [En línea]. [2] J. C. C. i. UTEC, Interviewee, UTEC crea panel que purifica el aire como 1.200 árboles. [Entrevista]. Marzo 2014. [3] R. J. Directora de Marketing y Promoción de UTEC, «El milagro de convertir aire en agua,» MUNDO BBC, 2013. [4] P. P. I. Mecánico y wateair.com, «Desde Brasil, producir agua del aire,» Geohabitar, 2013.
Mecanismo autónomo de generación de agua a partir de aire [5] H. Pino, A. G. ingeniero forestal, C. B. diseñador industrial y ingeniero experto en submarinos y tecnología militar, «Agua del aire,» Geohabitar, 2015. [6] M. Parent, «EOLEWATER.com,» 2013. [En línea]. [7] eolewater, «economiadelanergía.com,» 7 Septiembre 2011. [En línea]. [8] O. INTERNATIONAL, «oxfam.org/es,» [En línea]. [9] http://www.aryse.org/, «http://www.aryse.org/wpcontent/uploads/2012/09/Eole-Water-Wind-TurbineComponents.jpg,» [En línea]. [10] L. Rocha, «¿De dónde viene el nombre de Energía Eólica?,» http://www.evwind.com.
[11] A. Betz, "Wind-Energie", 1926. [12] A. d. d. l. i. eólica, «www.windwpower.com,» 2003. [En línea]. [13] M. A. Yunes A Cengel, Termodinámica 7ed.. [14] M. S. E. R. Moran, Fundamentos de Termodinamica Tecnica, 1999. [15] Baehr., Tratado moderno de termodinamica Ed. Tecnilibro, S.L., 1987.
