- Introducción.Debido a que estamos en el decenio del agua, a la de reciclar para cuidar el medio ambiente y a la naturaleza del proyecto, he decidido encaminar el proyecto hacia una solución barata, transportable y capaz de ser utilizada por una buena parte del planeta debido al uso de la energía solar para poder destilar y reciclar agua.
Como cada vez
somos más habitantes en este planeta y el agua no es capaz de
reproducirse, ni se recicla de manera natural a la velocidad
suficiente, el hombre ha utilizado diversas formas de reciclaje y
potabilización de agua, como ejemplo las potabilizadoras; pero estos
sistemas necesitan mucho espacio y energía eléctrica para poder
funcionar.
Como no todo
el mundo tiene acceso a la electricidad, hay proyectos para obtener
agua pura con ayuda del sol, mi proyecto es una solución a pequeña
escala y construida con plásticos reciclados ademas de unos pocos
materiales extra que se pueden reemplazar con otros.
- Estudio del proyecto.
- Materiales.
Tereftalato de polietileno: Es un tipo de plástico muy usado
en envases de bebidas y textiles. Siendo un polímero (una cadena de
moléculas de masa elevada) termoplástico lineal (puede ser
procesado mediante extrusión, inyección, inyección y soplado,
soplado de preforma y termoconformado) con un alto grado de
cristalinidad.
Características
por la que ha sido elegido para el proyecto:
- Actúa como barrera para los gases, como el CO2 humedad y el O2.
- Es transparente y cristalino, permite que pase la luz.
- Es impermeable.
- Tiene un punto de fusión de 260º c.
Degradación: Aunque el tereftalato de polietileno puede ser
degradado mediante procesos químicos, debido a la naturaleza del
proyecto he tenido que investigar cuanto tiempo tardaba en degradarse
en la naturaleza, observando que tarda un tiempo aproximado de 50
años o más.
Polietileno de alta densidad:
Un plástico resistente usado
para envases.
Características
optimas para el desarrollo del proyecto:
- Es resistente al calor.
- Aguanta golpes.
- Es ligero.
- Es sólido.
Polipropileno:
Tipo de plástico usado para
envases varios entre los que entra los equipos de laboratorio,
películas transparentes, piezas de automoción...
Por que uso
este material:
- Resistencia al calor.
- Resistencia física.
- Se puede modelar con el calor.
Vidrio:
Uno de los pocos materiales no
plásticos del proyecto. Lo uso para solucionar el problema de
transferencia de calor que tienen los plásticos y aprovechar el
efecto lupa del tarro que aplico al proyecto.
Tapa de aluminio: Sirve
para tapar el tarro de vidrio y permite que se le pueda aplicar un
agujero para el proyecto.
Pvc: Usado
para el tubo por el que circulara el vapor de agua y las vigas que
soportaran el evaporador. Elegido por la flexibilidad del tubo y la
resistencia de la barra.
Tablero de resina:
Un tablero de resina para pegar todo el proyecto, resistente y con
poca flexibilidad.
Vinilo: Vinilo
plateado para reflejar la luz solar. Elegido por su flexibilidad y
porque refleja la luz.
Pegamento y silicona: Elementos
de pegado para evitar que el proyecto se desmonte, dependiendo de la
superficie a pegar uso uno u otro.
- Diseño
El diseño preliminar del proyecto se basa en la concentración de
los rayos de sol en el contenedor de reposa en posición horizontal
frente al espejo.
- Teoría y funcionamiento inicial del proyecto.
La destilación simple consiste en la separación de uno o varios de
una mezcla líquida cuyos puntos de ebullición difieren entre sí un
rango suficientemente marcado (al menos 25º centígrados) y deben
ser inferiores a 150º c. El líquido a destilar se coloca en un
recipiente, para después calentándolo, acelerar la vaporización.
Una vez que obtenemos vapor, parte de este se condensa en la pared
del recipiente, pero el resto (la mayoría) pasa por la salida, para
posteriormente condensarse por enfriamiento ocasionado por el agua
fría que circula por un tubo refrigerante que forma parte del equipo
en esta operación. Al producto se le conoce como destilado mientras
la porción que queda dentro del recipiente se le llama residuo.
Ejemplo de destilación.
A partir de
esta explicación teórica, empece a diseñar el proyecto, para
evitar que los plásticos se derritiesen por el calor de las fuentes
habituales, decidí usar la energía solar, así el agua se calienta
sin tener que preocuparse por el estado de la botella.
Ejemplo de destilación mediante
energía solar.
Como se
muestra en este ejemplo, al solo tener una fuente de que le da calor
el proceso es muy lento, por eso a la hora de diseñar el proyecto
estuve buscando sistemas de destilación solar de agua, encontrándome
con el destilador de una sola vertiente, de invernadero, de cascada,
esférico de barredera y multietapa, los cuales voy a describir
brevemente a continuación:
- Destilador solar de una sola vertiente: Se trata de una caja dividida en dos secciones con un cristal inclinado, una de las secciones tiene el fondo de color negro para retener el calor, haciendo que el agua a destilar se evapore y descienda por el cristal inclinado para terminar en la segunda sección. Una variante de este sistema es el de dos vertientes, que los cristales forman un techo triangular.
- Destilador solar de invernadero: Nos encontramos con un sistema de gran tamaño, con la estructura de un invernadero, que funciona como la versión de dos vertientes del destilador mencionado antes pero a gran tamaño.
- Destilador solar de cascada: Posee forma de escalera o terrazas. En la parte superior de cada escalón se colocan los depósitos de color negro donde se coloca el agua a destilar. Cuando la radiación solar incide en el destilador comienza la evaporación y el vapor de agua se condensa en una superficie transparente inclinada sobre las terrazas, este termina en un recipiente que permite recoger el agua ya destilada.
- Destilador solar esférico de barredera: Posee forma esférica del material transparente y una barredera que recorre su cara interna accionada por un pequeño motor. En una bandeja con fondo de color oscuro situada en la parte central de la esfera se deposita el agua a destilar.
- Destilador solar multietapa: Mediante una combinación de varias tecnologías, este sistema es el más caro pero el que tiene mayor rendimiento, pues alcanza una elevada temperatura y puede almacenar el calor.
Tras unas largas horas viendo los materiales de los que disponía y
las opciones que mi investigación me había mostrado empece a
preparar el diseño. Originalmente iba a ser una botella de pie, pero
al leer el destilador solar multietapa, coloque la botella en
posición horizontal, para así poder usar un espejo parabólico, así
logrando una mayor eficiencia aumentando la energía solar que recibe
el contenedor del agua a destilar.
- Construcción del objeto.
- Dificultades previas a la fabricación.
El primer problema es que aún usando el polietileno de alta
densidad, una pared de las garrafas de agua cortada no pueda aguantar
la estructura que sujete el contenedor de agua. Para solucionarlo,
usare dos garrafas enteras.
El
plástico puede deformarse o fundirse con el calor, la investigación
me ha indicado que el tereftalato
de polietileno puede aguantar hasta 260ºc el material disipa el
calor, esto me obliga a usar un envase de vidrio.
- Proceso de construcción.
El
espejo.
He usado un
envase de helado para montar la estructura sobre la que se reflectará
la luz solar. Corte los laterales del envase para poder modelar la
estructura, usando calor para tal fin, abriendo los ángulos para
desviar hacia donde necesito la luz.
Modificando el soporte con calor.
En vez de
usar un espejo de cristal he usado vinilo plateado, pegándolo como
si fuese una pegatina en la estructura.
Pegando el espejo.
Con una
garrafa de dos litros corte y fabrique el pie sobre el que descansará
el espejo
El pie marcado para cortar.
Tras pegar el
espejo y el pie el espejo esta listo para el montaje final.
Espejo montado sobre el pie.
Tubo de frío.
Para hacer más efectivo el licuado del vapor de agua necesito un
tubo frío, esta formado por el envase de unas pastillas de calcio,
el tubo de pvc y para que la luz solar no afecte al tubo, vinilo
plateado para reflejar la luz.
Preparación
de parte de los materiales para el tubo frío.
Tras quitar el plástico sobrante, prepare las marcas de entrada y salida del conducto del vapor, que atravesará el envase por dentro. Con un taladro y una broca de 5 mm hice dos agujeros, uno en el tapón y otro en el fondo del envase, para no comprometer la resistencia del envase y que no se comprometa la efectividad del tubo.
Agujero
del tapón.
Agujero
del fondo, no alineado con el del tapón.
Para que la temperatura ambiente no afecte al tubo, era esencial que no se pudiese filtrar el aire. Una solución que he encontrado ha sido que el tubo de pvc midiese de exterior 5 mm, ajustando a los agujeros en un intento de dejar la mínima entrada de aire posible.
Detalle
de la entrada del tubo de pvc.
Como uso un
sistema de enfriamiento por aire, necesito que el vapor realice un
mayor recorrido, para eso el tubo forma un recorrido en espiral a
modo de serpentín dentro del envase, aprovechando esa fase para
condensar el agua.
Detalle
del recorrido del tubo.
La ventaja del envase que he usado es
su tapón, que hace un cierre hermético, salvo por el agujero por el
que pasa el tubo de pvc.
Cierre
del tubo frío.
Ya esta el montaje de la estructura
del tubo frío terminado y cerrado herméticamente, esperando a la
siguiente fase de fabricación.
El
tubo terminado.
Ahora toca mejorar el aislamiento de
la luz solar, el tubo de por si es bastante opaco, pero como tiene
letras de distintos colores su efectividad se ve reducida, por eso
aprovechando el sobrante de vinilo plateado solucionare ese problema.
Pegando
el vinilo al tubo.
La estructura.
Para poder
sostener el envase en el que se calentara el agua he usado dos
garrafas de 2 litros de agua destilada, usando dos varas de pvc para
que repose el contenedor.
Presentación
de la estructura.
Para fijar en
la base y las varas de pvc he usado silicona en ambas zonas.
Pegado
de las barras.
Pego con cinta de embalar transparente el tubo frío a
un lado de la estructura, guiando el tubo para que baje donde se
colocara el contenedor donde se recoge el agua destilada.
- Problemas durante la construcción.
El primer problema que he visto ha sido que no he podido dar una
forma curva al espejo, ha sido debido a que no he tenido una
superficie adecuada sobre la que modelarlo.
Para poder
echar el agua en el deposito en donde se va a calentar ha de ser
manejable, necesitando espacio para distintos tamaños de
contenedores.
Si se cambia
de recipiente el tubo de pvc tiene muchas probabilidades de que
necesite reemplazarse.
Este
prototipo no puede ser modular.
- Modificaciones.
Para el problema del espejo he tenido que abrir los ángulos para
dirigir los rayos de sol. Posiblemente esta solución dé problemas
de rendimiento.
He creado
espacio para poder meter envases mayores que el tarro con el que he
estado trabajando en el proyecto.
He creado un
sistema con una parte del tubo de tinta como acceso al tubo de pvc
que va al tubo frío.
He anclado a
una fina tabla de resina reutilizada para evitar que así se desmonte
por accidente.
- Esquemas explicativos.
Vista
frontal.
Vista
trasera.
- Detalles explicativos.
Esta imagen muestra como se ha solucionado el problema de cambio de
contenedor, sellado con silicona para evitar fugas de vapor.
Esta imagen
muestra una prueba de resistencia, aguantando un bote con más de 660
gramos de peso.
- Valoración.
- Puntos fuertes del proyecto.
No necesita fuente de energía artificial, solo luz del sol.
Los
materiales básicos se puede encontrar en cualquier sitio, algunos se
pueden reemplazar con otros como espejos.
- Puntos débiles del proyecto.
Se necesita calor y mucha intensidad solar, su máximo funcionamiento
se desarrolla en verano.
El proceso de
destilación es muy lento.
- Presupuesto.
Envases de plástico: gratis.
Tubo de pvc:
0,38 €.
Vinilo
plateado: menos de 1€ por la superficie usada.
Tablero
resina: gratis.
Envase de
vidrio: gratis.
Pegamento:
gratis por compra para otros usos.
Silicona: 2€.
- Anexo.
En teoría al conseguir calentar agua, se puede usar la estructura
básica como horno solar, se cambia de tarro de vidrio a uno limpio
donde se vaya a cocinar y se espera. Puede que tarde menos que el
agua dependiendo de la comida que se decida cocinar en el contando
con la temperatura ambiente y la cantidad de luz solar que llegue al
tarro.
- Bibliografía.
Ciencia
verde: ciencia del agua limpia. Www.4m-ind.com.
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