Sobre el Proyecto

En la actualidad existen muchos métodos para obtener agua potable y por ende distintas configuraciones de plantas potabilizadoras, todo depende de los recursos con los que depende un país y el contexto en el que se desarrollan, por ejemplo en algunos sitios de mucha población donde el recurso hídrico es escaso lo que más conviene es recoger el agua del mar y por medio de un proceso llamado ósmosis inversa, extraer la sal del agua y así obtener agua potable, no obstante este método resulta en un alto gasto energético y de recursos ya que se requieren grandes cantidades de energía en el proceso y los filtros para la ósmosis inversa suelen resultar costosos, lo que al final termina elevando el costo del agua potable para los usuarios finales.

Otro aspecto a señalar es la situación actual mundial en que cada vez se apela al ahorro energético, que al final termina en un beneficio para el impacto ambiental y menor emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, por lo que cada vez se hace notorio el uso de la energía solar como medio alternativo.

De la combinación de los anteriores argumentos, se sabe de la existencia de destiladores solares, y lo común como en estos sistemas es el uso de paneles fotovoltaicos, estos suelen tener una eficiencia alrededor de un 20% significando que de toda la energía que provee el sol solo se aprovecha ese porcentaje, por ejemplo el Sol por 1 metro cuadrado provee de una potencia cercana a los 1000 W, lo que significa que en 1 metro cuadrado de panel fotovoltaico se podrían obtener regularmente 200 W de potencia.

Se podría considerar en este punto que los métodos de destilación solar por medio de paneles fotovoltaicos es un medio es un medio indirecto, ya que el proceso requiere de muchas transformaciones energéticas hasta llegar al producto final, que es el agua destilada. Sin embargo, también existen los medios directos con una eficiencia estimada en un 50%.

Por lo tanto, un medio de destilación solar directo consiste en uno que utilice el efecto invernadero, estos suelen tener la configuración de una caja aislada térmicamente en el cual hay una bandeja con agua en el fondo, que luego de evaporarse el agua esta asciende a través de un vidrio para que luego por condensación el agua pura se pueda recolectar.

¿Se podría confeccionar un destilador solar como alternativa ante los problemas de calcio o falta de agua potable tomando en cuenta el principio de condensación del agua? 

1. El agua potable y sus problemas

1.1. Por qué el agua es importante

De los recursos básicos que el ser humano necesita, sin duda el agua quedaría como el más importante, las múltiples propiedades de este compuesto de combinar en la biología con los demás componentes lo hacen demasiado versátil y esencial, a tal grado que el dicho popular dice que “el agua es vida”.

De lo anterior es fácil entender por qué algunas civilizaciones desaparecieron por problemas relacionados al recurso del agua, ya sea por escasez o contaminación de esta, por ejemplo “el colapso Maya es un verdadero misterio y teorías van desde los brotes de enfermedades a la invasión extranjera. Pero la hipótesis más aceptada es que un cambio climático causo una extrema sequía que duró 200 años.” (Mannise, 2016)

La participación del agua en los sistemas biológicos se da tanto a nivel físico como químico, por ejemplo, a nivel físico

• Actúa como sustancia de transferencia térmica que ayuda en los procesos de regulación de la temperatura

• Contribuye con el transporte de sustancias en el interior de los organismos

 

A nivel químico

• Se desempeña como medio disolvente para múltiples procesos de reacciones químicas

• Participar en algunas reacciones importantes como la fotosíntesis de la que se extrae el oxígeno de la molécula del agua.

De lo anterior se puede notar que la participación del agua, en los sistemas biológicos es tan primordial que de ahí se entiende por qué en el ser humano hay una presencia de un 70% de esta.

Entre otras funciones del agua fuera de la actividad interna biológica, se sabe que se utiliza para procesos de limpieza sanitarios, como bañarse y lavado tanto doméstico como industrial, participación en procesos termodinámicos en la industria y otros como la extracción de hidrógeno como fuente alternativa de energía.

En conclusión, el agua es tan vital e importante que como dijo el célebre poeta inglés Wystan Hugh Auden, “miles de personas hay sobrevivido sin amor, ninguna sin agua” (Smith, p.108).

1.2. Como se potabiliza el agua

El agua potable se refiere aquella que sea apta para el consumo humano, es decir que se pueda beber o bien con la que se puedan preparar alimentos, para esto se define que se mantenga dentro de un rango de acidez que sería un valor de pH entre 6,5 a 9,5 y que contenga un rango de ciertos minerales, tales como cloruros, calcio y magnesio.

Del agua que existe en el mundo solo un 0,007% es potable y de acuerdo a la Fundación Aquae este valor se reduce cada año que transcurre y es por esto la importancia de que la sociedad entre en una etapa de concientización y sensibilización de hacer un uso más eficiente de este valioso recurso.

Se conoce como potabilización al proceso de convertir el agua común originalmente no apta para el consumo en una que sí lo sea, existen varias formas para lograr este objetivo desde cantidades pequeñas hasta grande, por ejemplo, está el proceso de captación de agua de lluvia en la cual después debe pasar por un proceso de filtrado y cloración, otro proceso es destilación; usando alguna fuente de calor, tal como gas, electricidad o incluso el sol mediante un instrumento llamado destilador solar , también existe el proceso de utilizar químicos potabilizadores que después de aplicado en la dosis correcta se sigue por un proceso de reposo, existen también los llamados atrapa nieblas que mediante el uso de mallas plásticas orientadas hacia el viento permiten obtener este precioso líquido.

Otros procesos de potabilización que se promueven a gran escala consisten en la obtención del mar mediante desalinización utilizando plantas llamadas EDAM (Estaciones Desaladoras de Agua de Mar), pero el más común, por su menor costo, se trata de las plantas de tratamiento llamadas ETAP (Estaciones de Tratamientos de Agua Potable) que basa su proceso de potabilización utilizando como fuente un río.

En todo caso el tratamiento siempre deberá seguir procesos conocidos como Pretratamiento, decantación, filtración y desinfección.

1.3. La problemática del agua potable en la actualidad

Por supuesto que el agua es abundante en nuestro planeta, dos terceras partes de este componen su corteza, sin embargo, como se mencionó en el anterior apartado la cantidad disponible que sea apta para el consumo humano es una proporción muy pequeña y disminuye cada año, ya sea por fuertes cambios climáticos que hacen que se sequen los acuíferos, por tala desregulada de árboles que igualmente afecta  o por la crisis económica que desfavorece los procesos de potabilización, el punto es que se pronostica una etapa en que se comienzan a tomar conciencia de que no se debe malgastar este recurso.

En el caso de Costa Rica, las mayores reservas de agua potable son subterránea, lo que implica que aspectos como las quemas y talas de árboles amenacen la adquisición de este recurso, otro aspecto también incluye temas de una buena organización por parte de las autoridades correspondientes.

“El recurso hídrico en la región es abundante, pero la falta de gestión, protección y conservación, así como de inversión en infraestructura, entre otros aspectos, ha provocado los conflictos del agua, y es común que las mismas zonas del país tengan sequias o racionamientos recurrentes, asociados a un progresivo deterioro de la calidad de los cuerpos de agua”. (Instituto Costarricense de Acueductos y Alcantarillados, p. 34)

Prueba de lo anterior ha sido los cortes de agua que se han vivenciado en diferentes zonas del país, sobre todo en la gran zona metropolitana afectando a más de 200000 usuarios, un evento de este tipo había dado con tanta regularidad como en el presente año.

De lo anterior y, en otras palabras, se puede tener abundancia de agua, pero por problemas de una buena gestión a veces esta escasea, por lo que una alternativa sería que el usuario destinatario de su uso adquiera una nueva conciencia y forma de su uso.

2. Los desalinizadores solares

2.1. Desalinizadores solares indirectos y directos

 

Para el presente trabajo de investigación se han clasificado lo desalinizadores solares en dos tipos, los indirectos que utilizan paneles fotovoltaicos que se convierten en la electricidad y ahí continúa con el proceso hasta obtener la destilación del agua, tienen una eficiencia por debajo del 20% considerando solamente la eficiencia propia del panel a la cual se le puede restar la eficiencia dada por el resto de procesos y además tienen la desventaja de ser más costosos.

El segundo tipo de desalinizador solar consiste en el directo, que tecnológicamente es una solución mucho más sencilla, tienen una mayor eficiencia, por ahí del 50%, pero la desventaja actual de ser operados manualmente, en el siguiente esquema se resume lo anterior expuesto.

Pasos a seguir

Por medio de texto o ilustraciones los siguientes aspectos:

 Explico los pasos, procedimientos, métodos o técnicas, utilizados en la demostración.

 

 Narro los aportes propios que enriquecen la demostración realizada.

 

El destilador solar realiza de forma acelerada los procesos naturales de evaporación y condensación del agua para poder obtener el agua pura. Explicamos detalladamente lo que ocurre en la naturaleza para entender bien lo que hace el destilador en su interior:

Debido a la luz solar incidente en la superficie terrestre evapora el agua de los mares, ríos, lagos, embalses, etc. Ese vapor de agua sube a la atmósfera mediante las corrientes de aire caliente que ascienden por su menor densidad. Cuando se dan las condiciones de descenso de temperatura en altitud, el vapor de agua que está en la atmósfera se condensa y da lugar a las nubes. Debido a la gran cantidad de gotitas de agua que se forman dentro de la nube, por su propio peso precipitan en forma de lluvia, granizo o nieve. Al evaporarse y condensarse y precipitar, las partículas que no sean el agua propiamente dicha se desunen y queda el agua pura apta para el consumo humano.

Todo este proceso que la naturaleza hace (llamado el ciclo del agua) en un tiempo relativamente lento para el ser humano, el destilador solar lo hace en cuestión de minutos. Además, la ventaja es que la energía que emplea para la condensación se hace por medio del son

 Indico si la demostración presenta algún cambio a partir de la fuente original de donde fue tomada.

 

No tiene ningun cambio debido a que se logra demostrar el principio de condensacion del agua logrando asi hacerla potable

 

 Anoto la lista de recursos tecnológicos (digitales o analógicos) y/o material concreto preferiblemente reutilizable, requerido en el desarrollo de la demostración.

 

Vidrio.

Metal

Madera 

Bandeja plástica

Goma de silicón 

clavos

 

 Describo el manejo adecuado de los residuos, que pueden generarse durante la demostración.

No hay residuos en esta demostracion

• El análisis e interpretación de los resultados obtenidos en la demostración.

Se logra demostrar que mediante el principio de condensación se puede obtener agua potable ya que es el cambio de estado de la materia desde un estado gaseoso inicial a uno líquido, a partir de la disminución de la temperatura del gas. Este proceso, por lo general, se realiza a la presión del ambiente. Por ejemplo: el ciclo del agua, la niebla sobre el parabrisa, el vapor de la respiración.

La condensación del agua es el proceso por el cual el agua pasa de estado gaseoso a líquido, es decir, cuando la presión de vapor de agua es mayor que la presión de vapor de saturación. La energía desprendida en el proceso de condensación equivale al calor latente de vaporización.

Aunque el paso del gas a líquido depende, entre otros factores, de la presión y de la temperatura, generalmente se llama condensación al tránsito que se produce a presiones cercanas a la ambiental. Cuando se usa una sobrepresión elevada para forzar esta transición, el proceso se denomina licuefacción.

El proceso de condensación suele tener lugar cuando un gas es enfriado hasta su punto de rocío, sin embargo este punto también puede ser alcanzado variando la presión del gas. El equipo industrial o de laboratorio necesario para realizar este proceso de manera artificial se llama condensador.

La ciencia que estudia las propiedades termodinámicas del aire húmedo y los efectos que tiene la variación de la humedad atmosférica sobre los materiales y el ser humano se denomina psicrometría. Las interrelaciones entre los parámetros que determinan la condición del aire húmedo se representan en los diagramas psicrométricos. La condensación es un proceso regido con los factores en competición de energía y entropía. Mientras que el estado líquido es más favorable desde el punto de vista energético, el estado gas es el más entrópico.

Cito las fuentes de información utilizadas empleo un formato de referencia, como por ejemplo, el sugerido en el Manual. 

Conclusiones obtenidas a partir de la demostración realizada.

El destilador solar puede eliminar todas las sales, los residuos de hongos, posibles bacterias, virus y demás contaminantes que puedan estar en el agua y que no la hacen potable apta para el consumo humano. Para poder llevar a cabo este objetivo, se ha pensado en el procedimiento que tiene la naturaleza para poder destilar el agua. Se ha pensado en el ciclo del agua y cómo a través de la evaporación del agua, su posterior condensación en forma de nubes y su precipitación en forma de lluvia, hace que hasta el agua más contaminada vuelva a ser pura.

Hoy día existen grandes volúmenes de agua con cierta dificultad de accesibilidad, explotación y potabilización. Muchos países más pobres no pueden permitirse potabilizar tanta cantidad de agua debido a sus costes. También existen procesos de potabilización a través de la desalación de agua de mar. Las previsiones de las Naciones Unidas son muy deprimentes. Estiman que para el año 2025 habrá 2.700 millones de personas que sufrirán la escasez de agua si continuamos derrochándola al ritmo que lo hacemos hoy en día.

Una de las grandes razones por la que la potabilización de agua se hace tan importante es porque el mal estado de las aguas en determinados lugares es la principal causa de las enfermedades en los países en vías de desarrollo. Ante esta situación, se intenta buscar alternativas para potabilizar agua dulce a bajo coste y con un rendimiento adecuado. Los destiladores solares son capaces de potabilizar agua con la luz solar.

Lo realmente innovador de este destilador solar, es que se puede conseguir agua dulce a través de la desalación de agua del mar, a través de la extracción de agua con barro, del agua que contienen los vegetales, etc. 

Por último podemos decir que este artefacto contribuiría con su producción en masa a lugares donde están cerca del mar y son zonas más desérticas ya que tendrían los elementos esenciales para que funcionase bien: el sol para la fuente energética y el agua de mar para destilar.

• Aporto evidencias como fotografías, listas de asistencia, entre otras de la comunicación de los logros obtenidos a la comunidad educativa (estudiantes, docentes, padres de familia, entre otros). 

 

 

 

Dirección Regional Educativa

Santa Cruz

Categoría

Demostraciones científicas y tecnológicas

Área temática

Química

Centro Educativo

CTP de Santa Cruz

Modalidad

Secundaria Técnica