ALTERNATIVAS PARA LA CAPTACIÓN DE AGUA DEL AIRE PARA LA REGIÓN DE AREQUIPA Autor: Ing. Alberto Pacci Tito 1. ANTECEDENTES Nos encontramos en la década del agua, declarada así por la UNESCO, se tematiza la demanda de una agua para la vida por la escases mundial de agua. Si bien es cierto que tres cuartas partes de la superficie terrestre está cubierta de agua (marina) solo el 3% del agua del planeta es agua dulce, de esto la mayoría se encuentra en forma de hielo y nieve en los círculos polares y en las alturas inaccesibles de los nevados. La población mundial crece y la demanda de agua potable también. Actualmente hace falta a mil millones de personas el acceso al agua para su consumo, además mueren por año 1,5 millones de niños a causa de ingerir agua no potable. Por todo ello se hace necesario captar la mayor cantidad posible de agua sin alterar el equilibrio ahora precario del medio ambiente mundial. Una fuente natural del líquido elemento la tenemos en el mismo aire que contiene vapor de agua que por un lapso de aproximadamente 10 días circula desde el mar hacia las zonas de precipitación. Será necesario analizar las condiciones más óptimas para poder extraer dicha agua del aire. La atmósfera terrestre con sus 5 000 Km 3 contiene alrededor de 10 veces el contenido de los ríos de todo el planeta en forma de vapor en la humedad del aire. La ciudad de Arequipa es también un caso real y preocupante de escases de agua. En las zonas altas no lejanas de la ciudad, como Sihuas, Quilca donde la humedad no es baja, surge la posibilidad de ganar agua del aire con procedimiento de condensación del vapor a agua, las corrientes de aire provenientes de la costa situada aproximadamente a 200 Km humedecen partes de las rocas de sus planicies situadas a 1200 msnm. Siendo las temperaturas anuales constantes y elevadas, lo cual favorece a un mejor procesamiento del vapor en el aire. Equipos comerciales existen en países desarrollados pero son aún demasiado caros y para volúmenes agua modestos. Equipos mineros análogos desde hace muchos años sirven para enfriar el aire produciendo como elemento de desecho al agua condensada, esta se podría aprovechar esta agua, previa filtración y mineralización, como agua potable para consumo humano. El calor expedido durante el proceso de enfriamiento puede servir como energía auxiliar para la climatización de ambientes. 2. OBJETIVOS DEL ESTUDIO - Hallar los valores óptimos de diseño de un captador de agua del aire - Ubicar la zona más conveniente de ubicación del captador - Producir agua potable para colonos para un proyecto agrario - Utilización más conveniente de energías renovables y limpias para el funcionamiento del captador 3. FACTIBILIDAD TÉCNICA FUNDAMENTACIÓN TÉCNICA 1
Es necesario conocer algunos de los conceptos básicos para la construcción de un captador de agua del aire, para ello el punto de rocío que es la temperatura a la cual se condensa el vapor en agua, depende de la presión atmosférica, de la humedad relativa del agua, entre otros factores naturales. Punto de rocío.- La temperatura de punto de rocío o escarcha se usa para expresar el contenido de vapor de agua en un gas o en el ambiente. Dado que la temperatura de punto de rocío depende de la presión del gas, la manera correcta de expresar un resultado de una medición en temperatura de punto de rocío, debe incluir el valor de la presión a la que se mide. La razón de cambio de la temperatura de rocío como función de la presión es aproximadamente 0,19 ºC/kPa. Si se considera que la variación de la presión atmosférica, en un día promedio es 500 Pa, entonces este cambio de presión produciría un cambio de 0,1 ºC. Tal cambio es relevante si se considera que la temperatura de punto de rocío puede medirse con una incertidumbre de hasta ± 0,05 ºC. Existen aplicaciones, por ejemplo en la industria de gas natural, donde el contenido de humedad se mide a ciertas condiciones de temperatura y presión y posteriormente se requiere su valor a otras condiciones (condiciones base de temperatura y presión) establecidas por el comprador. Otra aplicación donde se requiere calcular la temperatura de punto de rocío a distintos valores de presión es el diseño de sistemas de generación de humedad, los cuales requieren condiciones iniciales (de temperatura de punto de rocío y presión), y posteriormente conocer su valor por medio de un cálculo, a otros valores de presión. Ver Fórmulas y tablas de Anexos. Fig. 1. Diagrama de fases del agua. En esta figura, B es el punto de rocío, D es el punto de escarcha. Fig. 2 Obtención aproximada del punto de rocío. Diseño del intercambiador de calor 2
Fig. 3 Ejemplo de obtención de la ganancia de agua (litros) según el punto de rocío y la humedad relativa Fig. 4 Humedad relativa en la zona aledaña a la zona del proyecto Los aparatos que se ofrecen en países desarrollados, donde la humedad es mayor que la nuestra y por la no urgencia de captar agua del aire debida a sus copiosas lluvias y humedad se hacen sumamente caras. Así en regiones te temperaturas altas y alta humedad una de estas máquinas puede suministrar hasta 1000 litros, lo que es suficiente para surtir a 300 personas. El principio es elemental, se succiona a través de aspiradores o ventiladores la mayor cantidad de aire posible, el cual va a una cámara convenientemente enfriada al punto de rocío según las condiciones atmosféricas para producir la condensación del vapor de aire, el agua es filtrada y mineralizada para hacerla agua de excelente calidad y de consumo directo. Aún en condiciones desfavorables como por ejemplo a 30 C y con un 30% de humedad relativa se puede obtener medio litro de agua pura. En promedio, para condiciones favorables, se necesitan aproximadamente 1,2 KW de potencia para producir 1 litro de agua, como fuente de energía se puede utilizar para Arequipa la energía solar fotovoltaica y según la zona: también la energía eólica. 3
4. CONCLUSIONES - Es factible construir un captador de agua a partir del vapor contenido en el aire de Arequipa Sihuas. - El volumen de agua por captar dependerá de la inversión sobre todo para la estructura del captador y las fuentes de energía renovables (eólica y fotovoltaica) - Dada la geografía del lugar, árida y plana y con agua subterránea profunda, extremadamente ácida y costosa de tratar, y con vientos de hasta 26 m/s, humedad relativa de un 40% y solo prácticamente todo el año es viable una alternativa así. 5. Bibliografía 1.- Dubbel. Taschenbuch für Maschienebau. Berlin 2009 2.- Strömungslehre und Gasdynamik, Egon Krause. Teubner Verlag 206 3.- Leitfaden für Lüftungs- und Klimaanlagen. Lars Keller, Oldenbourg München, 2010 4.- Übungsaufgaben Technischen Thermodynamik, Gernot Wilhelms, Hanser Verlag, 2011 Arequipa, 20 de diciembre 2012 4
ANEXOS ANEXO A PUNTO DE ROCÍO Punto de rocío para diseño del intercambiador de calor Humedad relativa 20% 25% 30% 35% 40% 45% 50% 55% 60% 65% 70% 75% 80% 85% 90% 95%100% 40º 13 16 19 21 24 26 28 39º 13 15 18 20 23 25 27 28 38º 12 14 17 20 22 24 26 27 37º 11 13 16 19 21 23 25 26 28 36º 10 12 15 18 20 22 24 25 27 28 35º 9 11 15 17 19 21 23 24 26 27 28 34º 8 10 14 16 18 20 22 23 25 26 27 28 33º 7 10 13 15 17 19 21 22 24 25 26 27 28 32º 6 9 12 14 16 18 20 21 23 24 25 26 27 28 31º 5 8 11 13 15 17 19 20 22 23 24 25 26 27 30º 4 7 10 12 15 17 18 20 21 22 23 25 26 27 28 29º 4 6 9 11 14 16 17 19 20 21 22 24 25 26 27 28 28º 3 5 8 10 13 15 17 18 20 20 21 23 24 25 26 27 28 27º 2 4 7 9 12 14 16 17 19 20 20 22 23 24 25 26 27 26º 1 3 6 8 11 13 15 16 18 19 20 21 22 23 24 25 26 25º 1 3 6 8 10 12 14 15 17 18 19 20 21 22 23 24 25 24º 0 2 5 7 9 11 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23 24 23º 0 1 4 6 8 10 12 13 14 16 17 18 19 20 21 22 23 22º -1 1 3 5 7 9 11 12 13 15 16 17 18 19 20 21 22 21º -2 0 2 5 6 8 10 11 12 14 15 16 17 18 19 20 21 20º -3-1 2 4 6 7 9 10 11 13 14 15 16 17 18 19 20 5
ANEXO B FORMULAS EMPÍRICAS Tabla que relaciona la temperatura, la humedad relativa y el punto de rocío. Haciendo un ejemplo aplicativo: Pr = Punto de rocío. T = Temperaturaa en grados Celsius H = Humedad relativa. Sin embargo la fórmula ampliamente utilizada es: Pr = Punto de rocío. T = Temperaturaa en grados Celsius H = Humedad relativa. Esta última fórmula, aunque es ampliamentee usada, no siempre genera el resultado correcto. La temperatura del punto de rocíoo también depende de la presión de la masa de aire, hecho que no se tiene en cuenta en las fórmulas anteriores. 6
ANEXO C VISTA SATELITAL DE LA ZONA DE APLICACIÓN / CAPTACIÓN Zona de Altiplanicie en Arequipa, para aplicar este sistema de captación de agua del aire. 7